Способ тепловой дефектоскопии стальных изделий

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю объектов и может быть использовано для обнаружения скрытых дефектов в стальных изделиях Цель изобретения - повышение разрешающей способности способа и обеспечение возможности определении глубины залегания дефекта. Контролируемое стальное изделие нагревают путем воздействия на него тока высокой частоты удельной мощностью 0,8-1,35 кВт/см с частотой 58-82 кГц до 800-900°С и по светимости дефектной зоны относительно бездефектной регистрируют местоположение и контуры дефекта, а о глубине залегания дефекта судят по времени с момента начала светимости дефектной зоны до момента достижения этой зоной температуры 800- 900°С. 5 табл.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 25/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

IP ° «g,t, А. ..!; «1; „g

I рог

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4679108/25 (22) 15.03.89 (46) 15.02.91. Бюл, М 6 (71) Челябинский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (72) А,Г,Дорошенко (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Ф 857837, кл. G 01 N 25/72, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 1004847, кл. G 01 N 25/72, 1983. (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (S7) Изобретение относится к неразрушающему контролю объектов и может быть исИзобретение относится к неразрушающему контролю объектов и может быть использовано для обнаружения скрытых дефектов в стальных изделиях.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности способа и обеспечение воэможности определения глубины залегания дефекта, При контроле деталей с помощью изобретения после нагрева проверяемой поверхности иэделия до светимости (800-900 С) можно отличить визуально дефект от галтели, перехода, отверстия, паза и т,д., так как у дефекта из-за резкого концентратора напряжений видимое излучение появится значительно быстрее, чем у остальной поверхности детали. Свечение дефекта будет интенсивнее при одной и той же средней температуре нагрева детали. Толщина стенок, структурная неоднородность

„„5U„„ 1627955 А1 польэовано для обнаружения скрытых дефектов в стальных изделиях. Цель иэобретения— повышение разрешающей способности способа и обеспечение воэможности определения глубины залегания дефекта, Контролируемое стальное изделие нагревают путем воздействия на него тока высокой частоты удельной мощностью 0,8 — 1,35 кВт/см с г частотой 58-82 кГц до 800 — 900 С и по светимости дефектной зоны относительно беэдефектной регистрируют местоположение и контуры дефекта, а о глубине залегания дефекта судят по времени с момента начала светимости дефектной зоны до момента достижения этой зоной температуры 800—

900 С. 5 табл. материала, наличие переходной зоны у детали не влияют на качество контроля ибо время, затраченное на нагрев дефектной эоны иэделия до светимости, всегда значительно меньше, чем остальной недефектности. Это объясняется тем, что у дефекта магнитное поле имеет большую концентрацию, вследствие этого удельная плотность тока высокой частоты (ТВЧ) у дефекта выше, чем на недефектных участках детали. Большой плотности ТВЧ при прочих равных условиях соответствует большая температура в нагреваемом участке, а отсюда и тепловое излучение (светимость) дефектной зоны детали наступает значительно раньше, чем остальной поверхности, Как только появится градиент светимости (температур) поверхностей, он сразу стремится исчезнуть за счет теплопроводности материала изделия. Это влияние не1627955 д=

vlf обходимо свести к мини /му, в противном случае контроль дефектов предлагаемым способом невозможен.

Это достигается подбором удельной мощности и частоты источника электричеСКОГО TGK8, При низкой частоте глубина д проникновения тока в деталь где и — магнитная проницаемость материала проводника;

f — частота тока;

0-удельная электропроводность материала, будет велика, а концентрация вихревых токов у дефекта будет не намного выше, чем у остальной поверхности.

Следовательно, нагрев всего изделия (дефектной и недефектной зон) будет за счет рассосредоточения тепла. Контроль дефектов при этом невозможен.

При высокой частоте глубина проникновения тока незначительная, ток концентрируется в основном в поверхностных слоях детали, нагрев и перегрев которых идет очень быстро, зафиксировать появление градиента светимости на поверхности практически невозможно, а отсюда и контроль дефектов является затруднительным, При недостаточной удельной мощности источника тока имеет место медленный прогрев детали, рассосредоточение тепла за счет высокого влияния теплопроводности материала детали, что исключает появление градиента светимости на поверхнсти изделия. При большой удельной мощности источника электрического тока деталь очень быстро нагреватся и зафиксировать градиент светимости на поверхности иэделия также невозможно.

Влияние удельной мощности источника электрического тока на качество светимости дефектной зоны детали относительно бездефектной (частота ТВЧ 66 кГц) представлено в табл.1.

Влияние частоты источника электрического тока на качество светимости дефектной зоны детали относительно бездефектной (удельная мощность 1,2 кВт/см ) представлено;в табл.2.

Влияние удельной мощности и частоты источника электрического тока на качество светимости дефектной зоны детали относительно беэдефектной представлено в табл.З.

Из табл.1, 2 и 3 следует, что только при удельной мощности 0,8-1,35 кВт/см и часг татах источника тока 58-82 кГц получаем

55 четкую картину дефекта и дефектной зоны по контуру, т.е. возможен контроль скрытых дефектов. Следовательно, данный интервал удельной мощности и частот тока является оптимальным при дефектоскопии с исследованием данного изобретения.

