РОСЖЕЛДОР
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(РГУПС)
Е.А. Копотун, А.В. Челохьян, Б.Е. Копотун
ВИХРЕТОКОВЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ
Учебно-методическое пособие
Ростов-на-Дону
2010
УДК 621.3.014(07) + 06
Копотун, Е.А.
Вихретоковый метод контроля : учебно-методическое пособие / Е.А. Копотун, А.В. Челохьян, Б.Е. Копотун; Рост. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов
н/Д, 2010. – 32 c. – Библиогр.: 3 назв.
В учебно-методическом пособии рассмотрен вихретоковый метод контроля, а также последовательность выполнения лабораторных работ по дисциплине «Основы технической диагностики». Пособие предназначено для студентов специальности «Вагоны». В пособии представлено описание конструкции и
принципа работы вихретокового дефектоскопа ВД-213.1.
Рецензент канд. техн. наук, доц. А.С. Шапшал (РГУПС)
© Ростовский государственный университет
путей сообщения, 2010
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список символов и сокращений……………………………..……….…..….…
4
1 Цель работы……………………………………………………..….….………
5
2 Общие сведения о вихретоковом методе…………………………….………
5
3 Краткие теоретические основы вихретокового контроля………………….. 10
Лабораторная работа № 1..................................................................................... 17
Лабораторная работа № 2..................................................................................... 23
Задание на подготовку к работе........................................................................... 28
Вопросы для самопроверки.................................................................................. 28
Содержание отчёта................................................................................................ 28
Библиографический список.................................................................................. 29
Приложение……………………………………………………………………… 30
3
СПИСОК СИМВОЛОВ И СОКРАЩЕНИЙ
НК – неразрушающий контроль;
ВТК – вихретоковый контроль;
ВТМ – вихретоковый метод;
ВД – вихретоковый дефектоскоп;
СОП – стандартный образец предприятия;
ВТП – вихретоковый преобразователь;
ИД – искусственный дефект.
4
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1 Изучить физические основы вихретокового метода неразрушающего
контроля.
2 Ознакомиться с технологической документацией по данному методу.
3 Провести контроль с применением необходимого оборудования.
2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВИХРЕТОКОВОМ МЕТОДЕ
Вихретоковый неразрушающий контроль представляет собой метод, основанный на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в объекте контроля этим полем. Вихретоковый метод контроля позволяет измерять толщину объекта контроля (используя вихретоковый толщиномер), выявлять дефекты объекта контроля типа нарушенной сплошности (используя вихретоковый дефектоскоп), а
также производить контроль физико-механических свойств объектов, связанных со структурой, химическим составом и внутренними напряжениями материалов (используя вихретоковый структуроскоп).
Вихретоковый контроль позволяет обнаруживать как поверхностные, так
и подповерхностные (залегающие на глубине 1–4 мм) дефекты. Его применяют
только для контроля объектов из электропроводящих материалов. Контроль
вихревыми токами можно выполнять без непосредственного механического
контакта преобразователей с объектом, что позволяет вести контроль при взаимном перемещении преобразователя и объекта с большой скоростью.
Объектами контроля являются основной металл, сварные соединения
конструкций, а также детали.
Вихретоковым контролем могут быть выявлены: ковочные, штамповочные, шлифовочные трещины, надрывы в элементах конструкций и деталях; волосовины, неметаллические включения, поры в поковках и прокате; трещины,
возникшие в элементах конструкций и деталях при эксплуатации машин.
5
Вихретоковым методом не могут быть проконтролированы элементы
конструкций и детали: с резкими изменениями магнитных или электрических
свойств; с дефектами, плоскости раскрытия которых параллельны контролируемой поверхности или составляют с ней угол менее 10°; сварные швы без снятого усиления. При вихретоковом контроле не обнаруживаются дефекты в элементах конструкций и деталях: с поверхностями, на которые нанесены электропроводящие защитные покрытия, если дефект не выходит на поверхность
покрытия; с поверхностями, покрытыми коррозией. Выявляемость дефекта при
прочих равных условиях зависит от его типа. Наилучшим образом выявляются
дефекты типа усталостных трещин, ориентированные перпендикулярно контролируемой поверхности. Ширина раскрытия усталостных трещин в определенных пределах не влияет на их выявляемость (20–30 мкм), однако выявляемость очень плотных трещин резко уменьшается. Такое явление, например, характерно для закалочных трещин. Риски и надрезы по сравнению с усталостными трещинами, как правило, выявляются хуже. Заполнение полости дефекта
грязью, нагаром, неэлектропроводящими окислами и т.п. не приводит к снижению их выявляемости.
Вихретоковый контроль наиболее эффективен при контроле немагнитных
материалов. Возможность контроля ферромагнитных материалов и деталей из
них определяется однородностью магнитных свойств, наличием локальных
магнитных полюсов. Наличие локального изменения магнитных свойств материала детали может вызвать ложное срабатывание вихретокового дефектоскопа. Наличие на контролируемой поверхности зон структурной неоднородности,
приводящих к изменению электропроводности, вызывает расстройку дефектоскопа. Увеличение электропроводности снижает чувствительность, уменьшение электропроводности вызывает эффект, аналогичный влиянию дефекта.
