Файл: Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие..pdf

но осуществлять двумя способами. Первый заключается в том, что в поле одной катушки помещается эталонное изделие, а в поле другой — контролируемое. При втором способе контро­ лируемое изделие проходит через электромагнитные поля обеих катушек, расположенных на одной оси. В этом случае сравниваются между собой два участка поверхности контроли­ руемого изделия.

Необходимо иметь в виду, что дифференциальная измери­ тельная катушка обладает высокой чувствительностью к выяв­ лению резких локальных изменений (например, коротких тре­ щин), но не обладает высокой чувствительностью к постепен­ ным изменениям (например, размера, структуры). В том слу­ чае, если дефект по своим размерам попадает одновременно в электромагнитные поля обеих катушек, то фиксируется мо­ мент входа и выхода дефекта из контролируемой катушкой

зоны.

Конкретные условия контроля определяют форму катушек и частоту тока.

311

Катушки могут быть как без сердечников, так и с ферро­ магнитными сердечниками, которые повышают их чувствитель­ ность (разрешающую способность). Иногда для увеличения разрешающей способности катушки делают настраиваемыми или экранируют их магнитным материалом или медью.

Конструкция испытательных катушек в значительной мере влияет на качество контроля и определяется их назначением. Тип испытательной катушки, необходимой для проведения контроля, ее конструкция и размеры определяются размерами и формой контролируемого изделия, его материалом, расстоя­ нием от катушки до изделия, рабочей частотой, а также ха­ рактером контроля. Например, катушки, предназначенные для измерения электропроводности, менее пригодны для выявле­ ния нарушения сплошности материала. Но иногда, для при­ дания дефектоскопам большей универсальности, при различ­ ных видах контроля используется одна и та же катушка.

В случае необходимости выявления небольших дефектов, следует пользоваться катушкой, размер которой соизмерим с размером дефекта. При измерении электропроводности, для уменьшения влияния дефектов и шероховатости поверхности, следует пользоваться большей катушкой.

Для увеличения разрешающей способности дефектоскопов применяются короткие испытательные катушки и малоинер­ ционные индикаторы.

Накладные катушки применяются, в основном для опреде­ ления физических свойств, наличия несплошности материала изделия, толщины покрытий.

Проходные катушки применяются для контроля малогаба­ ритных деталей и изделий цилиндрической формы: труб, прут­ ков, проволоки. Для выявления небольших поверхностных де­ фектов на цилиндрических изделиях иногда используются на­ кладные катушки. Например, проходная катушка применима для определения электропроводности цилиндрической детали. Для исключения влияния краевого эффекта лучше, если ка­ тушка будет длиннее контролируемой детали.

В случае накладной катушки, если размер дефекта такой же, как и катушки, сигнал от дефекта будет во время нахож­ дения дефекта под катушкой. Но если размер катушки больше размера дефекта, то будет наблюдаться уже два сигнала, со­ ответствующих моментам пересечения дефектом границ поля катушки. Чувствительность накладной катушки определенно­ го диаметра уменьшается, если размер дефекта становится меньше чем диаметр катушки.

Характер сигналов зависит как от свойств материала контролируемого изделия, так и от конкретных условий конт­ роля.

312

Ввиду того, что нет полной теоретической разработки изме­ рительных катушек, проведено большое число эксперименталь­ ных разработок, в какой-то мере компенсирующих неполноту теоретических разработок.

При электромагнитном методе контроля для питания ка­ тушек применяется переменный ток частотой от 1 Гц до не­ скольких МГц.

Переменный ток с частотой 50 Гц обычно применяется для контроля ферромагнитных изделий. При необходимости про­ ведения контроля на большую глубину применяется ток низ­ кой частоты (до 1 Гц). Для контроля поверхностных слоев немагнитных материалов (например, нержавеющая сталь) и измерения толщины тонких покрытий применяются большие частоты.

§ 52. Дефектоскопы

Сигнал, полученный от измерительной катушки, после уси­ ления подается к какой-либо схеме для анализа, при котором устанавливается связь между сигналом и контролируемой ве­ личиной. В схеме дефектоскопа предусмотрена часть цепей для устранения влияния неконтролируемых параметров.

Данные, получаемые при контроле с помощью вихревых то­ ков, связаны с изменением активного и реактивного сопро­ тивлений катушки. Непосредственная регистрация небольших изменений сопротивления катушки трудоемка и неудобна. По­ этому в дефектоскопах используются схемы, облегчающие этот процесс.

Одной из таких схем является мостовая схема переменно­ го тока, в которую включена измерительная катушка. В со­ ответствии с задачами контроля производится балансировка моста. При изменении электросопротивления материала изде­ лия или изменении расстояния между измерительной катуш­ кой и изделием происходит разбалансировка моста и появле­ ние синусоидального напряжения. Чувствительность дефекто­ скопа, основанного на такой схеме, практически не изменяется при небольших изменениях расстояния между катушкой и из­ делием.

