RU2628870C2 - Structure diagnostics method of thin-wall pipes from aluminium alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method includes the material electrical conductivity determination and the analysis of the values obtained. At that for each standard tube size and alloy grade determine the minimum basic value of the electrical conductivity corrected for the surface curvature radius and the pipe wall (γ_b) thickness, as well as the reference difference of its values within the reference pipe length (Δγ) measurements. Provide the sequential measurements of the electrical conductivity after heat treatment along the entire length of the pipe outer surface in the certain equal intervals. Compare the obtained values with the allowable ones. If the electrical conductivity indicators correspond to the basic value and the reference difference, judge about the oversintering absence in the pipe material structure.

EFFECT: simplification, accuracy increase and the ability to detect the local oversintering.

1 tbl

Description

Изобретение относится к исследованию свойств материала с помощью электрических измерений и может быть использовано для неразрушающего контроля структуры изделий из алюминиевых сплавов.The invention relates to the study of material properties using electrical measurements and can be used for non-destructive testing of the structure of products from aluminum alloys.

Одним из основных дефектов термической обработки изделий из алюминиевых сплавов является пережог, вызывающий неисправимый брак. Пережог в алюминиевых деформируемых сплавах может возникать в процессе гомогенизации слитков, при нагреве их перед деформацией, в очаге деформации, нагреве полуфабрикатов под закалку и при различных технологических и эксплуатационных нагревах. Пережог наступает при нагреве сплава выше температуры неравновесного солидуса, т.е. выше температуры начала оплавления легкоплавких эвтектик, которые располагаются по границам зерен и внутри них. Структурные изменения, вызываемые оплавлением и последующей кристаллизацией оплавленных микрообъемов, сопровождаются развитием пористости, оказывают негативное влияние на физико-механические, технологические, коррозионные свойства. Начальные стадии пережога полуфабрикатов при закалке, не ухудшая механических свойств, уменьшают ударную вязкость, работу разрушения образца с трещиной, усиливают чувствительность материала к образованию закалочных трещин. Развитие пережога вызывает резкое снижение механических свойств, а в отдельных случаях приводит к полному разрушению материала, авариям при работе конструкций и механизмов. Кроме того, еще одним негативным фактором появления пережога является его локальность, т.е. пережог может появляться только в отдельных зонах изделий. Особенно локальность пережога проявляется при закалке длинномерных тонкостенных изделий, в частности труб, электроконтактным способом, при котором нагрев под закалку осуществляется за максимально короткий промежуток времени. В этом случае локальные утонения стенки трубы, имеющей значения толщины в минусовом допуске, потенциально наиболее подвержены пережогу при нагреве под закалку даже при небольшом повышении значения температуры, близкой к верхней границе допустимого температурного интервала. Поэтому выявление пережога, особенно в особо ответственных деталях, имеет важное значение и является весьма сложной задачей.One of the main defects in the heat treatment of products made of aluminum alloys is burnout, causing irreparable defects. An arcing in aluminum wrought alloys can occur during the homogenization of ingots, when they are heated before deformation, in the deformation zone, in the heating of semi-finished products for hardening, and during various technological and operational heating. The burn occurs when the alloy is heated above the temperature of the nonequilibrium solidus, i.e. above the temperature of the beginning of the fusion of fusible eutectics, which are located along the grain boundaries and inside them. Structural changes caused by the melting and subsequent crystallization of the melted microvolumes are accompanied by the development of porosity and have a negative effect on the physicomechanical, technological, and corrosion properties. The initial stages of the burning of semi-finished products during hardening, without compromising the mechanical properties, reduce the toughness, the work of fracture of the specimen with a crack, and increase the sensitivity of the material to the formation of quenching cracks. The development of a burnout causes a sharp decrease in mechanical properties, and in some cases leads to complete destruction of the material, accidents during the operation of structures and mechanisms. In addition, another negative factor in the appearance of a burn is its locality, i.e. burnout can only appear in certain areas of the product. Burning locality is especially manifested when hardening long-length thin-walled products, in particular pipes, by the electric contact method, in which heating under hardening is carried out in the shortest possible time. In this case, local thinning of the pipe wall, which has a thickness value in the minus tolerance, is potentially the most prone to burn during quenching even with a slight increase in temperature close to the upper limit of the allowable temperature range. Therefore, the identification of the burn, especially in particularly critical details, is important and is a very difficult task.

