Оборудование и материалы

ДЕФЕКТОСКОПИЯ ДЕТАЛЕЙ

Цель работы.

Изучить способы выявления трещин и скрытых дефектов в деталях машин; приобрести практические навыки вы­полнения операций дефектоскопии; изучить устройство средств технологического оснащения для дефектоскопии деталей и овла­деть приемами их использования.

Задание.

Изучить последовательность выполнения операций наиболее распространенных методов дефектоскопии деталей (маг­нитного, ультразвукового и капиллярного); ознакомиться с уст­ройством оборудования и методами работы на нем при названных методах дефектоскопии.

Оборудование и материалы.

Прибор для циркуляционного на­магничивания; магнитный дефектоскоп М-217; ртутно-кварцевая лампа типа ПРК; светофильтр типа УСФ; ультразвуковой дефек­тоскоп УД2-12; ванна с флюоресцентным раствором; ванна с трансформаторным маслом; порошок силикагель; волосяная кисть; деревянный или бронзовый молоток; лупа 5... 10-кратного увеличения; детали (коленчатая ось, шатун, коленчатый вал, пор­шневой палец, клапан); эмульгатор ОП-7 или ОП-10.

Общие сведения. Скрытые трещины, поры, раковины, пустоты и другие дефекты деталей определяют дефектоскопией. Существу­ет большое число методов обнаружения невидимых дефектов: гид­равлический, пневматический, магнитный, ультразвуковой, ка­пиллярный, рентгеновский, радиационный и др.

Наиболее распространенные методы дефектоскопии деталей — магнитный, ультразвуковой и капиллярный. Выбор того или ино­го метода обусловливается конфигурацией и материалом деталей, а также вероятным расположением дефекта.

Магнитный (магнитно-порошковый) метод используют для об­наружения поверхностных и близкорасположенных к поверхнос­ти трещин, раковин и несплошности металла в ферромагнитных деталях.

Магнитный поток, проходя через деталь в местах с дефектами, изменяет свои значения и направление (в соответствии с рис. 1.4), что регистрируется нанесенным на испытываемую деталь (после ее намагничивания или в присутствии намагничивающего поля) магнитным порошком — он оседает на кромках трещины.

Для обнаружения дефектов применяют ферромагнитные по­рошки, обладающие большой магнитной проницаемостью. Поро­шок магнетита (Fe₃0₄) черного или темно-коричневого цвета ис­пользуют для контроля деталей со светлой поверхностью, а поро­шок оксида железа (Fe₂0₃) буро-красного цвета — с темной поверхностью. Зернистость порошка должна быть в пределах 5... 10 мкм. Магнитную суспензию готовят, используя керосин,

Рис. 1.4. Схема возникновения полей рассеяния при намагничивании:

а — продольном; б— циркулярном; 1 — трещина; 2— неметаллическое включение

трансформаторное масло, смесь масла с керосином. На 1 л жидко­сти добавляют 30...50 г магнитного порошка.

Для обнаружения дефектов, расположенных перпендикулярно продольной оси детали или под углом к ней не более 25°, исполь­зуют полюсное намагничивание в магнитном поле соленоида (рис. 1.5, а) или помещают деталь между полюсами электромагни­та (постоянного магнита).

Циркуляционным намагничиванием (рис. 1.5, 6) находят де­фекты, расположенные вдоль продольной оси детали или под уг­лом не более 20°. Оно создается полем, магнитные силовые линии которого расположены в виде замкнутых концентрических окруж­ностей. Для этого через деталь пропускают электрический ток. Если необходимо обнаружить дефект на внутренней цилиндри­ческой поверхности, то ток пропускают через стержень из немаг­нитного материала (медь, латунь, алюминий), помещенного в от­верстие детали.

Комбинированное намагничивание (рис. 1.5, в) заключается в одновременном воздействии на деталь двух взаимно перпендику­лярных магнитных полей, получаемых обычно пропусканием электрического тока через деталь (циркуляционное намагничива­ние) с одновременным помещением детали в соленоид или элект­ромагнитный контур (полюсное намагничивание). Магнитные си­ловые линии результирующего поля в этом случае направлены по витковой линии к поверхности детали, что позволяет обнаружить дефекты разной направленности.

