способ контроля качества процесса индукционной сварки

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.

Описание изобретения к патенту

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.