М ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана»

(МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Н.П. Алешин, А.Л. Ремизов, А.А. Дерябин

Лекции

по курсу

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ЛЕКЦИЯ №1. ОБЗОР МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3

ЛЕКЦИЯ №2. ПАРАМЕТРЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН. 14

ЛЕКЦИЯ №3. ТИПЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА 21

ЛЕКЦИЯ № 4. ИСТОЧНИКИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН 36

ЛЕКЦИЯ №5. ТЕХНОЛОГИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ 51

ЛЕКЦИЯ 6. ТЕХНОЛОГИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ. ПОДГОТОВКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ К КОНТРОЛЮ. СХЕМЫ КОНТРОЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 64

ЛЕКЦИЯ №7. РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЙ. МЕТОДЫ РАДИАЦИОННОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ 84

ЛЕКЦИЯ №8. РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ 99

ТЕХНОЛОГИЯ РАДИОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 99

ЛЕКЦИЯ № 9. МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ. 121

ЛЕКЦИЯ № 10. МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ. СХЕМЫ КОНТРОЛЯ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ 138

ЛЕКЦИЯ №11. КАПИЛЛЯРНЫЙ КОНТРОЛЬ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ. КАПИЛЛЯРНЫХ ЯВЛЕНИЙ 153

ЛЕКЦИЯ №12. КАПИЛЛЯРНЫЙ КОНТРОЛЬ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ 165

ЛЕКЦИЯ № 13. КОНТРОЛЬ ГЕРМЕТИЧНОСТИ 178

ЛЕКЦИЯ № 14. КОНТРОЛЬ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ. ВИЗУАЛЬНЫЙ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ 188

ЛЕКЦИЯ № 15. КОНТРОЛЬ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ. АКУСТИКО - ЭМИССИОННЫЙ КОНТРОЛЬ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 206

ЛЕКЦИЯ № 16. КОНТРОЛЬ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ. АКУСТИКО - ЭМИССИОННЫЙ КОНТРОЛЬ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ 221

ЛЕКЦИЯ № 17. КОНТРОЛЬ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ. ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЬ 232

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 239

ЛЕКЦИЯ №1. ОБЗОР МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Для обеспечения потребностей человека в настоящее время вводится в эксплуатацию огромное количество различных технических средств, которые представляют собой опасные для жизни людей производственные объекты. Это аммиачно-холодильные установки, системы транспортировки и переработки нефти и газа, строительные конструкции, атомные электростанции и т.п. Аварийность на таких объектах определяется не только качеством сборочных работ, но и качеством проведенных диагностических исследований. Диагностика позволяет на ранней стадии определять различные предпосылки к различным аварийным ситуациям, а также оценить остаточный ресурс конструкций. Аварии на подобных объектах приводят к гибели людей и природным катастрофам.

Например, Россия остается одной из основных нефтегазодобывающих стран, а катастрофа в Мексиканском заливе показала миру, что аварии на нефте- и газопроводах грозят плачевными экологическими последствиями, и могут принести значительный экономический ущерб. В результате без вести пропали 11 рабочих, в толще вод Мексиканского залива обнаружены огромные пятна нефти, одно из них на глубине 1300 метров длиной 16 км толщиной 90 метров. Это привело к гибели подводных обитателей залива, а также, по некоторым данным, оказало влияние на океаническое течение «Гольфстрим». «Гольфстрим» - мощнейший теплогенератор, вырабатывающий 50 млн. м3 тёплой воды в секунду, т.е. 1015 киловатт тепловой энергии. По спутниковым данным "Гольфстрим" начинает разбиваться на части. Средняя температура воды на севере Гольфстрима упала на 10 градусов по сравнению с 2009 годом. Конвейер подачи тепла разбился на отдельные участки и стал переносить к Европе тёплую воду в значительно меньшем объеме.
Чем это грозит для Европы и другим странам, находящимся в зоне влияния "Гольфстрима? В Европу вполне реально могут прийти сибирские морозы. И природные катаклизмы двух последних лет это подтверждают. Сильнейшие морозы и снегопады обрушились на Германию и Англию, ледяные дожди в Москве - это все приветы от "Гольфстрима".

