CC BY
149
УДК 658.562.012.7
Ю.А. Коваль, А.Е. Айтпаева, Ж.М. Ыксан
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
В статье приведен анализ современных методов неразрушающего контроля качества металлических материалов и изделий, недостатки и преимущества, позволяющие судить о степени применения в производственных условиях с учётом основных эксплуатационных свойств металлических изделий.
Основная задача любой системы контроля - выявление дефектов и определение пределов прочности и надежности. Дефекты могут возникнуть в результате ошибки при конструировании, производстве или эксплуатации: дефекты литья, усталостное разрушение, атмосферная коррозия, изнашивание сопряжённых деталей, дефекты при нанесении покрытий, дефекты неразъемных соединений металла и так далее.
В каждом конкретном случае применяются специальные методики, позволяющие определить степень влияния дефекта на качество изделия: насколько уменьшится надежность, рабочие характеристики, как изменятся сроки и условия эксплуатации, или дефект является критичным и предмет не может быть допущен к использованию. Различают две основные группы испытаний: разрушающего и неразрушающего контроля.
Магнитный вид контроля относится к одному из первых видов неразрушающего контроля, который стал использоваться для диагностики продукции промышленных предприятий. Его используют для дефектоскопии (с помощью магнитных методов могут быть выявлены закалочные, шлифовочные трещины, закаты, усталостные трещины и другие поверхностные дефекты, определения твердости, структуроскопии, определения марок сталей, измерения физических параметров материалов, магнитной восприимчивости), для измерения толщины покрытий, механических напряжений и химического анализа.
Существует несколько десятков методов, позволяющих реализовать данный вид контроля. Наиболее часто в настоящее время используются магнитопорошковый, индукционный, феррозондовый, магниторезистивный, магнитополупроводниковый, магнитографический, пондеромоторный метод, метод контроля с помощью датчиков ХХолла [1]. Все они основаны на зависимости физических параметров ферромагнетиков от напряженности магнитного поля (принципе вихревых токов, изменении магнитного потока, изменения силы притяжения магнита и т.п.). Если ранее
88
магнитные методы применяли, в основном, для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов, находящихся в намагниченном состоянии, то теперь научно технический прогресс расширил границы применимости этих методов и на немагнитные материалы.
Стандартные магнитные методы являются недорогими и не требуют значительного времени для измерений. К магнитным методам испытаний металлов относятся: магнитная дефектоскопия; магнитный анализ; магнитные измерения; испытания готовых магнитов.
В основу магнитных методов дефектоскопии положено измерение параметров магнитных полей и магнитных характеристик ферромагнитных материалов, способных существенно изменять их под действием внешнего магнитного поля [2]. При этом измерения могут проводиться как в приложенных, так и остаточных полях. В зависимости от объектов контроля применяют различные способы намагничивания контролируемых объектов [3,4].
Намагничивают детали постоянным, импульсным, переменным или комбинированным магнитным полем в продольном, поперечным или циркулярном направлении [5]. Выбор направления магнитного поля и способа намагничивания зависит от ориентации дефектов. Магнитное полз должно быть перпендикулярно направлению дефекта. После контроля детали размагничивают нагревом выше точки Кюри или переменным магнитным полем с амплитудой, равномерно уменьшающейся от некоторой максимальной величины (равной или несколько большей амплитуды намагничивающего поля) до нуля.
При магнитопорошковом методе на поверхность намагниченной детали наносят ферромагнитный порошок. Под действием магнитных полей частицы порошка скапливаются над дефектами. Возможно выявление тонких и мелких трещин с раскрытием больше 0,0025 мм и глубиной не менее 0,025 мм. В стыковых сварных соединениях с усилением, выполненных автоматической сваркой, выявляются трещины с раскрытием не менее 0,01 мм и глубиной не менее 0,1 мм, в соединениях, выполненных ручной сваркой, - соответственно 0,025 мм и 0,25 мм. Используются порошки разного цвета.
Иногда перед выполнением контрольных операций контролируемые поверхности покрывают тонким просвечивающимся слоем белой краски или белого нитролака, чтобы черный порошок был лучше виден. Преимущества магнитопорошкового метода: высокая чувствительность к тонким и мелким трещинам, простота, оперативность и наглядность, возможность применения для деталей практически любых форм и размеров [4]. При магнитографическом методе магнитные поля рассеяния записывают на магнитную ленту, наложенную на участок контроля.