При дефектоскопии конкретных изделий в конкретных случаях нагрев детали осуществляют источником электрического тока с определенной мощностью и фиксированной частотой. При этом глубина нагрева пропорциональна времени нагрева и, следовательно времени появления градиента светимости на поверхности детали, которое в данном решении используется для определения глубины залегания дефектов в изделии. Глубину залегания дефектов при этом определяют по формуле

h =Kt где постоянные К = 1 — 1,3; . а = 0,8-0,95;

t — время нагрева детали с момента начала светимости дефектной зоны до рабочей температуры (800 — 900 С), с.

В способе предлагается нагревать контролируемый участок детали до 800 — 900 С потому, что при этой температуре выявляются полностью дефекты и их контуры (табл.

1Ф 4).

Влияние температуры нагрева на качество теплового излучения (светимости) дефектной зоны относительно бездефектной (обследовано 40 шеек коленчатых валов

ЯМЗ-238Н Б, восстановленных наплавкой) приведено в табл,4, При 800-900 С дальнейший прогрев слоев металла идет за счет ТВЧ и за счет ранее нагретых слоев металла, слои последующие нагреваются более равномерно.

Соответственно магнитные превращения, происходящие в металле детали во время нагрева, и структурная неоднородность металла покрытия при относительном сравне нии видимого теплового излучения дефектных и бездефектных участков детали не влияют на результат дефектоскопии (время появления четкой светимости участков).

Кроме того, при нагреве в данном интервале температур не происходит образование окалины на поверхности детали и в случае необходимости такой нагрев может быть использован не только для контроля дефектов, но в сочетании с жидкостным охлаждением для упрочнения поверхности, восстановления эксплуатационных свойств детали. При

800-900 С и роисходит закалка бол ьшинства стальных деталей, используемых в сельхозмашиностроении, тракторостроении и

1627955

Таблица 1

Таблица 2

Предлагаемый способ дефектоскопии позволяет контролировать контуры дефектов. Качество контроля не зависит от места расположения регистратора, глубины проникновения токов высокой частоты в деталь, структурной и химической неоднородности металлов, так как при нагреве деталей выше

800 С нагрев идет равномерно во в ех слоях и точках независимо от структуры (ма нитные превращения отсутствуют, пройдена точка Кюри). Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает хорошее качество контроля поверхности и предповерхностных дефектов, т.е. дефектов на поверхности и лежащих на глубине до 20 мм от поверхности, что повышает разрешающую способность спссоба по сравнению с прототипом, где глубина контроля дефекта лежит в диапазоне 0,5-3,0 мм.

Результаты исследования "крьпых дефектов у восстанавливаемых наплавкой шеек коленчатых валов двигателя ЯМЗ-238 НБ приведены в табл,5, где указана фактическая и рассчитанная глубина залегания дефектов по вышеуказанной формуле

h = К t при К = 1,0 и а= 0,85.

Результаты исследования скрыть:х дефектов и восстановленных наплавкой шеек коленчатых валов двигателя ЯМЗ-238 НБ приведены в табл.5.

Из табл.5 следует, что при контроле наплавленных шеек коленчатых валов данным способом фактические результаты по глубине залегания скрытых дефектов и расчетные имеют хорошую сходимость, Это подтверждает правомерность применения в про о женном способе контроля формулы h = i для расчета глуби ы залегания дефек ов, 5 Использование предлаг. смог ) способа дефектоскопии дефектов изделий по сравнению с прототипом обеспечивает; повышение разрешающей способности способа контроля скрыл ых дефектг>в, то су10 щественно в ияет на повышение качества стальных деталей, например коленчатых валов с наплавкой; улучшение качества контроля скрытых дефектов, что повышает надеж ость работ

15 восстановленных деталей и отремонтированных машин.

Формул ". изобрстения

Способ тепловой дефектоскопии сталь20 ных изделий, включающий нагрев изделия током высокой часто гы и измерение температурного поля на сro поверхности, о тл и ч H ю шийся тем, что, с целью повышения разрсшающей способности способа, нагрев, 25 изделия осуществляю; удельной мощностью

0,8-1,35 кВт/см с част >той 58-82 кГц до рабочей температуры изделия 800 — 900 ".. и по светимости дефектной зоны относительно бездефектной регистрируют месте положе30 ние и контуры дефекта, причем глубину расположения внутреннего дефекта определяют по времени от начал свотимости дефектной зоны до установления рабочей температуры изделия.

1627955

Таблица 3

Изменяющиеся факторы в эксперименте

Иэображение дефектов не четкое

Не четкое иэображение дефектов

Нет

Таблица 4

Таблица 5

Составитель В. Марченко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И. Муска

Редактор А. Долинич

Заказ 336 Тираж 383 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул Гагарина, 101

Удельная мощность 0,6-0,7 кВт/см частота 50 - 55 кГ

Удельная мощность 0,8 - 1,35 кВт/см частота 58-82 кГ

Удельная мощность 1,4 кВт/см частота 85 - 90 кГ

Удельная мощность 1,5 - 1,7 кВт/см частота 95 - 100 кГ

Светимость дефектов и дефектной зоны по кон

Четкое изображение дефектов и е ектных зон етали