Наличие на контролируемой поверхности значительных остаточных макронапряжений, возникающих в результате поверхностного упрочнения детали или
под действием сжимающих остаточных напряжений, приводит к сжатию полостей трещин и других дефектов и к снижению их выявляемости. Максимальная
6
чувствительность вихретокового вида контроля может быть достигнута при
контроле деталей с шероховатостью поверхности не более Rz = 20. Возможность и целесообразность контроля деталей с грубой поверхностью должна
определяться в каждом конкретном случае специалистами по вихретоковому
контролю. Поверхности, подлежащие вихретоковому контролю, очищают от
грязи и для удаления масла тщательно протирают ветошью или салфеткой,
смоченными в бензине, ацетоне, растворителе. Места коррозии зачищают до
металла, не поврежденного коррозией. На объектах с поврежденным лакокрасочным покрытием в зонах контроля лакокрасочное покрытие восстанавливают
путем нанесения нового покрытия. Если в зонах контроля при визуальном контроле будут обнаружены наплывы или любые другие утолщения лакокрасочного покрытия, то их удаляют и наносят новое покрытие равномерной толщины.
Максимальная чувствительность вихретокового контроля достигается на шлифованных поверхностях. Возможность контроля необработанной поверхности
проверяют отдельно для каждого конкретного случая. Максимальная шероховатость контролируемой поверхности рекомендуется Ra не более 2,5 мкм.
Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов,
наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля
этим полем. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка, называемая вихретоковым преобразователем.
Вихрeтoкoвый кoнтрoль cвaрных coeдинeний пoзвoляeт oбнaруживaть
микрoтрeщины на пoвeрхнocти мeтaллoкoнcтрукций и cвaрных coeдинeний,
выявлять cтeпeнь изнoca и уcтaлocти мeтaллa в мecтaх изгибoв. Вихрeтoкoвый
кoнтрoль cвaрных coeдинeний дaeт бoлee тoчныe рeзультaты пo cрaвнeнию c
кaпиллярным кoнтрoлeм cвaрных швoв.
Вихретоковый контроль применяется в основном для контроля качества
электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников и
т.д. Приборы и установки, реализующие вихретоковый метод, широко используются для обнаружения несплошностей материалов, контроля размеров и па7
раметров вибраций, определения физико-механических параметров и структурного состояния, обнаружения электропроводящих объектов и для других целей.
Объектами вихретокового контроля могут быть электропроводящие
прутки, проволока, трубы, листы, пластины, покрытия, в том числе многослойные, железнодорожные рельсы, корпуса атомных реакторов, шарики и ролики
подшипников, крепежные детали и многие другие промышленные изделия.
Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без
контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит обычно на
расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая производительность определяют широкие возможности
автоматизации вихретокового контроля.
Одна из особенностей вихретокового метода состоит в том, что на сигналы преобразователя практически не влияют влажность, давление и загрязненность газовой среды, радиоактивные излучения, загрязнение поверхности объекта контроля непроводящими веществами.
Простота конструкции преобразователя − еще одно преимущество ВТМ.
В большинстве случаев катушки помещают в предохранительный корпус и заливают компаундами, благодаря этому они устойчивы к механическим и атмосферным воздействиям, могут работать в агрессивных средах в широком интервале температур и давлений.
ВТМ основан на возбуждении вихревых токов, а поэтому применяются в
основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов графита, полупроводников. В благоприятных условиях контроля и малом
влиянии мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 0,1−0,2 мм,
протяженностью 12 мм (при использовании накладного преобразователя) или
протяженностью около 1 мм и глубиной 15 % от диаметра контролируемой
проволоки или прутка (при использовании проходного преобразователя).
8
ВТМ позволяют успешно решать задачи контроля размеров изделий.
Этими методами измеряют диаметр проволоки, прутков и труб, толщину металлических листов и стенок труб при одностороннем доступе к объекту, толщину электропроводящих (например, гальванических) и диэлектрических
(например, лакокрасочных) покрытий на электропроводящих основаниях, толщину слоев многослойных структур, содержащих электропроводящие слои.
Измеряемые толщины могут изменяться в пределах от микрометров до десятков миллиметров. Для большинства приборов погрешность измерения − 25 %.
Минимальная площадь зоны контроля может быть доведена до 1 мм2, что позволяет измерить толщину покрытия на малых объектах сложной конфигурации.
С помощью ВТМ измеряют зазоры, перемещения и вибрации в машинах и механизмах.
Структурное состояние металлов и сплавов влияет на их электрические и
магнитные характеристики. Благодаря этому оказывается возможным контролировать не только однородность химического состава, но и структуру металлов и сплавов, а также определять механические напряжения. Широко применяют вихретоковые измерители удельной электрической проводимости и другие приборы для сортировки металлических материалов и графитов по маркам
(по химическому составу). С помощью вихретоковых приборов контролируют
качество термической и химикотермической обработки деталей, состояние поверхностных слоев после механической обработки (шлифование, наклеп), обнаруживают остаточные механические напряжения, выявляют усталостные
трещины в металлах на ранних стадиях их развития, обнаруживают наличие
афазы и т.д.
