Феррозондовый метод неразрушающего контроля
advertisement
ООО Микроакустика ПОСОБИЕ ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ЕКАТЕРИНБУРГ 2005 Учебное пособие СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................... 4 1 ОСНОВЫ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ................................................... 5 1.1 Неразрушающий контроль и дефектоскопия ............................................. 5 1.2Магнитное поле .............................................................................................. 6 1.3 Действие магнитного поля на вещество ................................................... 10 1.3.1 Намагниченность .......................................................................................................................... 10 1.3.2 Магнитная индукция и поток ...................................................................................................... 11 1.3.3 Кривая намагничивания и петля гистерезиса ............................................................................ 11 1.4 Действие магнитного поля на тело ............................................................ 13 1.4.1 Статические магнитные характеристики тела ........................................................................... 13 1.5 Магнитное поле дефектов .......................................................................... 15 1.6 Феррозондовые преобразователи .............................................................. 17 1.6.1 Принцип действия ........................................................................................................................ 17 1.6.2 Конструкция и измеряемые компоненты поля .......................................................................... 19 1.6.3 Исследование поля трещины с помощью ФП ............................................................................ 20 1.6.4 Конструкция ФП-градиентометра ............................................................................................... 26 1.6.5 Использование ФП-градиентометра ........................................................................................... 27 1.6.6 Выбор базы x для ФП-градиентометра..................................................................................... 27 1.7 Требования к чувствительности феррозондового дефектоскопа ........... 28 2 НАМАГНИЧИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ................................................................... 29 2.1 Выбор устройства намагничивания........................................................... 29 3 СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ.................................................................................... 32 3.1 Классификация средств контроля ............................................................. 32 3.1.1 Дефектоскопные феррозондовые установки .............................................................................. 32 3.1.2 Дополнительные устройства ....................................................................................................... 33 3.2 Назначение средств контроля .................................................................... 33 3.3 Феррозондовые приборы ............................................................................ 33 4 ТЕХНОЛОГИЯ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ ....................................... 34 4.1 Подготовка к контролю .............................................................................. 34 4.1.1 Подготовка намагничивающих устройств и систем .................................................................. 34 4.1.2 Подготовка дефектоскопа и СОП ............................................................................................... 34 4.1.3 Подготовка деталей ...................................................................................................................... 35 4.2 Сканирование и обнаружение дефектов ................................................... 36 5 КОНТРОЛЬ ОТДЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ............................................................ 38 5.1 Контроль боковой рамы.............................................................................. 38 5.2 Контроль надрессорной балки ................................................................... 39 5.3 Контроль деталей автосцепного устройства ............................................ 40 5.3.1 Контроль корпуса автосцепки ..................................................................................................... 41 5.3.2 Контроль тягового хомута ........................................................................................................... 42 5.4 Контроль дисков колес ............................................................................... 44 ПРИЛОЖЕНИЕ А НАМАГНИЧИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ 47 А.1 Общие сведения .......................................................................................... 47 А.2 Электромагнитные устройства ................................................................. 47 А.3 Приставные устройства с постоянными магнитами ............................... 49 ПРИЛОЖЕНИЕ Б ФЕРРОЗОНДОВЫЕ ПРИБОРЫ .......................................... 51 Б.1 Феррозондовые преобразователи .............................................................. 51 Б.2 Полемеры ..................................................................................................... 52 Б.2.1 Измеритель напряженности магнитного поля МФ-107 (МФ-107А) ........................................ 52 Б.2.2 Измеритель напряженности магнитного поля МФ-207 ............................................................ 53 2 Учебное пособие Б.3 Измеритель градиента напряженности магнитного поля ГФ-105 ......... 55 Б.4 Дефектоскоп-градиентометр феррозондовый ДФ-201.1А ..................... 56 Б.5 Магнитоизмерительный феррозондовый комбинированный прибор Ф205.30А ............................................................................................................... 57 ПРИЛОЖЕНИЕ В СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ................. 59 3 Учебное пособие ВВЕДЕНИЕ Пособие предназначено для обучения феррозондовому методу контроля работников ремонтных предприятий МПС России. В первой главе излагаются физические основы и основы достоверности феррозондового контроля. В частности, в популярной форме описывается магнитное поле, как разновидность силовых полей, объясняется, как оно создается и как действует на объекты контроля. Дается описание магнитных полей дефектов (трещин) и выбираются компоненты этих полей, которые необходимо измерять, чтобы достичь высокой достоверности контроля. Во второй главе «раскрываются секреты» намагничивания деталей, которые способствуют достижению высокой достоверности контроля. В третьей главе дается классификация средств контроля в соответствии с документом РД 32.149—2000 «Феррозондовый метод неразрушающего контроля деталей вагонов». В четвертой главе описываются общие для всех деталей технологические приемы контроля, в пятой — приемы контроля отдельных деталей. Приложения А, Б и В посвящены краткому описанию выпускаемых промышленностью намагничивающих устройств, феррозондовых приборов (дефектоскопов, градиентометров и полемеров) и стандартных образов предприятия. Пособие написано: глава 1 — Векслером А.З., Гусевым Б.В., Кравченко Г.И., Розенфельдом Е.В., Шанауриным А.М., глава 2 — Гусевым Б.В., Ковригиным В.М., Шанауриным А.М., глава 3 — Гусевым Б.В., Кравченко Г.И., Шанауриным А.М., глава 4 — Ковригиным В.М., Шанауриным А.М., глава 5 — Ковригиным В.М., приложения А, Б, В, — Гусевым Б.В. Общая редакция Кравченко Г.И. Авторы будут признательны за отзывы и предложения, которые следует направлять по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Марата, 17, ООО «МИКРОАКУСТИКА». 4 Учебное пособие 1 ОСНОВЫ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ 1.1 Неразрушающий контроль и дефектоскопия Контроль — проверка соответствия контролируемого объекта установленным требованиям. Результатами контроля является деление объектов на годные и дефектные (негодные), объекты первого, второго и др. сортов, объекты различных марок и т.д. Контроль называется неразрушающим, если в процессе его проведения объект из годного не превращается в негодный. Неразрушающий контроль (НК) называется дефектоскопией, если в его результате объекты разделяются на множество годных или негодных (дефектных) объектов. Таким образом, дефектоскопия занимается выявлением (обнаружением) в объекте дефектов. Объект называется дефектным, если он имеет хотя бы один дефект. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие контролируемого объекта установленным требованиям. Среди всех дефектов НК чаще всего имеют дело с дефектами типа нарушений сплошности материала объекта (к ним относятся, например, трещины и раковины). Понятия «дефект» и «установленные требования» раскрывает следующий пример. Основные требования в железнодорожной отрасли к деталям и узлам ходовых частей подвижного состава — это требования безопасности движения. В связи с этим дефектами этих деталей и узлов считаются нарушения сплошности, которые не отвечают требованиям безопасности движения. Например, трещина на боковой раме тележки вагона в зависимости от ее размеров и местоположения может быть, а может и не быть дефектом. Дефектом она считается, если в течение установленного времени она с большой вероятностью вызовет выход тележки из строя (и, как следствие, крушение поезда, в котором находится вагон с этой тележкой) и, таким образом, не отвечает требованиям безопасности движения. Широко используются следующие виды НК: - магнитный; - электрический; - вихретоковый; - радиоволновый; - тепловой; - оптический; - радиационный; - акустический; - проникающими веществами. 5 Учебное пособие 1.2Магнитное поле Магнитные методы неразрушающего контроля (в том числе и феррозондовый метод) заключаются в том, что на объект контроля (деталь) действуют магнитным полем (намагничивают) и сравнивают пространственное распределение статического поля намагниченного объекта с распределением статического поля на бездефектном объекте. Магнитное поле — это один из видов силовых полей, которые известны людям. Мы существуем в магнитном поле Земли. Но органами чувств это поле не ощущаем. О п ы т 1 : Пропустим проводник с током через лист бумаги, на который насыпаны железные опилки (рис. 1.1 а). Опилки образуют вокруг провода окружности, которые лежат в плоскости, перпендикулярной проводу. Чем дальше от проводника, тем больше расстояние между соседними окружностями. Начиная с какого-то расстояния, окружности не формируются. Следовательно, поле с расстоянием ослабевает. Направление, которое показывает компас в разных точках листа различно, но всегда определяется касательной к линии поля. Рис. 1.1 Магнитное поле проводника с током а — магнитные частицы 2 вокруг проводника с током 1; б — линия магнитного поля Н вокруг проводника с током I В ы в о д : Магнитное поле должно описываться величиной, которая имеет направление и какое-то численное значение. Такие величины называются векторами. Одной из важнейших векторных величин характеризующих магнитное поле является его напряженность H . Направление вектора H определяется по правилу буравчика или правого винта (рис. 1.1, б) и является касательным к окружности радиусом r с центром на оси проводника, проходящей через эту точку. Численное значение напряженности (длина вектора) магнитного поля Н определяется формулой 6 Учебное пособие Н I (1.1) , [А/м] 2 r где I — ток в амперах, r — расстояние (в метрах) от точки измерения до оси проводника. Таким образом поле Н измеряется в А/м (указано в квадратных скобках за соотношением 1.1). Из соотношения (1.1) следует: чем больше I, тем больше Н, и, чем больше r (то есть чем дальше от проводника), тем меньше Н. Итак, магнитное поле описывается: 1. Векторами, которые в каждой точке пространства имеют определенное направление и величину. 