CC BY
14
УДК 681.5
Л.С. Бабаджанов, М.Л. Бабаджанова, В.В. Горбунов, Т.А. Корюшкина, С.В. Тяпаев
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ
ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВ
Аннотация. Рассматривается вопрос метрологического обеспечения автоматизированного вихретокового контроля деталей подшипников, приводятся сведения о мерах с искусственными дефектами для настройки приборов контроля.
Ключевые слова: вихретоковый контроль, детали подшипников, метрологическое обеспечение, меры с искусственными дефектами
L.S. Babajanov, M.L. Babajanova, V.V. Gorbunov, T.A. Koryushkina, S.V. Tyapaev
METROLOGICAL ASSURANCE OF THE AUTOMATED EDDY CURRENT TESTING BEARING PARTS
Abstract. The paper considers the issue of metrological assurance of automated eddy current testing of bearing parts, and provides information on measures associated with artificial defects for adjustment of control devices.
Keywords: eddy current control, bearing parts, metrological support, measures related to artificial defects
ВВЕДЕНИЕ
Вихретоковый контроль относится к неразрушающим методам контроля качества, позволяющим выявлять дефекты в деталях различного назначения [1, 2]. В подшипниковой промышленности автоматизированный вихретоковый контроль применяется для выявления дефектов различного вида в поверхностном слое шлифованных деталей (колец и роликов), что позволяет осуществлять отбраковку деталей и не пропускать их на сборку подшипников, корректировать процесс шлифования и существенно повысить качество деталей [3, 4].
Одной из важнейших задач, направленных на обеспечение единообразия характеристик средств вихретокового контроля, применяемых при производстве подшипни-
ков, и достижение в процессе их изготовления однородности поверхностного слоя деталей подшипников, является совершенствование метрологического обеспечения вих-ретокового неразрушающего контроля. Для этого в метрологической практике применяются меры искусственных дефектов, соответствующие определенным требованиям. При этом, наибольшая эффективность достигается при стандартизации технических требований к контролю качества деталей подшипников [5], необходимая, в частности, для повышения качества подшипниковой продукции, используемой в ОАО «РЖД», а также для поставок на европейский рынок.
Из изложенного следует, что метрологическое обеспечение автоматизированного вихретокового контроля деталей требует особого внимания с точки зрения обеспечения качества подшипников.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕР С ИСКУССТВЕННЫМИ ДЕФЕКТАМИ
В области производства и ремонта буксовых подшипников для подвижного состава железных дорог действует европейский стандарт EN 12080 [6], предусматривающий контроль качества поверхности подшипников вихретоковым методом. Стандарт регламентирует форму и размеры искусственных дефектов на мерах для настройки приборов и автоматов.
В соответствии со стандартом EN 12080 размеры искусственного дефекта в виде прорези на мерах, сигнал от которого считается предельно допускаемым, должны иметь следующие значения: глубина 0,05 ± 0,01 мм, ширина 0,05 ± 0,01 мм, длина 3,0 ± 0,1 мм. Следовательно, для метрологического обеспечения вихретокового контроля в производстве подшипников необходимо применять меры с искусственными дефектами, соответствующие стандарту EN 12080. Как правило, для средств вихретокового контроля нормируют такие метрологические характеристики как диапазон измерений и пределы допускаемой погрешности измерений параметров искусственных дефектов, что является обязательным условием отнесения вихретоковых приборов к средствам измерений (СИ) и, соответственно, утверждения типа СИ с последующим внесением данных в Федеральный информационный фонд (ФИФ) по обеспечению единства измерений. В связи с этим должна быть обеспечена прослеживаемость от эталона до средств измерений через меры с искусственными дефектами.
В ФБГУ «ВНИИМС» проведены испытания в целях утверждения типа комплекта мер с искусственными дефектами BG-2726M, представленного ООО «Реновация» (г. Санкт-Петербург). Меры, входящие в комплект, изготовлены на основе деталей подшипников.
