Міністерство транспорту Російської Федерації
Федеральне агентство залізничного транспорту
Державна освітня установа
Вищої професійної освіти
"Омський Державний університет шляхів сполучення"
(ОмГУПС)
Кафедра: Теоретична електротехніка
РЕФЕРАТ
"Вимірювання та неруйнівний контроль на залізничному транспорті."
Виконала:
Студентка
ІМЕК 57 до
Куликова Василина Ігорівна
Перевірив:
Мєшкова Ольга Борисівна
Г. Омськ
2008
Зміст
Введення
I. Ультразвукова дефектоскопія.
II. Акустико-емісійний контроль режимів шліфування.
III. Магнітопорошковий метод неруйнівного контролю.
IV. Візуально-оптичний контроль деталей.
V. Методи неруйнівного контролю стану рейок.
VI. Неруйнівний контроль при ремонті і технічному обслуговуванні рухомого складу.
VII. Бібліографічний список.
ВСТУП
Сучасні технологічні процеси виготовлення продукції машинобудування в багатьох випадках супроводжуються проміжним контролем якості виробів. У зв'язку з цим важливого значення набувають руйнівні методи контролю якості, які дозволяють не тільки виявляти дефекти на поверхні або в товщі вироби, а й визначати їх форму та розміри, а також просторове положення. Кожен з цих методів має певні переваги, що дозволяє з більшою точністю виявляти ті чи інші типи дефектів.
Процеси утворення і росту дефектів ставлять під загрозу можливість безаварійної експлуатації рухомого складу. Забезпечення безпеки руху за рахунок своєчасного виявлення заводських і втомних дефектів у відповідальних елементах колії та рухомого складу приносить величезний економічний ефект і служить збереженню людських життів. Вирішення цієї проблеми досягається сучасними фізичними методами неруйнівного контролю.
В даний час неруйнівний контроль являє собою самостійну інтенсивно розвивається на стику фізичного матеріалознавства та технології галузь науки і техніки, яка знаходить широке застосування в різних сферах виробництва і особливо на транспорті.
Практика показує, що правильна організація контролю, а також вміле використання того чи іншого методу контролю, розумне поєднання цих методів дозволяють з великою надійністю оцінити наявність дефектів контрольованих виробів.
I. Ультразвукова дефектоскопія
1.1. Короткі теоретичні відомості
1.1.1. Фізичні основи
Ультразвукові коливання є одним з численних прикладів коливань, що мають місце в природі (морські хвилі, вітрові імпульси і т. д.) і виникаючих під дією одного або, що набагато частіше, кількох безперервно діючих імпульсів.
Ультразвукові хвилі отримали широке застосування в народному господарстві, в механічних, фізичних, хімічних процесах, в медицині. Ультразвукові коливання широко застосовуються для контролю якості матеріалу, зварних з'єднань і ін Дл
Частота коливань, порушувана ультразвуком, може змінюватись в широких межах - від 0,5 - 1,0 Гц до 20 МГц.
Між виробом і ультразвуковим перетворювачем акустичний контакт створюють шляхом введення шару води або незамерзаючої магнітної рідини. Якщо акустичний контакт неможливий, то застосовують безконтактний введення ультразвукових коливань за допомогою електромагнітних акустичних перетворювачів (ЕМА), чутливість яких нижче, ніж у п'єзоелектричних.
Хвилі передають механічну енергію, а швидкість їх переміщення визначається лише властивостями коливається середовища:
де
Наближено швидкість поширення поздовжньої хвилі визначається за формулою:
де Е - модуль пружності;
р-щільність середовища, схильною до коливань.
Швидкість поширення поперечної хвилі визначається за формулою:
де G - Модуль поперечної пружності,
1.1.2. Апаратура ультразвукового (УЗ) контролю
Процеси перетворення енергії УЗ-коливань відбуваються в трьох трактах дефектоскопа:
- Електроакустичний тракт, де електричні коливання перетворюються в ультразвукові і назад, складається з пьезопреобразователем, демпферів, перехідних і контактних шарів, електричних коливальних контурів генератора;
- Електричний тракт складається з генератора, підсилювача і визначає амплітуду зондуючого імпульсу;
- Акустичний тракт визначає шлях від випромінювача до відбивача в металі і назад - від відбивача до приймача.
Ультразвукові дефектоскопи призначені для випромінювання УЗ-коливань, прийому ехосигналів, встановлення положення і розмірів дефектів. Апаратура УЗ-контролю включає в себе пьезопреобразователя, електронний блок і допоміжні пристрої.
Основною частиною пьезопреобразователя є п'єзоелемент, наприклад пластина кварцу або титанату барію у вигляді диска завтовшки, рівній половині довжини хвилі ультракоротких (КК) коливань. Перетворювачі поділяються на прямі (вводять поздовжню хвилю перпендикулярно контрольованої поверхні); похилі (вводять поперечну хвилю під кутом до поверхні); роздільно-зміщені (вводять поздовжню хвилю під кутом 5 - 10 ° до площини, перпендикулярної поверхні введення).
Прямий УЗ-перетворювач складається з корпусу, п'єзопластин, оточеній з одного боку демпфером, скорочують тривалість вільних коливань, а з іншого - захисним денцем, що оберігає її від механічних пошкоджень.
Похилий перетворювач має п'єзопластин, прикріплену до призмам з полімерів (оргскло, полістирол та ін.) Мала швидкість розповсюдження хвиль в полімерах дозволяє при малих кутах падіння хвиль на об'єкт вводити поперечні хвилі під великим кутом. Коли ультразвуковий імпульс досягає протилежного боку зразка, він відбивається від неї і продовжує зигзагоподібний шлях між двома поверхнями.
Прямі і похилі перетворювачі працюють за поєднаною схемою: один і той же п'єзоелемент служить в якості випромінювача і приймача. Випускають також роздільно-суміщені перетворювачі (рис. 1.1, в), у яких є дві п'єзопластин: одна підключається до генератора випромінювання (Г), інша - до приймача (П). Між ними встановлюється акустичний екран.
б в
Рис. 1.1. Ультразвукові перетворювачі:
а - прямий; б - похилий (призматичний); в - роздільно-суміщений (PC); 1 - корпус; 2 - демпфер; 3 - п'єзопластин; 4 - захисне денце (протектор), 5 - призма, 6 - токоподвод; 7 - акустичний екран
Електронний блок генерує імпульси з високим ступенем частоти, підсилює і перетворює луна-сигнали, відбиті від об'єкта, і відображає зазначені луна-сигнали на телевізійній трубці.
Дефектоскопи працюють за наступною схемою. Від блоку синхронізатора тактові імпульси надходять в генератор зондирующих імпульсів і запускають його. При подачі імпульсу, що запускає в контурі, що складається з індуктивності, ємності накопичувального конденсатора, виникають радіочастотні коливання, звані зондувальними імпульсами. Останні збуджують у п'єзопластин ультразвукові коливання. Одночасно тактові імпульси з синхронізатора подаються і на генератор розгортки електронно-променевої трубки. Швидкість розгортки регулюється в залежності від товщини прозвучівае-мого металу.
Відбиті від дефекту імпульси пружних коливань подаються па п'є-зопластіну і перетворюються в ній у електросигнали. Ці коливання посилюються в підсилювачі, потім подаються на екран електронно-променевої трубки. При розгортці відстань від зондуючого імпульсу до прийнятого сигналу пропорційно часу проходження імпульсу від п'єзопластин до дефекту і назад. За числовим значенням швидкості і часу проходження ультразвуку можна визначити координати дефекту. Відхилення променя на електроннопроменевої трубці у вертикальному напрямку характеризує амплітуду сигналу і пропорційно значенню розміру дефекту.
Амплітуда вимірюється градуйованими приладами - аттенюатора, наявними в дефектоскопах. Дефектоскоп також містить автоматизований сигналізатор для звукової та світлової індикації дефектів.
1.1.3. Ультразвуковий дефектоскоп ДУК-13ІМ
Дефектоскоп призначений для виявлення внутрішніх дефектів у виробах з металів (тріщин, пор, розшарувань, непроварів, шлакових включень і т. д.), визначення їх координат у зварних та клепаних з'єднаннях.
Прилад є переносним і використовується в цехових і польових умовах в інтервалі температури Про-40 ° С і відносній вологості не більше 80% при 20 ° С. Працює він на частотах 1,8 і 2,5 МГц як з прямими, так і з похилими вишукувальних голівками.
Чутливість приладу регулюється в широких межах і на частоті 2,5 МГц забезпечує виявлення дефектів, еквівалентних отворів в еталоні № 1 при температурі 20 ° С:
для вишукувальних головок з кутами 30 і 40 ° - отвори 45 мм ;
для вишукувальних головок з кутами 50 ° - отвори 5 мм .
Мінімальна глибина виявлення дефектів (мертва зона приладу) - не більше 3 мм для вишукувальних головок з кутом падіння 50 °.
Максимальна глибина прозвучування - 600 мм (Для сталі) в режимі «контроль за верствам».
Прилад дозволяє вести контроль об'єкту у двох режимах роботи:
контроль за верствам;
контроль від поверхні.
Під час контролю по верствам затримка розгортки за часом плавно регулюється в межах від 12 до 100 мкс. Тривалість розгортки регулюється в межах від 20 до 100 мкс.
У приладі ДУК-13ІМ є електронний глибиномір зі шкалами прямого відліку координат залягання дефектів і шкалою відліку часу проходження ультразвуку в мікросекундах. Шкала «МКС» використовується для визначення координат дефектів при контролі виробів з матеріалів зі швидкістю ультразвуку, відмінною від швидкості ультразвуку в сталі СтЗ.
Прилад комплектується прямий искательное головкою для прозвучування об'єктів поздовжніми хвилями на частоті 2,5 МГц і призматичними головками з кутами падіння УЗК 30, 40 і 50 ° - для прозвучування об'єкта харчування приладу є мережа змінного струму напругою 220 В частотою поперечними хвилями на частотах 1,8 і 2,5 МГц.
Індикація дефектів проводиться при появі сигналів у телефоні та імпульсу на екрані електронно-променевої трубки (ЕПТ).
Джерелом 50 - 60 Гц.
II. АКУСТІКОЕМІССІОННИЙ КОНТРОЛЬ РЕЖИМІВ ШЛІФУВАННЯ
2.1. Короткі теоретичні відомості
Одним з найбільш перспективних методів неруйнівного контролю (стосовно контролю технологічних процесів) є метод акустичної емісії (АЕ).
Особливе значення має використання методу АЕ для оперативного контролю абразивної обробки, серед різноманіття видів якої найбільш широко поширене шліфування. Контроль методом АЕ за своїми можливостями не має аналогів, оскільки дозволяє оцінити ряд параметрів якості обробки (шорсткість, некруглого, хвилястість деталі, ріжучу здатність кола) безпосередньо в процесі шліфування.
