Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

вышения чувствительности анализа; так, если содержание угле­ рода в стали определяли с точностью до 10~3%, то содержание примесей в полупроводниковых материалах следует определять с точностью до 10~8—10_9%.

Вместе со старыми методами контроля используются и но­ вые: микроволновые методы, контроль с использованием аку­ стической эмиссии, лазерная голография, нейтронная радио­ графия, импульсная скоростная рентгенография, тепловые мето­ ды контроля и др. При контроле сложных систем, состоящих из большого количества компонентов, получают огромное количе­ ство данных, которые необходимо быстро обработать. В связи с этим были созданы установки неразрушающего контроля, включающие электронно-вычислительные машины.

Неразрушающие методы контроля можно подразделить на визуальные (оптические, проникающие жидкости, лазерная го­ лография); термические (с использованием инфракрасного из­ лучения и жидких кристаллов); методы проникающего излуче­ ния (рентгеновские, изотопные) ; электромагнитные методы (вих­ ретоковые, микроволновые, диэлектрические) и акустические методы (ультразвуковой, акустическая интерферометрия, аку­ стическое излучение).

С помощью таких методов контроля можно осуществить проверку физико-химических свойств и характеристик, в том числе качества поверхности, геометрических размеров предметов неподвижных и движущихся (например, толщин ленты в процес­ се прокатки и др.), определение содержания жидких и газообраз­ ных веществ в емкостях и величины напряжений, действующих на конструкцию при эксплуатации; контроль прочности состав­ ных конструкций и комбинированных материалов.

Неразрушающий контроль рекомендуется проводить на ста­ дии конструирования и создания опытных образцов. В этот пе­ риод необходимо согласовать методы неразрушающих испытаний с другими производственными испытаниями и установить, на­ сколько пригодна конструкция для испытаний определенными неразрушающими методами. Кроме того, надо проверить соот­ ветствие некоторых разрушающих и неразрушающих методов и получить информацию по результатам неразрушающих испыта­ ний, которая помогает улучшить конструкцию. На этой стадии также устанавливается и целесообразность применения данных материалов, а также в случае необходимости возможность за­ мены их другими материалами. Конструкция изделия должна быть такой, чтобы при его эксплуатации можно было на крити­ ческих участках контролировать неразрушающими методами возникновения коррозионных процессов, концентрацию напря­ жений, появление трещин и др. Наиболее широкое распростра­ нение получили в настоящее время такие испытания на стадии производства. Эффективность их использования зависит от сте­ пени оснащения предприятия приборами, автоматизации про­

цессов контроля множества деталей, включая расшифровку зультатов и обработку данных.

Магнитные и электрические методы дефектоскопии. Магнг ные методы контроля качества продукции применяются для о наружения поверхностных и скрытых дефектов в материала, обладающих положительной магнитной восприимчивостьк Магнитные методы дефектоскопии основаны на свойстве метал ла быстро намагничиваться и размагничиваться или создавать разную магнитную индукцию в местах дефекта. Поэтому наи­ более успешно эти методы применяются для ферромагнитных материалов с большой магнитной проницаемостью и менее — для парамагнитных тел, так как в этом случае магнитное насы­ щение наступает в полях чрезвычайно большой напряженности. Материалы с отрицательной магнитной восприимчивостью не подвергаются магнитным методам контроля.

Существуют два основных способа определения дефектов магнитным методом: метод магнитного порошка и индукцион­ ный метод. В обоих случаях «работают» магнитные поля, соз­ даваемые путем намагничивания контролируемых изделий.

Метод магнитного порошка основан на использовании мест­ ного изменения магнитной проницаемости, обусловленного де­ фектом. Методом магнитного порошка можно выявлять как по­ верхностные, так и внутренние дефекты. При этом внутренние

поверхность, дают осадок в виде извилистых размытых полосок или линий. Методом магнитного порошка выявляются резко вы­ раженная структурная неоднородность и дефекты сварного шва. Чувствительность метода магнитной порошковой дефекто­ скопии зависит от многих факторов: от способа намагничива­ ния, вида и силы тока, глубины залегания дефектов, размера ферромагнитных частиц порошка и, наконец, от того, использо­ вался ли порошок в сухом виде или в виде суспензии (рис. 77).

При обнаружении поверхностных дефектов вид тока, а так­ же порошков или суспензии существенного значения не имеет. Однако при выявлении пороков, скрытых под поверхностью, предпочтительнее использовать для намагничивания постоян­ ный, а не переменный ток и применять сухой порошок, а не сус­ пензии. Опытом установлено, что при сухом ферромагнитном порошке для обнаружения дефектов, расположенных на глуби­ не 1 мм, необходим постоянный ток силой 200 А, а сила переменного тока должна быть примерно в 5 раз больше. Если использовать суспензию, то для обнаружения того же дефекта требуется постоянный ток силой 360 А вместо 200 А переменно­ го тока. Это объясняется тем, что суспензия обладает опреде­ ленной вязкостью и для перемещения ферромагнитных частиц в этой среде нужно более сильное магнитное поле, чем для пере-

мещения их в воздухе. Выявить дефекты, находящиеся под по­ верхностью глубже 1 мм, при намагничивании изделий перемен­ ным током и использовании суспензии практически невозможно, так как это требует слишком большой силы тока.