Известен металлографический метод определения пережога посредством контроля микроструктуры (ГОСТ 27637-88). Недостатком известного способа является необходимость вырезки контрольного образца из тела изделия, что не позволяет гарантировать отсутствие пережога во всем его объеме.Known metallographic method for determining burnout by controlling the microstructure (GOST 27637-88). The disadvantage of this method is the need to cut a control sample from the body of the product, which does not guarantee the absence of burnout in its entirety.

Известен способ идентификации металлов и сплавов с использованием нейросети, в котором осуществляют предварительно обучение нейросети комплексу характеристик - образу, которые она могла бы распознавать, при этом в качестве таких характеристик используют электрические параметры процессов, возникающих в результате воздействия на электрохимическую ячейку трапециевидных импульсов напряжения, а затем на входы обученной нейросети подают значения электрических параметров процессов, возникающих в электрохимической ячейке с исследуемым образцом при воздействии на электрохимическую ячейку трапециевидных импульсов напряжения, и на выходе получают данные с обученной нейросети, идентифицирующие исследуемый образец (Патент РФ №2281487, публ. 10.08.2006) - прототип.A known method of identifying metals and alloys using a neural network, in which the neural network is preliminarily trained in a set of characteristics — an image that it could recognize, using electrical parameters of processes arising from the action of trapezoidal voltage pulses on the electrochemical cell, and then, the values of the electrical parameters of the processes arising in the electrochemical cell with the studied when exposed to an electrochemical cell, trapezoidal voltage pulses, and the output receives data from a trained neural network that identifies the sample under study (RF Patent No. 2281487, publ. 10.08.2006) - prototype.

Недостатком прототипа является необходимость применения сложного узкоспециализированного оборудования, что ограничивает применение способа в промышленных условиях.The disadvantage of the prototype is the need for sophisticated highly specialized equipment, which limits the application of the method in an industrial environment.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка неразрушающего способа диагностики структуры труб из алюминиевых сплавов, позволяющего осуществлять серийный контроль в промышленных условиях.The problem to which the invention is directed, is the development of a non-destructive method for diagnosing the structure of pipes made of aluminum alloys, allowing serial control in an industrial environment.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является простота и точность измерений, а также высокая способность выявления локального пережога.The technical result achieved by the implementation of the invention is the simplicity and accuracy of measurements, as well as the high ability to detect local burns.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе диагностики структуры тонкостенных труб из алюминиевых сплавов, включающем определение удельной электропроводимости материала и анализ полученных значений, согласно изобретению для каждого типоразмера трубы и марки сплава дополнительно определяют минимальное базовое значение удельной электропроводимости (γ_Б) с учетом поправок на средства измерения, радиус кривизны поверхности и толщину стенки трубы, а также определяют эталонную разницу значений удельной электропроводимости в пределах измерений удельной длины трубы (Δγ), при этом осуществляют последовательные измерения удельной электропроводимости на наружной поверхности трубы в состоянии поставки через определенные равные промежутки в осевом направлении, по крайней мере, в одной плоскости, сравнивают полученные значения с допустимыми и при наличии показателей удельной электропроводимости, соответствующих минимальному базовому значению (γ_Б) и эталонной разнице (Δγ), судят об отсутствии пережога в структуре материала трубы.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for diagnosing the structure of thin-walled pipes of aluminum alloys, including determining the specific conductivity of the material and analyzing the obtained values, according to the invention, for each pipe size and grade of the alloy, the minimum basic value of specific conductivity (γ _B ) is additionally determined taking into account the amendments on measuring instruments, the radius of curvature of the surface and the wall thickness of the pipe, and also determine the reference difference in the values of specific electric wire range within the measurement of the specific length of the pipe (Δγ), while conducting sequential measurements of electrical conductivity on the outer surface of the pipe in the delivery state at certain equal intervals in the axial direction, at least in one plane, compare the obtained values with acceptable values and, if there are indicators electrical conductivity corresponding to the minimum base value (γ _B ) and the reference difference (Δγ), judge the absence of burnout in the structure of the pipe material.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Способ основан на изменении значений удельной электрической проводимости при наличии в структуре пережога полуфабрикатов, подвергнутых нагреву при высоких температурах.The method is based on changing the values of electrical conductivity in the presence in the structure of the burnout of semi-finished products subjected to heating at high temperatures.

