ЛИТЕРАТУРА
1. Баренбойм Г. М.,Чиганова М. А., Поройков В. В. Оценка биологической опасности органических ксенбиотиков при мониторинге водных объектов (методические проблемы и некоторые пути их решения) // В кн.: Управление развитием крупномасштабных систем (MLSD'2010): Тр. Четвертой междунар. конф., 4—6 октября 2010 г., Москва, Россия. Т. II. — М.: ИПУ РАН, 2010. — С. 298—309.
2. ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. — Москва, 2003.
3. ГН 2.1.6.1339-03. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. — Москва, 2008.
4. ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. — Москва, 2003.
5. Myers R. L. The 100 Most Important Chemical Compounds: A Reference Guide. — Westport: Greenwood Press, 2007. — 327 p.
6. Ковтуненко В. А. Лекарственные средства с действием на центральную нервную систему. — Киев, 1997. — 464 с.
7. Спирты. Новый справочник химика и технолога. Радиоактивные вещества. Вредные вещества. Гигиенические нормативы. < ChemAnalitica.com >
8. Васильев А. А. Физико-химические принципы конструирования газовых сенсоров на основе оксидов металлов и структур металл/твердый электролит/полупроводник: Ав-тореф. дис... д-ра техн. наук. — Москва, 2004.
Юрий Николаевич Николаев — канд. физ.-мат. наук, зав. отделом Экологии ФГУП "Научно-исследовательский институт автоэлектроники" (НИИАЭ);
® (495) 580-61-31
Мигмар Александрович Пинигин — д-р мед. наук, профессор, руководитель лаборатории гигиены атмосферного воздуха ФГБУ "НИИЭЧ и ГОС им. Сысина А. Н. министерства здравоохранения и социальной защиты РФ";
® (499) 246-92-10
Игорь Викентьевич Павловский — канд. хим. наук, ст. научн. сотрудник лаб. сертификации ФГУП НИИАЭ;
® (495) 580-61-31
Петр Владимирович Самойленко — научн. сотрудник лаб. мониторинга ФГУП НИИАЭ.
® (495) 580-61-31 □
УДК 621.747.58:669.71
ПРОБЛЕМЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИ ОТЛИВКЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СЛИТКОВ
М. В. Одинцов, О. В. Непомнящий
Рассмотрены методы и средства неразрушающего контроля алюминиевого слитка в процессе непрерывного литья. Выявлены проблемы высокотемпературного неразрушающего контроля. Сформулированы выводы о применении современных методов, направлений и средств неразрушающего акустического контроля высокотемпературных процессов.
Ключевые слова: кристаллизатор, ультразвуковой датчик.
ВВЕДЕНИЕ
Динамика развития современной науки и техники требует постоянного повышения качества промышленной продукции. От алюминиевой отрасли зависят многие сферы производства. Поэтому к качеству алюминиевой продукции предъявляются повышенные требования.
Технологический цикл производства алюминиевых сплавов состоит из нескольких этапов, наиболее важным среди которых является процесс литья слитков.
При отливке алюминиевого слитка на его поверхности могут образовываться различные дефекты: трещины, неслитины, ликвационные наплывы [1]. С увеличением размеров слитка эти дефекты появляются чаще, что обусловливает необходи-
мость его механической обработки перед дальнейшим использованием. Для сведения доли этих дефектов в общей массе слитка к минимуму прибегают к различным способам их предупреждения. Постоянно ведется совершенствование кристаллизатора — главного компонента литейной машины. Отечественные производители по-прежнему в большинстве случаев работают с морально устаревшими кристаллизаторами (щелевые, струйные). Сегодня зарубежными специалистами разработано несколько более совершенных конструкций кристаллизаторов (Epsilon, LHC) с лучшей системой охлаждения слитка, что обеспечивает высокое качество его кристаллизации.
Строительство новых алюминиевых заводов с современной технологией производства не всегда
финансово оправданно. В большинстве случаев модернизация и более эффективное использование уже имеющегося оборудования обеспечивают реальное повышение качества алюминиевой продукции.
Слитки круглого и прямоугольного сечений отливаются методом непрерывного литья, сущность которого заключается в непрерывной подаче жидкого металла в кристаллизатор с подвижным дном, роль которого выполняет подвижный поддон, перемещающийся в вертикальном направлении.
При одновременном опускании поддона и заливке поплавка, в верхней области слитка образуется лунка жидкого металла. Граница между жидким и твердым металлом достаточно четко выражена. Качество слитка, скорость литья, энергозатраты находятся в прямой зависимости от формы лунки [2].
На основании сказанного очевидно, что актуальность разработки новых методов и средств контроля геометрических параметров лунки, позволяющих повысить качество литья, процент выхода пригодных слитков, снизить энергозатраты, не вызывает сомнения.
МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
Геометрические параметры лунки алюминиевого слитка отечественные металлурги получают простейшим, но небезопасным и неточным способом — литейщик для определения глубины лунки опускает в ее полость щуп. В большинстве же случаев лунку вообще не контролируют, а скорость литья подбирают на основании исследований затвердевших слитков.
Зарубежные компании получают данные о лунке в основном радиационным способом, что для современного непрерывного литья также является малоудовлетворительным, так как этот метод небезопасен и не позволяет контролировать режим в реальном времени.
Глубину лунки в общем случае можно получить аналитически, однако на основании расчетных формул изображение лунки строится с большой погрешностью, так как трудно точно учесть влияние всех параметров литья на форму лунки. С помощью формул можно получить представление о характере формирования лунки, но для регулирования скорости опускания поддона необходимо иметь более точную информацию, которая может быть получена только путем экспериментальных исследований.
Из известных видов неразрушающего контроля для контроля геометрических параметров лунки слитка больше всего подходят радиационный или акустический методы. Остальные методы
применить здесь невозможно или очень затруднительно. Использование радиационного метода требует применения специальной защиты персонала. Кроме того, этот метод ограничен проникающей способностью (до 0,5 м) [3]. Для контроля слитков большой толщины (до 1 м) необходимо увеличивать мощность излучения, что требует дополнительных средств защиты, а также возникает риск появления остаточной радиации.
Эффективный контроль литейных технологических процессов и качества отливок позволяет осуществлять ультразвуковой (УЗ) метод, обладающий максимальным информативным потенциалом, а также безопасностью и портативностью применяемого оборудования [4]. Использование этого метода позволяет получать мгновенное изображение контролируемого объекта. Проникающая способность данного метода также ограничена. Однако в отличие от радиационного УЗ контроль можно осуществлять как сбоку от объекта, так и над ним, что позволяет исключить проблему проникающей способности.
В отливках, затвердевающих в формах, различают твердую корку, двухфазную область из жидкости и кристаллов и полностью жидкую сердцевину. Эти области затвердевания имеют различную плотность, а также различную скорость УЗ, т. е. акустическое сопротивление, вследствие этого границы раздела этих областей обладают отражающей способностью [5]. Это позволяет применить УЗ-метод для определения границы между ними. Данное положение подтверждено пока немногочисленными разработками и исследованиями. Так, в Швейцарии применяют устройство для контроля толщины корки слитка и глубины проникновения жидкой фазы на УНРС (установка непрерывной разливки стали) при вводе УЗ через воду. УЗ можно вводить также через промежуточные линии задержки (волноводы) и расплав смеси солей, а для непосредственного измерения необходимо использовать УЗ-приборы. Реализация УЗ-метода контроля затвердевания связана с дополнительными трудностями, обусловленными снижением механической прочности материала и значительным увеличением затухания УЗ-волн в горячем металле, а также необходимостью создания надежного акустического контакта между датчиком и контролируемым металлом [6].
Методы УЗ-контроля основаны на излучении и приеме акустических волн (бегущих, стоячих) и их регистрации в материалах и изделиях. Для контроля литья алюминиевых слитков более всего подходят эхо- и теневой методы (см. таблицу).
Акустические методы классифицируют также по способу контакта преобразователя с изделием. УЗ-волны хорошо отражаются от тончайших воз-
38
вепвогв & Эувгетв • № 11.2011
Метод Определение структуры и физико-механических свойств Определение размеров Выявление дефектов плавки и литья
Неслитины Усадочные раковины Газовые поры и пузыри Горячие и холодные трещины
Теневой 4 4 3 4 4 4
Эхо-импульсный 4 4 3 4 3 4
Резонансный 4 4 0 4 0 0
Эмиссионный 0 0 0 0 0 0
Импедансный 0 0 0 0 0 0
Свободных колебаний 0 0 0 4 0 0
душных зазоров, поэтому существует несколько способов ввода УЗ в изделие:
— контактный — при плотном прижатии датчика к изделию, воздушный зазор между ними заполнен жидкостью (например, маслом);
— щелевой (менисковый) - жидкость между датчиком и изделием удерживается силами поверхностного натяжения в зазоре с толщиной, кратной длине полуволны УЗ;
— иммерсионный — изделие погружают в ванну с жидкостью (например, водой);
— бесконтактные способы — ввод и прием УЗ осуществляют через слой воздуха или с помощью электромагнитного поля, возбуждаемого датчиком. При этом излучатель и приемник не имеют плотного контакта с изделием.
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА, ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ СРЕДЫ
Ультразвуковые приборы для наблюдения, контроля и измерения в твердых материалах подразделяют на дефектоскопы, толщиномеры, приборы для определения физико-механических констант, контроля напряжений и глубины упрочненных слоев. Дефектоскопы используют для обнаружения внутренних дефектов в изделиях, определения их координат, размеров и характера, а также измерения толщины. Приборы для измерения физико-механических констант основаны на измерен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.