2. Линиями магнитного поля (линии, по которым выстраивались железные опилки на рис. 1.1), которые проводятся таким образом, чтобы касательная в каждой точке линии совпадала по направлению с вектором магнитного поля для этой точки пространства. Направление магнитного поля связано с направлением тока правилом правого винта (рис. 1.1, б). Если магнитное поле формируется постоянным магнитом, направление линии определяют от северного полюса к южному. Для того чтобы описать вектор напряженности магнитного поля H , поместим его начало в точку 0 декартовой системы координат (систему можно Рис. 1.2 Компоненты связать с поверхностью детали) и найдем его вектора H в декартовой составляющие H z , H x , H y (рис. 1.2). О п ы т 2 : Усложним опыт 1 (рис. 1.3). Поместим системе координат на расстоянии r от первого проводника (там, где мы измеряли поле) второй проводник с током I2 параллельный первому. Проводники будут притягиваться друг к другу с силой F (направление силы по правилу «левой руки») F lI 2 H1. (1.2) где 0 — коэффициент, величина которого зависит от выбранной системы единиц, l — длины проводников. Обратите внимание на то, что сила, приложенная ко второму проводнику перпендикулярна как вектору магнитного поля (создаваемому током первого проводника), так и направлению движения зарядов во втором проводнике. Поэтому к линиям магнитного поля не применяют термин «силовые». Поле в центре витка с током (рис. 1.4, а) Рис. 1.3 Взаимодействие двух определяется по соотношению проводников с током I (1.3) H , [А/м]. 2R 7 Учебное пособие Рис. 1.4 Магнитное поле витка с током а — поле на оси витка, б — вид линий магнитного поля Если поместить виток с током в постоянное магнитное поле (рис. 1.5) с напряженностью H0, возникнет пара сил F (рис. 1.5, б), которая будет разворачивать виток таким образом, чтобы направления поля витка и постоянного поля H0 совпали. Рис. 1.5 Виток с током в постоянном поле а — направления линий поля витка и постоянного поля H0; б — пара сил, поворачивающая виток Механический момент, создаваемый парой сил определяется соотношением М мех 0 М магн Н 0, (1.4) где Ммагн = рм — магнитный момент витка с током, р м IS М мех , 0 Н (1.5) I — ток витка, S — площадь витка. Следует заметить, что магнитный момент рм так же как и напряженность магнитного поля Н (то есть равноправно) характеризует виток с током. 8 Учебное пособие Если n витков уложены рядом друг с другом (соленоид на рис. 1.6), напряженность поля в центре на оси такой системы nI (1.6) H , [А/м] l где n/l — число витков соленоида, отнесенное к единице длины. Рис. 1.6 Линии магнитного поля соленоида Формула (1.6) справедлива для бесконечно длинного (очень длинного) соленоида. Для тех случаев, когда длина соленоида l сравнима с его радиусом R, поле в центре соленоида определяется формулой nI H [А/м] (1.7). l 2 ( 2R) 2 Направление тока, соответствующее изображенным линиям (рис. 1.6) магнитного поля, указано стрелками: справа внизу на проводнике, с которого начинается обмотка и на катушке на проводниках обмотки. Многие тела притягивают железные предметы, следовательно, вокруг этих тел существует магнитное поле. Как совместить этот факт и утверждение физиков о том, что магнитное поле создается электрическим током? По гипотезе Ампера, в каждом теле существуют микротоки. Если они ориентированы так, как показано на рис. 1.7, это тело (что характерно для ферромагнитных материалов — железа, никеля и др.) является таким же источником поля, как и соленоид на Рис. 1.7 Микротоки в намагниченном теле Рис. 1.8 Постоянный магнит рис. 1.6. 9 Учебное пособие Действительно, при внимательном рассмотрении рис. 1.7, можно заметить, что микротоки внутри сечения тела взаимно уничтожаются, и остается только ток i по окружности тела, аналогичный току соленоида. Распределение силовых линий магнитного поля будет точно таким же, как на рис 1.6. Ток соленоида можно подобрать (рассчитать) такой величины, что поля постоянного магнита и соленоида внешне будут неотличимы. Линии магнитного поля выходят из северного полюса постоянного магнита (рис 1.8), а входят в южный. Если микротоки расположены не так упорядочено как на рис. 1.7, а хаотично, это тело не будет постоянным магнитом. 1.3 Действие магнитного поля на вещество 1.3.1 Намагниченность На разные вещества магнитное поле действует различным образом. Для нас наиболее интересно действие магнитного поля на ферромагнетики, типичным представителем которых является железо, а как конструкционный материал — конструкционная сталь. Железо интересно тем, что каждый его атом обладает магнитным моментом (собственным магнитным полем). Этот магнитный момент объясняется наличием на одной из орбит нечетного количества электронов. Магнитный момент электрона (поле кругового тока) нескомпенсированный полями других электронов определяет магнитный момент атома. В ферромагнетике существуют области в которых магнитные моменты всех атомов параллельны друг другу. Такие области называются «домены». Если ферромагнетик размагничен, магнитные моменты различных доменов ориентированы произвольным образом и суммарный магнитный момент вещества равен нулю. Под действием намагничивающего поля домены начинают поворачиваться так, чтобы направления магнитных полей отдельных доменов приближались к направлению намагничивающего поля. Это явление характеризуется понятием «намагниченность» pm , (1.8) J lim V 0 V где V — объем вещества. Все вещества под действием магнитного поля намагничиваются. Количественную связь намагниченности с напряженностью намагничивающего поля устанавливает соотношение J H. [А/м] (1.9) Коэффициент пропорциональности (он называется магнитной восприимчивостью) для разных веществ разный: - некоторые вещества имеют очень малое положительное значение (10-210-5) — их называют парамагнетиками (алюминий, платина и др.); - у некоторых веществ (железо, никель и др.) очень большое и положительное (102105), так что J >> H и, кроме того, зависит от поля: (Н). Такие вещества называются ферромагнетиками; 10 Учебное пособие - существуют вещества, у которых имеет отрицательный знак (золото, дерево, вода и др.). Такие вещества называемые диамагнетиками, будут не притягиваться, а отталкиваться магнитами. 1.3.2 Магнитная индукция и поток Чтобы описать магнитное состояние вещества под действием поля Н вводят понятие магнитной индукции В: В μ 0 ( Н J ). (1.10) Формула (1.10) учитывает и воздействующее поле Н, и тот вклад, который привносит само вещество — J. В соотношении (1.10) 0 является размерным коэффициентом, так как Н и J измеряются в А/м, а В в Теслах [Тл]. В системе СИ Тесла Генри μ 0 4 π 10 7 . (1.11) м А/ м Формулу (1.10) можно переписать в виде: В = 0(Н + Н) = 0(1 + )Н = 0 Н, (1.12) Рис. 1.9 Определение где введено обозначение = 1 + . Величину потока индукции называют магнитной проницаемостью. Для ферромагнетиков , как и зависит от поля Н. Если в каждой точке данного сечения вещества S индукция В постоянна (рис. 1.9), легко определить поток индукции Ф через это сечение: Ф = ВS, [Вебер — Вб] (1.13) 1.3.3 Кривая гистерезиса Рисунок 1.10 а — кривая первоначального намагничивания; б — зависимость проницаемости от напряженности магнитного поля намагничивания и петля Рассмотрим изменение магнитной индукции первоначально размагниченного ферромагнитного материала при постепенном возрастании напряженности внешнего магнитного поля. График, отражающий эту зависимость, показан на рисунке 1.10, а и называется кривой начального намагничивания. В области слабых магнитных полей наклон этой кривой сравнительно невелик, а затем он начинает возрастать, достигая максимального значения. При еще больших значениях напряженности магнитного поля наклон уменьшается так, что изменение магнитной индукции с ростом поля становится незначительным — происходит магнитное насыщение, которое характеризуется величиной 11 Учебное пособие BS. На рисунке 1.10, б показана зависимость магнитной проницаемости μ от напряженности магнитного поля. Для этой зависимости характерны две величины: начальная μн и максимальная μмакс магнитная проницаемость. В области сильных магнитных полей проницаемость падает с ростом поля. При дальнейшем увеличении внешнего магнитного поля намагниченность образца практически не изменяется, а магнитная индукция растёт только за счёт внешнего поля. Магнитная индукция насыщения BS зависит в основном от химического состава материала и для конструкционных сталей составляет 1,6—2,1 Тл. Магнитная проницаемость зависит не только от химического состава, но и от термической и механической обработки. При уменьшении напряженности магнитного поля после достижения индукцией значения BS процесс размагничивания будет описываться другой зависимостью. Эта зависимость показана на рисунке 1.11 и называется нисходящей ветвью петли магнитного гистерезиса. На этой ветви имеются две характерные точки: первая соответствует напряженности магнитного поля H = 0 и называется остаточной индукцией Br, вторая соответствует магнитной индукции B = 0 и называется коэрцитивной силой Hc. По величине коэрцитивной силы магнитные материалы разделяют на магнитомягкие (Hc < 5 000 А/м) и магнитотвердые (Hc > 5 000 А/м). Для магнитомягких материалов требуются сравнительно малые поля для получения насыщения. Магнитотвердые материалы трудно намагнитить и перемагнитить. Из них делают постоянные магниты. Большинство конструкционных сталей являются магнитомягкими материалами. Для электротехнической стали и специальных сплавов коэрцитивная сила составляет 1— 100 А/м, для конструкционных сталей — не более 5 000 А/м. При перемагничивании материал вновь насыщается, но индукция имеет другой знак (–BS), соответствующий Рисунок 1.11 — Петля отрицательной напряженности магнитного гистерезиса магнитного поля. При последующем увеличении напряженности магнитного поля в сторону положительных значений индукция будет изменяться по другой кривой, называемой восходящей ветвью петли. Обе ветви: нисходящая и восходящая, образуют замкнутую кривую, называемую предельной петлей магнитного гистерезиса. Предельная петля имеет симметричную форму и соответствует максимальному значению магнитной индукции, равному BS. При симметричном изменении напряженности магнитного поля в меньших пределах индукция будет изменяться по новой петле. 