В используемых схемах измерительная катушка может также входить в колебательный контур с ламповым генерато­ ром. В этом случае изменение импеданса катушки проявляется в изменении характеристик колебательного контура. В неко­ торых схемах оно используется непосредственно. Иногда сиг­ нал катушки сочетается с дополнительным сигналом опреде­ ленной амплитуды и фазы.

313

Сигнал, поданный измерительной катушкой, необходимо преобразовать, чтобы его можно было каким-то образом обна­ ружить и проанализировать или передать в автомат сортиров­ ки. Практически способ преобразовання-и обработки сигнала зависит от задач и условий контроля. При этом необходимо, чтобы какой-либо детектор реагировал или на абсолютные зна­ чения характеристик катушки, или на отклонения этих харак­ теристик от заданного их значения.

Вдефектоскопах в качестве регистрирующих устройств мо­ гут использоваться амперметры или вольтметры (в качестве регистраторов только амплитуды сигналов), фазоизмеритель­ ные осциллографы и фазоамплитудные схемы.

Вдефектоскопах помимо осциллографа могут быть исполь­ зованы два электроизмерительных прибора, которые дают по­ казания, сдвинутые по фазе так, что один прибор дает показа­ ния, соответствующие оси X, а другой — оси Y. Путем изме­ нения фазировкп приборов можно получать показания, соот­ ветствующие любой линии диаграммы полного сопротивления.

Вслучае необходимости выходной сигнал анализирующей цепи может быть передан в сортирующую цепь (например, с помощью реле), автоматически реагирующую на него (напри­ мер, на величину амплитуды сигнала при амплитудном ана­ лизаторе). Сортировка может производиться на две группы (годные и брак) или на несколько групп изделий различного качества.

Вотдельных случаях электромагнитный метод контроля мо­ жет использоваться для регулирования технологических про­ цессов.

Рис. 94. Блок-схема электромагнитного толщиномера

314

В общем случае схемы электромагнитных дефектоскопов включают генератор переменного тока, частота которого во многих дефектоскопах регулируется, возбуждающие и неред­ ко отдельные испытательные катушки, усилители, фазовраща­ тельные схемы, контрольные приборы для измерения ампли­ туды напряжения (или тока), сдвинутых по фазе на 90°, или осциллограф.

На рис. 94 в качестве примера приведена блок-схема одно­ го из электромагнитных толщиномеров.

В различных отраслях промышленности в настоящее время применяется большое количество разнообразных дефектоско­ пов, основанных на использовании вихревых токов. Ниже при­ ведена краткая характеристика некоторых отечественных электромагнитных дефектоскопов, применяемых в промыш­ ленности.

Испытатели электропроводности ИЭ-1, ИЭ-Т, ИЭ-1М, ИЭ-11 и ИЭ-20 предназначены для бесконтактного измерения электропроводности немагнитных сплавов, которое позволяет контролировать химический состав (сортировать сплавы по маркам), количество примесей в чистых металлах, качество термической обработки, выявлять несплошности материала, контролировать структуру поверхности слоев и т. д.

Дефектоскоп ИЭ-1 может применяться для контроля изде­ лий из немагнитных сплавов с электропроводностью от 15 до

59 м/Ом-мм2, ИЭ-1М — от 4,8 до 15 м/Ом• мм2, ИЭ-11 — от 0,5

до 5 м/Ом-мм2, ИЭ-20 — от 0,02 до 0,5 м/Ом-мм2 и ИЭ-1 Г — от 0,5 до 60 м/Ом • мм2.

Для проведения контроля на изделии датчика должен быть установлен на площадке диаметром приблизительно 12 мм. Изделия любой формы можно контролировать, применяя при­ способления, позволяющие фиксировать положение датчика относительно поверхности изделия.

Дефектоскопы ДНМ-15, ДНМ-500 и ДНМ-2000 предназна­ чены для выявления нарушений сплошности материала. В схе­ мах приборов содержится фазочувствительный каскад, кото­ рый позволяет производить настройку так, что на показаниях прибора не будут сказываться возможные в практике контро­ ля колебания расстояния между датчиком и поверхностью контролируемого изделия. Данные дефектоскопы могут быть использованы в качестве датчиков в автоматических контроль­ ных линиях.

Дефектоскоп ДНМ-15 предназначен для контроля деталей из материалов с электропроводностью-10—30 м/Ом-мм2. Он позволяет выявлять трещины глубиной не менее 0,15 мм, ши­ риной от 2 мкм и длиной свыше 4—5 мм, а подповерхностные

315

трещины глубиной от 0,2 мм под слоем металла толщиной до 0,8 мм.

Дефектоскоп ДНМ-500 предназначен для контроля дета­ лей пз немагнитных сплавов с электропроводностью не выше 10 м/Ом-мм2. Он позволяет выявлять поверхностные трещины глубиной от 0,15 мм, ширимой 2 мкм и длиной свыше 1 мм, а подповерхностные — глубиной от 0,2 мм под слоем металла до 0,5 мм.

Приборы типа ДНМ можно использовать для контроля тол­ щины изделий из немагнитных материалов (до 0,4 мм).

