СПОСОБ МАГНИТОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СТЫКОВЫХ СВАРНЫХ ШВОВ ДВУМЯ ЛЕНТАМИ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/85 

Изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля стыковых сварных соединений.

Известен способ магнитографического контроля стыковых сварных швов [1 - 3] ставший классическим и заключающийся в том, что на шов укладывают магнитную ленту, однократно намагничивают ее совместно с изделием в поперечном длине ленты направлении магнитным полем, величину напряженности H_o которого определяют по эмпирическим таблицам, учитывающим магнитные свойства ленты, толщину изделия, форму шва и ряд других факторов, снятую с изделия ленту однократно сканируют построчно в поперечном ее длине направлении одной индукционной головкой (или несколькими включенными последовательно одинаковыми головками), сигнал головки подают на осциллограф и о наличии дефектов судят по изображению на экране.

Недостатком способа является невозможность подбора значения H_o, одинаково оптимального для выявления всех возможных дефектов одной лентой и одной головкой при однократном считывании. Действительно, сравнительно слабое поле H_o, оптимальное для выявления низкокоэрцитивной лентой наружных дефектов (НД), не позволяет обнаружить глубоколежащие внутренние дефекты (ВД); в свою очередь, в полях H_o, оптимальных для выявления ВД, сигнал НД на такой ленте падает. Высококоэрцитивные ленты требуют сильных полей H_o, которые трудно реализовать на практике, и хуже выявляют внутренние дефекты в швах. Индукционная головка очень чувствительна к наружным трещинам продольной, по отношению к направлению движения рабочей щели, ориентации, но хуже выявляет ВД и совсем не выявляет трещины поперечной ориентации.

Известен способ [1] магнитографического контроля, отличающийся от классического применения ленты МКУ с двумя рабочими солями нижним, более магнитожестким, и верхним, более магнитомягким на одной основе. Промышленный выпуск двухслойных лент МКУ, однако, не наложен, и они не упоминаются в справочнике [3] кроме того, здесь также используется индукционная головка с ее недостатками.

Известен способ магнитографического контроля (2, стр. 164) с применением двухслойной магнитной ленты [4] наиболее близкий к сути предложенного изобретения и принятый за ближайший аналог. Способ ближайший аналог состоит в том, что с целью отстройки от глубины залегания внутренних дефектов (ВД) намагничивают контролируемое изделие совместно с уложенной на его поверхность двухслойной лентой из двух одинаковых по магнитным свойствам слоев постоянным магнитным полем, снятую с изделия ленту считывают одновременно с двух сторон двумя одинаковыми индукционными головками и о величине дефекта судят по величине разностного сигнала головок. Во [2] поясняется, что для получения двух слоев обычную ленту складывают вдвое через полиэтиленовую прокладку толщиной около 0,5 мм.

Описываемый способ ближайший аналог имеет ряд недостатков. Во-первых, разностный сигнал двух одинаковых головок резко уменьшается по сравнению с сигналом одной головки, особенно для глубоколежащих ВД; кроме того, остаются присущие индукционной головке недостатки. Во-вторых, из-за применения двух одинаковых лент сохраняется невозможность подбора значения H_o, одинаково оптимального для выявления всех возможных дефектов.

Задачей изобретения является увеличение эффективности магнитографического контроля сварных швов путем оптимизации магнитных свойств носителя и характеристик преобразователя поля записи.

Задача достигается тем, что, как и в способе ближайшем аналоге, намагничивают контролируемое изделие вместе с двумя магнитными лентами, разделенными немагнитной прокладкой и уложенными немагнитными основами друг к другу на его поверхность, поперечным к шву постоянным магнитным полем H_o, и снятые с изделия ленты считывают двумя преобразователями. Однако, в отличие от известного способа используют ленты с разными магнитными свойствами, ленты выбирают так, чтобы насыщающее поле первой более магнитожесткой ленты было максимально возможным, после насыщения второй ленты было близким стартовому полю первой, поле H_o вырабатывают близким полюс насыщения второй ленты, первую ленту укладывают ближе к поверхности изделия, снятые с изделия ленты считывают в поперечном их длине направлении двумя преобразователями, первый из которых максимально приближен к поверхности ленты, а второй имеет линейную характеристику и находится на некотором удалении от ленты.

На фиг. 1 4 показаны диаграммы намагниченности изделия, где 1 и 2 - соответственно магнитожесткая и магнитомягкая ленты.