Разрешающая способность магнитного метода порошковой дефектоскопии резко падает по мере углубления дефектов. Де­ фект, расположенный на глубине 15 мм, может быть выявлен только в том случае, если его ширина не меньше 1 мм. Порош­ ковая магнитная дефектоскопия наиболее эффективна при конт-

(h — глубина залегания дефектов) при намагничивании переменным I и постоянным II током:

I и 3 — мокрый способ; 2 и 4 — сухой способ

роле гладких, чистых, блестящих поверхностей. Шероховатые отливки или грубообработанные детали создают местные рассе­ яния магнитного поля и вызывают неравномерное оседание час­ тиц ферромагнитного порошка, вследствие чего распознавать порошки в них становится трудно.

В некоторых случаях чувствительность метода порошковой дефектоскопии может быть настолько высокой, что «магнитный рисунок» появляется не только при наличии микродефектов, но и вследствие неоднородности микроструктуры. Этого не следует забывать, чтобы не сделать неправильного заключения о каче­ стве проверяемого изделия. Такие, как их называют, «ложные дефекты» нередко появляются при проверке качества деталей машин, бывших в работе. Это вызвано тем, что местный наклеп, получаемый от ударов молотка при ремонте, может изменить характер распределения ферромагнитного порошка на поверх­ ности детали и образовать такие же скопления частиц, как и по­ лучающиеся около действительных дефектов.

Метод порошковой магнитной дефектоскопии не универса­ лен — он пригоден только для проверки качества деталей, изго­ товленных из ферромагнитных металлов. Возможности выявле­ ния дефектов методом магнитной порошковой дефектоскопии

при выявлении глубинных дефектов гораздо ниже, чем у други методов. В то же время этот метод является одним из лучши для выявления поверхностных дефектов.

Результаты магнитной дефектоскопии можно записать на магнитную ленту, использовав в качестве индикатора тот же магнитный порошок, нанесенный на ленту из целлулоида или какой-либо другой пластмассы. При исследовании лента на­ кладывается на контролируемое изделие, которое намагничива­ ется импульсным полем. В зависимости от того, есть ли дефекты в проверяемом изделии или их нет, магнитное поле будет рас­ пределяться по поверхности детали по-разному, поэтому ферро­ магнитные частицы на ленте намагнитятся в различной степени. Преимущество метода записи на магнитную ленту перед обыч­ ным порошковым методом заключается в его большой произво­ дительности. Например, при проверке качества сварных стыков трубопроводов диаметром 250—300 мм за один период намаг­ ничивания можно проверить полностью весь стык по периметру. Запись на магнитной ленте не требует какой-либо дополнитель­ ной обработки, а время на ее воспроизведение незначительно. Это позволяет перейти от выборочного контроля (как при про­ свечивании) к стопроцентному и не только сварных стыков, но и многих других изделий.

Индукционный метод применяется преимущественно для об­

случае намагничивается в переменном магнитном поле. Если ка­ тушку заставить вибрировать, изделие может намагничиваться также постоянным магнитным полем. Индукционная катушка соединяется с регистрирующим прибором непосредственно или через усилительные устройства. Катушки перемещают вдоль из­ делия (или изделие протаскивают через катушку) ; в момент пе­ ресечения мест дефекта в витках катушки ввиду изменения маг­ нитного потока возникает электродвижущая сила индукции, которая регистрируется соответствующими приборами (гальва­ нометрами, лампами, звуковыми сигнальными приборами и др.). По этому принципу работают многие приборы.

Существенным недостатком индукционного метода контроля является малая его чувствительность к тончайшим поверхност­ ным дефектам типа волосовин, шлаковых включений и т. д.

Дефектоскопия и вихревые токи. Практически в дефектоско­ пии используются вихревые токи с частотой до 1 млн. Гц, позво­ ляющие обнаруживать мельчайшие поверхностные дефекты, а также определять структуру металлов, изменение их электро­ проводности, магнитные свойства и другие характеристики. При помощи дефектоскопов, работающих на использовании вихре­ вых токов, можно контролировать качество цветных, немагнит­

ных металлов (меди, латуни, алюминия и т. д.). К недостаткам дефектоскопов такого типа следует отнести некоторую слож­ ность их устройства.

