книги из ГПНТБ / Неразрушающие методы контроля металлов на тепловых электростанциях

Принцип действия стилоскопбв следующий. Между

электродом стилоскопа и анализируемым изделием воз­

буждается дуга пли искра, вследствие чего межэлект­ родный промежуток заполняется парами электрода и

анализируемого изделия. Свет от газообразного облака

направляется через узкую щель и диспергирующие при­ змы в окуляр стилоскопа. В наблюдаемом через окуляр спектре видны линии материала электрода, основы спла­ ва и его примесей.' По наличию и интенсивности свече-

МОП л = 6050,66 А

,, 6050

1 Г I I II

ния соответствующих линий судят о наличии и количест­ ве примесей в сплаве. Для облегчения поиска нужной

линии к прибору прикладывается дисперсионная кривая,

связывающая длины волн спектральных линий с деле­

ниями шкалы барабанчика, при помощи которого про­

изводится перемещение спектра в поле зрения окуляра.

Концентрация анализируемой примеси определяется с помощью специальных таблиц по относительной ин­

тенсивности аналитических пар линий. Такие таблицы

разработаны производственными 'предприятиями Moc-

энергоремонт и Львовэиергоремонт. Для примера на

рис. 3 приведен участок спектра в районе аналитических

пар линий группы (Moll λ = 6030, 66 А, определяемая

10

в параллельный и направляет его па диспергирующую систему призм

7, 8. Разложенный на спектр щучок света отражается от большого посеребренного катета поворотной призмы 8, проходит далее через

призму 7, объектив 6, призму 9 и направляется в окуляр 10. При прохождении пучка света дважды через диспергирующие призмы увеличивается разрешающая способность (дисперсия) прибора. По­

в зависимости от места нахождения в нем искомой аналитической

пары.

Рабочий диапазон наблюдаемого прибором спектра включает интервал волн длиной 390—670 нм. Стилоскоп СЛП-1 с принадлеж­ ностями и генератор ПГД-1 размещены отдельно в двух упаковоч­

3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МАЛЫХ ДОЗ МЕТАЛЛА

В случае отсутствия или необходимости уточнения

данных о химическом составе материала деталей смон­ тированного энергетического оборудования или изделий, не допускающих вырезки образцов для химического или

количественного спектрального анализа, возникает по­ требность в применении методов количественного анали­ за. Для решения этой задачи в лаборатории сварки и

исследования металлов производственного предприятия

Львовэнергоремонт разработана частная методика ко­ личественного спектрального анализа наиболее распро­ страненных жаропрочных сталей при помощи проб с ма­ лыми дозами металла, предварительно отобранных с

поверхности исследумой детали способом контактно-ис­

крового переноса.

Отбор проб производится контактно-искровым пробоотборником

типа УИП на контактный электрод диаметром 6 мм, изготовленный

из спектрально чистой меди. Рабочая часть электрода имеет форму усеченного конуса с углом около 90° при вершине и контактную площадку диаметром 2,5—3,0 мм. Перед отбором пробы необходимо зачистить контактную площадку электрода и аналитическую пло­

щадку исследуемой детали от окисных пленок. Установлено, что на­ личие окисных пленок на контактной и аналитической площадках

(рабочих поверхностях) способствует окислению продуктов перено­

са во время отбора пробы, что впоследствии приводит к нарушению стабильности процесса возбуждения спектра как в режиме дугового, так и в режиме искрового разрядов. Рабочие поверхности электро­

да и детали зачищаются при помощи напильников и надфилей до

чистоты 6 класса. Размер аналитической площадки на детали вы­

бирается с учетом возможности взятия нескольких проб.

12

отбора проб менее производителен, так как не обеспечивается до­ статочная мощность искрового разряда, а при работе в ударном

режиме Слишком большая мощность разряда приводит к частичному

Рис. 5. Пробоотборник УИП.

окислению продуктов переноса. Отбор пробы следует производить так, чтобы вся контактная площадка электрода покрылась равномер­

ным слоем исследуемого металла, для чего в процессе отбора необ­

точный для получения одного полноценного спектра. Дальнейшее увеличение времени отбора пробы нецелесообразно, так как из-за

явления насыщения І[Л. 1] толщина слоя продуктов переноса прак­ тически не увеличиваётся. При отборе проб в условиях действующих

тепловых электростанций необходимо принимать меры, исключаю­

щие попадание в продукты переноса случайных примесей (абразива,

теплоизолирующих материалов и т. п.).

