Современные методы контроля технического состояния деталей вагонов

Изготовленные таким образом образцы аттестуют. Определяют ширину и длину отдельных трещин измерительным микроскопом и вносят их в формуляр образца. К формуляру прилагают фотографию образца с индикациями дефектов. Образцы хранят в футлярах, предохраняющих их от загрязнения. Образец пригоден к использованию не более 15...20 раз, после чего трещины частично забиваются сухими остатками пенетранта. Поэтому обычно в лаборатории имеют рабочие образцы для повседневного использования и контрольные образцы для решения арбитражных вопросов. Образцы используют для проверки дефектоскопических материалов на эффективность совместного применения, для определения правильной технологии (времени пропитки, проявления), аттестации дефектоскопистов и определения нижнего порога чувствительности КМК.

5. Объекты контроля

Капиллярным методом контролируют изделия из металлов (преимущественно неферромагнитных), неметаллических материалов и композитные изделия любой конфигурации. Изделия из ферромагнитных материалов контролируют обычно магнитопорошковым методом, который более чувствителен, хотя для контроля ферромагнитных материалов также иногда применяют капиллярный метод, если имеются трудности с намагничиванием материала или сложная конфигурация поверхности изделия создает большие градиенты магнитного поля, затрудняющие выявление дефектов. Контроль капиллярным методом проводят до ультразвукового или магнитопорошкового контроля, иначе (в последнем случае) необходимо размагнитить ОК.

Капиллярным методом обнаруживают только выходящие на поверхность дефекты, полость которых не заполнена окислами или другими веществами. Чтобы пенетрант не вымывался из дефекта, глубина его должна быть значительно больше ширины раскрытия. К таким дефектам относятся трещины, непровары сварных швов, глубокие поры.

Подавляющее большинство дефектов, обнаруживаемых при контроле капиллярным методом, может выявляться при обычном визуальном осмотре, особенно если изделие предварительно протравить (дефекты при этом чернеют) и применить средства увеличения. Однако преимущество капиллярных методов состоит в том, что при их применении угол зрения на дефект возрастает в 10...20 раз (за счет того, что ширина индикаций больше, чем дефектов), а яркостный контраст - на 30...50 %. Благодаря этому нет необходимости в тщательном осмотре поверхности и время контроля многократно уменьшается.

Капиллярные методы находят широкое применение в энергетике, авиации, ракетной технике, судостроении, химической промышленности. Ими контролируют основной металл и сварные соединения из сталей аустенитного класса (нержавеющих), титана, алюминия, магния и других цветных металлов. С чувствительностью по классу 1 контролируют лопатки турбореактивных двигателей, уплотнительные поверхности клапанов и их гнезд, металлические уплотнительные прокладки фланцев и др. По классу 2 проверяют корпуса и антикоррозионные наплавки реакторов, основной металл и сварные соединения трубопроводов, детали подшипников. По классу 3 проверяют крепеж ряда объектов, по классу 4 - толстостенное литье. Примеры ферромагнитных изделий, контролируемых капиллярными методами: сепараторы подшипников, резьбовые соединения.

Рис. 10. Дефекты в пере лопаток: а - усталостная трещина, выявлена люминесцентным методом, б - заков, выявлен цветным методом

На рис. 10 показано выявление трещин и закова на пере лопатки авиационной турбины люминесцентным и цветным методами. Визуально такие трещины наблюдают при увеличении в 10 раз.

Очень желательно, чтобы объект контроля имел гладкую, например, механически обработанную, поверхность. Для контроля по классам 1 и 2 пригодны поверхности после холодной штамповки, прокатки, аргонно-дуговой сварки. Иногда для выравнивания поверхности проводят механическую обработку, например поверхности некоторых сварных или наплавленных соединений обрабатывают абразивным кругом для удаления застывшего сварочного: флюса, шлаков между валиками шва.

Общее время, необходимое для контроля относительно небольшого объекта типа турбинной лопатки, 0,5...1,4 ч в зависимости от применяемых дефектоскопических материалов и требований по чувствительности. Затраты времени в минутах распределяются следующим образом: подготовка к контролю 5...20, пропитка 10...30, .удаление избытка пенетранта 3...5, проявление 5...25, осмотр 2...5, окончательная очистка 0...5. Обычно выдержку при пропитке или проявлении одного изделия совмещают с контролем другого изделия, в результате чего среднее время контроля изделия сокращается в 5...10 раз. В задаче 9.2 приведен пример расчета времени контроля объекта с большой площадью контролируемой поверхности.

Автоматический контроль применяют для проверки небольших деталей типа лопаток турбин, крепежа, элементов шарико- и роликоподшипников. Установки представляют собой комплекс ванн и камер для последовательной обработки ОК (рис. 11). В таких установках широко применяют средства интенсификации операций контроля: ультразвук, повышение температуры, вакуум и т. д.

Рис. 11. Схема автоматической установки для контроля деталей капиллярными методами: 1 - транспортер, 2 - пневматический подъемник, 3 - автоматический захват, 4 - контейнер с деталями, 5 - тележка, 6...14 - ванны, камеры и печи для обработки деталей, 15 - рольганг, 16 - место для осмотра деталей при УФ-облучении, 17 - место для осмотра в видимом свете.

Транспортер подает детали в ванну для ультразвуковой очистки, затем в ванну для промывки проточной водой. Влагу с поверхности деталей удаляют при температуре 250...300°С. Горячие детали охлаждают сжатым воздухом. Пропитку пенетрантом осуществляют под действием ультразвука или в вакууме. Удаление излишков пенетранта проводят последовательно в ванне с очищающей жидкостью, затем в камере с душевой установкой. Влагу удаляют сжатым воздухом. Проявитель наносят распылением краски в воздухе (в виде тумана). Детали осматривают на рабочих местах, где предусмотрено УФ-облучение и искусственное освещение. Ответственную операцию осмотра автоматизировать трудно.

