13.2.8. Стандартные образцы для феррозондового контроля

Стандартные образцы предназначены для оценки показателей точности неразрушающего контроля феррозондовым методом по ГОСТ 21104-75 и применяются в составе феррозондовых дефектоскопных установок ДФ-103, ДФ-105 и др. Конструктивно стандартный обра­зец состоит из пластины с дефектами и намагничивающего устрой­ства (рис. 138).

Рис.138. Настроечные образцы(а, б):

1 – крепёжные болты; 2 – эталонный образец; 3 – искусственные дефекты; 4 – постоянные магниты;

5 – магнитопровод; 6 – ярмо; 7 – защитный чехол; 8 – поворотное регулировочное устройство;

9 – фиксатор регулировочного устройства

56

Пластина 2 изготовлена из стали 20Л (20ФЛ; 20ФГЛ) и имеет размеры 300 х 40 х 10 мм. На ней нанесены три искусственных дефекта, имитирующие трещины, наиболее характерные для контро­лируемых деталей. Пластина установлена на намагничивающее уст­ройство, состоящее из магнитопровода 5, ярма 6 и постоянных редко­земельных магнитов (Nd-Fe-В) 4, с которыми пластина образует зам­кнутую магнитную цепь. Стандартный образец защищен кожухом 7 из немагнитного материала. Согласно ГОСТ 8.315-91 стандартные образцы разделяются на отраслевые стандартные образцы (ОСО) и стандартные образцы предприятий (СОП). СОП используются на рабочих местах дефектоскописта для установки уровня рабочей чув­ствительности и проверки работоспособности дефектоскопов при контроле конкретных типов деталей.

ОСО используются аккредитованными отраслевыми территори­альными метрологическими лабораториями в качестве эталонно­го образца.

Эталонные образцы имеют каждый свое условное обозначение в зависимости от конструктивных особенностей, магнитных характери­стик и принадлежности к соответствующему дефектоскопу. Метроло­гические характеристики эталонных образцов приведены в табл. 5.

Таблица 5

Стандартные образцы ОСО-НО-022 и ОСО-НО-023 имеют ме­ханизм для плавной регулировки напряженности магнитного поля на рабочей поверхности (рис. 138, б). При транспортировке ручки механизма регулирования настроечного образца должны быть ус­тановлены в положение «мин.», соответствующее минимальному магнитному потоку. На пластине образца имеется три искусствен­ных дефекта. Дефект № 1 имеет глубину 3 мм с раскрытием 0,2 мм. Дефект № 2 имеет наклонно-продольную риску глубиной 3 мм с рас­крытием 0,3 мм. Дефект № 3 имеет подповерхностную поперечную риску глубиной залегания 2,5 мм и раскрытием 1,5 мм. Геометри­ческие размеры искусственных дефектов на пластине стандартного образца гарантируются изготовителем и в условиях эксплуатации периодического контроля не требуют.

57

2. Вихретоковый неразрушающий контроль

Электромагнитный контроль, называемый чаще всего методом вихревых токов, основан на регистрации изменений электромагнит­ного поля вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля.

Вихревые токи возникают в проводящей среде при установке на ее поверхности катушки, которая питается переменным током вы­сокой частоты.

Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зави­сит от его геометрических, электромагнитных параметров и от вза­имного расположения измерительного вихретокового преобразова­теля и объекта. Вихревые токи, в свою очередь, влияют на парамет­ры катушки, которые фиксируются с помощью измерительной схемы. В качестве преобразователя для возбуждения и регистрации вихре­вых токов используют обычно индуктивные катушки (одну или ком­бинацию катушек). Конструктивно катушки устанавливают в труб­чатом корпусе типа «карандаш». Синусоидальный или импульсный ток, протекающий в катушках преобразователя, создает электромаг­нитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводя­щем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их пол­ное сопротивление. Если на пути вихревого тока появляется препят­ствие в виде поверхностной трещины, то воздействия на катушку прерываются, что и фиксируется индикаторами дефектоскопа.

ЭДС и сопротивление обмоток зависят от многих параметров контроля, в связи с чем возникают определенные трудности в реали­зации метода вихревых токов. С одной стороны, метод вихревых токов позволяет осуществить контроль многих параметров, но 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, и это влияние необходимо учитывать при выборе способа дефектации изделий.

Еще одна особенность электромагнитного контроля заключает­ся в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на небольших, но доста­точных расстояниях для свободного движения преобразователя от­носительно объекта. С помощью этого метода можно получить хо­рошие результаты при высоких скоростях движения объектов конт­роля, а также в тех случаях, когда контролируемая поверхность не подвергалась очистке от слоя грязи или лакокрасочных покрытий. Кроме того, метод вихревых токов применим в широких диапазо­нах шероховатости.

Для контроля изделия методом вихре­вых токов необходимо, чтобы зона конт­роля находилась в центре действия маг­нитных полей преобразователя. Чтобы отыскать дефект, необходимо передви­гать преобразователь по зигзагообраз­ной траектории без отрыва его от обсле­дуемой поверхности (рис. 139, а).

58

Вихре­вой ток, создаваемый магнитным полем катушки с ферритовым сердечником, ох­ватывает небольшую площадку (диамет­ром 3—4 мм) (рис. 139, б).