Меры позволяют не только устанавливать пороговые значения сигналов от дефектов в соответствии со стандартом ЕК 12080, но и оценивать погрешность измерений глубины дефектов. Комплект состоит из трех мер (BG-2726РМ - ролик подшипника 42726; BG-2726ВМ - приставной бортик подшипника 232726; BG-2726КМ - сектор внутреннего кольца подшипника 232726).
а
б
Рис. 1. Мера с искусственными дефектами ВО-2726РМ: а - увеличенное изображение искусственного дефекта; б - расположение дефектов на поверхностях ролика
На рис. 1 показана мера с искусственными дефектами BG-2726РM (рис. 1а - фото искусственного дефекта с 20-кратным увеличением, рис. 1б - чертеж ролика с указанием мест расположения дефектов). Искусственные дефекты получены электроэрозионной обработкой. Прорези сформированы кончиком вольфрамовой проволоки диаметром 30 мкм на прецизионном станке с ЧПУ. Передача единицы длины мерам осуществляется в соответствии с локальной поверочной схемой от эталонного комплекса в области измерений
геометрических параметров поверхностных дефектов [7, 8]. Эталонный комплекс позволяет измерять геометрические параметры искусственных дефектов на мерах в широком диапазоне размеров и он является основой метрологического обеспечения вихретокового контроля в производстве деталей подшипников.
В таблице в качестве примера приведены результаты измерений искусственных дефектов, расположенных на цилиндрической и торцовой поверхностях меры (ролика), которые в целом соответствуют стандарту EN 12080. С помощью комплекта мер с искусственными дефектами BG-2726M была проведена градуировка автомата вихретокового контроля роликов модели BG-НK-Р. 01.
Результаты измерений искусственных дефектов на мере BG-2726PM Ролик цилиндр. пов. цилиндр. пов. торец торец
Мера BG-2726PM Дефект № 1 Дефект № 2 Дефект № 3 Дефект № 4
Сечение 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Глубина, мкм 38 35 31 52 60 62 70 75 82 36 34 31
Ширина, мкм 45,97 43,97 44,48 45,36 48,19 48,36 49,72 53,92 52,50 51,35 47,00 47,61
Ср. глубина, мкм 34,67 58,00 75,67 33,67
Ср. ширина, мкм 44,81 47,30 52,05 48,65
Длина, мм 2,99 2,99 2,99 2,99
На рис. 2 показан пример градуировки автомата, где четко просматривается всплеск сигнала, соответствующий глубине и положению дефекта. Градуировка производилась путем сканирования на автомате меры BG-2726РМ и настройки автомата таким образом, чтобы измеренные значения глубины двух искусственных дефектов соответствовали их действительной глубине. С-скан (развертка сканируемой поверхности) служит для однозначной связи всплесков сигнала вихретокового преобразователя с дефектами. А-скан (график сигнала) при настройке позволяет корректировать показания глубины дефектов до значений, соответствующих действительной глубине, а при контроле деталей измерять глубину как отдельных дефектов, так и дефектного слоя в целом на контролируемой поверхности.
Сканограммы строятся с применением цифровой фильтрации сигналов вихре-токовых преобразователей, что позволяет выделять сигнал от дефекта (признаки дефекта) даже при наличии в сигналах шумов, вызванных допускаемой неоднородностью поверхностного слоя контролируемых деталей. Достоверность результатов контроля обеспечивается компьютерным распознаванием образов дефектов на скано-граммах [9]. Для проведения контроля деталей в соответствии со стандартом EN 12080 предельная допускаемая глубина дефектов устанавливается на уровне 50 мкм. В этом случае должны быть забракованы детали, показания автомата от неоднородности поверхностного слоя которых превышают 50 мкм.
Таким образом, путем градуировки реализуется техническая возможность применения автоматизированного вихретокового контроля в соответствии со стандартом EN 12080 мер с искусственными дефектами, благодаря чему обеспечивается метрологическая прослеживаемость и создаются условия для совершенствования метрологического обеспечения вихретокового неразрушающего контроля при производстве буксовых подшипников.