Классификация и применение ВТП. По рабочему положению относительно объекта контроля преобразователи делят на проходные, накладные и комбинированные.
9
3 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ
Вихретоковый контроль − это метод неразрушающего контроля, основанный на анализе характеристик вихревых токов, наводимых в контролируемом участке объекта контроля внешним электромагнитным полем. Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте контроля зависит от частоты
электромагнитного излучения, геометрических особенностей объекта контроля,
электрофизических свойств материала, из которого изготовлен объект контроля, а также от взаимного расположения объекта контроля и вихретокового
преобразователя.
Накладные ВТП обычно представляют собой одну или несколько катушек, к торцам которых подводится поверхность объекта (рис. 1). Катушки таких преобразователей могут быть круглыми коаксиальными (рис. 1, а), прямоугольными (рис. 1, б), прямоугольными крестообразными (рис. 1, в), с взаимно перпендикулярными осями (рис. 1, г) и др.
а
б
Рис. 1. Накладные ВТП
На рис. 2 приведены некоторые типы преобразователей с сердечниками.
а
б
в
г
Рис. 2. Накладные преобразователи с сердечниками:
а – цилиндрическим; б – прямоугольным;
в – полуброневого типа; г – в виде полутороида
10
Здесь 2R – эквивалентный геометрический параметр ВТП, входящий в
формулу для определения обобщенного параметра контроля.
Накладные преобразователи выполняют с ферромагнитными сердечниками или без них. Благодаря ферромагнитному сердечнику (обычно ферритовому) несколько повышается абсолютная чувствительность преобразователя и
уменьшается зона контроля за счет локализации магнитного потока.
Проходные ВТП делят на наружные, внутренние, погружные. Обычно
проходные ВТП имеют однородное магнитное поле в зоне контроля, в результате чего радиальные смещения однородного объекта контроля не влияют на
выходной сигнал преобразователя. Для этого длина L возбуждающей обмотки
должна не менее чем в 34 раза превышать ее диаметр D, а длина Ly измерительной обмотки, размещенной в середине возбуждающей обмотки, должна быть
значительно меньше длины последней.
Комбинированные преобразователи представляют собой комбинацию
накладных и проходных ВТП.
По виду преобразования параметров объекта в выходной сигнал преобразователя ВТП делят на трансформаторные и параметрические. В трансформаторных ВТП, имеющих как минимум две обмотки (возбуждающую и измерительную), параметры объекта контроля преобразуются в напряжение измерительной обмотки, а в параметрических ВТП, имеющих, как правило, одну обмотку, − в комплексное сопротивление. Преимущество параметрических ВТП
заключается в их простоте, а недостаток, который в трансформаторных ВТП
выражен значительно слабее, − в зависимости выходного сигнала от температуры преобразователя.
В зависимости от способа соединения обмоток различают абсолютные и
дифференциальные ВТП.
Выходной сигнал абсолютного ВТП определяется абсолютным значением
параметров объекта, а дифференциального − приращениями этих параметров.
Выходной сигнал дифференциального ВТП зависит и от абсолютных значений
11
параметров объекта, но при малых приращениях этих параметров можно считать, что он определяется только приращениями.
Накладными ВТП контролируют в основном объекты с плоскими поверхностями и объекты сложной формы. Эти преобразователи применяют также, когда требуется обеспечить локальность и высокую чувствительность контроля.
Наружными проходными ВТП контролируют линейно протяженные объекты (проволоку, прутки, трубы и т.д.); применяют их и при массовом контроле
мелких изделий.
Внутренними проходными ВТП контролируют внутренние поверхности
труб, а также стенки отверстий в различных деталях.
Погружные ВТП применяют для контроля жидких сред, экранные
накладные − для контроля листов, фольги, тонких пленок, а экранные проходные − для контроля труб.
С помощью дифференциальных ВТП «самосравнения» можно резко повысить отношение сигнал/помеха в дефектоскопии. При этом обмотки преобразователя размещают так, чтобы их сигналы исходили от близкорасположенных
участков контроля одного объекта. Это позволяет уменьшить влияние плавных
изменений электрофизических и геометрических параметров объектов. При использовании проходных преобразователей с однородным магнитным полем в
зоне контроля значительно уменьшается влияние радиальных перемещений
объекта. Применяя экранные накладные преобразователи, можно практически
исключить влияние смещений объекта между возбуждающей и измерительной
обмотками. Преобразователи с взаимно перпендикулярными осями обмоток
(см. рис. 1, г) нечувствительны к изменению электрофизических характеристик
однородных объектов. При нарушении однородности объекта, например при
появлении трещин, на выходе такого преобразователя возникает сигнал. При
размещении экранов в торцах проходных преобразователей влияние краев объектов контроля уменьшается, но при этом ухудшается однородность поля в
зоне контроля. Специальные экраны с отверстиями могут служить «масками»,
12
при этом отверстие служит источником магнитного поля, возбуждающего вихревые токи в объекте. При использовании «масок» значительно снижается чувствительность ВТП, но повышается их локальность. Для ослабления влияния
радиальных перемещений объекта контроля на сигналы ВТП применяют экранирование магнитопровода вблизи щели с целью повышения однородности
магнитного поля в щели.