12 Учебное пособие Эта петля полностью располагается внутри предельной и называется симметричной частной петлей (рисунок 1.12). Параметры предельной петли магнитного гистерезиса играют важную роль при феррозондовом контроле. При высоких значениях остаточной индукции и коэрцитивной силы возможно проведение контроля путем предварительного намагничивания материала детали до насыщения с отключением источника поля. Рисунок 1.12 — последующим Предельная (1) и Намагниченность детали будет достаточной для частная (2) петли выявления дефектов. Вместе с тем явление гистерезиса приводит к гистерезиса необходимости контроля магнитного состояния. При отсутствии размагничивания материал детали может оказаться в состоянии, соответствующем индукции – Br. Тогда, включив магнитное поле положительной полярности, например, равное Hc, можно даже размагнитить деталь, хотя предполагается, что мы ее намагничиваем. Важное значение имеет также магнитная проницаемость. Чем больше μ, тем меньше требуемое значение напряженности магнитного поля для намагничивания детали. Поэтому технические параметры намагничивающего устройства должны быть согласованы с магнитными параметрами объекта контроля. 1.4 Действие магнитного поля на тело 1.4.1 Статические магнитные характеристики тела Ферромагнитные тела намагничиваются в однородном внешнем поле не так, как ферромагнитный материал, из-за влияния так называемого размагничивающего фактора, что приводит к различию между напряженностью поля вне и внутри тела. Причину этого различия можно пояснить с помощью рис. 1.13, на котором изображено тело, имеющее форму прямоугольного параллелепипеда, у которого длина много больше, чем ширина или толщина. Такое тело в однородном внешнем магнитном поле Н намагничивается почти однородно. Рис. 1.13 Тело в однородном магнитном поле. Под действием внешнего поля тело намагничивается, что приводит к образованию полюсов. Полюса создают свое магнитное поле Нр, которое, как показано на рис. 1.13, направлено навстречу вектору Н. Поле Нр принято называть размагничивающим. 13 Учебное пособие Как показано на рис. 1.13, напряженность магнитного поля h внутри тела, вызывающая его намагничивание, равна векторной сумме внешнего поля Н и размагничивающего Нр. h=Н – Нр = Н – NJ. (1.14) где коэффициент пропорциональности N называется размагничивающим фактором тела. Он зависит от формы и размеров тела и всегда меньше единицы. В соответствии с формулой (1.9) J = h, откуда Н Н h= (1.15) 1 Nχ 1 N ( χ и (1.16) J H . 1 Nχ Формулы (1.15; 1.16) можно интерпретировать как результат действия отрицательной обратной связи по полю (рис 1.13), а размагничивающий фактор N — как коэффициент обратной связи. Рис. 1.14 Схема к расчету намагниченности тела Для бесконечно длинного параллелепипеда (l ) полюсы «N» и «S» бесконечно далеки друг от друга и напряженность Нр размагничивающего поля стремится к нулю. Этому случаю соответствует значение размагничивающего фактора N = 0. Из формул (1.13), (1.14) следует, что напряженность внутреннего поля в этом случае равна h = Н, а намагниченность тела в ( – 1) J H . раз больше напряженности внешнего поля Для очень короткого параллелепипеда (l 0) полюсы «N» и «S» близки и напряженность размагничивающего поля стремится к напряженности внешнего поля. Этому случаю соответствует значение размагничивающего фактора (N 1). Из формул (1.14), (1.15) следует, что напряженность внутреннего поля χH χH равна при этом h = Н/, а намагниченность тела примерно J 1 χ μ равна напряженности внешнего поля (при ) и в раз меньше намагниченности бесконечно длинного параллелепипеда. Выводы: 14 Учебное пособие 1. Для намагничивания коротких тел (например, роликов от роликовых подшипников) рекомендуется составлять их в цепочку (рис. 1.15), размещая торцами друг к другу. Рис. 1.15 Одиночный ролик (а) и цепочка роликов (б) У цепочки размагничивающий фактор много меньше, чем у одного ролика, поэтому цепочка намагничивается в соответствии с формулой (1.16) намного сильнее. 2. Сильно вытянутые тела (длинные стержни) намагничиваются только составляющей поля параллельной его оси. 1.5 Магнитное поле дефектов Линии магнитного поля, о котором мы постоянно говорим, невидимы и не осязаемы органами чувств. Желательно создать какой-то зримый образ, (модель) которая поможет нам представить, что же происходит с линиями магнитного поля в намагниченных деталях. Можно считать, что «поведение» потока линий индукции в намагниченной детали похоже на поведение потока воды в реке. Посмотрим сверху на поверхность реки со спокойным (без завихрений) течением. Поверхность зеркальна, никакого течения мы не видим. Для того чтобы течение сделать видимым поместим в воду через равные промежутки флаконы с краской (рис. 1.16). Краска, растворяясь, Рис. 1.16 Обтекание камней потоком воды окрасит струи воды и сделает, таким образом, течение видимым. Мы получили как бы аналог линий индукции (поля) в детали. 15 Учебное пособие Струи воды обтекают камень, окрашенные струи сделали это обтекание видимым. Около камня искривление струй наиболее заметно. Чем дальше от камня, тем искривление струй воды менее заметно. Особенно ясно это проявляется на примере плоского камня помещенного вдоль течения. Здесь искривление струй воды почти не заметно. Аналогично линии магнитного поля в детали, встречая на своем пути поверхностную трещину Рис. 1.17 — Обтекание (рис. 1.17) огибают ее, частично выходя за линиями магнитного поля поверхность детали. Видно, что линии магнитного поля обтекают трещину внутри поверхностной трещины детали и вне ее. Линии магнитного поля, вышедшие за поверхность детали формируют поле дефекта, которое необходимо обнаружить каким-то датчиком (порошком или прибором с феррозондовым преобразователем). Формирование магнитного поля подповерхностным дефектом можно пояснить с помощью рис. 1.18, где изображен участок намагниченной детали (деталь бесконечных размеров). Линии магнитной индукции относятся к одному из трех участков поперечного сечения: над дефектом, в зоне дефекта и под дефектом. Произведение магнитной индукции на площадь поперечного сечения определяет магнитный поток. Составляющие полного магнитного потока на этих участках обозначены как Φ1,.., Φ3. Часть магнитного потока Ф2, будет перетекать выше и ниже сечения S1. Поэтому магнитные потоки в сечениях S1 и S3 будут больше, чем у бездефектной детали. Линии магнитной индукции искривляются над и под дефектом. В результате часть линий выходит за поверхность ферромагнетика, создавая магнитное поле дефекта. Количественно Рис. 1.18 Поле подповерхностного дефекта магнитное поле дефекта можно оценить по магнитному потоку, выходящему за поверхность, который называют потоком рассеяния. Магнитный поток рассеяния тем больше, чем больше магнитный поток Φ2 в сечении S2. Площадь поперечного сечения S2 пропорциональна косинусу угла , показанному на рис. 1.18. При = 90° эта площадь равна нулю, при = 0° она имеет наибольшее значение. Выводы: 1. Для того чтобы поле дефекта было максимально, необходимо, чтобы линии магнитной индукции в зоне контроля были перпендикулярны плоскости предполагаемого дефекта. 16 Учебное пособие 2. Поля подповерхностных дефектов обнаружить труднее, так как слой металла (ферромагнетика), расположенного над дефектом «экранирует» дефект. На поверхность над дефектом выходит лишь небольшая часть линий магнитного поля. Распределение магнитного потока по сечению дефектной детали аналогично распределению потока воды в русле с преградой. Высота гребня воды над полностью погруженной преградой будет тем больше, чем ближе преграда к поверхности воды. Аналогично этому подповерхностный дефект тем легче обнаружить, чем меньше глубина его залегания. 3. Количество линий поля, которые выйдут за поверхность детали и могут быть обнаружены, будет тем больше, чем сильнее намагничена деталь. Для того чтобы обнаружить поле трещины (и, следовательно, саму трещину) в феррозондовой дефектоскопии используют специальные датчики, которые называются феррозондовые преобразователи (ФП). 1.6 Феррозондовые преобразователи 1.6.1 Принцип действия Принцип действия ФП рассмотрим на примере ФП, состоящего из катушки 2 и сердечника 1 из магнитомягкого материала (рис. 1.19). Сердечник имеет обычно стержневую форму. Длина сердечника l выбирается намного больше, чем его диаметр D (l >> D). Сердечник легко намагничивается компонентой измеряемого поле параллельной его оси (размагничивающий фактор N << 1 мал), и практически не намагничивается компонентой перпендикулярной его оси (размагничивающий фактор близок к единице). Поэтому ФП используется для измерения компоненты поля, параллельной оси сердечника. Катушка 2 служит для формирования переменного магнитного поля в сердечнике 1. Измерительное напряжение Рис. 1.19 снимают с этой же катушки. Схема Будем считать, что выполняются следующие условия: одностержн - к катушке ФП подключен источник переменного тока iв(t). евого ФП Ток iв(t) не содержит четных гармоник; - переменная составляющая напряженности магнитного поля в сердечнике пропорциональна току, протекающему по обмотке возбуждения H1 (t ) k iв (t ), (1.17) где k — размерный коэффициент пропорциональности; - амплитуда переменной составляющей напряженности магнитного поля достаточна для насыщения сердечника в рабочем диапазоне значений измеряемой составляющей постоянного магнитного поля. ЭДС, наводимую в измерительной обмотке, можно найти на основе закона электромагнитной индукции 17 Учебное пособие e(t ) w dФ dB ws , dt dt (1.18) где w — число витков в измерительной обмотке, Ф — магнитный поток в сердечнике, Ф = Вs, s — площадь поперечного сечения сердечника. Предположим, что измеряемое поле Н0 и переменное поле Н1(t), перемагничивающее сердечник ФП, параллельны. Состояние сердечника ФП определяется суммарным полем H(t) = H0 +H1(t). Аппроксимируя кривую гистерезиса сердечника ФП полиномом третьей степени (рис. 1.20), запишем зависимость индукции от суммарного поля B(t) = aH(t) + bH3(t), (1.19) где а и b — положительные коэффициенты аппроксимации. При синусоидальном токе возбуждения в соответствии с (1.17) переменное поле также будет синусоидальной функцией времени H1(t) = Hm sint, Рис. 1.20 Аппроксимация петли гистерезиса сердечника ФП 1 — петля гистерезиса сердечника ФП, 2 — аппроксимирующий ее полином (1.19) (1.20) где Hm и — амплитуда и частота перемагничивающего поля Подставив (1.20) и (1.19) в (1.18) получим e(t ) wsω[сcosωt dsin 2ωt esin 3ωt ]. (1.21) где c, d, e — коэффициенты, определяемые через коэффициенты аппроксимирующей функции и напряженности измеряемого и перемагничивающего полей, 3 3 (1.22) c aH m 3bH m H 02 bH m3 ; d 3bH m2 H 0 ; e bH m3 . 4 4 Из (1.21), (1.22) следует, что информацию об измеряемом поле Н0 несут первая и вторая гармоники ЭДС. Напряжение первой гармоники сложным образом связано с измеряемым полем. Удобнее для измерения поля использовать напряжение второй гармоники (1.21): - амплитуда напряжения второй гармоники (коэффициент d) пропорциональна напряженности измеряемого поля; - напряжение второй гармоники легко отфильтровывается от других слагаемых. 