89
Преимущества магнитографического метода контроля: высокая разрешающая способность (возможность выявления мелких дефектов), позволяющая регистрировать неоднородные магнитные поля, соизмеримые с размером частиц магнитного слоя ленты (порядка 1 мкм), возможность регистрации дефектов на сложных поверхностях и в узких зазорах [2]. Недостатки: необходимость вторичного преобразования информации, регистрируются только составляющие магнитных полей вдоль поверхности ленты, сложность размагничивания и хранения ленты - необходимо предотвращать воздействие внешних магнитных полей.
При магнитоферрозондовом методе используются датчики -феррозонды [2]. Они имеют катушки, генерирующие магнитное поле, взаимодействующее с остаточным или наведенным полем контролируемой детали. При попадании дефекта в зону взаимодействия этих полей в катушках датчика возникнет электрический сигнал, по его величине судят о дефекте [3, 4]. Этот метод имеет высокую чувствительность, но для обеспечения достоверности результатов поверхность изделия должна иметь хорошую чистоту обработки.
При индукционном методе, основанном на регистрации магнитных полей объекта контроля индукционными преобразователями) для регистрации магнитных полей рассеяния, образующихся около дефектов в намагниченной детали, используют катушку, которую двигают вдоль контролируемого объекта с постоянной скоростью.
Индукционный метод может использоваться для контроля сварных труб, перемещающихся относительно индукционной головки. При этом катушка намотана на сердечнике из металла с высокой магнитной проницаемостью вместе они составляют магнитную индукционную головку (рисунок 1). Метод отличается повышенной надежностью, может работать в сильных магнитных полях, однако требует перемещения магнитной головки с постоянной скоростью вдоль направления магнитного поля, при этом щель рабочего зазора в сердечнике должна быть перпендикулярна к направлению движения. Поэтому его рационально применять в массовом производстве (при большой длине швов).
90
Рисунок 1 - Индукционный метод контроля качества труб
Для контроля качества холоднокатаных и холоднотянутых труб диаметром 20.. .102 мм предназначен индукционный дефектоскоп ДК, а для контроля холоднокатаных полос - дефектоскоп МД. На основе феррозондовых преобразователей созданы установки УФКТ-1М и МД-10Ф для контроля качества ферромагнитных изделий. С их помощью выявляются трещины, волосовины, раковины в стенках труб. Феррозондовый дефектоскоп типа МД-10Ф предназначен для контроля качества бесшовных труб диаметром 20.146 мм с толщиной стенки менее 12 мм.
В дефектоскопе имеются восемь вращающихся вокруг трубы феррозондовых преобразователей, сигналы которых, пропорциональные изменению магнитного поля дефектов, обрабатываются и регистрируются восьмиканальной аппаратурой с осциллографическим индикатором и блоком автоматики. Дефектоскоп управляет работой устройства сортировки труб.
Магнитный метод применяется также для контроля структуры и механических свойств изделий машиностроения и металлургии.
Контроль механических характеристик (твердости, временного сопротивления при разрыве ов, предела прочности от, относительного удлинения 5, сужения у и др.) стальных изделий возможен только для материалов, для которых существует взаимосвязь этих характеристик с магнитными свойствами металла. Наибольшее применение в практике неразрушающего контроля структуры и механических свойств получили остаточная намагниченность Вг и коэрцитивная сила Не [4, 5].
Широко применяется метод коэрцитиметрии и для контроля глубины и твердости упрочнённых слоев на поверхности деталей [4].
Возможность контроля глубины слоя основана на различии коэрцитивной силы поверхностного слоя и сердцевины.
91
Для контроля толщины поверхностно-упрочненного слоя электромагнит измерительного прибора должен перемагничивать не только поверхностный слой, но и часть сердцевины изделия. Тогда изменение толщины упрочненного слоя приводит к изменению общего магнитного потока «электромагнит - контролируемое изделие» как при намагничивании, так и при перемагничивании, и, следовательно, к изменению показаний прибора.