Трансформаторные ВТП обычно включают по дифференциальной схеме.
При этом возможны схема сравнения со стандартным образцом и схема «самосравнения». В первом случае рабочий и образцовый ВТП не связаны индуктивно и имеют независимые измерительные и возбуждающие обмотки. Во втором случае возбуждающая обмотка часто служит общей для двух измерительных. При включении ВТП по дифференциальной схеме повышается стабильность работы прибора. Однако в ряде случаев измерительную обмотку включают последовательно с компенсатором, представляющим собой регулятор амплитуды и фазы напряжения. При этом компенсатор выполняет роль образцового ВТП: когда рабочий ВТП контролирует стандартный образец, то компенсатором устанавливается требуемое напряжение компенсации. Такая схема
позволяет устранить нестабильность, связанную с разогревом стандартного образца вихревыми токами.
При использовании дифференциальной схемы обычно не исключается
применение компенсатора, который в этом случае необходим для компенсации
напряжения, вызванного неидентичностью рабочего и образцового ВТП, и
включается последовательно со встречновключенными измерительными обмотками.
Компенсаторы часто выполняют в виде разнообразных фазорегуляторов и
аттенюаторов − пассивных (RC и LC типов) и активных. Эффективны компенсаторы в виде регуляторов действительной и мнимой составляющих вектора
компенсирующего напряжения.
Параметрические ВТП включают в схему, преобразующую изменение их
комплексного сопротивления в изменение амплитуды и фазы (или частоты)
13
напряжения. При включении параметрических ВТП в резонансные контуры, а
также в контуры автогенераторов абсолютная чувствительность устройства повышается.
ЭДС (или сопротивление) преобразователя зависит от многих параметров
объекта контроля, т.е. информация, даваемая преобразователем, многопараметровая. Это определяет как преимущество, так и трудности реализации вихретоковых методов. С одной стороны, ВТМ позволяют осуществить многопараметровый контроль; с другой стороны, требуются специальные приемы для разделения информации об отдельных параметрах объекта. При контроле одного из
параметров влияние остальных на сигнал преобразователя становится мешающим, поэтому его необходимо уменьшать.
Вихретоковый преобразователь представляет собой устройство, состоящее из одной либо нескольких катушек индуктивностей, предназначенных для
возбуждения в объекте контроля вихревых токов с последующим преобразованием зависящих от параметров объекта контроля характеристик электромагнитного поля в сигнал преобразователя. Вихревые токи в объекте контроля
протекают по пути наименьшего сопротивления, формируя зону их протекания.
С углублением в проводящий материал амплитуда вихревых токов уменьшается и происходит сдвиг по фазе относительно токов на поверхности. В случае
расположения несплошности в зоне протекания вихревых токов происходит
изменение конфигурации и плотности вихревых токов, что влечет за собой изменение суммарного магнитного потока и, соответственно, изменение напряжения на катушке индуктивности. Определяя падение и сдвиг по фазе напряжения на катушке, можно определить параметры и классифицировать несплошности в контролируемом объекте. Следует отметить, что глубина проникновения вихревых токов в материал объекта контроля зависит от проводимости и магнитной проницаемости данного объекта контроля.
Флуктуации этих величин могут приводить к появлению соответствующих индикаций при проведении контроля. Чувствительность вихретокового
контроля определяется величиной зазора между контролируемым объектом и
14
катушками преобразователя, а также глубиной проникновения электромагнитного поля в материал объекта контроля. При этом вихревые токи распространяются только в пределах поверхностного и подповерхностного слоев, которые
прилегают к преобразователю. Учитывая электромагнитную природу данного
процесса, наличие прямого электрического контакта с контролируемым образцом не требуется. Тем не менее материал образца должен обладать электрической проводимостью.
Вихретоковый контроль является универсальным методом и применяется,
главным образом, для контроля образцов с малыми размерами по толщине (до
нескольких миллиметров). При значительно большей толщине образцов, а также вследствие слабой проницаемости материала объекта контроля зона контроля ограничивается тонким приповерхностным слоем контролируемого материала. Кроме контроля несплошностей, данный метод может быть использован
для косвенного контроля механических и металлургических характеристик
контролируемого материала, связанных с его электрическими и магнитными
свойствами. Данный метод также позволяет производить замер таких геометрических характеристик, как толщина, величина искривления и зазора между
контролируемым материалом и вихретоковым преобразователем. Направлениями промышленного применения вихретокового контроля являются: измерение
и определение электрической проводимости; определение наличия несплошностей в материалах (трещины, коррозионные повреждения, поры и др.); измерение толщины покрытий, контроль диаметра цилиндрических деталей и др.