18 Учебное пособие 1.6.2 Конструкция и измеряемые компоненты поля Обычно катушку с сердечником устанавливают внутри корпуса ФП. Для определенности, оси координат связывают с донышком корпуса ФП (рис. 1.21). Ось z (нормальная ось ФП) направлена из середины донышка перпендикулярно ему внутрь корпуса ФП. Ось x — (продольная ось ФП) из середины донышка параллельно ему в сторону метки, нанесенной на корпус ФП. Ось y — из середины донышка параллельно ему и перпендикулярно оси x. Если сердечник катушки расположен перпендикулярно донышку (рис. 1.22, а), ФП предназначен для измерения нормальной (Hz = Hn) по отношению к донышку компоненты поля. Если сердечник катушки расположен параллельно донышку (рис. 1.22, б), ФП предназначен для Рис. 1.21 Связь координатных осей с донышком ФП измерения продольной (Hx) по отношению к H — вектор поля, Hx, Hy, Hz — проекции вектора донышку компоненты H на координатные оси, H — проекция вектора поля. H на плоскость x0y (тангенциальная В однородном составляющая H) магнитном поле можно считать, что точка измерения находится на середине сердечника ФП. Если ФП установлен на поверхность детали (рис. 1.23), оси координат ФП оказываются привязанными к точке ее (детали) поверхности. Рис. 1.22 Расположение осей сердечников в ФП а — для измерения нормальной по отношению к донышку 2 компоненты поля; б — для измерения тангенциальной компоненты поля; 1 — сердечники катушек 19 Учебное пособие Рис. 1.23 Совмещение координатных осей ФП и детали Стержень ФП, расположенного на поверхности детали, находится, как правило, в неоднородном поле. Напряженность магнитного поля быстро убывает вдоль оси z и изменяется в направлениях осей x и y. Будем считать, что точка измерения напряженности магнитного поля, находится также на середине сердечника. Следовательно, линия измерения при перемещении (сканировании) ФП по поверхности детали будет располагаться от нее (поверхности) на расстоянии z = d + l/2, где d — толщина донышка ФП, l — длина стержня. В среднем это расстояние колеблется от 3 до 5 мм. 1.6.3 Исследование поля трещины с помощью ФП Рассмотрим подробнее магнитное поле (рис. 1.24) бесконечно длинной трещины с ровными краями на детали с плоской поверхностью бесконечных размеров. Деталь намагничена вдоль поверхности перпендикулярно трещине. Трещина вытянута вдоль оси y, которая направлена на рисунке к нам. Линия (траектория), по которой проводятся измерения, изображена пунктиром. Она проходит на расстоянии z0 от поверхности детали. 20 Учебное пособие Hz Hz H Hx Hx Hx H Hz H Hx Hx Hz H Рис. 1.24 Магнитное поле вблизи дефекта Линии напряженности магнитного поля изображены на рисунке с учетом следующих условий: - деталь намагничена однородно, линии внутри детали проведены через одинаковые интервалы; - напряженность вблизи границы раздела внутри детали и вне нее одинакова; - по мере удаления от поверхности детали напряженность падает. 21 Учебное пособие Рисунок наглядно показывает, как линии поля по мере приближения к трещине, искривляясь, огибают ее сверху и снизу. Часть линий выходит за поверхность детали, оттесняя вверх линии идущие вдоль поверхности в воздухе. Линии, вышедшие за поверхность детали и оттесненные вверх приповерхностные линии образуют нечто вроде холма, который и называется полем дефекта. При анализе составляющих поля дефекта следует учесть, что составляющая H y поля Н над деталью равна нулю. Поэтому для обнаружения поля трещины имеет смысл изучать поведение только составляющих H x и H z . Это поведение иллюстрируют векторные диаграммы в верхней части рисунка, на которых показаны векторы Н и его составляющие H x и H z для пяти (1, 2, 3, 4, 5) пронумерованных точек. Фрагменты зависимостей Hx(x) и Hz(x) изображены в нижней части рисунка. Зависимость Hz(x)=Hn(x) (эту величину часто называют нормальной по отношению к поверхности детали компонентой) справа и слева от трещины быстро достигает оси x и дальше идет, совпадая с ней, т.е. вдали от трещины Hz(x) = 0. Функции Hx(x) и Hz(x) соизмеримы по значениям в точках экстремумов и имеют вполне пригодную для поиска и идентификации дефектов форму. Следует отметить, что протяженность функций Hx(x) и Hz(x) вдоль оси x намного больше ширины трещины b. В частности, расстояние между экстремумами нормальной компоненты поля Hn(x) (при высоте линии измерения z0 = 3 мм) составляет x = 4 мм. Изменение ширины трещины от 0,1 мм до 0,5 мм на вид функции Hn(x) практически не сказывается (x остается неизменной). Однако если ширина трещины достигает 1—2 мм и она хорошо видна невооруженным глазом, вид функций Hx(x) и Hn(x) сглаживается и их приборная «заметность» снижается. На рис. 1.25 приведены поля поверхностной и подповерхностной трещин. Качественно функции Hn(x) для поверхностной и подповерхностной трещин похожи. Однако, количественно эти зависимости заметно различаются: - расстояние между экстремумами Hn(x) для подповерхностной трещины (рис. 1,25, г) заметно больше, чем для поверхностной (рис. 1,25, в). Расстояние между экстремумами подповерхностной трещины, расположенной на глубине 3мм составило 7мм; - значения функции Hn(x) в экстремальных точках для подповерхностной трещины меньше, чем для поверхностной. Это объясняется тем, что слой металла над трещиной (рис. 1,25, б) обладает гораздо меньшим сопротивлением для линий магнитного поля и тем самым препятствует их выходу за поверхность металла — «экранирует» поле трещины; - крутизна функции Hn(x) для подповерхностной трещины (рис. 1,25, г) заметно меньше, чем для поверхностной (рис. 1,25, в). 22 Учебное пособие Рис. 1.25 Сравнение полей поверхностной и подповерхностной трещин а — линии поля поверхностной трещины; б — линии поля подповерхностной трещины; в — зависимость Hz(x) для поверхностной трещины; г — зависимость Hz(x) для подповерхностной трещины 23 Учебное пособие Однако для реальной детали, имеющей конечные размеры, линии поля и зависимости Hx(x) и Hz(x) выглядят иначе (рис. 1.26). В связи с конечностью размеров детали на ее границах возникают магнитные полюса. Линии поля вблизи от границ детали искривляются (направление линий от северного полюса к южному), поэтому даже вдали от трещины Hz(x) 0, и Hx(x) const. То есть зависимости Hx(x) и Hz(x) содержат помимо сигналов от трещин еще и сигналы помех. Рис. 1.26 Линии поля и предполагаемые зависимости Hx(x) и Hz(x) для детали конечных размеров Экспериментальные зависимости Hx(x) и Hn(x) для отраслевого стандартного образца ОСО-Г-033, снятые с помощью ФП прибора Ф-205.03, приведены на рис. 1.27. Образец ОСО-Г-033 представляет собой пластину из стали 3, длиной 300 мм, шириной 36 мм и толщиной 3 мм. Трещина имеет размеры: глубина 0,8 мм, ширина 0,5 мм, длина 10 мм На рисунке видно, что в области трещины (x =150 мм) наблюдается несущественное (5—10)% приращение компоненты Hx и увеличение крутизны зависимости Hn. Выявить компоненты поля трещины, аналогичные, приведенным на рис. 1.24 и определить положение трещины с помощью рис. 1.27 невозможно. 24 Учебное пособие Рис. 1.27 Компоненты поля стандартного образца Для того чтобы найти поле трещины рассмотрим более подробно зависимость Hn(x) вблизи трещины (рис. 1.28, б). Аппроксимируя зависимость Hn(x) прямой линией (рис. 1.28, в) получим зависимость Hn(x) для бездефектной детали. Если теперь вычесть из поля детали с трещиной (рис. 1.28, б) поле детали без трещины (рис. 1.28, в), получим поле дефекта (рис. 1.28, г), аналогичное тому, что приведено на рис. 1.24. Расстояние между экстремумами функции Hn(x) (рис. 1.28, г) так же как на рис. 1.24 составляет 4 мм. Однако операции вычитания полей дефектной и бездефектной деталей на практике трудно выполнимы. Следует присмотреться повнимательнее (рис. 1.27, в и рис. 1.28, б) к изменению крутизны зависимости Hz = Hn над дефектом. Нельзя ли в качестве признака дефекта использовать увеличение крутизны зависимости Hn над дефектом? 25 Учебное пособие Рис. 1.28 Экспериментальные зависимости нормальных компонент поля стандартного образца от расстояния от его левого края а — фрагмент сечения стандартного образца в районе трещины; б — зависимость Hz = Hn; в — поле детали без трещины; г — поле трещины 1.6.4 Конструкция ФП-градиентометра Расположив в корпусе ФП две катушки с сердечниками (рис. 1.29), и включив соответствующим образом их обмотки, легко измерить разность (Hz(x2) – Hz(x1)) нормальных компонент магнитного поля намагничивающих первый и второй сердечники. Такие преобразователи называют ФП-градиентометрами. 26 Учебное пособие Показания ФП-градиентометра пропорциональны разности (Hn(x2) – Hn(x1)) нормальных компонент магнитного поля поделенной на расстояние между осями сердечников x. Эта величина называется градиентом H ( x ) H n ( x1) (1.23) G ( x) n 2 . x Расстояние между осями сердечников x называется базой ФП. Рис. 1.29 Расположение В однородном магнитном поле использование стержней 1, 2 ФП-градиентометра не имеет смысла, так как относительно донышка 3 разность (Hn(x2) – Hn(x1)) в однородном поле равна в нулю. ФП-градиентометре 1.6.5 Использование ФП-градиентометра Пример использования ФП-градиентометра для поиска поверхности ОСО-Г-033 показан на рис. 1.30. трещин на Рис. 1.30 Зависимость градиента от координаты x Как и ожидалось увеличение крутизны зависимости Hn(x) над дефектом (на координатной оси соответствует точке x = 150 мм) соответствует максимуму градиента G(x). Два максимума градиента в точках x = 75 мм и x = 225 мм вызваны изменениями сечения образца (рис. 1.30). 1.6.6 Выбор базы x для ФП-градиентометра В параграфе 1.6.2 было показано, что линия измерения ФП располагается на расстоянии z0 = 3 мм от поверхности детали. При этом расстояние между экстремумами функции Hn(x) составляет 4 мм (рис. 1.28, г). Теоретически в 27 Учебное пособие приборе (дефектоскопе) можно измерять градиент (1.23) при различных базах x. Минимальное значение x ограничено как конструктивными возможностями, так и падением измеряемого напряжения при уменьшении базы, следовательно, ухудшением соотношения сигнал/шум и достоверности выявления дефектов. Действительно, в схеме прибора измеряется напряжение пропорциональное разности (Hn(x2) – Hn(x1)) и чем больше эта разность, тем больше напряжение и тем больше соотношение сигнал/шум и достовернее выявление дефектов. Максимальное значение разности (Hn(x2) – Hn(x1)) получается (рис. 1.28, г) при x = 4мм. Именно такое значение базы имеют большинство ФП. Для деталей сложной формы (например, деталей автосцепного устройства) размеры ФП с оптимальной базой 4 мм оказываются слишком большими и ФП не контролирует переходы между поверхностями. В таких случаях идут на компромисс — уменьшают базу (до 3 мм) и размеры колпачка ФП, что снижает отношение сигнал/помеха, но позволяет контролировать деталь. 1.7 Требования к чувствительности феррозондового дефектоскопа В зависимости от размеров выявляемых поверхностных и подповерхностных дефектов, а также глубины их залегания, ГОСТ 21104 устанавливает одиннадцать условных уровней чувствительности метода, указанных в таблице 1.1. Т а б л и ц а 1 . 