Комбинированное намагничивание проводят только в прило­женном магнитном поле, а циркуляционное и полюсное — в при­ложенном поле и в поле остаточной намагниченности.

В приложенном магнитном поле определяют дефекты дета­лей, изготовленных из магнитомягких материалов (Ст.2, Ст.З, Ст.10,..., Ст.40 и др.), а в поле остаточной намагниченности — де­тали, изготовленные из магнитожестких материалов (легирован­ные и высокоуглеродистые стали). После контроля все детали, кроме бракованных, размагничивают, воздействуя на них пере­менным магнитным полем, изменяющимся от максимального значения напряженности до нуля.

Для магнитного метода может быть использован как перемен­ный, так и постоянный ток.

Переменный ток служит для нахождения поверхностных де­фектов и размагничивания деталей; постоянный ток применяют для выявления только поверхностных дефектов. Создаваемое им магнитное поле однородно и проникает достаточно глубоко в деталь.

В ремонтном производстве широко используют переносные и передвижные магнитные дефектоскопы ПМД-70, ПМД-ЗМ, М-217 и др. На лабораторно-практических занятиях студент должен научиться пользоваться универсальным дефектоскопом М-217.

Ультразвуковой метод основан на свойстве ультразвуковых ко­лебаний (волн) прямолинейно распространяться в однородном твердом теле и отражаться от границ раздела сред, обладающих

а                б                         в

Рис. 1.5. Схемы намагничивания деталей переменным током:

а — продольное в поле соленоида; б— циркуляционное; в — комбинированное

различными акустическими сопротивлениями, в том числе нару­шенной сплошности материала (трещин, раковин, расслоений и др.). Он является разновидностью акустических методов контроля дефектов. Различают три основных метода обнаружения дефектов с помощью ультразвука: теневой, зеркально-теневой и эхо-метод. Теневой метод основан на сквозном прозвучивании. Ультразвуко­вые колебания (УЗК) вводят в деталь с одной стороны, для чего служат пьезоизлучатель и генератор. Колебания принимаются пьезоприемником, расположенным с противоположной стороны детали. Недостаток этого метода — необходимость доступа к изде­лию с двух сторон, что не всегда возможно, а также синхронного перемещения пьезоизлучателя и пьезоприемника по поверхности детали. Эхо-метод в отличие от теневого и зеркально-теневого ос­нован на посылке в деталь излучения в виде коротких импульсов один за другим, регистрации интенсивности и времени отражен­ных от дефектов и границ детали сигналов (эхо-сигналов). Для того чтобы эхо-сигналы не попали на пьезоэлектрические преоб­разователи (ПЭП) ультразвуковых сигналов, в период работы его как излучателя длительность пауз должна быть в 2...3 раза больше длительности импульсов.

Если деталь не имеет дефектов, то импульсы от ПЭП доходят до противоположной стороны детали (дна) и, отразившись, воз­буждают данный сигнал, который будет воспринят пьезоэлементом, преобразован, усилен и подан на электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) осциллографа, где появятся два сигнала.

При наличии на пути импульса дефекта пьезоэлемент вначале принимает эхо-сигнал от участка с дефектом, а затем донный сиг­нал, и на осциллографе появится еще один сигнал, расположен­ный между начальным и донным сигналами. Расстояние между начальным и донным сигналами составляет в определенном мас­штабе толщину проверяемой детали, а расстояние между началь­ным и промежуточным сигналами указывает на местоположение дефекта. Если в проверяемой детали имеется несколько дефектов, то на осциллографе будут видны несколько промежуточных сиг­налов. Всю деталь проверяют перемещением в определенной пос­ледовательности ПЭПа по поверхности детали, при этом наблю­дая за экраном осциллографа.