2.1.1. Принципи АЕ-контролю шліфування
Робочі контакти одиничних ріжучих зерен шліфувального круга з поверхнею оброблюваної деталі генерують сигнали АЕ. Енергія акустичного сигналу залежить від кількості одиничних врізання, тобто пов'язана з реальною продуктивністю обробки. Це дає можливість щодо змін сигналу АЕ судити про вихідні характеристики шліфування, пов'язаних з миттєвим обсягом металу (ріжучою здатністю кола, некруглого, хвилястістю деталі).
Апаратура реєстрації сигналу АЕ при шліфуванні включає в себе датчик (пьезопреобразователя), що перетворює механічні коливання в
електричний сигнал; попередній підсилювач; вузькосмуговий фільтр з центральною частотою, /; детектуючої ланка; самописець. У цій роботі роль підсилювача, фільтра і детектора виконує селективний мікровольтметр. На самописці записується інтенсивність вузькосмуговій складової сигналу I / t).
В умовах круглого врізного шліфування (при обертанні деталі) реєстрація сигналу (рис. 2.1) проводиться шляхом підтиску датчика 3 до поверхні деталі 2. Для зменшення тертя між датчиком і деталлю використовується тіфлоновая пробка. Завдяки кулісного механізму підтиску 4 зменшення діаметра деталі
d = d o -2 t p (2.1)
де d 0 - Діаметр заготовки, мм;
? Р - припуск, мм,
не позначається на щільності контакту датчика з оброблюваною поверхнею.
Рис. 2.1. Кріплення пьезопреобразователя в робочій зоні
Цикл круглого врізного шліфування (рис. 2.2, а) передбачає три режими: чорнова подача (F Bp = 3 - 6 мм / хв); чистова подача (До вр = 1 - 0,5 мм / хв); виходжування (До вр = 0).
Таке диференціювання циклу дозволяє забезпечити, з одного боку, високу продуктивність обробки, з іншого боку, - необхідна якість шліфованої поверхні.
Акустограмма (Рис. 2.2, б)
Рис. 2.2. Цикл обробки (а) і відповідне акустограмма АЕ (б)
При цьому характер коливань / в процесі обробки дозволяє виділити перехідні зони, пов'язані з виходом обладнання на сталий режим. Протяжність перехідних зон залежить від ріжучої здатності круга. Чим гостріше зерна абразиву, тим швидше вибирається натяг технологічної системи і тим коротше перехідні зони на акустограмме I / t).
Таким чином, задаючи математично функцію I / t) в областях перехідних зон, можна кількісно оцінити поточну ріжучу здатність кола. Найбільш зручний для апроксимації режим виходжування. Його можна приблизно промоделювати виразом:
де р-постійна часу, кількісно відображає крутизну падання інтенсивності сигналу If, т. е. показник Р може використовуватися для оцінки поточної ріжучої здатності інструмента.
Провівши попередні експерименти і отримавши попередню для максимально допустимого затуплення кола величину р, можна регламентувати раціональну тривалість періоду редагування.
III. Магнітопорошковий МЕТОД НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ
3.1. Короткі теоретичні відомості
Магнітні методи контролю засновані на виявленні магнітного потоку розсіювання, створюваного різними дефектами в намагнічених виробах з феромагнітних матеріалів. Магнітний потік, поширюючись по виробу і зустрічаючи на своєму шляху дефект, огинає його внаслідок того, що магнітна проникність дефекту значно (у 1000 разів) більше магнітної проникності основного матеріалу. У результаті цього частина магнітно-силових ліній витісняється дефектом на поверхню, утворюючи місцевий магнітний потік розсіювання (рис. 3.1). Дефекти, які викликають обурення у розподілі силових ліній магнітного потоку без освіти місцевого потоку розсіювання, не можуть бути виявлені методами магнітної дефектоскопії. Обурення потоку відбувається тим сильніше, чим більша перешкода є дефектом. Так, якщо дефект'расположен вздовж напрямку магнітних силових ліній, то обурення магнітного потоку невелика, в той час як той же дефект, розташований перпендикулярно або похило напрямку магнітного потоку, створює значний потік розсіювання.
Залежно від способу реєстрації магнітного потоку розсіювання магнітні методи контролю поділяють на магнітопорошковий, магнітопорошкового, ферозондовий. Федеральне агентство залізничного транспорту
Державна освітня установа
Вищої професійної освіти
"Омський Державний університет шляхів сполучення"
(ОмГУПС)
Кафедра: Теоретична електротехніка
РЕФЕРАТ
"Вимірювання та неруйнівний контроль на залізничному транспорті."
Виконала:
Студентка
ІМЕК 57 до
Куликова Василина Ігорівна
Перевірив:
Мєшкова Ольга Борисівна
Г. Омськ
2008
Зміст
Введення
I. Ультразвукова дефектоскопія.
II. Акустико-емісійний контроль режимів шліфування.
III. Магнітопорошковий метод неруйнівного контролю.
IV. Візуально-оптичний контроль деталей.
V. Методи неруйнівного контролю стану рейок.
VI. Неруйнівний контроль при ремонті і технічному обслуговуванні рухомого складу.
VII. Бібліографічний список.
ВСТУП
Сучасні технологічні процеси виготовлення продукції машинобудування в багатьох випадках супроводжуються проміжним контролем якості виробів. У зв'язку з цим важливого значення набувають руйнівні методи контролю якості, які дозволяють не тільки виявляти дефекти на поверхні або в товщі вироби, а й визначати їх форму та розміри, а також просторове положення. Кожен з цих методів має певні переваги, що дозволяє з більшою точністю виявляти ті чи інші типи дефектів.
Процеси утворення і росту дефектів ставлять під загрозу можливість безаварійної експлуатації рухомого складу. Забезпечення безпеки руху за рахунок своєчасного виявлення заводських і втомних дефектів у відповідальних елементах колії та рухомого складу приносить величезний економічний ефект і служить збереженню людських життів. Вирішення цієї проблеми досягається сучасними фізичними методами неруйнівного контролю.
В даний час неруйнівний контроль являє собою самостійну інтенсивно розвивається на стику фізичного матеріалознавства та технології галузь науки і техніки, яка знаходить широке застосування в різних сферах виробництва і особливо на транспорті.
Практика показує, що правильна організація контролю, а також вміле використання того чи іншого методу контролю, розумне поєднання цих методів дозволяють з великою надійністю оцінити наявність дефектів контрольованих виробів.
1.1. Короткі теоретичні відомості
1.1.1. Фізичні основи
Ультразвукові коливання є одним з численних прикладів коливань, що мають місце в природі (морські хвилі, вітрові імпульси і т. д.) і виникаючих під дією одного або, що набагато частіше, кількох безперервно діючих імпульсів.
Ультразвукові хвилі отримали широке застосування в народному господарстві, в механічних, фізичних, хімічних процесах, в медицині. Ультразвукові коливання широко застосовуються для контролю якості матеріалу, зварних з'єднань і ін Дл
Частота коливань, порушувана ультразвуком, може змінюватись в широких межах - від 0,5 - 1,0 Гц до 20 МГц.
Між виробом і ультразвуковим перетворювачем акустичний контакт створюють шляхом введення шару води або незамерзаючої магнітної рідини. Якщо акустичний контакт неможливий, то застосовують безконтактний введення ультразвукових коливань за допомогою електромагнітних акустичних перетворювачів (ЕМА), чутливість яких нижче, ніж у п'єзоелектричних.
Хвилі передають механічну енергію, а швидкість їх переміщення визначається лише властивостями коливається середовища:
де
Наближено швидкість поширення поздовжньої хвилі визначається за формулою:
де Е - модуль пружності;
р-щільність середовища, схильною до коливань.
Швидкість поширення поперечної хвилі визначається за формулою:
де G - Модуль поперечної пружності,
1.1.2. Апаратура ультразвукового (УЗ) контролю
Процеси перетворення енергії УЗ-коливань відбуваються в трьох трактах дефектоскопа:
- Електроакустичний тракт, де електричні коливання перетворюються в ультразвукові і назад, складається з пьезопреобразователем, демпферів, перехідних і контактних шарів, електричних коливальних контурів генератора;
- Електричний тракт складається з генератора, підсилювача і визначає амплітуду зондуючого імпульсу;
- Акустичний тракт визначає шлях від випромінювача до відбивача в металі і назад - від відбивача до приймача.
Ультразвукові дефектоскопи призначені для випромінювання УЗ-коливань, прийому ехосигналів, встановлення положення і розмірів дефектів. Апаратура УЗ-контролю включає в себе пьезопреобразователя, електронний блок і допоміжні пристрої.
Основною частиною пьезопреобразователя є п'єзоелемент, наприклад пластина кварцу або титанату барію у вигляді диска завтовшки, рівній половині довжини хвилі ультракоротких (КК) коливань. Перетворювачі поділяються на прямі (вводять поздовжню хвилю перпендикулярно контрольованої поверхні); похилі (вводять поперечну хвилю під кутом до поверхні); роздільно-зміщені (вводять поздовжню хвилю під кутом 5 - 10 ° до площини, перпендикулярної поверхні введення).
Прямий УЗ-перетворювач складається з корпусу, п'єзопластин, оточеній з одного боку демпфером, скорочують тривалість вільних коливань, а з іншого - захисним денцем, що оберігає її від механічних пошкоджень.
Похилий перетворювач має п'єзопластин, прикріплену до призмам з полімерів (оргскло, полістирол та ін.) Мала швидкість розповсюдження хвиль в полімерах дозволяє при малих кутах падіння хвиль на об'єкт вводити поперечні хвилі під великим кутом. Коли ультразвуковий імпульс досягає протилежного боку зразка, він відбивається від неї і продовжує зигзагоподібний шлях між двома поверхнями.
б в
Рис. 1.1. Ультразвукові перетворювачі:
а - прямий; б - похилий (призматичний); в - роздільно-суміщений (PC); 1 - корпус; 2 - демпфер; 3 - п'єзопластин; 4 - захисне денце (протектор), 5 - призма, 6 - токоподвод; 7 - акустичний екран
Електронний блок генерує імпульси з високим ступенем частоти, підсилює і перетворює луна-сигнали, відбиті від об'єкта, і відображає зазначені луна-сигнали на телевізійній трубці.
Дефектоскопи працюють за наступною схемою. Від блоку синхронізатора тактові імпульси надходять в генератор зондирующих імпульсів і запускають його. При подачі імпульсу, що запускає в контурі, що складається з індуктивності, ємності накопичувального конденсатора, виникають радіочастотні коливання, звані зондувальними імпульсами. Останні збуджують у п'єзопластин ультразвукові коливання. Одночасно тактові імпульси з синхронізатора подаються і на генератор розгортки електронно-променевої трубки. Швидкість розгортки регулюється в залежності від товщини прозвучівае-мого металу.