1 — Условные уровни чувствительности Условные уровни Минимальные размеры чувствительности выявляемых дефектов, мм Ширина Глубина А1 А2 А3 А Б В1 В Г1 Г Д1 Д Поверхностные От 0,002 до 0,005 От 0,005 до 0,012 От 0,007 до 0,15 От 0,012 до 0,020 0,1 0,2 От 0,1 до 0,2 От 0,2 до 1,0 Подповерхностные От 0,02 до 0,004 От 0,2 до 0,15 0,3 0,5 0,3 От 0,5 до 1,0 0,3 От 0,5 до 1,0 От 0,3 до 0,5 От 0,5 до 1,0 От 0,3 до 0,5 От 0,5 до 1,0 Максимальная глубина залегания дефекта, мм — 10 10 20 10 30 5 Минимальная длина выявляемого дефекта должна быть равна 2 мм. 28 Учебное пособие 2 НАМАГНИЧИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ Для феррозондового контроля деталей вагонов используется полюсный метод намагничивания, суть которого заключается в использовании устройств, полюса которых располагаются на поверхности детали таким образом, чтобы получить нужное направление силовых линий магнитного поля. Для намагничивания используются как стационарные намагничивающие устройства с электромагнитами, так и приставные с постоянными магнитами. \ Детали и узлы большого размера (например, тележки грузового или пассажирского вагона) намагничивают стационарными намагничивающими устройствами с использованием электромагнитов. Приставные намагничивающие устройства и системы используются для намагничивания сравнительно небольших деталей сложной формы (например, автосцепки), когда применение стационарных намагничивающих устройств экономически нецелесообразно, или для намагничивания участков деталей в тех направлениях, в которых намагнитить стационарными устройствами не удается. В зависимости от магнитных свойств материала деталей, шероховатости их поверхности контроль выполняют: - способом приложенного поля (СПП); - способом остаточной намагниченности (СОН). 2.1 Выбор устройства намагничивания Выбор устройства намагничивания проиллюстрируем, используя в качестве «подопытного кролика» боковую раму тележки 18-100. Отметим на раме места наиболее вероятного расположения дефектов. Магнитный поток в процессе намагничивания будем формировать так, чтобы получать над дефектами максимальные поля. Известно, что для формирования максимального поля над дефектом необходимо, чтобы линии магнитного поля были перпендикулярны плоскости дефекта. В частности, если на поверхности детали дефект можно представить в виде прямой линии, целесообразно намагничивать деталь таким образом, чтобы линии магнитного поля и эта линия были перпендикулярны. На рисунке 2.1 изображен фрагмент боковой рамы с некоторыми наиболее часто встречающимися трещинами. Сведения о местах возникновения трещин и их ориентации получают при осмотре неисправных боковых рам, а также путем анализа динамических и статических нагрузок, возникающих при эксплуатации. Трещина № 1 обычно возникает на поверхности наружного угла буксового проема, № 3 — на поверхности внутреннего угла буксового проема, № 2 — на ребре усиления над буксовым проемом, № 4 — на наклонном поясе, № 5 — на кромке ближнего к буксовому проему угла технологического окна, № 6 — на 29 Учебное пособие кромке дальнего от буксового проема угла технологического окна, № 7 — на нижнем углу рессорного проема, № 8 — на ребре усиления рессорного проема. Около трещин стрелками показаны благоприятные направления линий магнитного поля. Рисунок 2.1 — Эксплуатационные дефекты и необходимые направления линий магнитного поля (показаны стрелками) Поле, линии которого перпендикулярны всем трещинам, кроме трещины № 5, формируется, если полюса намагничивающего устройства приложить к детали так, как это показано на рисунке 2.2. Рисунок 2.2 — Намагничивание фрагмента детали с помощью магнита Перпендикулярность линий поля и трещины № 2 обеспечивается за счет того, что дефект находится на ребре жесткости и утолщение металла в этой области расщепляет магнитный поток. Вследствие этого часть линий магнитного поля ответвляется перпендикулярно линии трещины. 30 Учебное пособие В качестве магнитов, реализующих намагничивание по рисунку 2.2, используются электромагниты стационарного устройства МСН 10 (рисунок 2.3) Рисунок 2.3 Устройство электромагнитное намагничивающее МСН 10 Почему в данном случае нецелесообразно использовать переносное приставное устройство с постоянными магнитами, например, устройство типа МСН 14? Устройство МСН 10 создает в толстостенной детали — раме — поток, который позволяет выявлять не только поверхностные, но и подповерхностные дефекты. Будучи приложенным полюсами к тем же точкам, приставное устройство подобный поток обеспечить не может. Вследствие этого подповерхностные дефекты выявляться с его помощью будут недостоверно. Для выявления дефекта № 5 (см. рисунок 2.1) используется приставное намагничивающее устройство МСН 14, состоящее из постоянных магнитов и гибкого магнитопровода. При установки его полюсов, в места показанные на рисунке 2.4 в боковой раме, формируются линии магнитного поля перпендикулярны дефекту № 5. Использование приставного устройства оправдано тем, что дефект № 5 расположен в тонкостенной части детали и сравнительно малый поток постоянных магнитов создает достаточную намагниченность этой части. Контроль с использованием МСН 10 производят способом остаточной намагниченности, с использованием МСН 14 — способом приложенного поля. 31 Учебное пособие Рисунок 2.4 — Положение МСН 14 при контроле кромки угла технологического окна 3 СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ 3.1 Классификация средств контроля К средствам контроля относятся: - дефектоскопные феррозондовые установки; - дополнительные устройства. 3.1.1 Дефектоскопные феррозондовые установки Дефектоскопные феррозондовые установки включают в себя: - намагничивающие устройства; - дефектоскопы (основной и резервный); - стандартные образцы предприятия (СОП). Намагничивающие устройства подразделяются на стационарные (электромагнитные) и переносные приставные, содержащие постоянные магниты. Стационарные устройства могут намагничивать только одну деталь, т.е. являются специализированными. Приставные устройства могут намагничивать различные детали и относятся к универсальным. Как отдельные приборы феррозондовые дефектоскопы не выпускаются. Они входят или в состав дефектоскопов-градиентометров, выполняющих две функции — дефектоскопа и градиентометра, или в состав магнитоизмерительных феррозондовых комбинированных приборов, выполняющих три функции — дефектоскопа, градиентометра и полемера (измерителя напряженности магнитного поля). 32 Учебное пособие 3.1.2 Дополнительные устройства К дополнительным устройствам относятся: - градиентометр; - полемер; - зарядная станция; - компьютер; - преобразователь интерфейса Градиентометр выпускается как отдельный прибор или входит в состав дефектоскопов-градиентометров и магнитоизмерительных феррозондовых комбинированных приборов. Полемер выпускается как отдельный прибор или входит в состав магнитоизмерительных феррозондовых комбинированных приборов. 3.2 Назначение средств контроля Намагничивающие устройства, СОП и дефектоскопы входящие в состав дефектоскопных установок предназначены для намагничивания контролируемых деталей, настройки дефектоскопа перед работой и обнаружения дефектов. Дополнительные устройства предназначены для выполнения вспомогательных (сервисных) операций. Градиентометр служит для измерения градиента над дефектами СОП при контроле работоспособности СОП. Полемер служит для измерения напряженности поля на поверхности намагниченной детали при контроле работоспособности намагничивающего устройства. Зарядная станция используется для заряда аккумуляторных батарей дефектоскопов и измерителей; Компьютер используется (совместно с микропроцессорными дефектоскопами) для формирования баз данных результатов контроля за длительные промежутки времени и формирования протоколов дефектоскопирования; Преобразователь интерфейса используется, если длина кабеля, передающего данные от микропроцессорного дефектоскопа к компьютеру, превышает 1,2 метра. 3.3 Феррозондовые приборы В состав феррозондовых установок и дополнительных устройств входят феррозондовые приборы, которые имеют одну общую черту — формирование и обработка сигналов в них осуществляется с помощью ФП. К феррозондовым приборам относятся дефектоскопы, градиентометры, полемеры и их комбинации — дефектоскопы-градиентометры и дефектоскопыградиентометры-полемеры (магнитоизмерительные феррозондовые комбинированные приборы). 33 Учебное пособие Поскольку по конструкции и принципу действия феррозондовые приборы во многом подобны, их описания содержатся в одном приложении — приложении В. 4 ТЕХНОЛОГИЯ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ 4.1 Подготовка к контролю 4.1.1 Подготовка намагничивающих устройств и систем В начале смены проводят внешний осмотр и проверку работоспособности электромагнитных и приставных намагничивающих устройств и систем: - при осмотре приставных намагничивающих устройств и систем проверяют отсутствие коррозии, надежность крепления гибкого магнитопровода, цанговых зажимов, целостность кожаных чехлов. - при осмотре стационарных электромагнитных намагничивающих устройств проверяют наличие и качество заземления, целостность кабеля, соединяющего устройство с блоком питания, элементы пневмосистемы. - при проверке работоспособности электромагнитных намагничивающих устройств включают источник питания и проверяют по встроенному амперметру соответствие тока электромагнитов паспортному значению. Если ток не соответствует норме, намагничивающее устройство неработоспособно. Не реже одного раза в три месяца проводят измерение напряженности магнитного поля, создаваемого намагничивающим устройством на поверхности контролируемых деталей. 4.1.2 Подготовка дефектоскопа и СОП При подготовке выполняют следующие операции: - проводят внешний осмотр СОП; - включают питание дефектоскопа; - проверяют напряжение аккумуляторной батареи дефектоскопа; - в микропроцессорных дефектоскопах ДФ-201.1, Ф-205.03, Ф-205.30А устанавливают состояние обнаружение дефектов и измерение градиента; - для проверки работоспособности дефектоскопа располагают его ФПградиентометр над дефектом СОП так, чтобы его нормальная ось была перпендикулярна поверхности образца, а продольная — параллельна линиям магнитного поля. На рисунке 4.1 показана ориентация ФП. Для наглядности ФП изображен в стороне от дефекта; - устанавливают минимальную чувствительность (максимальный порог) дефектоскопа. Индикаторы дефектов не должны срабатывать. Устанавливают максимальную чувствительность (минимальный порог) дефектоскопа. Индикаторы дефектов должны срабатывать. Если это не так, дефектоскоп неработоспособен; - перемещая ФП над дефектом, фиксируют его в положении, при котором наблюдается максимальное значение градиента. Это значение не должно 34 Учебное пособие отличаться более, чем на 15 % от того, что записано в паспорте на стандартный образец. Если отличие больше, дефектоскоп не работоспособен; Для настройки дефектоскопов ДФ-103, ДФ105, ДФ-201.1: - включают питание дефектоскопа; - перемещая ФП над дефектом СОП, фиксируют его в положении, при котором наблюдается максимальное значение градиента; - изменяя чувствительность дефектоскопа от минимальной к максимальной (или порог от максимального к минимальному), устанавливают значение чувствительности (порога), при котором начинают Рисунок 4.1 — Ориентация осей ФП на поверхности СОП срабатывать индикаторы дефектов. Приборы Ф-205.03, Ф-205.30А можно настроить вручную или автоматически по сигналу дефекта. При настройке порога вручную - включают питание прибора; - устанавливают состояние обнаружение дефектов и измерение градиента; - перемещая ФП над дефектом СОП, фиксируют его в положении, при котором наблюдается максимальное значение градиента; - изменяя порог от максимального к минимальному, устанавливают значение порога, при котором начинают срабатывать индикаторы дефектов. При настройке порога по сигналу дефекта: - устанавливают состояние обнаружение дефектов и измерение градиента; - устанавливают ФП на поверхность СОП в стороне от дефекта, как это показано на рисунке 4.1; - нажимают кнопку КАЛИБР. и проводят два — три раза ФП по поверхности образца над дефектом и снова нажимают кнопку КАЛИБР.. Особенности настройки и работы с прибором Ф-205.03 показаны в приложении В. 4.1.3 Подготовка деталей Подготовку деталей к контролю рассмотрим на примере тележки модели 18-100. 