Анализ отобранных проб производится на спектрог­ рафе по методу трех эталонов. В качестве эталонов при­ меняются пробы, отобранные на контактные электроды

от соответствующих спектральных эталонов, изготавли­

ваемых Всесоюзным научно-исследовательским инсти­

тутом стандартных образцов (ВНИИСО). От каждого

13

эталона и исследуемой детали отбираются по три про­ бы, спектры которых регистрируются отдельно на одну

иту же фотопластинку.

Вкачестве контактного электрода используется стер­ жень диаметром 6 мм из спектрально чистой меди, ко­

нец стержня обрабатывается на усеченный конус с пло­ щадкой у вершины диаметром около 1 мм. В процессе

исследований подобраны следующие условия возбужде­

ния и регистрации спектров.

Анализ с применением дугового раз­

ряда. Генератор ДГ-2 работает в дуговом режиме.

выгорания анализируемого вещества пробы на данных режимах составляет 45—16 сек.

Анализ с применением искрового раз­ ряда. Генератор ИГ-3 работает в искровом режиме.

Сила тока в первичной цепи трансформатора 1,5—1,7 а.

При возбуждении устанавливается: емкость 0,01 мкф,

индуктивность 0, задающий искровой промежуток 3 мм,

аналитический промежуток 2 мм. Время предваритель­ ной обработки поверхности искровым разрядом и экспо­ зиции при регистрации спектра на фотопластинку СП-2 чувствительностью 14 ед. ГОСТ составляет соответствен­

гистрация спектров производится на спектрографе

ИСП-30 при трехлинзовой конденсорной системе, круг­ лой промежуточной диафрагме и ширине входной щели

стве линий сравнения используются спектральные линии

железа.

Для анализа каждого элемента подобраны спект­ ральные линии с максимальной концентрационной чувст­

вительностью и свободные от наложения линий других элементов. Концентрационная чувствительность аналити­

14

ческих спектральных линий при анализе проб, предвари­

тельно отобранных электрическим разрядом, увеличива­ ется из-за уменьшения реабсорбции и фона спектра по

сравнению с таковой при анализе проб неограниченной

массы. Это свойство наиболее полно проявляется при ко­ личественном спектральном анализе малых доз вещества

с применением дугового возбуждения. При анализе с при­

менением искрового возбуждения спектр регистрируется

на высокочувствительные фотопластинки (СП-2, СП-3), что является причиной увеличения его фона и соответст­

венно ошибки анализа по сравнению с дуговым возбуж­

дением.

Анализ в режиме дугового возбуждения более про­

изводителен. Однако при определении трудновозбуди­

мых элементов получает преимущество анализ с искро­

вым режимом возбуждения. В процессе разработки

методики установлено, например, что при анализе ма­

лых доз металла в дуговом режиме спектральные линии

вольфрама при содержании его в стали до 3% не обна­ руживаются. В искровом режиме возбуждения эти ли­

нии обнаруживаются при содержании 1,3% вольфрама в 'стали. В режиме искрового возбуждения, кроме того,

спектр воспроизводится наиболее полно, так как время полного выгорания продуктов переноса составляет око­

ло 60 сек, что дает возможность выбрать для регистра­

ции спектра на фотопластинку экспозицию 45 сек, т. е. такую, как и при анализе пробы неограниченной массы.

В табл. 1 приведены рекомендованные для анализа

по разработанной методике аналитические пары спект­ ральных линий и комплекты спектральных эталонов

(ВНИИСО), которые применялись в процессе разработ­

ки. Точность определения содержания элементов по дан­

ной методике не уступает точности, которая достигается при количественном спектральном анализе проб неогра­

ниченной массы.