Сущность изобретения заключается в следующем. Очевидно, что эффективность любого метода растет, если увеличивается сигнал дефекта, уменьшаются шумы и четче становится связь амплитуды сигнала с размером дефекта. Эффективность магнитографического контроля определяется, в первую очередь, магнитными свойствами применяемых лент, свойствами исходного поля над металлом, свойствами поля записи и характеристиками преобразователя поля ленты. Исследования [5] выявили ряд существенных факторов. Во-первых, что поле записи создает преимущественно тангенциальная к поверхности шва составляющая H_t исходного поля над изделием, причем критически важными являются три параметра, показанных сплошными линиями аппроксимированных амплитудных характеристик (т. е. зависимости остаточной намагниченности Мг от величины составляющей H_t приложенного поля; реальные экспериментально снимаемые зависимости показаны на фиг. 2 пунктиром лент: стартовое поле H_b, т.е. поле, в котором начинает появляться остаточная намагниченность; насыщающее ленту поле H_s; ширина (H_b, H_s) линейного участка. Во-вторых, величина H_tmax (см. фиг 1) для различных дефектов и значений H_o может меняться от десятков до тысяч А/см, по-разному зависит от H_o и меняется в пространстве: для узких наружных дефектов типа трещин поле резко убывает с удалением от поверхности изделия и зависимость H_tmax от H_o по форме позволяет основную кривую намагничивания (для малоуглеродистых сталей уже в полях H_o порядка 50 А/см поле дефекта практически насыщено и достигает вблизи поверхности тысяч А/см); для внутренних дефектов типа непроваров существует некоторое пороговое (тем более, чем глубже лежит дефект) значение H_o, при котором поле дефекта фиксируется на поверхности, причем зависимость H_tmax от H_o практически линейна, поле дефекта медленно убывает в пространстве, квадратично зависит от площади поперечного сечения несплошности и для малых дефектов может достигать достаточных для выявления лентой значений лишь при H_o в сотни А/см. В-третьих, для всех дефектов сигнал ленты начинает падать, если величина H_tmax больше насыщающего поля H_s, т.е. для роста сигнала желательно как можно большее значение H_s; достоинством двухслойной ленты МКУ как раз и является расширение линейного участка (H_b, H_s) амплитудной характеристики. В-четвертых, лента реагирует не только на величину, но и на топографию тангенциальной составляющей исходного поля: при равных H_tmax поле наружной трещины образует отпечаток малых размеров и высокой интенсивности (под интенсивностью здесь понимается градиент показанной на фиг. в остаточной намагниченности ленты, создающий резко убывающее в пространстве и вблизи ленты очень мощное (десятки и сотни А/см) поле записи с высоким градиентов, а поле внутреннего непровара образует отпечаток больших размеров и малой интенсивности, создающий медленно убывающее в пространстве и слабое (единицы и десятки доли А/см) поле записи с низким градиентом. В-пятых, валик стыкового сварного шва создает собственное поле, по направлению обратное H_o, так что на большей части валика действующее на ленту поле H_t меньше H_o (фиг. 1). Наконец, в-шестых, отдача индукционной головки в силу принципа ее работы пропорциональна градиенту поля записи, т.е. наружная трещина и внутренний непровар создают на ленте отпечатки, которые даже при одинаковой наибольшей величине H_rmax (фиг. 4) поле записи образуют существенные отличающие по амплитуде сигналы головки.

Из всего вышеизложенного видно, что условия выявления НД и ВД в швах существенно отличаются: резко отличны величина, топография и скорость убывания их полей как в пространстве над швом, так и в пространстве над лентой; различны значения H_o и магнитные свойства ленты, оптимальные для выявления НД и ВД; различными должны быть характеристики датчиков (преобразователей) поля ленты для выявления НД и ВД. В частности, значение Н_o при контроле швов должно удовлетворять сразу двум противоречивым условиям: с одной стороны, быть достаточно большим для создания заметного поля от малых ВД, причем в [5] рекомендуется близкое к насыщающему ленту полю H_s значение H_o для записи полей ВД по всей ширине валика; с другой стороны, H_o не должно превышать значение H_b ленты для оптимизации выявления НД и снижения ее собственных шумов до нуля. Лента для увеличения сигнала от НД и крупных ВД должна иметь максимальную ширину линейного участка (H_b, H_s). Для выявления НД ленты желательно прижать вплотную к изделию, где исходные поля НД значительно превышают поля неровностей поверхности металла; для выявления глубоколежащих ВД, наоборот, желательно ленту несколько отодвинуть от поверхности металла для снижения поля поверхностных неровностей. При считывании ленты отношение сигнала НД к шумам ленты и металла максимально, если преобразователь находится как можно ближе к поверхности ленты; отношение сигнала ВД к шумам ленты и металла растет, если датчик несколько удалить от поверхности ленты. Если индукционная головка в силу принципа работы и особенностей конструкции очень чувствительна к НД, то для выявления ВД желателен преобразователь с линейной характеристикой, реагирующий на величину поля, а не его градиент. Такие преобразователи существуют, например, феррозонды.