Відбиті від дефекту імпульси пружних коливань подаються па п'є-зопластіну і перетворюються в ній у електросигнали. Ці коливання посилюються в підсилювачі, потім подаються на екран електронно-променевої трубки. При розгортці відстань від зондуючого імпульсу до прийнятого сигналу пропорційно часу проходження імпульсу від п'єзопластин до дефекту і назад. За числовим значенням швидкості і часу проходження ультразвуку можна визначити координати дефекту. Відхилення променя на електроннопроменевої трубці у вертикальному напрямку характеризує амплітуду сигналу і пропорційно значенню розміру дефекту.
Амплітуда вимірюється градуйованими приладами - аттенюатора, наявними в дефектоскопах. Дефектоскоп також містить автоматизований сигналізатор для звукової та світлової індикації дефектів.
1.1.3. Ультразвуковий дефектоскоп ДУК-13ІМ
Дефектоскоп призначений для виявлення внутрішніх дефектів у виробах з металів (тріщин, пор, розшарувань, непроварів, шлакових включень і т. д.), визначення їх координат у зварних та клепаних з'єднаннях.
Прилад є переносним і використовується в цехових і польових умовах в інтервалі температури Про-40 ° С і відносній вологості не більше 80% при 20 ° С. Працює він на частотах 1,8 і 2,5 МГц як з прямими, так і з похилими вишукувальних голівками.
Чутливість приладу регулюється в широких межах і на частоті 2,5 МГц забезпечує виявлення дефектів, еквівалентних отворів в еталоні № 1 при температурі 20 ° С:
для вишукувальних головок з кутами 30 і 40 ° - отвори
для вишукувальних головок з кутами 50 ° - отвори
Мінімальна глибина виявлення дефектів (мертва зона приладу) - не більше
Максимальна глибина прозвучування -
Прилад дозволяє вести контроль об'єкту у двох режимах роботи:
контроль за верствам;
контроль від поверхні.
Під час контролю по верствам затримка розгортки за часом плавно регулюється в межах від 12 до 100 мкс. Тривалість розгортки регулюється в межах від 20 до 100 мкс.
У приладі ДУК-13ІМ є електронний глибиномір зі шкалами прямого відліку координат залягання дефектів і шкалою відліку часу проходження ультразвуку в мікросекундах. Шкала «МКС» використовується для визначення координат дефектів при контролі виробів з матеріалів зі швидкістю ультразвуку, відмінною від швидкості ультразвуку в сталі СтЗ.
Прилад комплектується прямий искательное головкою для прозвучування об'єктів поздовжніми хвилями на частоті 2,5 МГц і призматичними головками з кутами падіння УЗК 30, 40 і 50 ° - для прозвучування об'єкта харчування приладу є мережа змінного струму напругою 220 В частотою поперечними хвилями на частотах 1,8 і 2,5 МГц.
Індикація дефектів проводиться при появі сигналів у телефоні та імпульсу на екрані електронно-променевої трубки (ЕПТ).
Джерелом 50 - 60 Гц.
II. АКУСТІКОЕМІССІОННИЙ КОНТРОЛЬ РЕЖИМІВ ШЛІФУВАННЯ
2.1. Короткі теоретичні відомості
Одним з найбільш перспективних методів неруйнівного контролю (стосовно контролю технологічних процесів) є метод акустичної емісії (АЕ).
Особливе значення має використання методу АЕ для оперативного контролю абразивної обробки, серед різноманіття видів якої найбільш широко поширене шліфування. Контроль методом АЕ за своїми можливостями не має аналогів, оскільки дозволяє оцінити ряд параметрів якості обробки (шорсткість, некруглого, хвилястість деталі, ріжучу здатність кола) безпосередньо в процесі шліфування.
2.1.1. Принципи АЕ-контролю шліфування
Робочі контакти одиничних ріжучих зерен шліфувального круга з поверхнею оброблюваної деталі генерують сигнали АЕ. Енергія акустичного сигналу залежить від кількості одиничних врізання, тобто пов'язана з реальною продуктивністю обробки. Це дає можливість щодо змін сигналу АЕ судити про вихідні характеристики шліфування, пов'язаних з миттєвим обсягом металу (ріжучою здатністю кола, некруглого, хвилястістю деталі).
Апаратура реєстрації сигналу АЕ при шліфуванні включає в себе датчик (пьезопреобразователя), що перетворює механічні коливання в
електричний сигнал; попередній підсилювач; вузькосмуговий фільтр з центральною частотою, /; детектуючої ланка; самописець. У цій роботі роль підсилювача, фільтра і детектора виконує селективний мікровольтметр. На самописці записується інтенсивність вузькосмуговій складової сигналу I / t).
В умовах круглого врізного шліфування (при обертанні деталі) реєстрація сигналу (рис. 2.1) проводиться шляхом підтиску датчика 3 до поверхні деталі 2. Для зменшення тертя між датчиком і деталлю використовується тіфлоновая пробка. Завдяки кулісного механізму підтиску 4 зменшення діаметра деталі
d = d o -2 t p (2.1)
де d 0 - Діаметр заготовки, мм;
? Р - припуск, мм,
не позначається на щільності контакту датчика з оброблюваною поверхнею.
Рис. 2.1. Кріплення пьезопреобразователя в робочій зоні
Цикл круглого врізного шліфування (рис. 2.2, а) передбачає три режими: чорнова подача (F Bp = 3 - 6 мм / хв); чистова подача (До вр = 1 - 0,5 мм / хв); виходжування (До вр = 0).
Таке диференціювання циклу дозволяє забезпечити, з одного боку, високу продуктивність обробки, з іншого боку, - необхідна якість шліфованої поверхні.
Акустограмма (Рис. 2.2, б)
| 0,5 |
| v вр.чіст | v вр = 0 |
При цьому характер коливань / в процесі обробки дозволяє виділити перехідні зони, пов'язані з виходом обладнання на сталий режим. Протяжність перехідних зон залежить від ріжучої здатності круга. Чим гостріше зерна абразиву, тим швидше вибирається натяг технологічної системи і тим коротше перехідні зони на акустограмме I / t).
Таким чином, задаючи математично функцію I / t) в областях перехідних зон, можна кількісно оцінити поточну ріжучу здатність кола. Найбільш зручний для апроксимації режим виходжування. Його можна приблизно промоделювати виразом:
де р-постійна часу, кількісно відображає крутизну падання інтенсивності сигналу If, т. е. показник Р може використовуватися для оцінки поточної ріжучої здатності інструмента.
Провівши попередні експерименти і отримавши попередню для максимально допустимого затуплення кола величину р, можна регламентувати раціональну тривалість періоду редагування.
III. Магнітопорошковий МЕТОД НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ
3.1. Короткі теоретичні відомості
Магнітні методи контролю засновані на виявленні магнітного потоку розсіювання, створюваного різними дефектами в намагнічених виробах з феромагнітних матеріалів. Магнітний потік, поширюючись по виробу і зустрічаючи на своєму шляху дефект, огинає його внаслідок того, що магнітна проникність дефекту значно (у 1000 разів) більше магнітної проникності основного матеріалу. У результаті цього частина магнітно-силових ліній витісняється дефектом на поверхню, утворюючи місцевий магнітний потік розсіювання (рис. 3.1). Дефекти, які викликають обурення у розподілі силових ліній магнітного потоку без освіти місцевого потоку розсіювання, не можуть бути виявлені методами магнітної дефектоскопії. Обурення потоку відбувається тим сильніше, чим більша перешкода є дефектом. Так, якщо дефект'расположен вздовж напрямку магнітних силових ліній, то обурення магнітного потоку невелика, в той час як той же дефект, розташований перпендикулярно або похило напрямку магнітного потоку, створює значний потік розсіювання.
а б
Рис. 3.1. Розподіл магнітного потоку по перерізу якісного зварного шва (а) та дефектного (б)
Сутність магнітопорошкового методу полягає в тому, що на поверхню намагніченої деталі наносять феромагнітний порошок у вигляді суспензії з гасом, маслом або мильним розчином (мокрий метод) або у вигляді магнітного аерозолю (сухий метод). Сухий метод менш чутливий, і його застосовують на стадії попереднього контролю для виявлення грубих дефектів. Під дією втягує сили магнітних полів розсіювання частинки порошку переміщуються на поверхні деталей і скупчуються у вигляді валиків над дефектами. Форма цих скупчень відповідає контурах виявляються дефектів.
"Методика контролю магнітопорошковий методом включає в себе наступні операції:
1. підготовку поверхонь перед контролем та їх очищення від забруднень, окалини, слідів шлаку після зварювання;
2. підготовку суспензії, яка полягає в інтенсивному перемішуванні
3. магнітного порошку з транспортує рідиною;
4. намагнічування контрольованого виробу;
5. нанесення суспензії на поверхню контрольованого виробу;
6. огляд поверхні виробу і виявлення місць, покритих відкладенням
порошку,
У сумнівних випадках валик порошку видаляють і повторюють операції 3-5. Після контролю виріб розмагнічують.
Магнітопорошковий метод відрізняється високою чутливістю до тонких і дрібним тріщинах, простотою виконання, оперативністю і наочністю результатів, тому його широко застосовують для контролю поздовжніх зварних швів і виробів, виконаних з магнітних матеріалів
Чутливість контролю магнітопорошкового методу залежить від ряду факторів: розміру частинок порошку і способу його нанесення, напруженості прикладеного намагнічує поле, роду прикладеної струму (змінний чи постійний), форми, розміру і глибини залягання дефектів, а також від їх орієнтації відносно поверхні виробу та напрямки намагнічування , стани і форми поверхні, способу намагнічування.
Частинки порошку повинні мати розмір 5-10 мкм. Для виявлення глибоко залягають дефектів застосовують більший магнітний порошок. Для магнітних суспензій (мокрий метод) застосовують магнітний порошок з дрібними частинками. Крім того, частинки дрібного порошку повинні мати максимальну рухливістю. З цією метою необхідно застосовувати частки неправильної форми. Додаткову рухливість частинки магнітного порошку отримують після покриття їх пігментом з низьким коефіцієнтом тертя.
Зі збільшенням напруженості прикладеного поля (до досягнення індукції насичення) зростає чутливість методу.
При контролі магнітними методами найбільш добре виявляються площинні дефекти деталей: тріщини, непровари і несплавление, найбільший розмір яких орієнтований під прямим або близьким до нього кутом відносно напрямку магнітного потоку. Дефекти округлої форми (пори, жужільні включення, раковини) не можуть створювати достатнього потоку розсіювання і, як правило, при контролі виявляються погано. Практикою встановлено, що магнітопорошковий методом виявляються поверхневі і підповерхневі (на глибині не більше
Найбільша чутливість магнітопорошкового методу досягається при контролі гладко оброблених поверхонь.