Пьезоэлектрические преобразователи разделяют на четыре типа: прямые, наклонные, совмещенные и раздельно-совмещенные. Первый предназначен для ввода в деталь волн перпендикулярно к поверхности детали, второй —для ввода в деталь поверхностных, продольных или поперечных волн в зависимости от поставленной цели, а третий и четвертый — для ввода пучка продольных волн под определенным углом к плоскости, перпендикулярной к поверхнос­ти детали.

Применение таких головок дает возможность обнаружить не только внутренние дефекты, но и наружные, например усталост­ные трещины различного характера.

Рабочая поверхность пьезоэлектрических преобразователей контактирует с поверхностью детали через жидкости. В зависимо­сти от толщины слоя их делят на контактные, целевые и иммерси­онные. Первые имеют слой жидкости меньше длины волны УЗК, вторые — соизмеримую с длиной волны, а третьи — значительно больше ее. Выбор типа акустического контакта зависит от состоя­ния рабочей поверхности проверяемой детали. Чем ниже ее шеро­ховатость, тем меньше слой жидкости. Для этого используют мас­ло средней вязкости, воду или мыльную пену.

На ремонтных предприятиях применяют различные ультразву­ковые дефектоскопы: УЗД-7М, ДУК-63, УД-11ПУ, УД-10П, УД2-12идр.

Дефектоскоп УД2-12 реализует эхо-метод, теневой и зер­кально-теневой методы контроля. Диапазон толщин контроли­руемых деталей 1...999 мм по цифровому индикатору и 1...5000 мм по экрану электронно-лучевой трубки. Он позволяет также под­ключать внешние устройства и измерительные приборы (ос­циллограф, вольтметр) с выходным сопротивлением не ме­нее 1 Ом.

Встроенные устройства автоматизированной обработки резуль­татов контроля позволяют проводить настройку и диагностику его технического состояния с элементами самопроверки.

Порядок выполнения работы магнитным методом. Наличие и ха­рактер дефектов в детали определяют магнитным методом под ру­ководством лаборанта. Для этого необходимо:

1. Выбирать способ намагничивания, схему намагничивания и рассчитать силу тока с учетом характеристики детали.

2. Подготовить магнитный дефектоскоп М-217 к работе: вклю­чить прибор в сеть, установить переключатель «характера намаг­ничивания» в положение «длительное намагничивание», устано­вить при помощи ручки автотрансформатора, расположенной на передней части прибора, расчетную силу тока.

3. Намагнитить деталь, для этого:

переводят переключатель «характер намагничивания» в поло­жение «кратковременное намагничивание»;

устанавливают деталь между стационарными (ручными) кон­тактами дефектоскопа или внутри соленоида;

нажимают на педаль дефектоскопа и тем самым намагничива­ют деталь.

4. Посыпать деталь магнитным порошком или смочить суспен­зией. Выявить наличие и характер дефектов. Дать заключение о
степени годности детали.

А            б            в

Рис. 1.6. Схема контроля поверхности детали капиллярным методом:

а — заполнение полости проникающей жидкостью; 6 — удаление проникающей жидкости с по­верхности детали; в — нанесение проявителя и выявление трещины; / — деталь; 2— полость тре­щины; 3 — проникающая жидкость; 4 — проявитель; 5 — индикаторный рисунок трещины

5. Удалить с поверхности детали магнитный порошок (суспен­зию).

6. Размагнитить деталь.

По окончании работы тщательно убирают рабочее место. Зано­сят в отчет данные о магнитном методе дефектоскопии.

Капиллярный метод предназначен для выявления трещин и дру­гих поверхностных дефектов (шлифовальных и термических тре­щин, волосовин, пор и др.) деталей, изготовленных из различных материалов: ферромагнитных и неферромагнитных сталей; цвет­ных металлов; титановых, алюминиевых, магнитных сплавов; де­талей из стекла, керамики и металлокерамики (рис. 1.6). Этот ме­тод обладает высокой чувствительностью (табл. 1.3) и простотой технологии контроля.