6. Задачи

1. Рассчитать и сравнить максимальную глубину заполнения пенетрантом щелевидного капилляра с параллельными и непараллельными стенками. Глубина капилляра l0=10 мм, ширина устья b=10 мкм, пенетрант на основе керосина с у=3Ч10-2Н/м, cosи=0,9. Атмосферное давление принять ра-1,013Ч105 Па. Диффузионное заполнение не учитывать.

Решение. Глубину заполнения капилляра с параллельными стенками рассчитаем по формулам (3) и (5):

Решение выполнено таким образом, чтобы продемонстрировать, что капиллярное давление составляет около 5 % атмосферного, а глубина заполнения - около 5 % от полной глубины капилляра.

Выведем формулу для заполнения щели с непараллельными поверхностями, имеющую в сечении вид треугольника. Из закона Бойля-Мариотта найдем давление воздуха, сжатого у конца капилляра рв:

где b1 - расстояние между стенками на глубине l1; b1=b(l0 - l1)/l0. Отсюда находим

Капиллярное давление равно:

Из равенства давлений снаружи и изнутри капилляра ра+рк=рв найдем

Где рк - капиллярное давление для капилляра постоянного сечения по формуле (3). Обозначим х=l0/(l0 - l1). Тогда:

Знак плюс перед корнем выбран с учетом положительности решения. С учетом малости рк/ра по сравнению с единицей найдем

Таким образом, глубина заполнения щели с непараллельными стенками в 2 раза меньше.

2. Рассчитать необходимое количество дефектоскопических материалов из набора в соответствии с позицией 5 табл. 4 и время для выполнения КМК антикоррозионной наплавки на внутренней поверхности реактора. Реактор состоит из цилиндрической части диаметром D=4 м, высотой, H=12 м с полусферическим дном (сварено с цилиндрической частью и образует корпус) и крышкой, а также четырьмя патрубками диаметром d=400 мм, длиной h=500 мм. Время нанесения какого-либо дефектоскопического материала на поверхность принять ф=2 мин/м2.

Решение.

Рассчитаем площадь контролируемого объекта по элементам: цилиндрическая S1=рD2Н=р42Ч12=603,2 м2; часть дно и крышка S2=S3=0,5рD2=0,5р42=25,1 м2; патрубки (каждый) S4=рd2h=рЧ0,42Ч0,5=0,25 м2; суммарная площадь S=S1+S2+S3+4S4=603,2+25,1+25,1+4Ч0,25=654,4 м2.

Учитывая, что контролируемая поверхность наплавки неровная, расположена преимущественно вертикально, принимаем расход пенетранта q=0,5 л/м2.

Отсюда необходимое количество пенетранта: Qп = Sq = 654,4Ч0,5 = 327,2 л.

С учетом возможных потерь, повторного контроля и т. п. принимаем, необходимое количество пенетранта равным 350 л.

Требуемое количество проявителя в виде суспензии - 300 г на 1 л пенетранта, отсюда Qпр=0,3Ч350=105 кг. Очистителя требуется в 2...3 раза больше, чем пенетранта. Принимаем среднее значение - в 2,5 раза. Таким образом, Qоч = 2,5Ч350 = 875 л. Жидкости (например, ацетона) для предварительной очистки требуется приблизительно в 2 раза больше, чем Qоч.

Время контроля рассчитаемте учетом того, что каждый элемент реактора (корпус, крышка, патрубки) контролируют отдельно. Экспозицию, т.е. время нахождения объекта в контакте с каждым дефектоскопическим материалом принимаем средним из нормативов. Наиболее значительна экспозиция для пенетранта - в среднем tп=20 мин. Экспозиция или время нахождения ОК в контакте с другими дефектоскопическими материалами меньше, чем с пенетрантом, причем его можно увеличить без ущерба для эффективности контроля.

Исходя из этого, принимаем следующую, организацию процесса контроля (она не единственно, возможная). Корпус и крышку, где контролируются большие площади, разбиваем на участки, на каждый из которых время нанесения какого-либо дефектоскопического материала равно tуч = tп = 20 мин. Тогда время нанесения любого дефектоскопического материала будет не меньше, чей экспозиция для него. То же самое относится к времени выполнения технологических операций, не связанных с дефектоскопическими материалами (сушка осмотр и т. п.).

Площадь такого участка Sуч = tуч/ф = 20/2 = 10 м2. Время контроля элемента с большой площадью поверхности равно количеству таких участков с округлением в сторону увеличения, умноженному на tуч = 20 мин.

Площадь корпуса разбиваем на (S1+S2)/Sуч = (603,2+25,1)/10 = 62,8 = 63 участка. Время, необходимое для их контроля, 20Ч63 = 1260 мин = 21 ч.

Список используемых источников

1. Криворудченко В.Ф., Ахмеджанов Р.А. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / В.Ф. Криворудченко / Маршрут. Москва, 2005. 436с.

2. Ахмеджанов Р.А. Контроль технического состояния деталей вагонов / Р.А. Ахмеджанов / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1996.

3. Ахмеджанов Р.А. Ультразвуковой контроль / Р.А. Ахмеджа-нов,

В.В. Макарочкин, В.Ф. Соколов / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2004.

4. Ермолов И.Н. Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, М.И. Ермолов. М.: Народный учитель, 2000.

Размещено на Allbest.ru