На чутливість контролю і, отже, на виявлення дефектів значно впливають способи намагнічування виробів. Для створення оптимальних умов контролю застосовують три способи намагнічування: поздовжній, циркулярний і комбіноване (табл.3.1).
Поздовжнє намагнічування здійснюють за допомогою електромагнітів, постійних магнітів і соленоїдів. При поздовжньому намагнічуванні поле направлене вздовж поздовжньої осі зварного шва або деталі. Застосовують поздовжнє намагнічування для виявлення поперечних дефектів зварювання.
Циркулярний намагнічування здійснюється при пропущенні струму по контрольованої деталі або через провідник (стрижень), поміщений в отвір деталі. Магнітне поле при цьому способі спрямовано перпендикулярно площині кільцевого зварного шва чи поздовжньої осі деталі. При такій схемі намагнічування добре виявляються поздовжні дефекти зварювання. Найбільш ефективно циркулярний намагнічування при контролі труб, валів, стрижнів і ін
Чутливість контролю магнітопорошкового методу залежить від ряду факторів: розміру частинок порошку і способу його нанесення, напруженості прикладеного намагнічує поле, роду прикладеної струму (змінний чи постійний), форми, розміру і глибини залягання дефектів, а також від їх орієнтації відносно поверхні виробу та напрямки намагнічування , стани і форми поверхні, способу намагнічування.
Частинки порошку повинні мати розмір 5-10 мкм. Для виявлення глибоко залягають дефектів застосовують більший магнітний порошок. Для магнітних суспензій (мокрий метод) застосовують магнітний порошок з дрібними частинками. Крім того, частинки дрібного порошку повинні мати максимальну рухливістю. З цією метою необхідно застосовувати частки неправильної форми. Додаткову рухливість частинки магнітного порошку отримують після покриття їх пігментом з низьким коефіцієнтом тертя.
Зі збільшенням напруженості прикладеного поля (до досягнення індукції насичення) зростає чутливість методу.
При контролі магнітними методами найбільш добре виявляються площинні дефекти деталей: тріщини, непровари і несплавление, найбільший розмір яких орієнтований під прямим або близьким до нього кутом відносно напрямку магнітного потоку. Дефекти округлої форми (пори, жужільні включення, раковини) не можуть створювати достатнього потоку розсіювання і, як правило, при контролі виявляються погано. Практикою встановлено, що магнітопорошковий методом виявляються поверхневі і підповерхневі (на глибині не більше
Найбільша чутливість магнітопорошкового методу досягається при контролі гладко оброблених поверхонь.
На чутливість контролю і, отже, на виявлення дефектів значно впливають способи намагнічування виробів. Для створення оптимальних умов контролю застосовують три способи намагнічування: поздовжній, циркулярний і комбіноване (табл.3.1).
Поздовжнє намагнічування здійснюють за допомогою електромагнітів, постійних магнітів і соленоїдів. При поздовжньому намагнічуванні поле направлене вздовж поздовжньої осі зварного шва або деталі. Застосовують поздовжнє намагнічування для виявлення поперечних дефектів зварювання.
Циркулярний намагнічування здійснюється при пропущенні струму по контрольованої деталі або через провідник (стрижень), поміщений в отвір деталі. Магнітне поле при цьому способі спрямовано перпендикулярно площині кільцевого зварного шва чи поздовжньої осі деталі. При такій схемі намагнічування добре виявляються поздовжні дефекти зварювання. Найбільш ефективно циркулярний намагнічування при контролі труб, валів, стрижнів і ін
Таблиця 3.1
Основні способи намагнічування
| Найменування способу | Засіб намагнічування | Графічна схема намагнічування |
| Поздовжнє (полюсний) Циркулярний Комбіноване | Постійним магнітом, електромагнітом Соленоїдом Пропущення струму по деталі За допомогою контактів, що встановлюються на деталь За допомогою дроту зі струмом ¸ що розміщується в отвір деталі Індуктірованіе струм в деталі Пропущенням струму по деталі за допомогою електромагніта Пропусканням двох або більше зсунутих за фазою струмів по деталі у взаємно перпендикулярних напрямках Індуктірованіе струму в деталі і струмом, який проходить по поводніку, помещаемому в отвір деталі | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Комбіноване намагнічування здійснюється при одночасному намагнічуванні деталі двома або кількома магнітними полями. Прикладом комбінованого намагнічування може бути намагнічування труби соленоїдом і пропускання змінного струму через провідник, що проходить всередині труби.
3.1.1. Апаратура магнітопорошкового методу контролю
Основні деталі дефектоскопів наступні: джерела струму, пристрої для підведення струму до деталі, пристрої для полюсного намагнічування (соленоїди, електромагніти), пристрої для нанесення на контрольовану деталь порошку і суспензії, вимірники струму (чи напруженості поля). У дефектоскопах найбільш широко поширені циркулярний намагнічування пропусканням змінного струму по деталі (або через стрижень) і поздовжнє намагнічування постійним струмом.
Для магнітопорошкового контролю в основному застосовують дефектоскопи трьох видів: стаціонарні універсальні, пересувні і переносні, спеціалізовані (стаціонарні та пересувні).
Як матеріал для приготування порошків в основному використовують дрібно змолоти закис-окис заліза з розміром частинок 5-10 мкм. Іноді застосовують чисту залізну окалину, отримувану при куванні та прокатки, а також сталеві тирсу, які утворюються при шліфуванні сталевих виробів. Для кращої індикації дефектів виробів різного кольору застосовують кольорові порошки (червоний, сріблястий та ін.) Їх отримують открашіваніем темних порошків або відпалом за спеціальною технологією.
Для приготування магнітних суспензій найчастіше використовують масляної-но-гасові суміші (співвідношення масла і гасу 1:1) з змістом 50
I V. Візуально-оптичний КОНТРОЛЬ ДЕТАЛЕЙ
4.1. Короткі теоретичні відомості
Око людини є основним контрольним приладом при дефектоскопії деталей. Візуально перевіряються напівфабрикати та готова продукція, відхилення від форми і геометричні розміри виробів, вади матеріалу, обробка поверхні (великі тріщини і корозійні поразки) та інші дефекти.
Якість візуального контролю обмежено можливостями очі і залежить від віддаленості об'єкта, слабкої освітленості, швидкого переміщення вироби та ін
Набагато розширити межі природних можливостей очі дозволяють оптичні прилади, які збільшують гостроту зору та роздільну здатність ока приблизно у стільки разів, у скільки збільшує оптичний прилад.
Візуальний контроль із застосуванням оптичних пристроїв називається візуально-оптичним. Це найбільш доступний та простий метод виявлення поверхневих дефектів виробів.
При візуально-оптичному контролі вироби оглядаються у видимому світлі з використанням оптичних приладів. Цей вид контролю використовується на різних стадіях виготовлення деталі, в процесі їх експлуатації та ремонту.
По виду приймача променів, відбитих від контрольованого виробу, різняться такі види оптичних приладів:
- Візуальні;
- Детекторні;
- Комбіновані.
Приймачем у візуальних приладів є око людини. До візуальних приладів відносяться оглядові прилади, лупи, мікроскопи, ендоскопи та ін У цю ж групу входять прилади, за допомогою яких вимірюються геометричні розміри.
У детекторних приладів приймачем променистої енергії є всілякі детектори: хімічні реактиви, електронні прилади, люмінесцентними-цірующіе речовини та ін
Комбінованими приладами контроль можна проводити візуально і за допомогою детекторів.
При візуально-оптичної дефектоскопії в основному використовуються візуальні апарати, які можна розділити на три групи:
- Прилади для контролю виробів невеликих розмірів, розташованих від ока контролера в межах відстані найкращого зору (лупи, мікроскопи);
- Прилади для контролю віддалених об'єктів (біноклі, зорові труби, телескопічні лупи);
- Прилади для контролю прихованих об'єктів, внутрішніх порожнин об'єктів (перископи, бороскопи, ендоскопи та ін.)
4.1.1. Видимість об'єктів
Видимістю називається ступінь розрізнення об'єктів при їх спостереженні. Вона залежить від тривалості огляду, контрасту, яскравості, кольору, освітлення та інших умов. Кожному з таких факторів відповідає свій поріг видимості, нижче якого об'єкт не буде видно незважаючи на сприятливість інших умов. Наприклад, при занадто малої освітленості предмет не можна дивись ніяким збільшенням.
До найбільш істотних умов видимості відносяться контраст і кутові розміри об'єкта контролю.
За міру яркостного контрасту найчастіше приймається ставлення:
де Вф - яскравість навколишнього фону;
В о - яскравість розглянутого об'єкта.
При К> 0,5 контраст вважається великим, при 0,2 <К <0,5 - середнім і при К <0,2 - малим.
Поріг контрастної чутливості До лор (тобто мінімальний яскравості контраст, який контролер ще здатний розрізняти) для більшості людей дорівнює 0,01 - 0,02 при оптимальних умовах огляду. У реальних умовах До пір = 0,05 -0,06.
Відношення значення спостережуваного контрасту до значення граничного контрасту в даних конкретних умовах визначає видимість об'єкта:
Максимального яркостного контрасту, а отже, і максимальної видимості можна досягти при використанні білого і чорного кольорів або білого з червоним.
4.1.2. Оптичні прилади
При огляді за допомогою оптичних приладів відбувається збільшення кутового розміру розглянутого об'єкта. Гострота зору зростає у стільки разів, у скільки збільшує оптичний прилад. Це дозволяє бачити дрібні об'єкти, які не можна знайти неозброєним оком.
Необхідно пам'ятати, що зі зростанням збільшення оптичних приладів значно скорочуються полі зору та глибина різкості, тому для огляду деталей застосовуються в основному прилади не більше 20 - 30-кратного збільшення. При загальному огляді та пошуку дефектів використовують прилади 2 - 16-кратного збільшення, а при аналізі виявлених дефектів - прилади 15 - 30-кратного збільшення.
4.1.3. Мікроскоп стереоскопічний МБС-10
Стереоскопічні мікроскопи знаходять найбільш широке застосування при візуально-оптичної дефектоскопії. Вони служать для спостереження прямого об'ємного зображення предметів у відбитому та прохідному світлі. Зна-
чанням значних перевагою мікроскопів цього типу є наявність систем Галілея, перемиканням яких досягається швидке зміна збільшення при постійному робочому відстані. У комплект мікроскопа входять ширококутні окуляри з різним збільшенням, за допомогою яких можна отримати потрібне значення.
Мікроскоп типу МБС використовується для оптичного контролю малогабаритних і деяких великогабаритних деталей. Крім того, він може застосовуватися при капілярної і магнітної дефектоскопії.