Это пример доказывает, что необходимо постоянно оценивать техническое состояние опасных производственных объектов, что позволит не допустить катастроф как местного значения, так и планетарного. В связи с этим методы неразрушающего контроля находят широкое применение и постоянно развиваются.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана вопросами неразрушающего контроля занимаются с 1936 года на кафедре МТ-7 «Технологии сварки и диагностики». Основателем группы контроля является Сергей Тихонович Назаров.

Историческая справка.

Сергей Тихонович Назаров

Назаров С.Т. родился 30 сентября 1903 года в городе Павлово-Посад в семье рабочего текстильщика.

В 1921 году окончил школу и стал работать электромонтером, потом радиотехником на опытной радиостанции Совета Труда и Обороны. В это же время 1920- 1923 годы периодически работал по сборке и установке рентгеновских медицинских аппаратов. В 1923 году работал в МОГЭС (Московская городская электростанция) в качестве старшего электромонтера по монтажу высоковольтных подстанций. Эта должность требовала от человека высоких профессиональных качеств, так как в 1920–1930-х годах МОГЭС был одной из визитных карточек плана ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электрификации России, аббревиатура часто расшифровывается также, как Государственный план электрификации России, то есть продукт комиссии ГОЭЛРО, ставший первым перспективным планом развития экономики, принятым и реализованным в Советской России).

С 1924 по 1928 годы учился на электропромышленном факультете Института Народного Хозяйства им. Плеханова. За время пребывания в ИНХ им. Плеханова вел общественную работу, был председателем электромонтажной секции стола труда ВУЗов Замоскворечья и членом профкома металлистов. С 4-го курса ИНХ им. Плеханова перевелся на рентгеновское отделение физмата МГУ, где учился по 1930 год. С 1930 года работал в ВЭИ (Всероссийский Электротехнический Институт). Работая в ВЭИ Назаров С.Т. разработал:

- методику рентгеновского контроля сварных швов;

- спроектировал и осуществил рентгеновские установки для контроля сварных изделий в производстве на заводах «Парстрой», Луганском, Коломенском, Таганрогском и других заводах того времени;

- совместно с профессором Хреновым в МЭМИИТ (Московский институт инженеров железнодорожного транспорта) разработал новый прибор для магнито- электрического испытания сварных швов; прибор введен в строй на 8 заводах СССР.

Назаров С.Т. педагогической работой занимался с 1929 года. С 1932 года преподает курс испытания сварных швов на факультете сварочного производства МММИ им. Н.Э. Баумана (Московский механико-машиностроительный институт). С этого момента начинается этап жизни С.Т. Назарова, неразрывно связанный с работой в Бауманке.

С 1933 года Сергей Тихонович читает курс «Контроль качества сварки».

25 октября 1936 года Сергей Тихонович Назаров официально становится сотрудником МММИ им. Н.Э. Баумана и назначается на должность заместителя заведующего кафедрой «Сварочное производство». Именно этот день принято считать Днем рождения группы неразрушающего контроля.

С 1947 по 1950 год С.Т. Назаров является деканом факультета «Сварочное производство».

В 1948 году С.Т. Назарову присваивается звание кандидата технических наук, в тот же год он становится доцентом.

В 1960 году С.Т. Назарову присваивается звание профессора.

Профессор Назаров Сергей Тихонович скончался 12 апреля 1965 года, до последнего дня являясь сотрудником МВТУ им. Н.Э. Баумана.

За свою жизнь, Сергей Тихонович создал более 50 –и научных работ, 7 зарегистрированных изобретений, причем все его работы нашли широкое применение в науке и производстве.

С.Т. Назаров был награжден:

- в 1945 году орденом «Знак почета» и медалью «За оборону Москвы»

- медалью «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг»;

- в 1951 году орденом «Трудового Красного Знамени» (Орден Трудового Красного Знамени учреждён для награждения за большие трудовые заслуги перед Советским государством и обществом в области производства, науки, культуры, литературы, искусства, народного образования, здравоохранения, в государственной, общественной и других сферах трудовой деятельности);

- имеет множество поощрений и благодарностей.

В настоящее время руководит группой контроля Академик РАН Алешин Николай Павлович, заведующий кафедрой МТ-7.