Для контроля твердости поверхностно-упрочнённого слоя магнитный поток должен проникать только в поверхностный слой. Разная глубина проникновения магнитного потока в изделие достигается использованием сердечников электромагнитов разной площади.
Физической основой метода контроля по коэрцитивной силе временного сопротивления при разрыве ов, предела прочности от, относительного удлинения 5 и сужения у является взаимосвязь между прочностью и пластичностью. Дефекты структуры повышают прочностные характеристики материала и его коэрцитивную силу, одновременно снижая пластичность. Для холодно - и горячекатаного проката низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей наблюдается надёжная корреляция между коэрцитивной силой и прочностными характеристиками металла в состоянии поставки.
На рисунке 2 в качестве примера представлены корреляционные связи механических свойств и коэрцитивной силы для горячекатаных труб общего назначения из сталей марок 10, 20, 35 и 45 [4]. Авторами [4] установлены аналогичные закономерности и для других марок сталей.
92
о О
а ' "'Л- 5з А 4й А й< ьД дд
ДА ш •
ДД • • • • 1 • • • •
ЙЬ 0 ат ц' ** йд ■ • • ф • •
ав •д д
с/ )
200 300 400 500 600 700 800 Нс. А/ы
Рисунок 2 - Корреляция прочностных свойств и относительного удлинения сталей марок 10 (о), 20 (▲), 35 (А) и 45 (•) с коэрцитивной силой
Чувствительность коэрцитивной силы к содержанию углерода в стали позволяет использовать её для рассортировки углеродистых сталей по маркам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Горбаш, В. Г., Делендик, М. Н., Павленко, П. Н. Неразрушающий контроль в промышленности. Магнитный контроль // Неразрушающий контроль и диагностика, № 2, 2011.
2 Мельгуй, М. А. Магнитный контроль механических свойств сталей. - Минск: Наука и техника, 1980. - 184 с.
3 ГОСТ 24450-80. Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения.
4 Матюк, В. Ф., Кулагин, В. Н. Контроль структуры, механических свойств и напряжённого состояния ферромагнитных изделий методом коэрцитиметрии // Неразрушающий контроль и диагностика / № 3, 2010. -С.5-8.
5 Бида, Г. В., Ничипурук, А. П. Коэрцитиметрия в неразрушающем контроле. // Дефектоскопия, 2000, № 10, - С. 3-27.
93
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар. Материал поступил в редакцию 10.09.12.
Ю.А. Коваль, А.Е. Айтпаева, Ж.М. Ыцсан
Сапалы ешмд1 ба^ылаудыц каз1рг1 эд1сш талдау
Yu.A. Koval, A.E. Aitpayeva, Zh.M. Yksan
Analysis of modern methods of production quality control
Бул мацалада металлдыц материал мен буйымдардыц сапасын бузылмайтын бацылаудыц, оныц кемшiлiктерi мен epeKmrnrnmepi, eHdipicmiK шарттарында нeгiзгi пайдалану цасиеттерт багалауга мумюн беретт замануй эдктерт талдауы кeлmipiлгeн
In this article the analysis is given to the modern methods of nondestructive testing of metallic materials and products, their advantages and disadvantages, allowing to judge the degree of use in a production environment with the main performance characteristics of metal products.
УДК 539.3:534.1
В.Н. Украинец, С.Р. Гирнис, Д.М. Кунанбаева, М.Б. Мажимова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ СОСТОЯНИЙ ЗАГЛУБЛЕННОГО ТОННЕЛЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОДВИЖНОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ
Движущаяся в тоннеле транспортная нагрузка создаёт колебания в окружающем его породном массиве, изучение которых является одной из важнейших задач механики подземных сооружений. При этом возможны резонансные состояния тоннеля, определению которых посвящена настоящая работа.
1. Рассмотрим модель неподкреплённого тоннеля в виде длинной круговой цилиндрической полости радиусом R в линейно-упругом, однородном и изотропном пространстве с параметрами Ламе X, ц и плотностью р. Введём цилиндрическую систему координат (г, 6, z), ось z которой совпадает с осью полости.
По поверхности полости в направлении её оси с постоянной дозвуковой скоростью с движется синусоидальная нагрузка
94