Лінійні значення збільшення мікроскопа наведено в табл. 4.1. До мікроскопу додається чотири пари окулярів збільшення 4, 8, 12, 16 з діоптрійним наводкою, шкалою і сіткою. Округлені значення збільшення вказані на корпусах окулярів.
Загальний вигляд мікроскопа зображений на рис. 4.1. Основним вузлом приладу є оптична головка 1, в яку вмонтовані всі оптичні деталі. Об'єктив мікроскопа 14 кріпиться на різьбленні до корпусу головки. Вище об'єктиву в корпусі на підшипниках встановлений барабан із системами Галілея. На кінці осі насажани рукоятки 12, при обертанні яких відбувається перемикання збільшення об'єктива. Округлені значення збільшення 7; 4; 2; 1; 0,57 нанесені на рукоятках.
Для того щоб встановити потрібне збільшення, необхідно, обертаючи барабан, поєднати цифру на рукоятці 12 з точкою, нанесеною на підшипнику. При цьому перефокусування проводити не потрібно. Кожне з положень барабана фіксується клацанням. Оптична головка має механізм фокусування. При обертанні рукояток 18 відбувається підйом і опускання оптичної голівки щодо столика мікроскопа. Окулярна насадка влаштована так, що дозволяє змінювати міжзінична відстань в відповідно до індивідуальних особливостей очей спостерігача. На оправах призм кріпляться окулярні трубки 11. Оправи об'єктивів можуть повертатися в направляючої. При зміні Міжзінична відстані приладу, обертаючи призми разом з оправами об'єктивів, слід триматися за корпус призм, а не за окулярні трубки.
Контроль об'єктива можна вести як у прохідному, так і у відбитому світлі, для чого є освітлювач. Він складається з конденсатора й лампи з патроном, об'єднаних в загальному корпусі. Харчування лампи здійснюється від мережі змінного струму напругою 220 В тільки через блок живлення 24.
Рис. 4.1. Мікроскоп МБС-10:
1 - барабан з корпусом; 2 - столик мікроскопа; 3 - основа столу; 4 - кільце діоптрійної наведення; 5 - бінокулярна насадка; 6 - рукоятка механізму зміни Міжзінична відстані; 7 - фіксатор столика; 8 - гвинти, що фіксують бінокулярну насадку; 9 - втулка освітлювача; 10 - гайка освітлювача; 11-окулярна трубка; 12 - рукоятки перемикання збільшень, 13 - стійка; 14-об'єктив f = 90 мм ; 15 - предметне скло; 16 - тримачі; 17 - рукоятка фокусування; 18 - рукоятка регулювання ходу; 19-кільце
V. МЕТОДИ НЕРУЙНІВНОГО контролю стану рейок
Залізниці Північної Америки щорічно витрачають близько 80 млн. дол. На перевірку стану рейок. Більшість дефектів виявляються до моменту їх переростання в небезпечні, однак злами рейок в колії повністю виключити не вдається. Тому залізниці ведуть дослідження щодо підвищення надійності дефектоскопії рейок в умовах експлуатації за рахунок вдосконалення існуючих методів неруйнівного контролю, особливо за рахунок більш широкого приминения безконтактних технологій.
Табл 1
Табл 2
Робочі характеристики ультразвукових щупів
1 Потрібен електропровідний матеріал
Технологія неруйнівного контролю
Методи неруйнівного контролю дозволяють оцінювати внутрішнє або зовнішнє стан матеріалів, деталей або конструкцій без їх пошкодження чи порушення режиму роботи. Неруйнівний контроль може включати як простий візуальний огляд, так і складний ультразвукової аналіз мікроструктури при навколишній температурі або при охолодженні матеріалу. При виборі методу неруйнівного контролю для конкретного застосування необхідно мати уявлення про його технології. Крім вивчення фізичних можливостей методу, важливо також ознайомлення з обрисом обстежуваної деталі, типом і передбачуваним місцем розриву або наявністю дефекту. У більшості випадків використовуються технічні вимоги до методики перевірки, до числа яких входять:
· Рівень атестації оператора;
· Дозволені методи неруйнівного контролю;
· Вимоги до установки і її перевірці;
· Приймальні критерії;
· Документація та форми звітності;
· Вимоги до чистоти досліджуваної поверхні до і після перевірки.
Більшість існуючих технологій неруйнівного контролю можна розділити на сім методів: механічний і оптичний; проникаюче випромінювання; електромагнітний і електронний; звукової та ультразвукової; хіміко-аналітичний; аналіз зображення сигналу; термічний. У табл1 наведені основні технічні засоби, що використовуються в цих методах.
Для перевірки рейок в колії зазвичай застосовують ультразвуковий метод. У ньому використовуються імпульсні луна-сигнали і аналіз змін ультразвуку. Ці технічні засоби довели свою надійність. Проте всі існуючі методи неруйнівного контролю мають свої обмеження по застосуванню. На здатність виявляти дефекти в рейках за допомогою ультразвукових методів впливають:
· Стан поверхні рейки, що характеризується наявністю відшарувань і вищербини металу, сітки поверхневих тріщин, надлишкової мастила, слідів від шліфувальних кругів; геометрія головки рейки (зношений профіль);
· Форма дефекту і його орієнтація;
· Електричний або механічний шум, проникаючий в щуп;
· Недостатньо щільний контакт щуп з поверхнею рейки.
Таблиця 3
Експлуатаційні характеристики безконтактних ультразвукових щупів-перетворювачів
Сучасні ультразвукові методи перевірки ПОСЦЮШІ на використанні рідкого сполучного речовини і безпосередньому контакті шукача з обстежуваної поверхнею. Це обмежує зону перевіряється перерізу рейки. Безконтактні системи дозволяють збільшити площу перевіряється перерізу рейки.
Перспективні технології
Центр транспортних технологій (ТТС, США) і університет Johns Hopkins працювали над ідентифікацією ультразвукових технічних засобів, які можна використовувати для перевірки рейок в колії. Університет провів зіставлення різних ультразвукових пристроїв, які можна застосовувати на контактній і безконтактній основі. У табл. 2 наведені робочі характеристики ультразвукових щупів різних типів, пристосованих для сканування.
Найбільш перспективними є безконтактні технічні засоби. До них відносяться перетворювачі, пов'язані через повітряне середовище або водну струмінь, а також лазерно-оптичні.
У табл. 3 порівняно дані за безконтактними пристроїв трьох типів. Їх порівняння показує, що шляхом об'єднання лазер-оптичного передавального перетворювача з приймаючим, пов'язаним з рейкою через повітряне середовище, при дефектоскопії може не знадобитися змочування рейок для кращого проникнення ультразвуку в головку рейки. Застосування такої безконтактної системи дозволяє усунути або звести до мінімуму деякі обмеження, властиві звичайним ультразвуковим методам перевірки рейок.
Попередні результати показали, що використання лазерно-оптичних передавальних перетворювачів, об'єднаних з приймаючими, дозволяє виявляти поперечні тріщини в підошві рейки. Безконтактний метод, крім усунення потреби в рідкій сполучною середовищі між перетворювачем і поверхнею рейки, зводить до мінімуму перешкоди, що виникають при перевірці контактними ультразвуковими методами стрілочних переводів та глухих пересічень, стикових накладок, милиць, рейкових клем і інших елементів колії.
Схема ультразвукової дефектоскопії рейок за допомогою лазерного перетворювача
Роботу пристрою перевірили на зразку рейки в лабораторних умовах і на рейках довжиною 6,1 м , Встановлених в дорозі. Для випробувань в дорозі перетворювачі лазерний і з повітряної зв'язком розмістили на ручний рейкової візку. Цю систему планували оцінити на випробувальному полігоні ТТС до кінця 2002р.
За сприяння Асоціації американських залізниць (AAR) ТТС планував продовжити розробку методів дефектоскопії рейок, які доповнять існуючі вимірювальні системи. Основна увага буде приділена підвищенню ефективності перевірки стану рейок. Вдалі варіанти планували реалізувати у вигляді дослідних зразків і провести їх випробування для оцінки експлуатаційних можливостей. Найбільш ефективні системи будуть представлені до впровадження.
VI. НЕРУЙНІВНИЙ КОНТРОЛЬ ПРИ РЕМОНТІ І ТЕХНІЧНОМУ ОБСЛУГОВУВАННІ РУХОМОГО СКЛАДУ
В.А. СМИРНОВ, заступник генерального директора - головний інженер ВАТ «Науково-дослідний інститут технології, контролю та діагностики залізничного транспорту», кандидат технічних наук В.Л. ЛАЗАРЄВ, головний конструктор Проектно-конструкторського бюро локомотивного господарства ВАТ «РЖД»
Н.Ю. ІЛЬЮЩЕНКОВА, начальник сектора неруйнівного контролю Проектно-конструкторського бюро вагонного господарства ВАТ «РЖД»
На підприємствах з ремонту рухомого складу залізниць Німеччини та Франції застосовуються ультразвукової, магнітопорошковий, вихрострумовий, візуальний, капілярний та рентгенографічний методи неруйнівного контролю (НК). Основним об'єктом неруйнівного контролю рухомого складу є колісні пари.
При надходженні колісних пар в ремонт на першій позиції технологічного процесу на автоматизованій установці ультразвукового контролю з элекромагнитоакустическими перетворювачами вимірюються залишкові механічні напруги в колесах (для рухомого складу з колодковим гальмами). Забраковані колісні пари направляються на термообробку. У дробеструйной установці сталевим дробом (діаметром близько 1 мм ) Очищаються диски коліс, а також зони контакту ультразвукового перетворювача з поверхнею осі. Далі за допомогою оптичної або лазерної автоматизованої вимірювальної установки виконуються контроль геометричних параметрів і обточування колісних пар. Установки вимірюють діаметри та профілі коліс по колу катання, відстань між внутрішніми гранями, ширину обода, довжину і діаметр шийок. Колісна пара підйомним пристроєм встановлюється на стенд і приводиться в обертання фрикційним роликом. На оптичної установці профілі обох коліс видно на екрані на тлі шаблону стандартного профілю. Лазерна установка забезпечує автоматичний контроль з електронною паспортизацією даних колісних пар колії 1435 мм діаметром від 630 до 1005мм масою до 2 т. Час перевірки колісної пари - близько 5 хв.
Неруйнівний контроль суцільнокатаних колісних пар при ремонті здійснюється з використанням автоматизованої установки AURA (Фраунгофе-рівський інститут НК, Німеччина), оснащеної маніпуляторами з сканирующими пристроями для ультразвукового та вихрострумового контролю та багатоканальною системою збору і обробки даних.