4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА

ВУГЛЕРОДИСТЫХ ДОЭВТЕКТОИДНЫХ СТАЛЯХ

ПО микроструктуре-

В лабораторной практике иногда применяется метод определения содержания углерода в отожженных доэвтектоидных углеродистых сталях по’относительному со­ держанию перлита в микроструктуре. Метод может при­

меняться только для стали, имеющей феррито-перлит-

15

16

- ную структуру с четкими и плотными зернами перлита.

Определение относительного содержания перлита производится визуальным подсчетом площади, занимае­

мой его зернами в феррито-перлитной структуре по от­

ношению ко всей площади микроструктуры, взятой для подсчета. Подсчет площади перлита ведется по фотогра­

фии микроструктуры стали, на которую накладывается

центах), и зная, что в перлите содержится 0,8% углеро­

в лабораторных условиях по фотографиям реплик, сня­

тых с микрошлифов, подготовленных безобразцовым

способом (см. гл. 3). Относительная погрешность опре­

деления углерода по микроструктуре не превышает

±10%.

Глава вторая

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ

5. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

МЕТАЛЛОВ

Свойства металлов, выявляемые при помощи меха­ нических испытаний, называются механическими свойст­

вами. Механические свойства могут определяться разны­

ми механическими характеристиками, например: проч­

ность— временным или истинным сопротивлением разры­

. * .

иом воздействии — твердостью по Бринеллю, Роквеллу*

способность к пластическому деформированию при растя­

жении — относительным удлинением и относительным су­

жением; склонность к хрупкому разрушению под воздействием ударной нагрузки при наличии концентра­

тора напряжения — ударной вязкостью и т. д. Все ха­

рактеристики механических свойств являются условными

и для обеспечения их сопоставимости многие методы механических испытаний регламентированы ГОСТ.

Для выполнения большинства видов механических испытаний требуется вырезка из изделия специальных

образцов, т. е. разрушение или повреждение исследуемо­

го изделия. Единственным методом механических испы­ таний, при котором испытывается небольшой участок

на поверхности металла и поэтому выполнимый без

изготовления специальных образцов, является испытание

на твердость. Твердость характеризует свойство металла

оказывать сопротивление при местных контактных воз­ действиях пластической деформации или хрупкому раз­ рушению в поверхностном слое в определенных усло­ виях испытания.

Для безобразцового, т. е. неразрушающего, определе­

ния твердости непосредственно на деталях наибольшее

распространение получили методы вдавливания в испы­

туемое тело инденторов, имеющих форму шара, пирами­

ды или конуса.

В настоящее время между характеристиками меха­

нических свойств не установлено четкой зависимости.

Однако между ними установлены некоторые корреля­ ционные зависимости, позволяющие оценивать одни ха­

рактеристики механических ,свойств по известным другим.

Установлено, например, что величина твердости характе­

ризует предел прочности металлов, получающих при испытаниях 'на растяжение местную пластическую де­ формацию (шейку), т. е. сталей, не имеющих аустенит­

ную и мартенситную структуру, и некоторых сплавов цветных металлов [Л. 3]. (Аустенитные стали при растя­

жении получают равномерную деформацию по всей длине

без образования шейки, а стали с мартенситной структу­

рой разрушаются при растяжении хрупко, без заметной

пластической деформации.) При плавном вдавливании

с возрастающей нагрузкой шарового индентора деформа­

ция металла происходит по тому же закону [Л. 4, 5], что и при испытании образца на растяжение (рис. 6).

Относительная простота метода определения твер­

дости и возможность ее измерения непосредственно на

изделии позволяют использовать методику определения

Рис. 6. Диаграммы твердости, построенные по невосстановленной глубине отпечатка ![Л. 5j:

твердости для неразрушающего локального определения

других механических характеристик, связанных кор­ реляционной зависимостью с твердостью.

6. ТВЕРДОСТЬ И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Испытание на твердость, как наиболее простой

и быстрый метод исследования механических свойств,

нашло широкое применение' для контроля состояния металла деталей оборудования тепловых электростанций,

главным образом для определения качества термообра­

ботки. Существуют следующие основные способы изме­

рения твердости:

вдавливание стального шарика с определением твер­ дости по величине поверхности получаемого отпечатка

(способ Бринелля);

вдавливание стального шарика или алмазного конуса

с определением твердости по глубине получаемого отпе­

чатка (способ Роквелла) ;