Дефектоскоп может быть настроен для контроля деталей:
−
из ферромагнитных металлов и сплавов;
−
из неферромагнитных металлов с высоким значением проводимости
(медь, латунь, алюминий и т.д.);
−
из неферромагнитных металлов с невысоким значением проводимости
(титан, легированные стали и т.д.);
15
−
для цилиндрических деталей с радиусом кривизны до 14 мм из ферро-
магнитных материалов; количество проверяемых деталей, информация о которых может храниться в памяти прибора, − не менее 400;
−
для поверхностных дефектов в деталях, заготовках и готовых изделиях
из ферромагнитных и неферромагнитных металлов и сплавов с шероховатостью поверхностей до Rz 320 в условиях эксплуатации, соответствующих группам исполнения С4, Р1 по ГОСТ 12997 на предприятиях и организациях, занимающихся проведением дефектоскопического контроля изделий из токопроводящих металлов и сплавов.
Минимальные размеры выявляемого искусственного дефекта в мм: с шероховатостью поверхности образца Ra 1,25 ширина − 0,002, глубина − 0,2; с
шероховатостью поверхности образца Rz 320 ширина − 0,1, глубина − 1,0, длина
не более 5,0 мм.
Дефектоскопы, реализующие вихретоковый метод, предназначены для
обнаружения различных трещин, расслоений, закатов, раковин, неметаллических включений и т.д.
Толщиномеры, основанные на вихретоковом методе, применяются для
контроля толщины электропроводящих листов, пленок, пластин, покрытий на
них, стенок труб, цилиндрических и сферических баллонов и т.д.
16
Лабораторная работа № 1
Физические основы и подготовка к проведению
вихретокового контроля
Основные термины, применяемые при вихретоковом неразрушающем
контроле, и их определения приведены в табл. 1.
Таблица 1
Термины, применяемые при вихретоковом контроле
Термин
Вихретоковый неразрушающий контроль
Вихретоковый преобразователь
Определение
Неразрушающий контроль, основанный
на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным
полем вихревых токов, наводимых в объекте
контроля этим полем
Устройство, состоящее из одной или нескольких индуктивных обмоток, предназначенных для возбуждения в объекте контроля
вихревых токов и преобразования зависящего
от параметров объекта электромагнитного
поля в сигнал преобразователя
Сигнал (ЭДС, напряжение или сопротивление
преобразователя), несущий информацию о
Сигнал вихретокового преобпараметрах объекта контроля и обусловленразователя
ный взаимодействием электромагнитного поля с объектом контроля
Зона контроля
Участок поверхности контролируемого объекта, на котором производится контроль.
Границы участка определены в технологической документации
Средства вихретокового контроля включают в себя:
− дефектоскопы;
− стандартный образец предприятия;
− вспомогательные приборы;
17
− фиксирующие насадки.
Подготовка к проведению вихретокового контроля
Подготовка дефектоскопов:
1 Подготовка дефектоскопов включает в себя внешний осмотр, проверку
работоспособности и настройку (установку порога чувствительности).
2 При внешнем осмотре проверяют целостность корпуса электронного
блока, кабелей, защитного колпачка ВП и других составных частей дефектоскопа.
3 Проверку работоспособности дефектоскопов проводят в соответствии
с Руководством по эксплуатации.
4 Настройку дефектоскопов (установку порога чувствительности) проводят с помощью СОП с искусственными дефектами (ИД), применяемых при
контроле деталей с указанием номера ИД.
5 СОП не должны подвергаться воздействию магнитных полей намагничивающих устройств, используемых при магнитном контроле.
Подготовка деталей:
1 Детали должны быть очищены от загрязнений до металла с помощью
волосяных и металлических щеток вручную или с применением моечных машин. Детали подшипников (ролики, латунные сепараторы) подвергают машинной мойке.
2 Перед проведением вихретокового контроля проводят осмотр деталей
с целью выявления трещин, рисок, задиров, забоин, электроожогов и других
видимых дефектов. При необходимости применяют лупу.
3 Выявленные при осмотре дефекты устраняют зачисткой или другими
методами в соответствии с требованиями нормативных и технологических документов по техническому обслуживанию и ремонту вагонов и их составных
частей.
4 Детали с обнаруженными при осмотре недопустимыми дефектами
вихретоковому контролю не подлежат.
18
5 Детали, подлежащие вихретоковому контролю, помещают на позицию
контроля и при необходимости закрепляют.
На рис. 3 представлен вихретоковый дефектоскоп ВД-70.
Рис. 3. Вихретоковый дефектоскоп ВД-70
Вихретоковый дефектоскоп ВД-70 предназначен для:
− контроля продукции из ферромагнитных и немагнитных металлов и
сплавов на наличие поверхностных дефектов типа трещин;
− определения местоположения дефектов;
− оценки глубины дефектов.
Особенности вихретокового дефектоскопа ВД-70:
− контроль деталей с грубой необработанной поверхностью;
− контроль деталей при наличии защитных диэлектрических покрытий;
− индикация глубины дефекта в миллиметрах;
− широкий ассортимент вихретоковых преобразователей;
− управление параметрами и режимами работы дефектоскопа с персонального компьютера;
− цветной дисплей с высокой разрешающей способностью;
− встроенные часы и календарь;
− прочный корпус для тяжелых условий эксплуатации;
− специальная комплектация для ОАО «РЖД» и метрополитена.