Контроль поверхні катання на наявність термічних тріщин (утворюються при гальмуванні колодковим гальмами) здійснюється з використанням вихорі-струмових перетворювачів. Для забезпечення високої перешкодозахищеності блоки електроніки ультразвукового модуля обробки даних поміщені в безпосередній близькості від датчиків на маніпуляторі скануючого пристрою. У сучасних модифікаціях використовуються багатоелементні перетворювачі з фазованими гратами, що дозволяє скоротити кількість датчиків. Переміщення скануючих пристроїв, подача контактує рідини (вода) та контрольні операції здійснюються автоматично. Час перевірки колісної пари-А-7 хв.
Залежно від модифікації установки контроль осей і коліс виконується роздільно або на одній позиції. Контроль осі виробляється в зонах найбільш ймовірного утворення тріщин (шийка осі, подступичной частини, місця посадки гальмівних дисків) за допомогою багатоелементних ультразвукових перетворювачів, установлюваних на циліндричні поверхні осі. Перетворювач складається з 64 чутливих елементів, кожен з яких має певний кут введення ультразвуку. Час перевірки осі - 4-5 хв. У більш пізніх модифікаціях установки застосовують ультразвукові перетворювачі з фазованими гратами (4 групи перетворювачів), що дозволяють істотно розширити діаграму спрямованості (кут введення променя може змінюватися від 28 до 72 °).
Використання установки дозволяє виконати весь спектр контрольних операцій в автоматичному режимі з електронною паспортизацією даних. Остаточне рішення про придатність колісної пари приймає оператор.
Магнітопорошковий контроль дисків суцільнокатаних коліс рухомого складу проводять вручну із застосуванням люмінесцентних магнітних індикаторів. Намагнічування колеса виробляється за секторами соленоїдом змінного струму (способом прикладеного поля). Розмагнічування колеса при цьому не вимагається. Якість магнітного індикатора (магнітній суспензії) перевіряється на стандартному зразку - диск із шліфувальні тріщинами. Достатність освітлення ультрафіолетового опромінювача перевіряється за допомогою люксметра. Для кращої виявляємості дефектів в ультрафіолетовому освітленні робоче місце затемнене.
Технологія неруйнівного контролю деталей буксового вузла обмежена візуальним оглядом роликів, сепараторів і кілець без розбирання підшипників (підшипники на залізницях Німеччини і Франції не ремонтують). Слід відзначити підвищену увагу до якості очищення підшипників, корпусів букс та інших деталей буксового вузла перед проведенням контролю.
Для проведення контролю колісних пар у процесі експлуатації в оглядових канавах (на естакадах) пунктів технічного обслуговування високошвидкісних поїздів ICE використовуються установки UFPE. Установки здійснюють ультразвуковий контроль дисків колісних пар методом V-образного прозвучування, для чого використовуються 4 групи перетворювачів з фазованими гратами, що працюють на частоті 2 МГц (у перших модифікаціях установок використовувалися 17 і 12 вимірювальних головок для тягових і ходових колісних пар відповідно). В якості контактної рідини використовується вода.
Для перевірки різних типів колісних пар (різний діаметр коліс) використовують змінні модулі та вимірювальні головки із змінною геометрією. Час перевірки однієї колісної пари менше 10 хв. За останні роки розроблені різні модифікації установки, що дозволяють перевіряти одночасно дві колісні пари, що забезпечує підвищену продуктивність і скорочує час простою поїзда при ремонті та обслуговуванні. Установки впроваджуються в депо з обслуговування швидкісних поїздів ICE всіх модифікацій з 2000р. Щорічно ними вибраковується близько 1% перевірених колісних пар.
Контроль порожнистих осей здійснюється ультразвуковим методом за допомогою автоматизованих мобільних MPS 01 і стаціонарних MPS 02 установок. До складу мобільного комплексу HPS 01 входять утримувач головок, телескопічна штанга і візок для під'їзду та установки. Переміщення перетворювачів здійснюється всередині осі по гвинтовій траєкторії, кут введення променів - 0, 37 або 45 ° залежно від діаметра отвору в осі. Час перевірки становить 20-25 хв.
Перша установка впроваджена в 2002р. в депо Гамбург. Всього на підприємствах з ремонту та обслуговування високошвидкісних і приміських поїздів використовується 16 таких установок. Стаціонарна автоматизована установка HPS 2002 обладнана трьома вимірювальними головками на телескопічному маніпуляторі і дозволяє контролювати різні типи порожнистих осей діаметром від 30 до 90 мм .
Для залізниць Німеччини ведуться перспективні розробки систем неруйнівного контролю колісних пар при русі поїзда з швидкістю до 5 км / год . Датчики встановлюються вздовж спеціальних рейок у вигляді матриці 4x130 шт. і здійснюють контроль дисків ультразвуковим методом. Для виявлення дефектів у гребені коліс використовують 80 додаткових перетворювачів. В якості контактної рідини використовується вода.
Неруйнівний контроль локомотивів на залізницях Франції здійснюється переважно ручними приладами на механізованих позиціях. При здійсненні магнітопорошкового контролю великогабаритних деталей переміщення намагнічує пристрої, поворот і фіксація контрольованої деталі в довільному положенні механізовані. Подача суспензії здійснюється вручну з пластикової ємності з розпилювачем.
Величина магнітного поля оцінюється за показаннями амперметра генератора струму намагнічує пристрої (допустима для роботи зона виділена на індикаторі кольоровим маркуванням, яка наноситься при атестації установки). Особливістю організації ультразвукового контролю на залізницях Франції є заборона використання наперед встановлених програмних налаштувань. На підприємствах з ремонту та обслуговування високошвидкісних поїздів TGV для скорочення часу перевірки використовуються автоматизовані установки, аналогічні вживаним в Німеччині.
Широке поширення на залізницях Франції отримали капілярні методи контролю для виявлення поверхневих дефектів великогабаритних деталей (рами візків, картери дизелів) і деталей, виготовлених з немагнітних матеріалів (алюмінієві сплави, леговані сталі, композиційні матеріали). Використовуються два види пенетрантов на основі вуглеводнів - кольорові (забарвлені) для виявлення великих дефектів на великих площах поверхонь і флюоресцентні - для пошуку «тонких» дефектів.
Пенетранти на основі уайт-спіриту не застосовуються у зв'язку з небезпекою для людини і низькою ефективністю використання засобів індивідуального захисту. Діапазон робочих температур більшості застосовуваних пенетрантов 10-50 ° С. У ряді випадків можуть використовуватися спеціальні засоби з діапазоном, зміщеним у бік більш високих або низьких температур. Для візуалізації дефектів використовуються рідкі проявники на базі летючих розчинників. Видаляють пенетрант і проявник водою.
Типове час дефектоскопії рами візка локомотива капілярним методом становить 2 год (без урахування підготовчих операцій з очищення поверхні), витрата пенетранта при нанесенні пензликом - 1 літр .
З деталей зчіпного пристрою в незначному обсязі здійснюється контроль магнітопорошковий способом (або рентгеноскопією) гаків, переважно після виконання зварювальних робіт.
Система стандартів у галузі неруйнівного контролю концерну DB включає якість що поставляються деталей рухомого складу, кваліфікацію персоналу та організацію навчання, технологічні процеси та їх складові, вимоги до метрологічного забезпечення, аналіз результатів, моніторинг і менеджмент.
Головний організацій в області нормативно-технічної документації на залізницях Німеччини є DB Systemtech-nik. Для розробки стандарту створюється робоча група за участю провідних фахівців цього підрозділу, представників експлуатуючих організацій концерну DB, наукових центрів і підприємств-виробників продукції. Узгодження розроблених стандартів здійснюється Федеральним відомством залізничного транспорту (ЕВА).
Контрольні зразки (колісні лари зі штучними дефектами і т.д.) централізовано виготовляються і проходять періодичну метрологічну атестацію у випробувальному центрі DB Systemtechnik. Як характерну особливість засобів метрологічного забезпечення слід відзначити широке розповсюдження контрольних зразків одноразового застосування, використовуваних для перевірки якості магнітної суспензії і пе-нетрантов.
Вимоги до організації та якості підготовки персоналу НК визначені міжнародним стандартом EN 473. Відповідальним за неруйнівний контроль на підприємствах є технічний директор. Контроль якості проведення НК виконує керівник групи, що має другий або третій рівень і минулий додаткове навчання на спеціалізованих курсах.
Дефектоскописти, як правило, мають перший рівень і при не-полноі зайнятості можуть виконувати інші операції на ремонтній ділянці. Сертифікація персоналу для підприємств DB не є обов'язковою за умови, що відповідальний за НК має рівень кваліфікації не нижче другого за методами НК, що застосовуються на даному підприємстві. Персонал, що проводить операції контролю, проходить початкову підготовку та періодичне (раз на 5 років) підвищення кваліфікації та щорічну перевірку стану зору (для операторів, що здійснюють візуальний, магнітопорошковий і капілярний контроль).
На залізницях Німеччини підготовку дефектоскопістів здійснюють за єдиною програмою, але з поділом на НК рейок і рухомого складу. Час підготовки спеціаліста за програмою першого рівня становить 40 ч. Для роботи на автоматизованих установках проводиться додаткове навчання.
Підготовка персоналу з неруйнівного контролю на залізницях Франції здійснюється у дорожньому навчальному центрі в Руані. Річна програма навчання - 250 осіб. Систему підготовки відрізняє вузька спеціалізація за видами контролю і типам контрольованих деталей. Оператор готується для конкретного технологічного ділянки та операції, за рахунок цього скорочується час підготовки при забезпеченні високої якості практичних навичок виявлення дефектів. Так, навчання оператора ультразвукового контролю колісних пар першого рівня триває 12 днів, періодичне підвищення кваліфікації - чотири дні. Подальше навчання на другий рівень займає 12 днів. Для магнітопорошкового методу відповідно чотири дні навчання на перший рівень, один день - підвищення кваліфікації, сім днів для навчання на другий рівень. Для капілярного методу - чотири дні на перший рівень, шість днів на другий і один день - періодичне підвищення кваліфікації.
VII. СПИСОК
1. Контроль якості виробів методами неруйнівного контролю. М. Ф. Капустьян, В. А. Рибник. ОмГУПС, Омськ 2002, 27 c
2. Журнал "Залізниці світу" -2003, № 9 стор.59-63
3. Журнал "Залізничник" 2007, № 3 стор 73-76
4. Прилади для неруйнівного контролю матеріалів і виробів. Довідник / За ред. В. В. Клюєва. М.: Машинобудування, 1986. 357 с.
Лінійні значення збільшення мікроскопа наведено в табл. 4.1. До мікроскопу додається чотири пари окулярів збільшення 4, 8, 12, 16 з діоптрійним наводкою, шкалою і сіткою. Округлені значення збільшення вказані на корпусах окулярів.