35 Учебное пособие Поступившую в ремонт тележку проверяют на соответствие сроков службы деталей и при положительном результате разбирают на раму тележки и колесные пары. Колесные пары направляют в вагоноколесные мастерские на ремонт в соответствии с действующей нормативно-технологической документацией. Перед визуальным осмотром контролируемых деталей рама тележки проходит операцию мойки и очистки от загрязнений. Визуальному осмотру подвергаются все поверхности боковой рамы и надрессорной балки. С помощью шаблонов проверяют нормированные геометрические размеры. Выявленные повреждения отмечают мелом. Детали, имеющие повреждения не подлежащие ремонту, бракуют. Прочие детали устанавливают на электромагнитное намагничивающее устройство дефектоскопной феррозондовой установки. В зависимости от применяемой технологии намагничивание может осуществляться в составе рамы тележки или подетально. После намагничивания боковых рам и надрессорной балки в составе рамы тележки все доступные зоны контроля дефектоскопируют непосредственно на электромагнитном намагничивающем устройстве МСН 10 в замкнутой магнитной цепи, а недоступные зоны — после разборки тележки на отдельные детали, без их дополнительного намагничивания. Отдельные детали контролируют на любой ремонтной позиции. Если тележка перед контролем разбирается полностью, намагничивание и контроль производят в замкнутой магнитной цепи подетально: боковую раму — на намагничивающем устройстве МСН 32, надрессорную балку — на намагничивающем устройстве МСН 31. Феррозондовый контроль выполняют в зонах деталей, где чаще всего образуются дефекты. Конструкция намагничивающих устройств разработана таким образом, чтобы эти зоны намагничивались до необходимого уровня, а линии магнитного поля в зонах контроля были перпендикулярны плоскости вероятного развития эксплуатационных дефектов. 4.2 Сканирование и обнаружение дефектов ФП устанавливают на поверхность детали в зоне контроля и плавно перемещают (сканируют поверхность детали) так, чтобы его нормальная ось была перпендикулярна контролируемой поверхности, а продольная — параллельна линиям магнитного поля. Сканирование осуществляют без перекосов, наклонов и отрывов ФП от поверхности детали. Шаг сканирования от 5 до 15 мм. Скорость сканирования не должна превышать 8 см/с1. При срабатывании индикаторов дефекта дефектоскопа выполняют следующие операции: - проводят преобразователем по месту появления сигнала; 1 Для увеличения производительности контроля желательно перемещать ФП с максимальной скоростью. Однако при очень большой скорости возможен пропуск дефектов. Поэтому ГОСТ 21104—75 нормирует протяженность участка, на протяжении которого сигнал, вызванный дефектом, составляет не менее 50 % от максимального. Длина этого участка в стандарте называется зоной чувствительности. 36 Учебное пособие - находят точку поверхности, соответствующую максимуму показаний стрелочного или цифрового индикатора, и отмечают ее мелом; - выполняют преобразователем параллельные перемещения с шагом 5—8 мм слева и справа (выше и ниже) от отметки, фиксируя мелом точки поверхности, соответствующие максимумам показаний индикатора. Параллельные перемещения проводят до прекращения срабатывания индикаторов дефекта. Если отметки образуют линию, осматривают отмеченный участок, чтобы убедиться в наличии трещины. Если трещина визуально не обнаруживается, выполняют следующие операции: - зачищают отмеченный участок металлической щеткой; - осматривают зачищенный участок с помощью лупы и переносной лампы. Если после зачистки щеткой трещина не обнаруживается, выполняют следующие операции: - зачищают отмеченный участок ручной шлифовальной машинкой до удаления литейных неровностей; - сканируют зачищенный участок с помощью ФП. При исчезновении сигналов индикаторов делают заключение об отсутствии дефекта. Если индикаторы дефектоскопа продолжают срабатывать, оценивают направление и протяженность обнаруженного дефекта, чтобы сравнить с критериями браковки детали. Следует исключать из рассмотрения сигналы индикаторов дефектоскопа: - не подтверждающиеся при параллельных проходах ФП; - вызванные неоднородностью магнитного поля, обусловленной конструкцией детали (острые кромки, выступы, ступенчатое сечение и т.д.); - в зоне магнитного пятна (на участках размещения полюсов магнитов); - появляющиеся при пересечении границы зоны наклепа («выработки»). Итак: - при сканировании продольная ось ФП должна быть параллельна линиям магнитного поля, а нормальная — перпендикулярна контролируемой поверхности детали; - шаг сканирования (расстояние между линиями, по которым перемещают ФП) определяется протяженностью возможного дефекта и размерами основания ФП. Обычно шаг выбирается в пределах от 5 до 15 мм; - дефект (трещина) имеет протяженность, поэтому при параллельных проходах по срабатыванию индикаторов дефекта можно оценить направление развития и длину трещины. Если при параллельных проходах срабатываний индикаторов не происходит, трещина отсутствует; - вблизи полюсов магнитов возникают неконтролируемые зоны (зоны магнитных пятен) протяженностью до 100 мм. Феррозондовый контроль следует выполнять до ремонта деталей сваркой (наплавкой). Если возникает необходимость контроля после сварки (наплавки), деталь следует охладить и вновь намагнитить перед контролем. 37 Учебное пособие 5 КОНТРОЛЬ ОТДЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ В приведенных ниже примерах контроля деталей вагонов, линии сканирования показаны пунктиром. 5.1 Контроль боковой рамы Контроль боковой рамы в составе рамы тележки, установленной на намагничивающее устройство МСН 10, заключается в сканировании с помощью ФП следующих зон: - наружного и внутреннего угла буксового проема с шагом от 5 до 8 мм; - кромки, полки и ребра усиления верхнего пояса над буксовыми проемами; - наклонного пояса с обеих сторон боковой рамы с шагом от 5 до 8 мм; - кромок технологических отверстий. С помощью рисунка 2.2 рассмотрим, какие из возможных эксплуатационных дефектов мы сможем выявить? Боковая рама намагничена с помощью устройства МСН 10 так, что линии магнитного поля проходят перпендикулярно плоскостям, в которых расположены дефекты с номерами 1, 3, 4, 6, 7, 8. Обратите внимание на то, что линии проходят и по ребру усиления перпендикулярно дефекту с номером № 2. Поэтому при контроле ребра усиления продольная ось ФП должна быть параллельна граням кромки ребра. Дефект с номером № 5 может быть расположен так, что линии его не пересекают. Именно поэтому, после разборки тележки на отдельные детали, боковую раму намагничивают вновь с помощью приставного намагничивающего устройства МСН 14, как это было показано на рисунке 2.4, и контролируют кромки ближнего к буксовому проему угла технологического отверстия. Участки боковой рамы, недоступные для контроля в составе рамы тележки, контролируют после разборки тележки на любой ремонтной позиции без дополнительного намагничивания: - верхние и нижние углы рессорного проема с шагом от 5 до 8 мм; - кромки ребер усиления рессорного проема. Следует заметить, что иногда намагниченность в зоне наружного угла буксового проема боковой рамы слишком велика и контроль затруднен из-за наличия ложных сигналов индикаторов дефектоскопа. Это объясняется тем, что при движении поезда на электровозной тяге происходит спонтанное (самопроизвольное) намагничивание деталей тележки и автосцепного устройства. В режиме тяговых токов и при рекуперативном торможении часть тока замыкается на рельсы не через колёса электровоза, а через колёса ближайших к локомотиву вагонов. Ток проходит через детали автосцепного устройства и тележки вагонов и намагничивает их. Но при движении поезда возникают вибрации узлов и деталей подвижного состава, что приводит к размагничиванию деталей. Процессы намагничивания и размагничивания при 38 Учебное пособие движении поезда происходят непрерывно, поэтому величина намагниченности деталей подвижного состава, поступающих на ремонт, непредсказуема. В случае появления ложных сигналов индикаторов в наружном углу буксового проема рекомендуется с помощью соответствующего тумблера блока питания намагничивающего устройства МСН 10 отвести полюсные замыкатели на время от 15 до 20 сек. и вновь подвести их (замкнуть магнитную цепь). Повторить сканирование наружного угла буксового проёма. 5.2 Контроль надрессорной балки При контроле надрессорной балки в составе рамы тележки выполняют сканирование следующих зон: - верхнего пояса с шагом от 5 до 15 мм; - кромок технологических отверстий; - опорной поверхности подпятника: радиально и по окружностям с шагом от 5 до 8 мм (рисунок 5.1); - кромок наружного и внутреннего буртов подпятника; - галтельного перехода от наружного бурта подпятника к верхнему поясу: радиально с шагом от 5 до 8 мм и по окружности; - переходов от верхнего пояса балки к опорам скользунов; Рисунок 5.1 — Контроль - боковых стенок с шагом от 5 до 15 подпятника мм; - нижнего пояса с шагом от 5 до 8 мм. На рисунке 5.2 изображены линии магнитного поля и эксплуатационные дефекты надрессорной балки. Дефекты с номерами 1—10 надежно выявляются при контроле в составе рамы тележки. Дефекты вида 11 на наклонных плоскостях следует выявлять после разборки тележки. Дефектоскопирование нижнего пояса надрессорной балки рекомендуется проводить в замкнутой магнитной цепи на намагничивающем устройстве МСН 10. Если доступ к нижнему поясу балки затруднен, допускается контролировать эту зону на любой технологической позиции ремонта, в том числе и на кантователе, после намагничивания и разборки тележки, т.е. в открытой магнитной цепи (без дополнительного намагничивания). 