Дефектоскоп может применяться для контроля качества продукции при
ее изготовлении и эксплуатации в различных отраслях промышленности.
19
Дефектоскоп сохраняет работоспособность при контроле материалов и
изделий с удельной электропроводимостью в диапазоне от 0,3 до 54 МСм/м и
минимальным радиусом кривизны 12 мм. Шероховатость поверхности контролируемого изделия Rz не более 320 мкм.
По функциональному назначению дефектоскоп относится к вихретоковым дефектоскопам общего назначения, по конструктивному исполнению – к
переносным, по степени участия оператора в процессе контроля – к ручным.
Конструкция дефектоскопа обеспечивает следующие потребительские
функции:
− режим увеличенного экрана;
− режим «заморозки» изображения экрана;
− встроенные часы;
− режим связи с ПЭВМ для передачи в ПЭВМ информации из памяти
дефектоскопа и возможности распечатки этой информации на принтере, ввода
настроек из ПЭВМ в память дефектоскопа, а также для управления режимами
работы дефектоскопа с ПЭВМ.
Метрологические характеристики
Порог чувствительности на плоском стандартном образце (по стали и
алюминиевому сплаву с удельной электрической проводимостью от 14 до
24 МСм/м при шероховатости контролируемой поверхности RА ≤ 2,5 мкм) при
работе с ВТП ПН-6-ТД-С-001:
- глубина 0,3±0,02 мм;
- ширина от 0,05 до 0,1 мм.
Принцип работы дефектоскопа основан на анализе взаимодействия
внешнего электромагнитного поля с полем вихревых токов, возбуждаемых в
объекте контроля. Возбуждение в контролируемом изделии вихревых токов
осуществляется с помощью вихретокового преобразователя. Изменения наведенного поля, обусловленные наличием дефекта, регистрируются преобразователем. Полученный электрический сигнал подлежит усилению, детектированию, преобразованию в цифровую форму, обработке и выдаче на дисплей.
20
Отображение информации на дисплее осуществляется в виде временной развертки. Анализируя полученное изображение, оператор-дефектоскопист принимает решение о наличии в изделии дефекта и его местоположении.
Фиксирующие насадки
Фиксирующие насадки к вихретоковому дефектоскопу ВД-70 применяются для стабилизации положения преобразователя при контроле деталей с
круглым сечением типа прутков, валиков, стержней и т.п. (рис. 4).
Рис. 4. Фиксирующие насадки
Для контроля конкретных деталей выбирается фиксирующая насадка с
диаметром посадочного места, соответствующим диаметру контролируемой
детали.
Фиксирующие насадки для контроля внутренних углов применяются для
стабилизации положения преобразователя при контроле деталей в зоне внутренних углов и галтелей.
Таблица 2
Характеристики фиксирующих насадок
Обозначение
Диаметр посадочного места, мм
НФ-20-55-У-001
20…55
НФ-55-100-У-001
55…100
21
Для контроля конкретных деталей выбирается фиксирующая насадка с
диаметром посадочного места, соответствующим диаметру контролируемой
детали.
Примечание. Изготовитель оставляет за собой право изменения номенклатуры фиксирующих насадок для преобразователей к дефектоскопу ВД-70.
22
Лабораторная работа № 2
Дефектоскопы и вспомогательные устройства
Дефектоскоп ВД-211.5
Назначение и основные характеристики
Дефектоскоп ВД-211.5 (МКИЯ. 427672.011 ТУ) предназначен для контроля цилиндрических роликов подшипников качения № 2726, используемых в
буксовых узлах грузовых и пассажирских вагонов.
Функции дефектоскопа:
– выявление поверхностных трещин;
– накопление информации о контролируемых роликах и передача ее на
компьютер.
Общий вид электронного блока дефектоскопа показан на рис. 5, электромеханического – на рис. 6.
Рис. 5. Электронный блок дефектоскопа ВД-211.5:
1 – тумблер СЕТЬ; 2 – светодиодные индикаторы напряжения питания
электронного блока; 3 – кнопки цифровой клавиатуры; 4 – кнопка ПУСК;
5 – кнопки переключения режимов (состояний) дефектоскопа;
6 – дисплей; 7 – индикатор ДЕФЕКТ; 8 – аккумуляторная батарея
Рис. 6. Электромеханический блок дефектоскопа ВД-211.5:
1 – выход лотка забракованных роликов;
2 – подающая кассета; 3 – демагнитизатор;
4 – ВП; 5 – приемная кассета
23
Технические характеристики дефектоскопа приведены в табл. 3.