Загальний вигляд мікроскопа зображений на рис. 4.1. Основним вузлом приладу є оптична головка 1, в яку вмонтовані всі оптичні деталі. Об'єктив мікроскопа 14 кріпиться на різьбленні до корпусу головки. Вище об'єктиву в корпусі на підшипниках встановлений барабан із системами Галілея. На кінці осі насажани рукоятки 12, при обертанні яких відбувається перемикання збільшення об'єктива. Округлені значення збільшення 7; 4; 2; 1; 0,57 нанесені на рукоятках.
Для того щоб встановити потрібне збільшення, необхідно, обертаючи барабан, поєднати цифру на рукоятці 12 з точкою, нанесеною на підшипнику. При цьому перефокусування проводити не потрібно. Кожне з положень барабана фіксується клацанням. Оптична головка має механізм фокусування. При обертанні рукояток 18 відбувається підйом і опускання оптичної голівки щодо столика мікроскопа. Окулярна насадка влаштована так, що дозволяє змінювати міжзінична відстань в відповідно до індивідуальних особливостей очей спостерігача. На оправах призм кріпляться окулярні трубки 11. Оправи об'єктивів можуть повертатися в направляючої. При зміні Міжзінична відстані приладу, обертаючи призми разом з оправами об'єктивів, слід триматися за корпус призм, а не за окулярні трубки.
Контроль об'єктива можна вести як у прохідному, так і у відбитому світлі, для чого є освітлювач. Він складається з конденсатора й лампи з патроном, об'єднаних в загальному корпусі. Харчування лампи здійснюється від мережі змінного струму напругою 220 В тільки через блок живлення 24.
Рис. 4.1. Мікроскоп МБС-10:
1 - барабан з корпусом; 2 - столик мікроскопа; 3 - основа столу; 4 - кільце діоптрійної наведення; 5 - бінокулярна насадка; 6 - рукоятка механізму зміни Міжзінична відстані; 7 - фіксатор столика; 8 - гвинти, що фіксують бінокулярну насадку; 9 - втулка освітлювача; 10 - гайка освітлювача; 11-окулярна трубка; 12 - рукоятки перемикання збільшень, 13 - стійка; 14-об'єктив f =
V. МЕТОДИ НЕРУЙНІВНОГО контролю стану рейок
Залізниці Північної Америки щорічно витрачають близько 80 млн. дол. На перевірку стану рейок. Більшість дефектів виявляються до моменту їх переростання в небезпечні, однак злами рейок в колії повністю виключити не вдається. Тому залізниці ведуть дослідження щодо підвищення надійності дефектоскопії рейок в умовах експлуатації за рахунок вдосконалення існуючих методів неруйнівного контролю, особливо за рахунок більш широкого приминения безконтактних технологій.
Табл 1
| Методи | ||||||
| Механічний і оптичний | Проникаюче випромінювання | Електромагнітний і електронний | Звуковий та ультразвукової | Хіміко-аналітичний | Аналіз зображення сигналу | Термічний |
| Візуально-оптичний | Рентгенографія | Магнітні частинки | Імпульсний ехосигналу | Методом плями | Виділення відеосигналу | Контактна термографія |
| Голографія | Флуороскопія | Магнітний резонанс | Звукові коливання | Іонне розсіювання | Цифрове перетворення зображення | Термоелектричний пробник |
| Аналіз зрізу | Гамма-радіографія | Ефект Баркгаузена | Акустична емісія | Дифракція рентгенівських променів | Комп'ютерна томографія | Радіометрія інфрачервоних променів |
| Проникаюча рідина | Нейтронна радіографія | Вихровий струм | Лазерний | Активація нейтронами | Ультразвукова спектроскопія | Відеотермографія |
| Виявлення течі | Радіометрія зворотного розсіювання | НВЧ-випромінювання | Акустичний і ударний | Аналіз Мессбауера | Аналіз контуру сигналу | Електротермальний |
Табл 2
Робочі характеристики ультразвукових щупів
| Щуп перетворювача | Відстань від щупа до обстежуваної деталі | Чутливість | Ефективність | Складність щупа | Складність скануючої системи | Достовірність сигналу | Придатність до, обстежений ню оолиніх споруд |
| Ковзний контакт | Контакт | Висока | Висока | Низька | Висока | Низька | Низька |
| Занурення | Фокусна відстань | • | Середня | • | * | Висока | * |
| Барботер | Контакт | * | Висока | • | Середня | Середня | * |
| Водна струмінь | 1 - | » | Середня | Середня | » | Висока | Висока |
| Повітряне середовище | 1 - | Середня | Низька | Середня | » | ||
| Електромагнітний 1 | <0,2 см | Низька | * | Висока | Висока | Низька | Низька |
| Л Азер-опти но ї | 1 - | Середня | Середня | Висока | Висока |
Технологія неруйнівного контролю
Методи неруйнівного контролю дозволяють оцінювати внутрішнє або зовнішнє стан матеріалів, деталей або конструкцій без їх пошкодження чи порушення режиму роботи. Неруйнівний контроль може включати як простий візуальний огляд, так і складний ультразвукової аналіз мікроструктури при навколишній температурі або при охолодженні матеріалу. При виборі методу неруйнівного контролю для конкретного застосування необхідно мати уявлення про його технології. Крім вивчення фізичних можливостей методу, важливо також ознайомлення з обрисом обстежуваної деталі, типом і передбачуваним місцем розриву або наявністю дефекту. У більшості випадків використовуються технічні вимоги до методики перевірки, до числа яких входять:
· Рівень атестації оператора;
· Дозволені методи неруйнівного контролю;
· Вимоги до установки і її перевірці;
· Приймальні критерії;
· Документація та форми звітності;
· Вимоги до чистоти досліджуваної поверхні до і після перевірки.
Більшість існуючих технологій неруйнівного контролю можна розділити на сім методів: механічний і оптичний; проникаюче випромінювання; електромагнітний і електронний; звукової та ультразвукової; хіміко-аналітичний; аналіз зображення сигналу; термічний. У табл1 наведені основні технічні засоби, що використовуються в цих методах.
Для перевірки рейок в колії зазвичай застосовують ультразвуковий метод. У ньому використовуються імпульсні луна-сигнали і аналіз змін ультразвуку. Ці технічні засоби довели свою надійність. Проте всі існуючі методи неруйнівного контролю мають свої обмеження по застосуванню. На здатність виявляти дефекти в рейках за допомогою ультразвукових методів впливають:
· Стан поверхні рейки, що характеризується наявністю відшарувань і вищербини металу, сітки поверхневих тріщин, надлишкової мастила, слідів від шліфувальних кругів; геометрія головки рейки (зношений профіль);
· Форма дефекту і його орієнтація;
· Електричний або механічний шум, проникаючий в щуп;
· Недостатньо щільний контакт щуп з поверхнею рейки.
Таблиця 3
Експлуатаційні характеристики безконтактних ультразвукових щупів-перетворювачів
| Щуп перетворювача | Ефективність передавача | Ефективність приймача | Частота коливань | Відстань | Геометрія деталі | Швидкість сканування | Расходимость оптичного ■, '■ ■ пучка |
| Повітряне середовище | Середня, низька для металів | Середня | 20 кГц-5 МГц | 0,5 - | Слід враховувати багатоваріантність геометричних параметрів деталей | Середня 40 см / с (2 м / с фіксована) | Мала (1 - |
| Водна струмінь | Висока | Висока | 0,5 - 15 МГц | 1 | Обмежена за доступністю і радіусу кривизни | Теж | Мала (0,2-1см) |
| Лазер-оптичний | Низька | 20 кГц - | 1 | Вельми мінлива | Максимальна 200 см / с (20 м / с фіксована) | Незначна (0,05 ~ |
Перспективні технології
Центр транспортних технологій (ТТС, США) і університет Johns Hopkins працювали над ідентифікацією ультразвукових технічних засобів, які можна використовувати для перевірки рейок в колії. Університет провів зіставлення різних ультразвукових пристроїв, які можна застосовувати на контактній і безконтактній основі. У табл. 2 наведені робочі характеристики ультразвукових щупів різних типів, пристосованих для сканування.
Найбільш перспективними є безконтактні технічні засоби. До них відносяться перетворювачі, пов'язані через повітряне середовище або водну струмінь, а також лазерно-оптичні.
У табл. 3 порівняно дані за безконтактними пристроїв трьох типів. Їх порівняння показує, що шляхом об'єднання лазер-оптичного передавального перетворювача з приймаючим, пов'язаним з рейкою через повітряне середовище, при дефектоскопії може не знадобитися змочування рейок для кращого проникнення ультразвуку в головку рейки. Застосування такої безконтактної системи дозволяє усунути або звести до мінімуму деякі обмеження, властиві звичайним ультразвуковим методам перевірки рейок.
Попередні результати показали, що використання лазерно-оптичних передавальних перетворювачів, об'єднаних з приймаючими, дозволяє виявляти поперечні тріщини в підошві рейки. Безконтактний метод, крім усунення потреби в рідкій сполучною середовищі між перетворювачем і поверхнею рейки, зводить до мінімуму перешкоди, що виникають при перевірці контактними ультразвуковими методами стрілочних переводів та глухих пересічень, стикових накладок, милиць, рейкових клем і інших елементів колії.
Схема ультразвукової дефектоскопії рейок за допомогою лазерного перетворювача
Роботу пристрою перевірили на зразку рейки в лабораторних умовах і на рейках довжиною
За сприяння Асоціації американських залізниць (AAR) ТТС планував продовжити розробку методів дефектоскопії рейок, які доповнять існуючі вимірювальні системи. Основна увага буде приділена підвищенню ефективності перевірки стану рейок. Вдалі варіанти планували реалізувати у вигляді дослідних зразків і провести їх випробування для оцінки експлуатаційних можливостей. Найбільш ефективні системи будуть представлені до впровадження.
VI. НЕРУЙНІВНИЙ КОНТРОЛЬ ПРИ РЕМОНТІ І ТЕХНІЧНОМУ ОБСЛУГОВУВАННІ РУХОМОГО СКЛАДУ
В.А. СМИРНОВ, заступник генерального директора - головний інженер ВАТ «Науково-дослідний інститут технології, контролю та діагностики залізничного транспорту», кандидат технічних наук В.Л. ЛАЗАРЄВ, головний конструктор Проектно-конструкторського бюро локомотивного господарства ВАТ «РЖД»
Н.Ю. ІЛЬЮЩЕНКОВА, начальник сектора неруйнівного контролю Проектно-конструкторського бюро вагонного господарства ВАТ «РЖД»
На підприємствах з ремонту рухомого складу залізниць Німеччини та Франції застосовуються ультразвукової, магнітопорошковий, вихрострумовий, візуальний, капілярний та рентгенографічний методи неруйнівного контролю (НК). Основним об'єктом неруйнівного контролю рухомого складу є колісні пари.