\ ПГ"
1
12011
□ а С-22
а
Рис. 2. Сканограммы контроля роликов на автомате мод. BG НK-Р.01: а) цилиндрическая поверхность ролика, б) торцовая поверхность ролика
Часть применяемых в настоящее время приборов обладают недостаточной по евростандарту чувствительностью к дефектам и настраиваются по образцам с одним дефектом, что не позволяет количественно определять чувствительность как отношение приращения сигнала к приращению глубины дефекта. Для калибровки чувствительности таких приборов также предпочтительно применение образцов с парами искусственных дефектов различной глубины.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение мер с искусственными дефектами, значения параметров которых соответствуют стандарту EN 12080, и эталонного комплекса в области измерений геометрических параметров поверхностных дефектов способствуют совершенствованию метрологического обеспечения автоматизированного вихретокового контроля при изготовлении буксовых подшипников.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Герасимов В.Г., Клюев В.В., Шатерников В.Е. Методы и приборы электромагнитного контроля. Москва: Спектр, 2010. 256 с.
2. Шубочкин А.Е. Развитие и современное состояние вихретокового метода нераз-рушающего контроля. Москва: Спектр, 2014. 288 с.
3. Игнатьев С.А., Горбунов В.В., Игнатьев А.А. Мониторинг технологического процесса как элемент системы управления качеством продукции. Саратов: СГТУ, 2009. 160 с.
4. Горбунов В.В., Карпеев А.М., Игнатьев А.А. Контроль физико-механических свойств поверхностей дорожек качения подшипников для газотурбинных авиационных двигателей вихретоковым методом // Вестник СГТУ. 2021. № 3. С. 5-11.
5. Тяпаев С.В., Сеньковский О.А. Повышение качества буксовых подшипников на основе гармонизации российских технических требований к контролю с европейским стандартом EN 12080 // Техника железных дорог. 2019. № 2. С. 43-49.
6. EN 12080. Транспорт железнодорожный. Буксы. Подшипники качения.
7. Метрологическое обеспечение вихретокового контроля в производстве деталей подшипников / Л.С. Бабаджанов, М.Л. Бабаджанова, В.В. Горбунов, С.В. Тяпаев // Законодательная и прикладная метрология. 2018. № 4. С. 37-43.
8. Бабаджанов Л.С., Бабаджанова М.Л., Корюшкина Т.А. Эталонный комплекс для передачи единицы длины в области измерений геометрических параметров поверхностных дефектов // Главный метролог. 2018. № 3. С. 67-73.
9. Горбунов ВВ., Самойлова Е.М., Игнатьев А.А. Автоматизация вихретокового контроля поверхностного слоя деталей подшипников с применением технологии нейронных сетей // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2016. № 4. С. 114-122.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Бабаджанов Леон Сергеевич -
доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ФБГУ «ВНИИМС», г. Москва
Leon S. Babajanov -
Dr.Sci. Tech., Professor, Chief Research Officer FSU VNIIMS, Moscow
Бабаджанова Марианна Леоновна
кандидат технических наук, начальник лаборатории ФГБУ «ВНИИМС», г. Москва
Marianna L. Babajanova
PhD (Technical Sciences), Head of Laboratory FSBI VNIIMS, Moscow
Горбунов Владимир Владимирович -
кандидат технических наук,
главный конструктор
ООО «Реновация», г. Санкт-Петербург
Vladimir V. Gorbunov -
PhD (Technical Sciences), Chief Designer,
Renovation LLC, St. Petersburg
Корюшкина Татьяна Александровна - Tatyana A. Koryushkina
младший научный сотрудник Associate Researcher
ФБГУ «ВНИИМС», г. Москва FSU VNIIMS, Moscow
Тяпаев Сергей Викторович -
старший инспектор-приемщик Центра технического аудита ОАО «РЖД», г. Саратов
Sergey V. Tyapaev -
Chief Inspector-Receiver
Russian Railways Technical Audit Center,
Saratov
Статья поступила в редакцию 01.12.2021, принята к опубликованию 22.02.2022