Для контроля толщины лакокрасочных, керамических, ок­ сидных и других покрытий и затвердевших клеевых пленок на

3—30 мкм. Для проведения контроля толщина основного ме­ талла должна быть не менее 0,6 мм при контроле с помощью ТПН-1М и ТПН-2 и 0,045 мм при контроле с помощью ТПН-3,

Измерение толщины стенок аустенитных труб производится с помощью дефектоскопов типа ТВФ, ТВ-2 и др. Скорость контроля в процессе прокатки доходит до 5—7 м/с. Дефекто­ скоп ТВФ позволяет контролировать изделие (трубу) при

900° С.

Широкое распространение получили дефектоскопы типа ЭМИД. ЭЛ1ИД-2М предназначен для выявления трещин, рако­ вин, закатов и других дефектов в проволоке, прутках, трубах, изготовленных из ферромагнитных и неферромагнитных спла­ вов с удельной электропроводностью не менее 10— 12 м/Ом-мм2. Глубина выявляемых дефектов 0,3 мм и бо­ лее.

ЭМИД-3, ЭМИД-4М предназначены для сортировки дета­ лей по маркам материала и производства контроля термиче­ ской и химико-термической обработки. Контролю подлежат детали, изготовленные из ферромагнитных и некоторых нефер­ ромагнитных сплавов с удельной электропроводностью не ме­ нее 10— 12 м/Ом-мм2.

ЭМИД-6 предназначен для автоматического контроля каче­ ства деталей, изготовленных из ферромагнитных и неферро­ магнитных сплавов. С помощью этого дефектоскопа можно производить сортировку по маркам материала, структуре, раз­ мерам деталей, нарушениям сплошности. В основном ЭМИД-6

316

предназначен для контроля больших партий деталей в виде тел вращения.

ЭМИД-8 служит для контроля профилей, заготовок, труб, прутков и деталей, изготовленных из ферромагнитных и нефер­ ромагнитных сплавов с удельной электропроводностью не ме­ нее 10— 12 м/Ом-мм2. Он дает возможность оценивать каче­ ство термической и химико-термической обработки, выявлять нарушения, сплошности материала глубиной более 0,3 мм.

Для контроля в условиях эксплуатации предназначен де­ фектоскоп ВДЦ-1. Он используется для выявления поверхно­ стных и подповерхностных трещин, пористости, включений, рыхлот в деталях, изготовленных из немагнитных материалов с электропроводностью 0,1—60 м/Ом-мм2. Защитные покры­ тия толщиной менее 0,3 мм при этом удалять с поверхности детали нет необходимости.

За последнее время в НИИИН разработано значительное количество электромагнитных дефектоскопов. Ниже приведе­ ны некоторые из них.

Вихретоковой прибор ВС-10П для автоматической разбра­ ковки линейно протяженных изделий и мелких деталей при диаметре до 100 мм из ферромагнитных материалов по мар­ кам стали и качеству термической обработки.

Вихретоковой прибор ВТ-20Н предназначен для измерения толщины нетокопроводящих покрытий, нанесенных на метал­ лическую основу. Прибор выпускается в трех модификациях, позволяющих измерять толщины в диапазонах 0,45—2,4; 2,2—8

и 7,5—20 мм.

Вихретоковой прибор ВД-ЗОП предназначен для выявления поверхностных дефектов типа нарушений сплошности в тру­ бах, прутках, проволоках из ферромагнитных и неферромаг­ нитных металлов.

Электромагнитный прибор ВТ-50Н предназначен для изме­ рения толщины металлических неферромагнитных деталей и изделий в диапазоне толщин 1—3 мм.

Электромагнитная установка ВТ-10Э предназначена для контроля толщины (0,7—2,0 мм) холоднокатаных полос из низкоуглеродистых марок сталей.

Г л а в а XIV

АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ § 53. Методы ультразвуковой дефектоскопии

Ультразвуковая дефектоскопия основана на свойстве ультразвуковых колебаний (волн) распространяться в одно­

317

родном твердом теле и на его плоских и кривых поверхностях в виде лучей прямолинейно и отражаться от границ тела или нарушений сплошности, обладающих другими акустическими свойствами (например от трещин, раковин, расслоений, корро­ зии и т. п.).

Ультразвуковая дефектоскопия может осуществляться тре­ мя методами: теневым, резонансным и эхо-методом.

ния) ультразвуковые колебания (УЗК), как правило, вводят­

приемник зарегистрирует прохождение УЗК через изделие. Ин­ тенсивность прошедших УЗК будет меньше интенсивности УЗК, введенных в металл, так как при распространении их от излучателя к приемнику появляются потери за счет отра­ жения, затухания и геометрического расхождения пучка. При постоянной толщине изделия, однородном материале и парал­ лельности плоских, передней и задней поверхностей уровень интенсивности УЗК будет почти постоянным. Показания инди­ катора будут незначительно колебаться около некоторого оп­ ределенного значения, которое принимается за исходное.

318