При надходженні колісних пар в ремонт на першій позиції технологічного процесу на автоматизованій установці ультразвукового контролю з элекромагнитоакустическими перетворювачами вимірюються залишкові механічні напруги в колесах (для рухомого складу з колодковим гальмами). Забраковані колісні пари направляються на термообробку. У дробеструйной установці сталевим дробом (діаметром близько
Неруйнівний контроль суцільнокатаних колісних пар при ремонті здійснюється з використанням автоматизованої установки AURA (Фраунгофе-рівський інститут НК, Німеччина), оснащеної маніпуляторами з сканирующими пристроями для ультразвукового та вихрострумового контролю та багатоканальною системою збору і обробки даних.
Контроль поверхні катання на наявність термічних тріщин (утворюються при гальмуванні колодковим гальмами) здійснюється з використанням вихорі-струмових перетворювачів. Для забезпечення високої перешкодозахищеності блоки електроніки ультразвукового модуля обробки даних поміщені в безпосередній близькості від датчиків на маніпуляторі скануючого пристрою. У сучасних модифікаціях використовуються багатоелементні перетворювачі з фазованими гратами, що дозволяє скоротити кількість датчиків. Переміщення скануючих пристроїв, подача контактує рідини (вода) та контрольні операції здійснюються автоматично. Час перевірки колісної пари-А-7 хв.
Залежно від модифікації установки контроль осей і коліс виконується роздільно або на одній позиції. Контроль осі виробляється в зонах найбільш ймовірного утворення тріщин (шийка осі, подступичной частини, місця посадки гальмівних дисків) за допомогою багатоелементних ультразвукових перетворювачів, установлюваних на циліндричні поверхні осі. Перетворювач складається з 64 чутливих елементів, кожен з яких має певний кут введення ультразвуку. Час перевірки осі - 4-5 хв. У більш пізніх модифікаціях установки застосовують ультразвукові перетворювачі з фазованими гратами (4 групи перетворювачів), що дозволяють істотно розширити діаграму спрямованості (кут введення променя може змінюватися від 28 до 72 °).
Використання установки дозволяє виконати весь спектр контрольних операцій в автоматичному режимі з електронною паспортизацією даних. Остаточне рішення про придатність колісної пари приймає оператор.
Магнітопорошковий контроль дисків суцільнокатаних коліс рухомого складу проводять вручну із застосуванням люмінесцентних магнітних індикаторів. Намагнічування колеса виробляється за секторами соленоїдом змінного струму (способом прикладеного поля). Розмагнічування колеса при цьому не вимагається. Якість магнітного індикатора (магнітній суспензії) перевіряється на стандартному зразку - диск із шліфувальні тріщинами. Достатність освітлення ультрафіолетового опромінювача перевіряється за допомогою люксметра. Для кращої виявляємості дефектів в ультрафіолетовому освітленні робоче місце затемнене.
Технологія неруйнівного контролю деталей буксового вузла обмежена візуальним оглядом роликів, сепараторів і кілець без розбирання підшипників (підшипники на залізницях Німеччини і Франції не ремонтують). Слід відзначити підвищену увагу до якості очищення підшипників, корпусів букс та інших деталей буксового вузла перед проведенням контролю.
Для проведення контролю колісних пар у процесі експлуатації в оглядових канавах (на естакадах) пунктів технічного обслуговування високошвидкісних поїздів ICE використовуються установки UFPE. Установки здійснюють ультразвуковий контроль дисків колісних пар методом V-образного прозвучування, для чого використовуються 4 групи перетворювачів з фазованими гратами, що працюють на частоті 2 МГц (у перших модифікаціях установок використовувалися 17 і 12 вимірювальних головок для тягових і ходових колісних пар відповідно). В якості контактної рідини використовується вода.
Для перевірки різних типів колісних пар (різний діаметр коліс) використовують змінні модулі та вимірювальні головки із змінною геометрією. Час перевірки однієї колісної пари менше 10 хв. За останні роки розроблені різні модифікації установки, що дозволяють перевіряти одночасно дві колісні пари, що забезпечує підвищену продуктивність і скорочує час простою поїзда при ремонті та обслуговуванні. Установки впроваджуються в депо з обслуговування швидкісних поїздів ICE всіх модифікацій з 2000р. Щорічно ними вибраковується близько 1% перевірених колісних пар.
Контроль порожнистих осей здійснюється ультразвуковим методом за допомогою автоматизованих мобільних MPS 01 і стаціонарних MPS 02 установок. До складу мобільного комплексу HPS 01 входять утримувач головок, телескопічна штанга і візок для під'їзду та установки. Переміщення перетворювачів здійснюється всередині осі по гвинтовій траєкторії, кут введення променів - 0, 37 або 45 ° залежно від діаметра отвору в осі. Час перевірки становить 20-25 хв.
Перша установка впроваджена в 2002р. в депо Гамбург. Всього на підприємствах з ремонту та обслуговування високошвидкісних і приміських поїздів використовується 16 таких установок. Стаціонарна автоматизована установка HPS 2002 обладнана трьома вимірювальними головками на телескопічному маніпуляторі і дозволяє контролювати різні типи порожнистих осей діаметром від 30 до
Для залізниць Німеччини ведуться перспективні розробки систем неруйнівного контролю колісних пар при русі поїзда з швидкістю до
Неруйнівний контроль локомотивів на залізницях Франції здійснюється переважно ручними приладами на механізованих позиціях. При здійсненні магнітопорошкового контролю великогабаритних деталей переміщення намагнічує пристрої, поворот і фіксація контрольованої деталі в довільному положенні механізовані. Подача суспензії здійснюється вручну з пластикової ємності з розпилювачем.
Величина магнітного поля оцінюється за показаннями амперметра генератора струму намагнічує пристрої (допустима для роботи зона виділена на індикаторі кольоровим маркуванням, яка наноситься при атестації установки). Особливістю організації ультразвукового контролю на залізницях Франції є заборона використання наперед встановлених програмних налаштувань. На підприємствах з ремонту та обслуговування високошвидкісних поїздів TGV для скорочення часу перевірки використовуються автоматизовані установки, аналогічні вживаним в Німеччині.
Широке поширення на залізницях Франції отримали капілярні методи контролю для виявлення поверхневих дефектів великогабаритних деталей (рами візків, картери дизелів) і деталей, виготовлених з немагнітних матеріалів (алюмінієві сплави, леговані сталі, композиційні матеріали). Використовуються два види пенетрантов на основі вуглеводнів - кольорові (забарвлені) для виявлення великих дефектів на великих площах поверхонь і флюоресцентні - для пошуку «тонких» дефектів.
Пенетранти на основі уайт-спіриту не застосовуються у зв'язку з небезпекою для людини і низькою ефективністю використання засобів індивідуального захисту. Діапазон робочих температур більшості застосовуваних пенетрантов 10-50 ° С. У ряді випадків можуть використовуватися спеціальні засоби з діапазоном, зміщеним у бік більш високих або низьких температур. Для візуалізації дефектів використовуються рідкі проявники на базі летючих розчинників. Видаляють пенетрант і проявник водою.
Типове час дефектоскопії рами візка локомотива капілярним методом становить 2 год (без урахування підготовчих операцій з очищення поверхні), витрата пенетранта при нанесенні пензликом -
З деталей зчіпного пристрою в незначному обсязі здійснюється контроль магнітопорошковий способом (або рентгеноскопією) гаків, переважно після виконання зварювальних робіт.
Система стандартів у галузі неруйнівного контролю концерну DB включає якість що поставляються деталей рухомого складу, кваліфікацію персоналу та організацію навчання, технологічні процеси та їх складові, вимоги до метрологічного забезпечення, аналіз результатів, моніторинг і менеджмент.
Головний організацій в області нормативно-технічної документації на залізницях Німеччини є DB Systemtech-nik. Для розробки стандарту створюється робоча група за участю провідних фахівців цього підрозділу, представників експлуатуючих організацій концерну DB, наукових центрів і підприємств-виробників продукції. Узгодження розроблених стандартів здійснюється Федеральним відомством залізничного транспорту (ЕВА).
Контрольні зразки (колісні лари зі штучними дефектами і т.д.) централізовано виготовляються і проходять періодичну метрологічну атестацію у випробувальному центрі DB Systemtechnik. Як характерну особливість засобів метрологічного забезпечення слід відзначити широке розповсюдження контрольних зразків одноразового застосування, використовуваних для перевірки якості магнітної суспензії і пе-нетрантов.
Вимоги до організації та якості підготовки персоналу НК визначені міжнародним стандартом EN 473. Відповідальним за неруйнівний контроль на підприємствах є технічний директор. Контроль якості проведення НК виконує керівник групи, що має другий або третій рівень і минулий додаткове навчання на спеціалізованих курсах.
Дефектоскописти, як правило, мають перший рівень і при не-полноі зайнятості можуть виконувати інші операції на ремонтній ділянці. Сертифікація персоналу для підприємств DB не є обов'язковою за умови, що відповідальний за НК має рівень кваліфікації не нижче другого за методами НК, що застосовуються на даному підприємстві. Персонал, що проводить операції контролю, проходить початкову підготовку та періодичне (раз на 5 років) підвищення кваліфікації та щорічну перевірку стану зору (для операторів, що здійснюють візуальний, магнітопорошковий і капілярний контроль).
На залізницях Німеччини підготовку дефектоскопістів здійснюють за єдиною програмою, але з поділом на НК рейок і рухомого складу. Час підготовки спеціаліста за програмою першого рівня становить 40 ч. Для роботи на автоматизованих установках проводиться додаткове навчання.
Підготовка персоналу з неруйнівного контролю на залізницях Франції здійснюється у дорожньому навчальному центрі в Руані. Річна програма навчання - 250 осіб. Систему підготовки відрізняє вузька спеціалізація за видами контролю і типам контрольованих деталей. Оператор готується для конкретного технологічного ділянки та операції, за рахунок цього скорочується час підготовки при забезпеченні високої якості практичних навичок виявлення дефектів. Так, навчання оператора ультразвукового контролю колісних пар першого рівня триває 12 днів, періодичне підвищення кваліфікації - чотири дні. Подальше навчання на другий рівень займає 12 днів. Для магнітопорошкового методу відповідно чотири дні навчання на перший рівень, один день - підвищення кваліфікації, сім днів для навчання на другий рівень. Для капілярного методу - чотири дні на перший рівень, шість днів на другий і один день - періодичне підвищення кваліфікації.
VII. СПИСОК
1. Контроль якості виробів методами неруйнівного контролю. М. Ф. Капустьян, В. А. Рибник. ОмГУПС, Омськ 2002, 27 c
2. Журнал "Залізниці світу" -2003, № 9 стор.59-63
3. Журнал "Залізничник" 2007, № 3 стор 73-76
4. Прилади для неруйнівного контролю матеріалів і виробів. Довідник / За ред. В. В. Клюєва. М.: Машинобудування, 1986. 357 с.