Способ контроля качества процесса индукционной сварки

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено к использованию для контроля качества индукционной сварки. Увеличение надежности при выявлении дефектности сварных швов и корректировка технологических параметров сварочного процесса достигаются за счет использования метода акустической эмиссии, при котором акустикоэмиссионный контроль выполняется на стадии остывания сварных швов. При этом временной интервал акустикоэмиссионного контроля разбивается на отдельные временные фазы> В качестве критерия по отбраковке дефектных сварных швов используется соотношение параметров акустической эмиссии в выделенных временных фазах. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено к использованию для контроля качества процесса индукционной сварки.

Известен способ контроля качества сварных соединений методом акустической эмиссии при возможной регистрации акустикоэмиссионных сигналов на трех стадиях процесса сварки: непосредственно при формировании сварного шва; при его последующем охлаждении до прихода в равновесное состояние; после прихода сварного шва в равновесное состояние (Грешников В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия. - М.: Изд-во Стандартов, 1976, с. 201-229).

Основными недостатками данного способа являются его рекомендательный характер и практическая невозможность реализации в силу отсутствия критерия однозначности в интерпретации результатов контроля, в особенности при сварке объектов небольших размеров.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ комплексного контроля качества сварных соединений, при котором на начальной стадии метода неразрушающего контроля в процессе формирования и охлаждения сварного шва используется метод акустической эмиссии, а на последующих стадиях - другие методы неразрушающего контроля (Положительное решение по заявке N 94021963/28(019434) на патент Российской Федерации). Методом акустической эмиссии выявляются акустикоэмиссионные активные области, которые затем подвергаются дополнительному неразрушающему контролю, в частности, ультразвуковым методом на предмет определения наличия дефектов в этих областях.

Недостатком данного способа является то, что используемый в нем критерий выявления акустикоэмиссионных активных областей не определяет характер формирующихся дефектов и степень их влияния на прочностные свойства сварных швов и потому диктует необходимость использования дополнительных методов неразрушающего контроля.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. К свариваемым изделиям прикрепляются АЭ-преобразователи (датчики). Изделия приводятся в соприкосновение, свариваемыми поверхностями прижимаются друг к другу и зона сварки с помощью индуктора нагревается до наперед заданной температуры. В нагретом состоянии изделия внешним усилием дополнительно прижимаются друг к другу. После определенного времени выдержки при температуре сварки нагрев прекращается и на стадии охлаждения сварной шов подвергается АЭ-контролю. При этом весь временной интервал акустикоэмиссионного контроля, определяемый временем охлаждения сварного шва до температуры 40-60^oC, разбивается на отдельные временные фазы. Длительность временных фаз определяется условиями теплоотвода из зоны сварного шва, задаваемыми теплофизическими характеристиками свариваемых материалов, геометрическими размерами изделий, конвективным теплообменом зоны сварного шва с окружающей средой, и достижением в процессе охлаждения температур структурно-фазовых превращений, характерных для свариваемых материалов, а также температур перехода этих материалов из области пластической деформации в область упругой деформации. Критерием качества сформированного сварного шва является соотношение параметров акустической эмиссии в выделенных временных фазах.

В тех случаях, когда не стоит задача локализации дефектов в сварных швах, а требуется лишь определить качество сформированных швов, т.е. наличие или отсутствие в них критических дефектов, и скорректировать параметры технологического процесса сварки достаточно использование при АЭ-контроле только одного АЭ-преобразователя (датчика), устанавливаемого на одном из свариваемых изделий вблизи зоны индукционной сварки.

При решении поставленной задачи достигается следующий технический результат. АЭ-контроль качества процесса индукционной сварки с использованием предлагаемого критерия обеспечивает 100% надежность по отбраковке дефектных швов, что подтверждено данными механических испытаний сварных швов на статический изгиб по ГОСТ 6996-66.

Предлагаемый способ реализован при индукционной сварке плетей труб длиной 10 м, диаметром 219 мм с толщиной стенок 11 мм из стали марки Ст20. Электроиндукционный разогрев места стыка труб до температуры ≈ 1200^oC осуществлялся в течение 50-60 с, время контролируемого остывания сварного шва до температуры 40-60^oC составляло 360 с. АЭ-контроль качества сформированного кольцевого сварного шва реализовывался на стадии его остывания с использованием АЭ-системы "Раскат", состоящей из АЭ-блока "Раскат"; АЭ-преобразователя (датчика) А-11У с чувствительностью не хуже 90 дБ отн. 1В/м · с^-1 на резонансной частоте 140-160 кГц, магнитного держателя АЭ-преобразователя (датчика); персонального компьютера РС/АТ-З86-40, работающего под управлением OC Windows 3.1, с объемом ОЗУ - 8 Мб, НЖМД - 800 Мб, дисплеем SVGA, НГДМ для гибких дисков 3,5'', мышью MS Mouse, принтером; кабеля для подключения АЭ-блока к ПК; программного обеспечения Weldtest. Использовался один АЭ-преобразователь (датчик), который прикреплялся с помощью магнитного держателя к поверхности одной из свариваемых труб на расстоянии 1 м от места стыка (сварки). Временной интервал АЭ-контроля разбивался на две временные фазы. Длительность первой фазы составляла 200 с, длительность второй фазы - 160 с. Одним из регистрируемых параметров являлась энергия акустической эмиссии в каждой из временных фаз АЭ-контроля. Критерием качества сформированного сварного шва служило отношение суммарной энергии акустической эмиссии в первой фазе E₁ к суммарной энергии акустической эмиссии во второй фазе E₂. Величина критерия K = E₁/E₂ составила 0,73. Превышение данной величины указывает на низкие прочностные характеристики сформированного сварного шва. Для высококачественных сварных швов отношение E₁/E₂ находится в пределах 0,2-0,4.

Выявленный критерий по отбраковке сварных швов на основании результатов АЭ-контроля на 100% подтвержден данными механических испытаний произвольно выбранных сформированных сварных швов на статический изгиб по ГОСТ 6996-66. Контролю подвергались 43 сварных шва, из них методом АЭ было забраковано 7 швов и 36 швов признаны годными. Результаты механических испытаний на статический изгиб по ГОСТ 6996-66 полностью подтвердили данные АЭ-контроля.

Формула изобретения

1. Способ контроля качества процесса индукционной сварки, заключающийся в том, что при формировании сварного шва используется неразрушающий метод контроля - метод акустической эмиссии, отличающийся тем, что временной интервал акустикоэмиссионного контроля разбивается на отдельные временные фазы и критерием качества сформированного сварного шва служит соотношение параметров акустической эмиссии в этих временных фазах.

2. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что регистрация акустикоэмиссионных сигналов осуществляется одноканальным АЭ-прибором.