CC BY
15
Использование вихретокового метода неразрушающего контроля для поиска скрытого сварного шва при несанкционированном изменении целостности конструкции автотранспортных средств
1 12 3
Р.В.Зиганшин , В.Г. Саиткулов , Л.М. Ширяк , С.Е. Лантарев
1 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ, Казань 2ООО «Криммедтех», Казань 3Филиал АО «Татэнерго» Казанские тепловые сети, Казань
Аннотация: в данной статье описывается возможность использования вихретокового метода неразрушающего контроля с целью поиска скрытого сварного шва при несанкционированном изменении целостности конструкции автотранспортных средств. Описание способа и математической модели. В виде таблиц и графиков проиллюстрированы экспериментальные данные. Также приведено обоснование эффективности данного метода.
Ключевые слова: неразрушающий метод контроля, сварной шов, автотранспортное средство, частота, дефект, целостность конструкции.
Введение
В современном мире большое количество автотранспортных средств продаются и покупаются на вторичном рынке, в связи с этим возникает вопрос: как убедиться в качестве покупаемого транспортного средства?
Есть много факторов влияющих на качество транспортного средства. Такие как условия эксплуатации, своевременная замена расходных материалов и так далее. Одним из важнейших факторов является целостность кузовных элементов. Ведь по этим элементам можно определить участвовало ли транспортное средство в дорожно-транспортных происшествиях, имеются ли на автомобиле признаки изменения первичной маркировки.
При обнаружении, во время проверки кузовных элементов, наличие несанкционированных изменений целостности, можно предотвратить покупку потенциально опасного транспортного средства и найти угнанный автомобиль.
Были рассмотрены исследования металлических пластин на наличие трещин вихретоковым методом неразрушающего контроля [1,2], на основании которых принято решение использовать данный метод.
Модель и описание способа
Соединение, выполненное сваркой плавлением (малоуглеродистой, низколегированной) стали, состоит из следующих зон: 1 - металл шва; 2 -зона сплавления; 3 - зона термического влияния и 4 - основной металл (рис.1).
Рис. 1. Строение сварного соединения
Металл шва - сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом.
Зона сплавления - зона, где находятся частично оплавленные зерна металла на границе основного металла и металла шва. Эта зона нагрева ниже температуры плавления. Нерасплавленные зерна в этой зоне разъединяются жидкими прослойками, связанными с жидким металлом сварочной ванны, в эти прослойки имеют возможность проникать элементы, введенные в ванну с дополнительным металлом или сварочными материалами. Поэтому химический состав этой зоны отличен от химического состава основного металла.
Зона термического влияния - участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева или пластической деформации при сварке, наплавке или резке.
Основной металл - металл подвергающихся сварке соединяемых частей, чаще это малоуглеродистая сталь после прокатки [3].
В работах известных ученых: А.Л. Дорофеева, В.Г. Герасимова и др., рассмотрены математические модели датчиков вихретоковых преобразователей, и приведены зависимости для расчета вносимых значений индуктивного и активного сопротивлений катушки. Большинство этих моделей разработаны для частных, конкретных случаев, многие из них сложны для расчетов и в них не учитывается влияние сердечника. Нас в данном случае интересует зависимость вносимой в катушку индуктивной составляющей полного сопротивления ЬВ от электропроводности металла, поскольку в районе сварного шва происходит изменение структуры металла, влияющее на его электропроводные свойства. Воспользовавшись одной из наиболее простых формул для ЬВ, приведенной в [4], имеем:
28,6 г п 210-7 е"ъ'6(к/г}
=
В - а Л -, (1)
1 +
7 880
V
г Т а м I
где г - радиус, считая от оси катушки до середины обмотки; п - число витков; к - расстояние от центра катушки до металла, а м -электропроводность металла, выраженная в % от электропроводности меди; Т - толщина металлической пластины; / - частота.
Экспериментальные данные
В нашем эксперименте был рассмотрен образец, который состоит из двух пластин, сваренных между собой. Сварной шов между пластинами был обработан так, что обе пластины, в конечном счете, находились на одной плоскости без каких-либо стыковых неровностей. Также образец был покрыт лакокрасочным покрытием, как показано на рис. 2, и визуально определить область сварки невозможно.
Целью эксперимента является обнаружение скрытого сварного шва.
В таблице № 1 записаны значения частоты на разном расстоянии от центра сварного шва. Каждый измерение проводилось на одной линии слева на право, с шагом 5 мм. Измерения проводились в зоне сварного шва и зоне с изменением цвета (цвета побежалости) и в зоне без термического влияния.
б)
Рис. 2 - Фотография образца: а) с лицевой стороны, б) с обратной стороны.
Таблица № 1
Показатели частоты
№ измерения Расстояние до центра сварного шва, мм
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
1 12846 12832 12820 12612 12565 12740 12833 12840 12824
Продолжение Таблицы № 1
2 12830 12834 12822 12700 12580 12754 12830 12838 12826
3 12842 12836 12816 12750 12587 12770 12824 12830 12824
4 12836 12830 12804 12760 12600 12778 12820 12828 12828
5 12830 12844 12815 12715 12598 12700 12823 12820 12824
6 12839 12826 12808 12775 12592 12688 12828 12845 12825
7 12825 12842 12808 12742 12592 12749 12820 12846 12816
8 12836 12834 12804 12780 12590 12770 12830 12836 12822
9 12830 12828 12806 12786 12566 12730 12826 12838 12830
10 12836 12824 12820 12630 12595 12688 12829 12830 12818
11 12840 12840 12810 12784 12588 12722 12816 12826 12822
12 12834 12828 12812 12748 12600 12770 12828 12828 12816
ж пГ
I-
о
I-
е_>
га —
Рис. 2.
