Разработка технических средств и методики контроля кольцевых швов малогабаритных емкостей

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 Разраб.

 Пров.

 Н. Контр.

 Утв.

Власов А.В.

Новиков В.А.

Белорусско-Российский университет  гр. МПКЗ-071

Лит.

Лист

Листов

5

77

Разработка технических  средств и методики контроля кольцевых  швов малогабаритных емкостей.

Пояснительная записка

 

1.54.01.02.00.00.000 ПЗ

Аннотация

 

Цель дипломного проекта – разработать устройства и методику магнитографического  контроля с использованием визуализирующей магнитные поля пленки для контроля стальных автомобильных отливок для ОАО “БелАЗ”, обеспечивающие обнаружение протяженных дефектов h>10% и локальных – более 20% от толщины.

В процессе работы проводился анализ возможных  дефектов возникающих в стальных автомобильных отливках. Был проведен анализ литературных источников, с целью выбора метода способа контроля.

Также проведен анализ литературных источников с целью  разработки оборудования для контроля. Рассчитаны оптимального режима намагничивания и параметры электромагнита намагничивающего устройства.

Кроме того, были разработаны методика контроля объекта и метрологическое обеспечение  средств неразрушающего контроля.

Рассмотрены вопросы охраны труда, техники безопасности и экологичности. Приведены технико-экономические  показатели и рассчитан годовой  экономический эффект от внедрения  разработанных устройств и методики контроля. Также рассмотрены вопросы  энерго- и ресурсосбережения.

Разработанное устройство может найти применение в машиностроении, в частности для контроля стальных отливок без предварительной зачистки поверхности объекта контроля.

Графическая часть проекта выполнена на 9 листах формата А1, 1 листе формата А2. Пояснительная записка включает 80 страниц, 30 рисунков, 7 таблиц, 60 литературных источников.

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...6

1 Общая  часть……………………………………………………………………...7

1.1 Характеристика объекта контроля…………………………………………...7

1.2 Дефекты сварных соединений  и их влияние на работоспособность  конструкций…………………………………………………………………………….7

1.3 Выбор метода контроля……………………………………………………….8

1.4 Анализ литературных источников  с целью выбора способа магнитографического  контроля………………………………………………………10

2 Разработка намагничивающих устройств  для магнитографического метода  контроля………………………………………………………………………………..19

2.1 Анализ литературных источников  с целью разработки оборудования  для контроля………………………………………………………………..………………19

2.2 Расчет электромагнита намагничивающего  устройства…………………...20

2.3 Разработка устройства для  поперечного намагничивания объекта  контроля………………………………………………………………………………..29

2.4 Разработка устройства для  продольного намагничивания объекта  контроля………………………………………………………………………………..30

3 Разработка устройства для  подсчета и индикации дефектов………………...32

3.1 Выбор и описание элементов………………………………………………..32

3.2 Разработка электрической принципиальной  схемы усилителя……………39

3.3 Разработка электрической принципиальной  схемы устройства для подсчета  и индикации дефектов……………………………………………………...41

4 Методика контроля объекта…………………………………………………...43

5 Метрологическое обеспечение  средств неразрушающего контроля………..45

6 Экономика……………………………………………………………………...46

7 Охрана труда……………………………………………………………………54

8 Энергосбережение……………………………………………………………..61

Заключение……………………………………………………………………….63

Список  литературы………………………………………………………………65

Приложение  А……………………………………………………………………68

Приложение  Б……………………………………………………………………69 

Введение

 

В связи с повышением требований к качеству и конкурентоспособности  продукции существенным образом  возрастает роль физических методов  неразрушающего контроля. Без высокоэффективного и производительного контроля невозможно, например, развитие космической, авиационной  и атомной техники и современной  энергетики, а также обеспечение  безопасности движения на транспорте.

В ряде отраслей промышленности неразрушающий  контроль выделен в самостоятельный  технологический процесс, так как  в большинстве случаев затраты  на контроль соизмеримы с затратами  на изготовление самого изделия. Например, при производстве изделий авиакосмического комплекса, к которым предъявляются  особо высокие требования, затраты  на контрольные операции достигают 25…35 % общей стоимости конструкции. На металлургических предприятиях, изготавливающих трубы, на контроле занято 18…20 % рабочих.

 В ряде случаев выборочный  контроль исходного металла, заготовок,  полуфабрикатов и готовых изделий  ответственного назначения на  заводах не гарантирует их  высокое качество, особенно при  серийном и массовом изготовлении. В настоящее время все более  широкое распространение получает  стопроцентный неразрушающий контроль продукции на отдельных этапах производства. Для обеспечения высокой эксплуатационной надежности машин и механизмов большое значение имеет также периодический контроль их состояния без демонтажа или с ограниченной разборкой, производимый при обслуживании в эксплуатации или ремонте.

 

 

1 Общая часть

 

1.1 Характеристика объекта контроля

 

Малогабаритная емкость представляет собой стальной цилиндрический сосуд с двумя эллиптическими днищами, изготавливаемый из стали Ст3, поэтому для контроля данного объекта целесообразно применять магнитные методы контроля. Это связано с тем, что они достаточно безопасны, просты и обеспечивают выявление недопустимых дефектов в сварном шве.

 

 

Рисунок 1.1 – Объект контроля

 

В дипломном проекте необходимо будет разработать технические средства контроля кольцевых сварных швов малогабаритных емкостей. Рассчитать параметры электромагнита намагничивающего устройства, такие как геометрическая форма и размеры магнитопровода, количество витков обмотки и диаметр провода, мощность устройства и др. Разработать методику проведения контроля и определить мероприятия по охране труда при проведении контроля.