Целесообразность выбора лент с разными магнитными свойствами при условии, что поле H_s второй более магнитомягкой ленты равно полю H_b более магнитожесткой первой, а поле H_o равно полю H_s второй ленты (т.е. полю H_b первой), иллюстрирует фиг. 1-4. Здесь схематично показана для одного значения поля H_o последовательность трансформации распределения тангенциальной составляющей H_t(тау) исходного поля наружного (эта кривая на фиг.1 показана штрих-пунктиром) и внутреннего (пунктир на фиг.1) протяженных дефектов в одном и том же шве двумя лентами с характеристиками, данными на фиг.2, в распределение тангенциальной остаточной намагниченности M_rx (x) лент на фиг. 3, создающей поле записи с распределением тангенциальной составляющей поле записи с распределением тангенциальной составляющей H_rx (x) как на фиг.4. Поле H_o для обоих дефектов равно нулю H_b более магнитожесткой ленты (обозначена 1 на фиг.2) и полю H_s более магнитомягкой ленты 2. Видно, что в рассматриваемом случае поле НД в шве записывается обеими лентами, но поле ВД
только более магнитомягкой; в свою очередь, более магнитожесткая лента почти не записывает мощную помеху от шва, и ее собственные швы близки к нулю, значит, применение двух лент с разными магнитными свойствами при указанных условиях действительно позволяет улучшить отношение сигнал/шум для наиболее опасных дефектов наружных трещин и крупных ВД, сохраняя в то же время возможность поля малых глубоколежащих ВД. Кроме того, размещая более магнитомягкую ленту на достаточном удалении от металла, а датчик ее поля на достаточном удалении от ленты, можно добиться фиксации этой лентой только полей ВД. Тогда дефекты, фиксируемые только более магнитомягкой лентой 2, являются небольшими ВД: только лентой 1 небольшими НД; фиксируемые сразу двумя лентами в одном и том же месте изделия крупными ВД. Итак, метод позволяет также оценить координаты и размер дефекта в шве.

Необходимость выбора более магнитожесткой ленты с максимально возможным насыщающим полем обусловлена тем, что у существующих лент сравнительно узкий линейный участок (в лучшем случае 500 400 А/см): значения стартового поля H_b у разных лент меняется примерно от 50 до 300 А/см, а насыщающего H_s примерно от 300 до 700 А/см. Поскольку значение H_tmax для НД и больших ВД могут достигать тысяч А/см (5), то поля таких дефектов насыщают ленту, и от требования H_s > H_tmax вынужденно приходится отказаться, ограничившись выбором ленты с максимальным H_s.

На практике способ осуществляют следующим образом. Подбирают две ленты так, чтобы значение H_b более магнитожесткой из них (лента 1) было близким значению H_s второй (лента 2). Из всех подходящих лент 1 выбирают ленту с наибольшим значением H_s. Затем ленты складывают основами друг к другу через полиэтиленовую прокладку толщиной 1 2 мм, помещают на шов лентой 1 вниз, намагничивают контролируемое изделие вместе с уложенными на его поверхность двумя лентами постоянным магнитным полем, направленным поперечно шву и близким по величине к полю H_b ленты 1 (значение H_o измеряют, например, датчиком Холла). Снятые с изделия ленты можно как разделить и считывать двумя разными дефектоскопами, так и не разделять и считывать дефектоскопом с двумя разными датчиками в одном барабане, сигнал которых выводится, например, на двухлучевой осциллограф. В последнем случае лента 1 помещается ближе к датчикам. В любом случае датчик для считывания ленты 1 (им может служить и головка) должен иметь минимальную высоту рабочего элемента и минимальное удаление от ленты: датчик для считывания ленты 2 должен реагировать на величину поля, иметь линейную характеристику в измеряемом диапазоне полей и быть удален от ленты на 1 2 мм.

Изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля стыковых сварных швов. Сущность изобретения: намагничивают контролируемое изделие вместе с двумя отличающимися по магнитным свойствам магнитными лентами, разделенными немагнитной прокладкой и уложенными немагнитными основами друг к другу на его поверхность, поперечным к шву постоянным магнитным полем H_o, ленты выбирают так, чтобы насыщающее поле первой более магнитожесткой ленты было максимально возможным, поле насыщения второй ленты было близким стартовому полю первой, поле H_o выбирают близким полю насыщения второй ленты, первую ленту укладывают ближе к поверхности изделия, снятые с изделия ленты считывают в поперечном их длине направлении двумя преобразователями, первый из которых максимально приближен к поверхности ленты, а второй имеет линейную характеристику и находится на некотором удалении от ленты. 4 ил.

Способ магнитографического контроля стыковых сварных швов двумя лентами, состоящий в том, что намагничивают контролируемое изделие совместно с двумя уложенными на его поверхность магнитными лентами, обращенными друг к другу немагнитными основами и разделенными немагнитной прокладкой, поперечным к шву постоянным магнитным полем Н₀, снятые с изделия ленты считывают двумя датчиками, отличающийся тем, что используют ленты с разными магнитными свойствами, ленты выбирают так, чтобы насыщающее поле первой более магнитожесткой ленты было максимально возможным, поле насыщения второй ленты было близким стартовому полю первой, поле Н₀ выбирают близким полю насыщения второй ленты, первую ленту укладывают ближе к поверхности изделия, считывание лент производят в поперечном их длине направлении двумя датчиками, первый из которых максимально приближен к поверхности лент, а второй имеет линейную характеристику и находится на расстоянии от них до первого датчкика.