Расстояние до центра сварного шаа,
- График зависимости частоты от расстояния до центра сварного шва
Рис. 2 показывает изменение значения частоты колебания в зависимости от локализации сварного шва. Стоит отметить, что на расстоянии 10 и -10 мм находится зона с изменением структуры материала.
Рассмотрев график можно сказать, что при приближении к сварному шву значение частоты уменьшается. Таким образом, можно сделать вывод о том, что по изменению частоты можно с высокой точностью определить область локализации скрытого сварного шва.
Заключение
На основании проведенного исследования можно сделать вывод о том, что вихретоковый способ контроля кузовных деталей автотранспортных средств позволяет с высоко точностью определить места, подвергшиеся как кузовному ремонту, так и изменению первичной маркировки.
Литература
1. Harzallah S., Chabaat M. Eddy Current Sensor Modeling For the Nondestructive Evaluation of Stress Intensity Factor // ScienceDirect. 2014. AASRI Procedia №9. pp. 57-63.
2. Zaoui A., Menana H., Feliachi M., Berthiau G. Inverse Problem in Nondestructive Testing Using Arrayed Eddy Current Sensors // Sensors. 2010. №10. pp. 8696-8704.
3. Ефименко Л.А., Прыгаев А.К., Елагина О.Ю. Металловедение и термическая обработка сварных соединений. М.: Логос, 2007. 456 с.
4. Дорофеев А.Л., Никитин А.И., Рубин А.Л. Индукционная толщинометрия. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. 184 с., ил.
5. Герасимов В.Г., Покровский А.Д., Сухоруков В.В Неразрушающий контроль. . В 5 кн. Кн.3. Электромагнитный контроль: Практ. пособие, изд.-М.: Высш. шк., 1992. 312 с.
6. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х книгах. Кн. 2./Под ред. В. В. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 352 с., ил.
7. Дорофеев А. Л. Неразрушающие испытания методом вихревых токов. -М.: Оборонгиз, 1961. 158 с., ил.
8. Герасимов В.Г., Останин Ю.Я., Покровский А.Д., Сухоруков В.В., Чернов Л. А. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитными методами. - М.: Энергия, 1978. 216 с., ил.
9. М.В. Шигаев, С.В. Евдокимов, Т.В. Истомина, А.И. Сафронов, Ю.Ю. Левин, В.А. Ерофеев. Обоснование использования метода импульсной лазерной сварки на производстве систем доставки коронарных стентов // Инженерный вестник Дона, 2011, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2011/518.
10. Гаврилов А.И., Мин Мин Тун, Ситу Аунг Сое, Тхет Аунг. Адаптивная система управления сварочным оборудованием // Инженерный вестник Дона, 2014, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2385.
References
1. Harzallah S., Chabaat M. ScienceDirect. 2014. AASRI Procedia №9. pp. 5763.
2. Zaoui A., Menana H., Feliachi M., Berthiau G. Sensors. 2010. №10. pp. 8696-8704.
3. Efimenko L.A., Prygaev A.K., Elagina O.Ju. Metallovedenie i termicheskaja obrabotka svarnyh soedinenij. [Metallurgy and heat treatment of welded joints.] M.: Logos, 2007. 456 p.
4. Dorofeev A.L., Nikitin A.I., Rubin A.L. Indukcionnaja tolshhinometrija. [Induction method.] 2e izd., pererab. i dop. M.: Jenergija, 1978. 184 p., il.
5. Gerasimov V.G., Pokrovskij A.D., Suhorukov V.V Nerazrushajushhij kontrol' [Nondestructive testing]. V 5 kn. Kn.3. Jelektromagnitnyj kontrol': Prakt. posobie, izd. M.: Vyssh. shk., 1992. 312 p.
6. Pribory dlja nerazrushajushhego kontrolja materialov i izdelij. [Devices for non-destructive testing of materials and products.] Spravochnik. V 2h knigah. Kn. 2. Pod red. V. V. Kljueva. 2e izd., pererab. i dop. M.: Mashinostroenie, 1986. 352 p., il.
7. Dorofeev A. L. Nerazrushajushhie ispytanija metodom vihrevyh tokov. [Non-destructive testing by eddy current method.] M.: Oborongiz, 1961. 158 p., il.
8. Gerasimov V.G., Ostanin Ju.Ja., Pokrovskij A.D., Suhorukov V.V., Chernov L.A. Nerazrushajushhij kontrol' kachestva izdelij jelektromagnitnymi metodami. [Non-destructive quality control of products electromagnetic methods.] M.: Jenergija, 1978. 216 p., il.
9. M.V. Shigaev, S.V. Evdokimov, T.V. Istomina, A.I. Safronov, Ju.Ju. Levin, V.A. Erofeev, Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2011/518.
10. Gavrilov A.I., Min Min Tun, Situ Aung Soe, Thet Aung. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2385.