 

1.2 Дефекты сварных соединений  и их влияние на работоспособность  конструкции.

 

Из рисунка 1.1 видно, что  сварка производилась автоматическая в среде СО₂. Толщина стенки 4 мм, а диаметр относительно небольшой, значит наиболее вероятны такие дефекты как непровары, поры и шлаковые включения. Деталь изготовлена из магнитной стали Ст3, которая хорошо намагничивается. Объект на стадии контроля не имеет никаких покрытий, шероховатость поверхности не высока.

 Наиболее часто в  сварном шве встречаются горячие  трещины в переходной зоне  от шва к основному материалу.  Трещины возникают при сварке  сталей малой толщины, склонных  к образованию трещин, при высоких  температурах.

Трещины в наплавленном металле  – продольные и поперечные, возникают  при неправильном выборе присадочного материала.

Холодные трещины в  шве и переходной зоне возникают  при остывании детали в зоне пониженных температур, преимущественно при  дуговой сварке низколегированной  стали большой толщины.

Трещины в сварных соединениях  изделий из низкоуглеродистых и  ряда низколегированных сталей маловероятны и могут возникать лишь в местах повышенных механических напряжений.

Поры – округлые или  вытянутые полости, заполненные  газом. Они могут быть микроскопическими  и крупными (до 4–6 мм). Поры образуются в швах или на границе сплавления с основным металлом.

Непровар – отсутствие сплавления между основным и наплавляемым металлом. Возникает в основном в  корне шва и при этом он там  хуже всего выявляется.

Шлаковые включения в  металле шва – небольшие объемы, заполненные неметаллическими веществами. Форма и размеры могут быть самыми различными. Шлаковые включения  образуются в результате плохой очистки  кромок свариваемых деталей,  а  так же недостаточно полного удаления шлака при многослойной сварке.

Наиболее опасны дефекты  сильно вытянутые, с острыми краями (трещины, непровары), менее опасны дефекты  округлой формы (поры, включения). Дефекты, ориентированные перпендикулярно  растягивающим напряжениям, являются наиболее опасными, ориентированные  параллельно, менее опасны.

Так как контролируемый объект является сосудом, работающим под высоким  давлением, то наличие в сварных  швах выше перечисленных дефектов, превышающих допуски по заданию (протяжённые – не более 10%, локальные  – не более 20 % от толщины шва) может  привести к аварийным ситуациям.

 

1.3 Выбора метода контроля

 

Выбор метода неразрушающего контроля  должен быть основан на таких факторах, как:

- условия работы изделия;

- форма и размеры объекта;

- физические свойства материала;

- условия контроля и наличие подходов к проверяемому объекту;

- технические условия на изделия, содержащие количественные критерии недопустимости дефектов и зачастую нормирующие применение методов контроля на конкретном изделии;

- чувствительность методов.

Достоверность результатов определяется чувствительностью методов неразрушающего контроля, выявляемостью и повторяемостью результатов.

Чувствительность метода контроля является важной его характеристикой.

Специфические особенности каждого  вида неразрушающего контроля делают необходимым проведение анализов всех видов неразрушающего контроля для  качественного решения поставленных задач. В основу классификации методов  неразрушающего контроля положены физические процессы взаимодействия физического  поля или вещества с объектом контроля. С точки зрения физических явлений, на которых они основаны, выделяют девять видов неразрушающего контроля. Каждый из видов контроля подразделяют по трем признакам:

- по характеру взаимодействия поля с объектом контроля;

- по первичному информативному параметру физического поля;

- по способу получения первичной информации.

Проанализируем различные методы неразрушающего контроля с точки  зрения возможности их применения для  обнаружения дефектов в сварных  швах ресиверов. Так как обнаружению  подлежат не только поверхностные, но и внутренние дефекты, то оптические методы и методы контроля течеисканием для этих целей не пригодны. Весьма проблематично применение для обнаружения дефектов в ресиверах тепловых методов. Остановимся более подробно на анализе акустических, вихретоковых, радиационных и магнитных методов контроля.

Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового  преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых  в контролируемом объекте. Его применяют  только для контроля изделий из электропроводящих  материалов. Вихретоковый вид позволяет  выявить поверхностные и подповерхностные трещины глубиной 0,1…0,2 мм и протяженностью более 1 мм., расположенные на глубине  до 1 мм. На чувствительность значительное влияние оказывает зазор между  преобразователем и поверхностью контролируемого  изделия, а также взаимное расположение преобразователя и изделия, форма  и размеры объекта контроля. С  увеличением зазора чувствительность методов резко падает. Существенно  снижает чувствительность методов  к обнаружению дефектов и структурная  неоднородность зоны контроля.

Вихретоковые методы редко применяют  при контроле сварных швов, так  как электропроводность отдельных  зон шва и около шовной зоны значительно меняются, что создает  помехи при выявлении дефектов сварного шва [2].

Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации  и анализе проникающего ионизирующего  излучения после взаимодействия его с контролируемым объектом.

Методы радиационной дефектоскопии  могут успешно применятся для  обнаружения несплошностей в  ответственных металлоконструкциях. Наиболее чувствительны они по отношению  к объемным дефектам (поры, шлаковые включения). Однако обнаружение узких  трещин и стянутых непроваров, особенно ориентированных под углом к  направлению просвечивания, при этом не гарантируется. Кроме того, контроль радиационными методами имеет низкую экономичность и не всегда высокую производительность. Так, по данным ряда отраслевых НИИ, затраты на радиографический контроль одного метра шва больше в 10 раз, а время- в 13 раз по сравнению с магнитографическим методам [2].