Николай Павлович Алешин, академик РАН, удостоен многих почетных званий, в том числе он - заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат премии Совмина СССР, премий Правительства России в области науки и техники, Государственной премии. Автор более 150 научных работ.

Алешин Н.П. заведует кафедрой «Технологии сварки и диагностика» МГТУ им. Н.Э. Баумана с 1989 года, является президентом Национальной ассоциации контроля и сварки с 1992 года.

Николай Павлович Алешин

Алешин Н.П. является Председателем НТС секции «Сварка, диагностика, защита от коррозии и ремонтные технологии» ОАО «Газпром».

В 2011 году Николай Павлович Алешин был награжден орденом «За заслуги перед Отечеством» 4-й степени.

1. Основные понятия и определения

Неразрушающий контроль – комплекс мероприятий, направленных на определение степени поврежденности и оценки оставшегося ресурса работы технических средств без вывода этих средств из эксплуатации и нарушения их целостности.

1.2 Краткая характеристика основных методов НК

Неразрушающий контроль в зависимости от физических явлений, положенных в его основу, подразделяется на виды:

- акустический;

- магнитный;

- электрический;

- вихретоковый;

- радиоволновой;

- тепловой;

- оптический;

- радиационный;

- проникающими веществами;

- течеискание.

Методы каждого вида неразрушающего контроля классифицируются по следующим признакам:

- характеру взаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом;

- первичным информативным параметрам;

- способам получения первичной информации.

Радиоволновый метод неразрушающего контроля основан на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с объектом контроля. Обычно используются волны сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона с длиной от 1мм до100 мм. Контролируют изделия из материалов, где радиоволны не очень сильно затухают: диэлектрики (пластмассы, керамика, стекловолокно), магнитодиэлектрики (ферриты), полупроводники, тонкостенные металлические объекты. По характеру взаимодействия с ОК различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного излучения и резонансный. При использовании этого вида контроля наличие дефектов в исследуемых изделиях приводит к появлению дополнительных отражений электромагнитного поля, которые изменяют интерференционную картину и вызывают дополнительные потери энергии. Этот метод применяется в дефектоскопии диэлектриков, а также при исследовании состояния поверхности проводящих тел. Недостатком СВЧ метода является сравнительно низкая разрешающая способность устройств, реализующих этот метод, обусловленная малой глубиной проникновения радиоволн в металлы.

Тепловой метод НК основан на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов. Он применим к объектам из любых материалов. Распределение температур в изделии зависит от его свойств: геометрических параметров, химического состава, наличия дефектов и других. По характеру взаимодействия теплового поля с ОК различают методы: пассивный (на объект не воздействуют внешним источником энергии) и активный (объект нагревают или охлаждают от внешнего источника). Недостатком этого метода контроля является необходимость использования контактных устройств, что затрудняет процессы автоматизации при непрерывных измерениях и контроле движущихся объектов. При бесконтактных измерениях возникают достаточно жесткие требования к чистоте окружающей среды.

Оптический НК основан на наблюдении или регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с ОК. Это взаимодействие связано с поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией и др. оптическими эффектами. Данный метод применяют для измерения геометрических параметров изделий, контроля состояния поверхности и обнаружения поверхностных дефектов. Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта. Оптические методы широко применяют для контроля прозрачных объектов. В них обнаруживают макро- и микродефекты, структурные неоднородности, внутренние напряжения. Недостатками оптических методов являются узкий диапазон контролируемых параметров, жесткие требования к состоянию окружающей среды и чистоте поверхности изделия.

Радиационный НК основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с ОК. В зависимости от природы ионизирующего излучения вид контроля подразделяют на подвиды: рентгеновский, гамма-, бета- (поток электронов), нейтронный. Наиболее широко используют для контроля рентгеновское и гамма излучения. Их можно использовать для контроля объектов из самых различных материалов, подбирая благоприятный частотный диапазон. Эти методы в основном применяются в дефектоскопии, измерении геометрических и структурных особенностей материалов. К недостаткам данных методов относятся повышенные требования к технике безопасности, сложность, дороговизна и громоздкость аппаратуры, а также ограничения, связанные со сравнительно небольшими толщинами ОК.