39 Учебное пособие Рисунок 5.2 — Направление линий магнитного поля и расположение эксплуатационных дефектов надрессорной балки 5.3 Контроль деталей автосцепного устройства Автосцепное устройство состоит из деталей сложной формы. Для выявления возможных дефектов детали приходится намагничивать по различным направлениям с помощью приставных намагничивающих устройств и систем. При контроле деталей автосцепного устройства следует учитывать следующие особенности: - при намагничивании с помощью систем МСН 11-01 и устройства МСН 12-01 в месте установки каждого полюсного наконечника образуется магнитное «пятно» протяженностью до 100 мм. Зона контроля заключается между полюсными наконечниками, исключая магнитные пятна; - при предшествующем феррозондовому контролю визуальном осмотре следует отмечать участки поверхности деталей, имеющие повреждения (допускаемые литейные пороки, ремонтные сварные швы), способствующие зарождению и развитию усталостных трещин. Путем регулирования межполюсного расстояния намагничивающих устройств и систем необходимо добиваться, чтобы указанные участки были включены в зоны контроля; - при контроле тяговых хомутов необходимо переставлять полюсные наконечники таким образом, чтобы на одну и ту же тяговую полосу устанавливался один и тот же полюсный наконечник. 40 Учебное пособие Для контроля автосцепного устройства к дефектоскопу подключают ФП с базой 3 мм. 5.3.1 Контроль корпуса автосцепки Дефектоскоп настраивают с помощью СОП-НО-023. Шаг сканирования устанавливают 5—8 мм. Ответственные зоны корпуса автосцепки контролируют дефектоскопом с увеличенной по отношению к настроенной на стандартном образце чувствительностью. С помощью намагничивающих систем МСН 11-01 (рисунок 5.3) контролируют следующие зоны корпуса автосцепки: - кромку отверстия для клина тягового хомута; - перемычку хвостовика автосцепки; - четыре плоскости хвостовика; - переходы от головы корпуса к плоскостям хвостовика (с увеличенной чувствительностью дефектоскопа). Контроль выполняют после удаления систем МСН 11-01 способом остаточной намагниченности. С помощью намагничивающего устройства МСН 12-01 с увеличенной чувствительностью дефектоскопа контролируют следующие зоны: - кромки отверстия для замка и замкодержателя; - переход от ударной поверхности к боковой стенке большого зуба; - переход от боковой стенки к тяговой поверхности большого зуба; - кромки контура большого зуба. Рисунок 5.3 — Положение МСН 11-01 на корпусе автосцепки и направление линий магнитного поля Положение МСН 12-01 на поверхности зева корпуса автосцепки показано на рисунках 5.4 и 5.5. Там же показаны линии магнитного поля и некоторые линии сканирования. Контроль выполняют способом приложенного поля. Эксплуатационные дефекты корпуса автосцепки показаны на рисунке 5.6. Легко убедиться, что направление линий магнитного поля (см. рисунки 5.4, 5.5,) и плоскости расположения дефектов практически всегда перпендикулярны. 41 Учебное пособие Рисунок 5.4 — Положение МСН 12-01 и направление линий магнитного поля при контроле кромки контура Рисунок 5.5 — Направление линий магнитного поля при контроле кромок большого зуба отверстия для замка и замкодержателя Рисунок 5.6 — Эксплуатационные дефекты корпуса автосцепки 5.3.2 Контроль тягового хомута Дефектоскоп следует настраивать с помощью СОП-НО-022. Шаг сканирования устанавливают 5—8 мм. С помощью намагничивающего устройства МСН 12-01 контролируют следующие зоны хомута автосцепного устройства: - тяговые полосы; - кромки задней опорной части; - переходы от тяговых полос к задней опорной части; - кромки соединительных планок; - переходы от приливов отверстий для клина к тяговым полосам; - переходы от тяговой полосы к ушкам для болтов. Контроль выполняют способом приложенного поля. В качестве тренировки попробуйте самостоятельно изобразить направления линий магнитного поля при положениях МСН 12-01, показанных на рисунках 5.7, 5.9—5.11 и оценить под какими углами линии пересекают эксплуатационные дефекты (рисунок 5.12). 42 Учебное пособие L/2 Рисунок 5.7 — Положение МСН 12-01 при контроле внешних сторон и кромок тяговых полос L Рисунок 5.8 — Контроль внешних поверхностей тяговых полос Рисунок 5.9 — Контроль кромок задней опорной части, внутренних сторон и переходов к задней опорной части тяговых полос Рисунок 5.10 — Контроль соединительных планок, внутренних сторон тяговых полос и переходов от приливов отверстия для клина к тяговым полосам L/4 43 Учебное пособие L/4 Рисунок 5.11 — Контроль переходов от ушек для болтов к тяговой полосе Рисунок 5.12 — Эксплуатационные дефекты тягового хомута 5.4 Контроль дисков колес Феррозондовый контроль дисков цельнокатаных колес пассажирских вагонов осуществляют с помощью двух приставных намагничивающих устройств МСН 14 способом приложенного поля. Предварительно очищают колесо от загрязнений и отслаивающейся окалины. Осматривают колесо, чтобы убедиться в отсутствии неустранимых дефектов. Дефектные колеса бракуют. На колесе отмечают мелом места установки полюсов намагничивающих устройств МСН 14 (рисунок 5.13). 44 Учебное пособие Рисунок 5.14 — Положение МСН 14 на Рисунок 5.13 — Разметка внутренней грани обода колеса колеса Намагничивающие устройства МСН 14 устанавливают на внутреннюю грань обода колеса, как показано на рисунке 5.14. Обратите внимание на порядок чередования полюсов намагничивающих устройств. Такой порядок необходим для того, чтобы намагнитить как можно больше элементов колеса. При этом, направление силовых линий магнитного поля практически перпендикулярно плоскости эксплуатационных дефектов. Наружную грань обода колеса контролируют, как показано на рисунке 5.15. Количество проходов определяется толщиной обода и может изменяться от 2 до 10 при шаге сканирования 5—8 мм. Приободную зону наружной поверхности Рисунок 5.15 — Контроль диска шириной (50—100) мм от обода колеса наружной грани обода контролируют в соответствии с рисунком 5.16. колеса Переход от ступицы к диску контролируют в соответствии с рисунком 5.17. Рисунок 5.16 — Контроль Рисунок 5.17 — Контроль перехода от приободной зоны диска колеса ступицы к диску 45 Учебное пособие При срабатывании индикаторов дефекта дефектоскопа над какой-либо точкой контролируемой поверхности выполняют следующие операции: - проводят преобразователем по месту появления сигнала; - находят точку максимума по показаниям цифрового индикатора и отмечают ее мелом; - выполняют преобразователем параллельные проходы с шагом 5 мм слева и справа (выше и ниже) от отметки, фиксируя мелом точки максимумов. Параллельные проходы производят до прекращения срабатывания индикаторов дефекта. Если отметки образуют линию, колесо бракуют. Если отметки не образуют линию, выполняют следующие операции: - устанавливают один полюс намагничивающего устройства на внутреннюю поверхность обода вблизи отметки, а второй полюс — на среднюю часть оси около ступицы в соответствии с рисунком 5.18; - выполняют преобразователем параллельные проходы с шагом 5 мм слева и справа (выше и ниже) от отметки в зоне шириной не менее Рисунок 5.18 — Положение МСН 14 200 мм, фиксируя мелом точки максимумов (рисунок 5.19). при контроле вблизи отметки Параллельные проходы предполагаемого дефекта производят до прекращения срабатывания индикаторов дефекта. Если отмеченные точки образуют линию, колесо бракуют. Отслаивающаяся окалина на диске колеса может давать ложные сигналы. Такой участок необходимо зачистить до удаления окалины и проконтролировать вновь. Допускается контролировать поверхность катания колеса прибором Ф-205.30А с обязательной записью магнитных характеристик над контролируемой Рисунок 5.19 — Зоны поверхностью и последующей их контроля колеса вблизи визуализацией на персональном компьютере. отметок 46 Учебное пособие ПРИЛОЖЕНИЕ А НАМАГНИЧИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ А.1 Общие сведения Намагничивающие устройства являются составной частью феррозондовых дефектоскопных установок и предназначены для создания магнитного потока в контролируемом объекте или в его отдельных участках. Намагничивающие устройства подразделяются на стационарные электромагнитные и приставные, содержащие постоянные магниты. Область применения каждого устройства определяется Руководящим документом РД 32.149-2000 «Феррозондовый метод неразрушающего контроля деталей вагонов». Электромагнитные стационарные намагничивающие устройства предназначены: - МСН 10 для намагничивания боковых рам и надрессорных балок в составе рамы тележек 18-100 грузовых вагонов; - МСН 10-03 для намагничивания боковых рам и надрессорных балок в составе рамы тележек 18-493 грузовых вагонов; - МСН 21 для намагничивания рам и надрессорных балок тележек КВЗ-ЦНИИ и КВЗ-5 пассажирских вагонов; - МСН 22 для намагничивания рам и надрессорных балок тележек ЦМВ и КВЗ-И2 пассажирских и рефрижераторных вагонов; - МСН 31 для намагничивания надрессорных балок тележек 18-100 и 18-493 грузовых вагонов при контроле подетально; - МСН 32 для намагничивания боковых рам тележек 18-100 и 18-493 грузовых вагонов при контроле подетально. Для намагничивания некоторых участков деталей в направлениях, которые не могут быть созданы стационарными устройствами, используют приставные устройства и системы с постоянными магнитами: - МСН 11, МСН 11-02, МСН 11-03 для намагничивания деталей тележки модели 18-102 и соединительной балки тележки модели 18-101; - МСН 11-01 для намагничивания корпуса автосцепки; - МСН 12-01 для намагничивания тягового хомута автосцепного устройства и зева корпуса автосцепки; - МСН 14 для намагничивания участков боковой рамы тележек моделей 18-100 и 18-493 и цельнокатаных колес. А.2 Электромагнитные устройства Электромагнитные устройства применяются для намагничивания деталей тележек грузовых, пассажирских и рефрижераторных вагонов. Устройства поставляются совместно с блоками питания. В настоящее время выпускаются электромагнитные устройства следующих типов: МСН 10 (МСН 10.03), МСН 21, МСН 22, МСН 31 и МСН 32. 47 Учебное пособие Электромагнитное устройство МСН 10 вместе с установленной на него рамой тележки 18-100 грузового вагона показано на рисунке 2.3. Устройство МСН 10 предназначено для контроля деталей тележек грузовых вагонов способом остаточной намагниченности. При контроле детали способом остаточного намагничивания по обмотке электромагнитов ток заданного значения протекает в течение требуемого времени, а затем автоматически выключается. Блок питания МБП 9617, используемый с электромагнитным устройством МСН 10, имеет устройство контроля замыкания магнитной цепи. При недопустимо больших воздушных зазорах загорается красным светом индикатор ЗАМЫКАТЕЛИ МАГНИТНОГО ПОТОКА блока питания. После этого расположение детали должно быть изменено таким образом, чтобы магнитный контакт между ней и полюсами электромагнитов был бы приемлемым. Устройства электромагнитные намагничивающие МСН 21 (рисунок А.1), МСН 22 (рисунок А.2), МСН 31 (рисунок А.3) и МСН 32 предназначены для контроля деталей способом приложенного поля. а) 1 3 2 4 5 б) 6 7 8 9 2 4 Рисунок А.1 — Устройство электромагнитное намагничивающее МСН 21 48 Учебное пособие Рисунок А.2 — Устройство электромагнитное намагничивающее МСН 22 Рисунок А.3 — Устройство электромагнитное намагничивающее МСН 31 А.3 Приставные устройства с постоянными магнитами Приставные устройства выполняются в переносном исполнении, что позволяет контролировать отдельные зоны, не перемещая деталь. Расстояние между полюсами можно изменять, используя особенности конструкции устройства. Устройства с постоянными магнитами приведены на рисунках А.4—А.7. В намагничивающих системах МСН 11, МСН 11-01 кассеты с постоянными магнитами можно перемещать по магнитопроводу ослабив цанговые зажимы. В приставных намагничивающих устройствах МСН 12-01 и МСН 14 смещение полюсов возможно благодаря применению гибкого магнитопровода. 