Таблица 3
Технические характеристики дефектоскопа
Характеристика
Значение
Минимальные размеры выявляемых поверхностных искусственных дефектов на цилиндрической поверхности
СОП, мм:
– по ширине;
– по глубине;
– по длине
Загрузка роликов в дефектоскоп и выгрузка роликов из
дефектоскопа
0,002
0,1
5,0
Кассетная
Количество роликов в кассете МКР 15, шт., не более
15
Время контроля одного комплекта, мин, не более
5
Мощность, потребляемая дефектоскопом от сети
переменного тока, ВА, не более
Продолжительность непрерывной работы дефектоскопа
при температуре окружающей среды плюс
30 °С, ч, не менее
1320
12
Габаритные размеры электромеханического блока, мм,
не более
690×590×430
Габаритные размеры электронного блока, мм,
не более
260×180×260
Масса дефектоскопа, кг, не более
40
Характеристики ввода, хранения и вывода информации
Число контролируемых сепараторов, информация о которых может храниться в памяти дефектоскопа, – не менее 400.
Данные, вводимые в дефектоскоп с помощью кнопок цифровой клавиатуры:
заводской номер вагона, заводской номер подшипника, параметр контролируемого ролика, год изготовления (две последние цифры) подшипника, код предприятия-изготовителя, личный номер дефектоскописта, тип дефекта (при осмотре и
браковке ролика), заключение по дефекту (при осмотре и браковке ролика).
24
При проверке роликов в памяти дефектоскопа автоматически фиксируются:
дата и время проверки, уровень сигнала дефекта по отношению к пороговому
значению в процентах, тип дефекта, заключение по дефекту.
Форма хранения, вывода и способы обработки информации определены в
документе «Пакет программ РМД-1 МКИЯ. НД-03 ПО. Руководство по эксплуатации» МКИЯ. НД-03 РЭ.
Подготовка к работе
При подготовке дефектоскопа ВД-211.5 с помощью СОП-НО-903 выполнять следующие операции:
– соединить электромеханический и электронный блоки жгутами, входящими в комплект дефектоскопа;
– заземлить корпус электронного блока;
– переключить тумблер СЕТЬ электронного блока в положение Вкл (см.
рис. 6). При этом на панели электронного блока должны светиться все светодиодные индикаторы питания;
– нажатием кнопки РЕЖИМ+ перевести дефектоскоп в режим ввода текущей даты и времени. При необходимости выполнить коррекцию даты и времени. После нажатия кнопки > откорректировать текущее время кнопками 0–9;
– нажатием кнопки РЕЖИМ+ перевести дефектоскоп в режим ввода технологической информации для СОП. После нажатия кнопки > ввести номер
комплекта СОП, поставляемого в комплекте дефектоскопа. После окончания ввода номера СОП нажать кнопку >;
– нажатием кнопки РЕЖИМ+ перевести дефектоскоп в состояние тестирования СОП. При этом убедиться в нормальном заряде аккумуляторной батареи;
– подающую кассету с комплектом СОП состыковать с направляющими
электромеханического блока;
– нажатием кнопки ПУСК начать тестирование СОП;
– при получении положительных результатов тестирования комплекта
СОП дефектоскоп готов к контролю цилиндрических роликов подшипников.
25
Преобразователь интерфейса МПИ 40
Преобразователь интерфейса МПИ 40 предназначен для передачи данных от
дефектоскопа (ВД-211.5, ВД-211.7А, ВД-211.7, ВД-213) к IBM-совместимому
компьютеру. МПИ 40 преобразует интерфейс RS-232 в интерфейс RS-485 и обратно. Передача данных осуществляется с помощью кабеля связи длиной до
1200 м.
Технические характеристики преобразователя интерфейса МПИ 40 приведены в табл. 4.
Таблица 4
Технические характеристики преобразователя интерфейса МПИ 40
Наименование характеристики
Значение характеристики
Число модулей
Скорость передачи информации, кбод, не более
Гальваническая развязка вход-выход, МОм,
не менее,
Волновое сопротивление кабеля, Ом
Напряжение, В
Частота питающей сети переменного тока, Гц
Ток потребления одного модуля от питающей сети
переменного тока, не более, А
Габариты модуля МПИ 40.01, мм, не более
Масса модуля МПИ 40.01, кг, не более
Габариты модуля МПИ 40.02, мм, не более
Масса модуля МПИ 40.02, кг, не более
2
250
100
120×10
220±22
50±1
0,02
230×120×80
1,2
150×100×70
1,0
Преобразователь интерфейса МПИ 40 состоит из двух модулей, соединенных кабелем. Схема соединений модулей показана на рис. 7.
Модуль МПИ 40.01 подключен к дефектоскопу, модуль МПИ 40.02 – к компьютеру. Запрос на передачу информации проводится со стороны компьютера.
Команда на передачу подастся со стороны дефектоскопа.