В качестве индикатора, регистрирующего результаты конт­ роля таких проборов, используются электроннолучевые трубки. Светящаяся точка на экране трубки перемещается под действи­ ем сигналов от измерительных катушек дефектоскопа, ток в которых измеряется в зависимости от свойств контролируемого материала. При этом по направлению световой точки можно су­ дить, какой из пороков имеет место. Основанные на принципе вихревых токов дефектоскопы применяются для контроля изде­ лий массового производства. В частности, качество шариков для подшипников (необработанных и шлифованных) проверяется со скоростью до 5 шт. в 1 с; можно проверять пружины весом в несколько миллиграммов, крупные сверла, кольца подшипников и другие изделия. Имеются и другие разновидности дефектоско­ пов, работающих при использовании вихревых токов. Сущест­ вуют приборы, позволяющие весь процесс контроля детали осу­ ществить за 0,02 с, т. е. при токе в дефектоскопе частотой 50 Гц в 1 с на контроль одной детали требуется не более одного пери­ ода колебаний.

При применении магнитных приборов для измерения толщи­ ны стенок изделий достигается значительно большая точность измерения, чем при использовании метода просвечивания и ультразвука. Толщина стенок изделия из ферромагнитных ме­ таллов может быть определена по изменению магнитного потока в сердечниках измерительных элементов дефектоскопов. Вели­ чина этого потока зависит от толщины контролируемого метал­ ла, поэтому стрелка гальванометра прибора будет отклоняться также пропорционально толщине.

Для измерения толщины стенок создано несколько приборов, основанных на использовании принципа вихревых токов. Пока­ зания их не зависят от электропроводности, структурной неод­ нородности и т. д. В них обычно имеется два генератора, из которых один работает на низких частотах, а другой на высо­ ких. Ток низкой частоты пронизывает всю толщу измеряемой стенки металла, и в этом случае на величину магнитного поля, создаваемого током, влияют все факторы (т. е. толщина стенки и неоднородность металла). Ток высокой частоты проникает только на некоторую часть толщины стенки металла, и величина магнитного поля, создаваемого этим током, будет зависеть лишь от структурной неоднородности металла, а изменение тол­ щины стенки на величину магнитного поля влиять не будет. Ве­ личина сигнала, полученного от тока низкой частоты, вычитает­ ся из величины сигнала, полученного от тока высокой частоты. В результате на выходе прибора получается электрический сиг­ нал, соответствующий только толщине стенки изделия.

В машиностроении часто применяют приборы для измерения

толщины покрытий, наносимых на металлы (хром, никель, изо­ ляция на электрических проводах и т. д.). Обычно применяемые в таких случаях химический и весовой способы измерения тре­ буют много времени, к тому же они позволяют определять тол­ щину покрытия только в отдельных точках отобранных образ­ цов и дают большую погрешность. Эффективнее можно изме­ рять толщину покрытий на металлах при помощи специальных приборов, построенных в большинстве случаев на основе тех же физических принципов, что и приборы для измерения толщины стенок изделий. Широкое применение получили маг­ нитные толщиномеры так называемого «отрывного» типа, предназначенные только для контроля толщины покрытий, нане­ сенных на ферромагнитные металлы. Приборы основаны на из­ мерении силы притяжения постоянного магнита к изделию: с увеличением толщины слоя покрытия сила притяжения умень­ шается, и величина ее определяется при отрыве магнита от по­ верхности изделия.

В основном такие приборы представляют собой пружинные силоизмерительные механизмы.

Помимо магнитных явлений и вихревых токов для измерения толщины металлов используются еще и чисто электрические ме­ тоды, в частности метод измерения электрического сопротивле­ ния на участках контролируемого металла. Известно, что элек­ трическое сопротивление зависит от электропроводности мате­ риала и от площади сечения проводника. Эту зависимость и используют при измерении толщины стенок изделий. Однако при небольших изменениях площади сечения проводника сопротив­ ление тока может увеличиваться или уменьшаться весьма не­ значительно, поэтому для измерения таких малых величин раз­

работаны специальные методы и высокочувствительные при­ боры.

Кроме того, используются и иные электрические методы — емкостные измерения величины термотока, термоэлектрические

идр. Однако все эти методы применяются реже, чем магнитные

иметоды, основанные на использовании вихревых токов.

Рентгеновский метод дефектоскопии. Предел чувствительно­ сти при просвечивании рентгеновскими лучами не является по­ стоянным и определяется как свойствами просвечиваемого ма­ териала, так и аппаратурой, применяемой для просвечивания, чувствительность оценивается толщиной дефекта d (его разме­ рами в направлении лучей), выраженной в процентах от общей толщины металла в просвечиваемом месте (рис. 78). Мелкие дефекты (волосовины, мелкие закалочные и шлифовочные трещи­ ны) рентгеновским методом не выявляются. Рентгеновский ме­ тод дефектоскопии применяется широко для контроля литых из­ делий и сварных соединений. Наиболее удобными для просвечи­ вания являются простые формы, в которых не происходит пере­ крывания отдельных деталей и контуров в направлении