49 Учебное пособие Рисунок А.5 — Намагничивающая система МСН 11-01 Рисунок А.4 — система МСН 11 Рисунок А.6 приставное МСН 12-01 50 Намагничивающая — Устройство Рисунок А.7 — Устройство приставное намагничивающее намагничивающее МСН 14 Учебное пособие ПРИЛОЖЕНИЕ Б ФЕРРОЗОНДОВЫЕ ПРИБОРЫ Феррозондовые приборы — это: полемеры (измерители напряженности магнитного поля); градиентометры (измерители градиента напряженности магнитного поля); дефектоскопы-градиентометры (дефектоскопы + градиентометры); магнитоизмерительные феррозондовые комбинированные приборы (дефектоскопы + градиентометры + полемеры). Приборы относятся к средствам измерения и периодически поверяются. В состав каждого прибора входит ФП, поэтому раздел начинается с характеристик ФП. Б.1 Феррозондовые преобразователи Феррозондовые преобразователи, используемые при контроле и измерениях параметров магнитного поля, приведены в таблице Б.1. Таблица Б.1 — Обозначение и характеристики Обозначение МДФ-9405.30 МДФ-9405.130 МДФ-9405.3002 МДФ9405.130-01 МПФ 205 МПФ 206 МПФ 207 Наименование по конструкторской документации Преобразователь феррозондовый Р2/3 Нг Преобразователь феррозондовый Р2/4 Нг Преобразователь феррозондовый Р2/3 Тп Преобразователь феррозондовый Р2/4 Нп Преобразователь феррозондовый Р2/5 Тп Преобразователь феррозондовый Р2/5 Нп Преобразователь феррозондовый Р2/7 Измеряемая величина База , мм Градиент Gz(x) 3 Градиент Gz(x) 4 Поле Hx до 3 000 А/м Поле Hz до 3 000 А/м Поле Hx до 25 000 А/м Поле Hz до 25 000 А/м Градиент Gz(z) 3 4 5 5 7 ФП МДФ-9405.30 (имеет фаски на основании — база 3 мм), служит для контроля деталей сложной геометрической формы с малыми радиусами закруглений, такими как корпус автосцепки. ФП МДФ-9405.130 (без фасок на основании — база 4 мм) служит для контроля деталей с протяженными поверхностями, такими как надрессорная балка, боковая рама. ФП МПФ 207 измеряет градиент проекции поля на ось z по этой же оси. ФП МДФ-9405.30-02 и МПФ 205 служат для измерения проекции поля Hx(x). 51 Учебное пособие ФП МДФ-9405.130-01 и МПФ 206 служат для измерения проекции поля Hz(x). Б.2 Полемеры Б.2.1 Измеритель напряженности магнитного поля МФ-107 (МФ-107А) Измеритель МФ-107 (рис. Б.1) предназначен для измерения напряженности постоянного магнитного поля. Основные технические характеристики прибора представлены в таблице Б.2. Таблица Б.2 Наименование характеристики Диапазон измерения магнитного поля, А/м Класс точности Номинальное напряжение аккумуляторной батареи, В Ток потребления, мА, не более Габаритные размеры в чехле, мм, не более Масса, кг, не более Значение характеристики ± 40—180 160—1800 10/1 9,6 35 14018266 1,95 1 — Корпус электронного блока; 2 — звуковой индикатор; 3 — аккумуляторная батарея; 4, 5 — феррозондовые преобразователи Рис. Б.1 — Измеритель напряженности магнитного поля МФ-107А Укомплектован ФП-полемерами двух типов: ФП МДФ 9405.130-01 для измерения нормальной (Нn) составляющей вектора напряженности магнитного поля; ФП МДФ 9405.30-02 для измерения тангенциальной (Нt) составляющей вектора напряженности магнитного поля. Питание измерителя осуществляется от сменной аккумуляторной батареи. 52 Учебное пособие Б.2.2 Измеритель напряженности магнитного поля МФ-207 Прибор (рис. Б.2) предназначен для измерения напряженности постоянного и переменного магнитного поля (далее — «поля») на поверхностях деталей и в свободном пространстве. 1 — дисплей; 2 — ПП; 3 — клавиатура управления прибором Рис. Б.2 — Измеритель напряженности магнитного поля МФ-207 Основные таблице Б.3. технические характеристики прибора представлены в 53 Учебное пособие Таблица Б.3 Наименование параметра Диапазон показаний напряженности магнитного поля (постоянного и переменного), А/м Диапазон измерения напряженности магнитного поля (постоянного и переменного), А/м Пределы Д допускаемой основной относительной погрешности2 измерения напряженности магнитного поля, % (НK — верхний предел измерения напряженности магнитного поля, Н — измеренное значение напряженности магнитного поля; f — частота переменного магнитного поля, Гц) Диапазон измерения частоты переменного магнитного поля, Гц Пределы допускаемой основной погрешности измерения частоты переменного магнитного поля, Гц. Номинальное напряжение аккумуляторной батареи, В Ток потребления, мА, не более Продолжительность непрерывной работы прибора без подзарядки аккумуляторной батареи, ч, не менее Напряжение аккумуляторной батареи, при котором срабатывает схема контроля разряда, В Длительность заряда батареи, ч, не более Габаритные размеры прибора (в чехле), мм, не более Габаритные размеры прибора, упакованного в чемодан, мм, не более Масса прибора (в чехле), кг, не более Значение (0—300 000) ±(10—300 000); H f 5 0,25 k 1 1 . H 1600 Нк принимает следующие значения: Hк = 200 А/м при 10 А/м Н 200 А/м Hк = 2500 А/м при 200 А/м Н 2500 А/м Hк = 25 000 А/м при 2500 А/мН25000 А/м Hк = 300 000 А/м при 25000 А/м Н 300000 А/м 5—800 ±3 9,6 60 15 8,5±0,2 15 14021060 420600140 1,1 Предел допускаемой дополнительной погрешности, обусловленной отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной до любого значения в пределах температур, соответствующих рабочим условиям применения, равен 2,5% на каждые 5С. 2 54 Учебное пособие Укомплектован преобразователем поля (ПП). Назначение ПП – преобразование сигнала поля в напряжение. В корпусе ПП размещены: феррозондовый преобразователь (ФП) и датчик Холла (ДХ). Питание электронного блока осуществляется от сменной аккумуляторной батареи. В приборе предусмотрено автоматическое отключение питания при разряде аккумуляторной батареи ниже допустимого значения. Б.3 Измеритель градиента напряженности магнитного поля ГФ-105 Рис. Б.3 — Измеритель градиента напряженности магнитного поля ГФ-105 Аналоговый прибор. Предназначен для измерения градиента напряженности постоянного магнитного поля. Укомплектован ФП МДФ 9405.130. Технические характеристики представлены в таблице Б.4 Таблица Б.4 Наименование характеристики Диапазоны показаний, А/м2 Диапазоны измерений, А/м2 Класс точности при измерении градиента напряженности магнитного поля Номинальное напряжение аккумуляторной батареи, В Номинальная емкость аккумуляторной батареи, А-ч, не менее Потребляемый ток, не более, мА Габариты, мм, не более Масса, кг, не более Величина 0—20 000 и 0—200 000 200—18 000 и 14 000—180 000 5/0,5 9,6 0,55 35 112 0,9 55 Учебное пособие Б.4 Дефектоскоп-градиентометр феррозондовый ДФ-201.1А Дефектоскоп-градиентометр ДФ-201.1А (рис. Б.4) зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 15914-99 сертификат утверждения типа средств измерений RU.C.27.058.A № 7031. Дефектоскоп совмещает в себе функции порогового дефектоскопа и измерителя. Предназначен для обнаружения дефектов в намагниченных ферромагнитных деталях, в том числе в сварных конструкциях, и измерения напряженности3 и градиента напряженности постоянного магнитного поля (далее — «поля» и «градиента») на поверхности деталей и в свободном пространстве. Рис. Б.4 — Электронный блок дефектоскопа-градиентометра ДФ-201.1А При выявлении дефектов осуществляет запоминание в оперативной памяти (ОЗУ) технологической информации о контролируемом объекте (номер завода изготовителя вагона, номер вагона, номер детали, тип дефекта, его характеристики и т. д.). 3 56 Измеряется тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля Учебное пособие Дефектоскоп снабжен двумя ФП. Назначение ФП-градиентометра — преобразование в сигнал градиента напряженности магнитного поля и индикация дефекта. Назначение ФП-полемера — преобразование в сигнал тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля. Дефектоскоп-градиентометр ДФ-201.1А позволяет выявлять дефекты, соответствующие условным уровням чувствительности А, Б, Д по ГОСТ 21104. Технические характеристики дефектоскопа представлены в таблице Б.5. Таблица Б.5 Наименование параметра Диапазон показаний градиента, А/м2 Диапазон измерений градиента, А/м2 Пределы Д допускаемой основной относительной погрешности измерения градиента напряженности постоянного магнитного поля, % (GK — верхний предел измерения градиента напряженности, G — измеренное значение градиента напряженности) Диапазон показаний поля, А/м Диапазон измерений поля, А/м Пределы Д допускаемой основной относительной погрешности измерения напряженности постоянного магнитного поля, % (HK — верхний предел измерения напряженности, H — измеренное значение напряженности) Значение ± (0 – 250 000) ± (1 000 – 200 000) G 10 0,01 к 1 G ± (0 – 4 000) ± (30 – 3 000) Hк 10 0,05 1 H Б.5 Магнитоизмерительный феррозондовый комбинированный прибор Ф-205.30А Микропроцессорный прибор. Предназначен для выявления дефектов (усталостных трещин, недопускаемых литейных пороков, дефектов сварных швов) и измерения напряженности и градиента напряженности магнитных полей. Укомплектован ФП МДФ 9405.30, ФП МДФ 9405.30-02, МДФ 9405.130, ФП МДФ 9405.130-01. При выявлении дефектов осуществляет запоминание в оперативной памяти (ОЗУ) технологической информации о контролируемом объекте (номер завода изготовителя вагона, номер вагона, номер детали, тип дефекта, его характеристики и т. д.). Реализует функцию последовательной записи значений градиента или поля с заданным пространственным интервалом. Для этого в прибор введено 57 Учебное пособие устройство указания (манипулятор — МУМ 025), с помощью которого можно выполнить запись характеристик поля с шагом 1 мм. Рис. Б.6 — Прибор Ф-205.30А Технические характеристики прибора представлены в таблице Б.6. Таблица Б.6 Наименование параметра Диапазон показаний напряженности постоянного магнитного поля, А/м Диапазон измерений напряженности постоянного магнитного поля, А/м Класс точности при измерении напряженности магнитного поля Диапазон показаний градиента напряженности постоянного магнитного поля, А/м2 Диапазон измерений градиента напряженности постоянного магнитного поля, А/м2 Класс точности при измерении градиента напряженности магнитного поля 58 Значение ± (0—4 000) ± (30—3 000) 10/0,05 ± (0—250 000) ± (1 000—150 000) 10/0,01 Учебное пособие ПРИЛОЖЕНИЕ В СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ ПРЕДПРИЯТИЯ Стандартные образцы предприятий (СОП) предназначены для настройки дефектоскопов перед проведением контроля деталей подвижного состава. СОП (рис. В.1) содержит пластину размерами 3004010 из стали 20 ГФЛ или стали 3 с нанесенным на нее искусственным дефектом. Пластина является частью замкнутой магнитной системы, включающей магнитопроводы и постоянные магниты. МАГНИТНЫЙ ПОТОК Рис. В.1 — СОП Номинальное значение градиента над дефектом СОП приведено в таблице В.1. Таблица В.1 Погрешность Наименование образца воспроизведения градиента, % СОП-НО-021 6 500 5 СОП-НО-022 10 500 5 СОП-НО-023 12 000 5 СОП-НО-024 6 500 5 СОП-НО-025 6 500 5 СОП-НО-026 8 000 5 СОП-НО-027 8 000 5 Для СОП, имеющих три искусственных дефекта, в таблице В.1 приведено минимальное значение градиента из трех, измеренных над дефектами. Номинальное значение градиента, А/м2 59