При подготовке к работе преобразователя интерфейса МПИ 40 выполнять
следующие операции:
– проверить правильность подключения модуля МПИ 40.02: к нему долж26
ны быть подключены порт COM 2 (СОМ 1) компьютера, сеть 220 В и кабель;
– включить питание компьютера;
– включить переключателем «Сеть» питание МПИ 40.02;
– запустить в соответствии с руководством по эксплуатации дефектоскопа
программу для обмена и просмотра данных;
– оставить программу в режиме «Установление связи»;
– убедиться в том, что к модулю МПИ 40.01 подключены сеть 220 В и
кабель;
– убедиться в том, что индикатор «Сеть» не светится;
– убедиться в том, что индикатор «Готов» светится, и включилась звуковая сигнализация;
– подсоединить к модулю МПИ 40.01 дефектоскоп;
– включить тумблер питания модуля МПИ 40.01;
– убедиться в том, что прекратился звуковой сигнал, выключился индикатор «Готов» и включился индикатор «Сеть»;
Рис. 7. Схема соединений модулей
Для передачи информации с дефектоскопа на компьютер выполнять следующие операции:
– включить питание дефектоскопа и в соответствии с его руководством по
эксплуатации провести передачу информации на компьютер;
– после окончания передачи данных выключить питание дефектоскопа;
– выключить питание модуля МПИ 40.01;
– отсоединить от модуля МПИ 40.01 дефектоскоп.
27
ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВКУ К РАБОТЕ
1 Изучить ГОСТ 24289-80 «Контроль неразрушающий вихретоковый.
Термины и определения». Ознакомиться с заданием преподавателя.
2 Сделать вывод относительно возможности разработки методики контроля согласно ГОСТ 24289-80.
3 Изучить эксплуатационную документацию на вихретоковый дефекто-
скоп, стандартный образец.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1 На каком принципе основано выявление дефектов вихретоковым методом НК?
2 Какие вы знаете вихретоковые преобразователи?
3 Каким ВП мы пользуемся для выявления дефектов?
4 Назовите основные требования техники безопасности при проведении
вихретокового метода контроля.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
Отчёт по лабораторной работе оформляется каждым студентом самостоятельно в тетради лабораторных работ по курсу «Основы технической диагностики». Все эскизы, рисунки и таблицы должны быть выполнены с применением необходимых чертёжных инструментов.
В отчёте должны быть представлены:
– эскиз контролируемой детали;
– последовательность технологических операций с объяснениями;
– заключение о дефектности детали;
– выводы.
Отчёт должен быть подписан автором с указанием даты оформления.
28
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Неразрушающий контроль деталей вагонов.
Общие
положения:
РД 31.174-2001. – М.: Изд-во ЦВ МПС, 2001.
2 ГОСТ 24289-80. Контроль неразрушающий вихретоковый. Термины и
определения. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2005.
3 Вихретоковый контроль деталей подвижного контроля железных дорог.
– Екатеринбург: ООО «Микроакустика», 2000.
29
ПРИЛОЖЕНИЕ
Дефектоскоп ВД-211.5
Дефектоскоп ВД-211.5 предназначен для _______________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________
Функции дефектоскопа ______________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________
Электронный блок дефектоскопа ВД-211.5
1 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
2 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
3 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
4 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
5 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
6 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
7 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
8 – ________________________________________________________
__________________________________________________________.
Электромеханический блок дефектоскопа ВД-211.5
1 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
2 –________________________________________________________
__________________________________________________________;
3 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
4 – ________________________________________________________
__________________________________________________________;
5 – ________________________________________________________
__________________________________________________________.
Технические характеристики дефектоскопа
Наименование характеристики
Значение характеристики
Минимальные размеры выявляемых поверхностных искусственных дефектов
на цилиндрической поверхности СОП, мм: по ширине, по глубине, по длине
Загрузка роликов в дефектоскоп и выгрузка роликов из дефектоскопа
Количество роликов в кассете МКР 15, шт., не более
Время контроля одного комплекта, мин, не более
Мощность, потребляемая дефектоскопом от сети переменного тока, ВА, не более
Продолжительность непрерывной работы дефектоскопа при температуре окружающей
среды плюс 30 °С, ч, не менее
Габаритные размеры электромеханического блока, мм, не более
Габаритные размеры электронного блока, мм, не более
Масса дефектоскопа, кг, не более
Число контролируемых сепараторов, информация о которых может храниться в памяти дефектоскопа, – не менее _____
Данные, вводимые в дефектоскоп с помощью кнопок цифровой клавиатуры: __________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________
При проверке роликов в памяти дефектоскопа автоматически фиксируются: __________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________
30
Подготовка к работе
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
Порядок работы
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________
31
Учебное издание
Копотун Елена Александровна
Челохьян Александр Вартанович
Копотун Борис Евгеньевич
ВИХРЕТОКОВЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ
Учебно-методическое пособие
Редактор Н.С. Федорова
Техническое редактирование и корректура Н.С. Федорова
Подписано в печать 10.11.2010. Формат 60×84/16.
Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. 1,84.
Уч.-изд. л. 1,73. Тираж
экз. Изд. № 201. Заказ
Ростовский государственный университет путей сообщения.
Ризография РГУПС.
Адрес университета:
344038, г. Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка
Народного Ополчения, 2.
32
РОСЖЕЛДОР
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(РГУПС)
Е.А. Копотун, А.В. Челохьян, Б.Е. Копотун
ВИХРЕТОКОВЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ
Учебно-методическое пособие
Ростов-на-Дону
2010
33