Для осуществления диагностики устанавливают минимальное базовое значение электропроводимости (γ_Б), соответствующее нормальной структуре термически обработанного материала с высокой степенью вероятности отсутствия пережога. С целью исключения погрешности и получения достоверных результатов измерений предварительно определяют поправку значения γ_Б на кривизну поверхности и толщину стенки трубы. При этом в зависимости от материала и средств измерений поправка может достигать значительной величины. Минимальное базовое значение электропроводимости устанавливают экспериментально для каждого типоразмера трубы с подтверждением результатов контроля микроструктуры металлографическим анализом, обеспечивающим отсутствие пережога. Однако соответствие фактических значений минимальному базовому значению в отдельных случаях не гарантирует отсутствие локального пережога из-за особенностей полученной структуры, различающейся при термической обработки в лабораторных и промышленных условиях, в частности при скоростном нагреве труб под закалку на электроконтактной установке, а также из-за возможной погрешности при климатических колебаниях среды измерений.To perform diagnostics establish conductivity minimum base value (γ _B) corresponding to the normal structure of the thermally treated material with a high probability of absence burnout. In order to eliminate the error and obtain reliable measurement results, the correction of the γ _B value for the surface curvature and the pipe wall thickness is preliminarily determined. Moreover, depending on the material and measuring instruments, the correction can reach a significant value. The minimum basic value of electrical conductivity is established experimentally for each pipe size with confirmation of the results of the microstructure control by metallographic analysis, which ensures no burn-out. However, the correspondence of the actual values to the minimum base value in some cases does not guarantee the absence of a local burn-out due to the peculiarities of the obtained structure, which differs during heat treatment in laboratory and industrial conditions, in particular during high-speed heating of hardened pipes in an electrical contact installation, and also because of the possible errors during climatic fluctuations of the measurement environment.

Поэтому для обеспечения высокой точности диагностического контроля необходимо определение эталонной разницы значений электропроводимости в пределах измерений удельной длины трубы (Δγ), т.е. разница значений между максимальным и минимальным фактическим значением удельной электропроводимости γ_Б, измеренных в пределах удельной длины одной трубы. Эталонную разницу значений Δγ определяют опытным путем. На натурных образцах в состоянии поставки определяют значения электропроводимости по длине трубы. Из материала контролируемых зон труб вырезают образцы для металлографического исследования микроструктуры. Осуществляют анализ статистических данных с сопоставлением интервала и разницы фактических значений электропроводимости с результатами локального металлографического контроля микроструктуры в установленных зонах трубы. В зонах трубы, имеющих близкие к крайним значениям электропроводимости, подтверждается наличие корреллирующей связи между значениями, не соответствующими эталонной разнице, и наличием пережога в структуре, определенным в результате металлографического контроля. На основе полученных результатов устанавливается эталонная разница значений электропроводимости в пределах измерений удельной длины трубы (Δγ), которая позволяет характеризовать однородность структуры материала по всей длине трубы. После определения значений γ_Б и Δγ осуществляют серийный диагностический контроль труб, для чего определяют количество точек измерений электропроводимости по длине трубы, выполняют измерения в указанных точках, сравнивают полученные фактические значения с базовым, рассчитывают разницу между максимальным и минимальным значением в сравнении с эталонной. При соответствии фактических значений γ_Б и Δγ допустимым судят о качестве структуры изготовленных труб в части отсутствия пережога.Therefore, to ensure high accuracy of diagnostic control, it is necessary to determine the reference difference in the values of electrical conductivity within the measurements of the specific pipe length (Δγ), i.e. the difference between the maximum and minimum actual conductivity γ _B , measured within the specific length of one pipe. The reference difference in Δγ values is determined empirically. On full-scale samples in the delivery state, the conductivity values along the length of the pipe are determined. Samples for metallographic study of the microstructure are cut from the material of the controlled zones of the pipes. An analysis of statistical data is carried out with a comparison of the interval and the difference in the actual values of electrical conductivity with the results of local metallographic control of the microstructure in the installed zones of the pipe. In the zones of the pipe, which are close to the extreme values of electrical conductivity, the presence of a correlating relationship between the values that do not correspond to the reference difference and the presence of a burn in the structure determined as a result of metallographic control is confirmed. Based on the results obtained, a standard difference in the values of electrical conductivity is established within the measurements of the specific length of the pipe (Δγ), which allows us to characterize the homogeneity of the material structure along the entire length of the pipe. After determining the values of γ _B and Δγ, a serial diagnostic control of the pipes is carried out, for which they determine the number of points of conductivity measurements along the length of the pipe, perform measurements at these points, compare the actual values with the base, calculate the difference between the maximum and minimum values in comparison with the reference. If the actual values of γ _B and Δγ are acceptable, they judge the quality of the structure of the manufactured pipes in terms of the absence of burn-out.

Промышленная применимость изобретения подтверждается примером его конкретного выполнения.The industrial applicability of the invention is confirmed by an example of its specific implementation.

В ходе выполнения опытной работы в промышленных условиях осуществляли диагностику тонкостенных труб из сплава САВ1Т с наружным диаметром 50 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 2200 мм. Предварительно, в лабораторных условиях на натурных образцах определяли поправку на измерительный прибор, кривизну поверхности и толщину стенки, находящуюся в плюсовом поле и составившую 1,5 МСм/м. Полученное минимальное базовое значение γ_Б с учетом поправки составило 26,0 МСм/м. Далее экспериментально, на основе корреляции статистических данных измерений образцов и результатов металлографического анализа микроструктуры было выведено значение эталонной разницы удельной электропроводимости Δγ, составившее 1,8 МСм/м на общую длину трубы. Перед контролем определяли точки для измерений, которые расположили вдоль оси трубы в одной плоскости с интервалом между точками не более 150 мм. Измерение осуществляли вихретоковым измерителем ВИХРЬ-AM. Для проверки применимости заявленного способа и подтверждения полученных результатов на всех трубах был проведен металлографический анализ контроля микроструктуры. Результаты контроля приведены в табл. 1.In the course of experimental work in industrial conditions, thin-walled pipes made of САВ1Т alloy were diagnosed with an outer diameter of 50 mm, a wall thickness of 2 mm, and a length of 2200 mm. Previously, in laboratory conditions, the correction for the measuring instrument, surface curvature, and wall thickness located in the plus field and amounting to 1.5 MSm / m were determined on field samples. The obtained minimum base value of γ _B , adjusted for it, was 26.0 MSm / m. Further, experimentally, based on the correlation of the statistical data of the measurements of the samples and the results of the metallographic analysis of the microstructure, the value of the reference difference in conductivity Δγ, which amounted to 1.8 MSm / m per total pipe length, was derived. Before control, points were determined for measurements, which were placed along the axis of the pipe in the same plane with an interval between points of no more than 150 mm. The measurement was carried out by an eddy current meter VORTEX-AM. To verify the applicability of the claimed method and confirm the results obtained, a metallographic analysis of the microstructure control was performed on all pipes. The control results are given in table. one.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет в промышленных условиях с высокой степенью точности осуществлять проверку структуры труб в части отсутствия локального пережога.Thus, the proposed method allows in industrial conditions with a high degree of accuracy to verify the structure of the pipes in terms of the absence of local burnout.

Claims (1)

Способ диагностики структуры тонкостенных труб из алюминиевых сплавов, включающий определение удельной электропроводимости материала и анализ полученных значений, отличающийся тем, что для каждого типоразмера трубы и марки сплава дополнительно определяют минимальное базовое значение удельной электропроводимости (γ_Б) с учетом поправок на средства измерения, радиус кривизны поверхности и толщину стенки трубы, а также определяют эталонную разницу значений удельной электропроводимости в пределах измерений удельной длины трубы (Δγ), при этом осуществляют последовательные измерения удельной электропроводимости на наружной поверхности трубы в состоянии поставки через определенные равные промежутки в осевом направлении, по крайней мере, в одной плоскости, сравнивают полученные значения с допустимыми и при наличии показателей удельной электропроводимости, соответствующих минимальному базовому значению (γ_Б) и эталонной разнице (Δγ), судят об отсутствии пережога в структуре материала трубы.A method for diagnosing the structure of thin-walled pipes made of aluminum alloys, including determining the specific conductivity of the material and analyzing the obtained values, characterized in that for each pipe size and grade of the alloy, the minimum basic value of the specific conductivity (γ _B ) is additionally determined taking into account corrections for measuring instruments, radius of curvature the surface and wall thickness of the pipe, and also determine the reference difference in the values of electrical conductivity within the measurements of the specific length of the pipe (Δγ), p and this is carried out successive measurements of electrical conductivity on the outer surface of the pipe in the delivery state at predetermined equal intervals in the axial direction, at least in one plane compared to the values obtained from valid and the presence of indicators specific conductivity corresponding to the minimum base value (γ _B) and the reference difference (Δγ), judge the absence of burnout in the structure of the pipe material.