Рис. 139. Схема обнаружения дефектов (а) и преобразователь (б):

1 – ферритовый стержень; 2 – корпус; 3 – деталь; 4 – зона вихревых токов

Для увеличе­ния активной зоны вихревых токов ис­пользуют комбинированные преобра­зователи-датчики, представляющие собой набор катушек в различных сочетаниях. Технология поиска трещин в деталях с помощью вихревых дефектоскопов зак­лючается в следующем: настройка и пред­варительная калибровка приборов на стандартном образце (СОП); уточнение калибровки приборов непосредственно на контролируемом элементе; поиск де­фектов путем сканирования поверхности преобразователем; уточнение результатов контроля и оценка качества контролиру­емого изделия. Вихретоковые дефектос­копы обладают достаточной чувствительностью, простотой в эксп­луатации, автономностью питания, имеют небольшую массу и не тре­буют подготовительных работ.

В локомотивных и вагонных депо широкое распространение полу­чили вихретоковые дефектоскопы: ВД-12НФ; ВД-14НФ; ВД-15НФМ; ВД-18НФ; ВД-70; ВД-113; ВД-12НФМ; ВД-12НФП; ВД-19НФ; ВД-20НФ; ВД-211.7

Рассмотрим конструкцию, назначение и работу дефектоскопов, получивших наибольшее распространение на железнодорожном транспорте.

59

Вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФМ предназначен для выявления трещин, выходящих на поверхность, в том числе под слоем краски или грязи толщи­ной до 3 мм в электропроводящих деталях с различной шероховато­стью поверхности (рис. 140).

Рис. 140. Вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФМ

Ми­нимальные размеры выявляемых трещин: ширина 0,05 — 0,15 мм при глубине 0,5 мм, или 0,1— 0,3 мм при глубине 3 мм в зави­симости от чистоты поверхности. Индикация дефекта осуществля­ется с помощью стрелочного индикатора, звука и по миганию лам­почки. Дефектоскоп прост в обращении, имеет небольшой вес и га­бариты (1,6 кг; 270 х 75 х 108мм). К недостаткам можно отнести то, что при отрыве датчика от контролируемой поверхности происхо­дит ложное срабатывание. Особенно это проявляется при контроле изделий со сложной формой поверхности.

Дефектоскопы ВД-14НФ, ВД18НФ применяются для контроля сепараторов роликовых подшипников и собственно роликов. По принципу действия и конструктивному исполнению они мало чем отличаются от дефектоскопов, рассмотренных ранее.

Дефектоскоп ВД-15НФМ предназначен для выявления и оценки размеров поверхности трещин в деталях подвижного состава (дис­ках вагонных колес, корпусах автосцепки, боковых рамах, надрессорных балках, кронштейнах редукторов и тяговых двигателей), име­ющих грубую поверхность (но не хуже К, 320) и с минимальным ра­диусом кривизны 10 мм. Дефектоскоп рассчитан на применение его в условиях депо и ремонтных заводов.

Дефектоскоп имеет два режима работы: режим обнаружения де­фектов и режим измерения глубины дефектов.

Порог чувствительности дефектоскопа — минимальное значение обнаруживаемых поверхностных искусственных дефектов (ИД) при шероховатости поверхности не хуже R_z 320:

• глубина 0,5 ± 0,1 мм;

• ширина 0,2 ± 0,1 мм;

• зазор между преобразователем и контролируемой деталью не более 3 мм;

• скорость сканирования 0,02—0,05 м/с;

• минимальная измеряемая глубина дефекта 0,5 мм, максималь­ная — 9 мм;

• величина питающего блок напряжения 6 В, 300 мА;

• частота тока возбуждения преобразователя 58—72 кГц.

60

Принцип работы дефектоскопа основан на возбуждении в кон­тролируемом изделии вихревых токов и последующем выделении с преобразователя сигнала, величина и фаза которого определя­ются действующим вторичным полем. При перемещении преобра­зователя на локальный дефектный участок, например, на усталост­ную трещину, сигнал с него меняется по амплитуде и фазе. В де­фектоскопе реализован принцип измерения фазы сигнала, поступающего с преобразователя.

Конструктивно дефектоскоп представляет собой портативную переносную конструкцию, предусматривающую работу в настоль­ном и переносном положении (рис. 141).

Рис. 141. Дефектоскоп ВД-15НФМ

Монтаж электронной схе­мы прибора выполнен на печатных платах. На передней панели при­бора находятся устройства управления и контроля. Для подключе­ния преобразователя и блока питания на панели находятся разъемы «Преобр.» и «БП». Показывающий прибор выполняет три функции: контролирует величину напряжения питания дефектоскопа; выдает дополнительную (к световой и звуковой) информацию при распознавании дефектов при работе прибора в режиме обнаружения де­фектов; регистрирует измеренные глубины при работе дефектоско­па в режиме измерения глубины дефектов. Вся шкала показываю­щего прибора соответствует 100 мм измеряемых глубин дефекта.

Переключатель режима работы дефектоскопа «Обн.- Изм.- Контр.» предназначен для следующих операций:

• «Обн.» — переключение дефектоскопа в режим обнаружения дефектов;

• «Изм.» — переключение дефектоскопа в режим измерения олубины дефектов;

• «Контр.» — контроль напряжения автономного источника пи­тания.

61

Вся шкала прибора соответствует 10 В, и при снижении напряже­ния до 3,5 В работа запрещается.

Кнопка «Сброс» предназначена для сброса показаний глубины дефектов, зафиксированных на показывающем приборе при работе дефектоскопа в режиме измерения. Регулятор «Уст 0» предназначен для установки стрелки прибора на нуль при работе дефектоскопа в режиме обнаружения.

Регулятор «Чувств.» предназначен для приведения в соответствие показаний прибора с глубиной искусственных дефектов, нанесен­ных на стандартном образце СОП-1.

Регулятор «Порог» предназначен для установки необходимого порога чувствительности, значение которого зависит от шерохова­тости контролируемой поверхности. Порог чувствительности дол­жен быть установлен таким образом, чтобы при контроле деталей не было ложных срабатываний световой и звуковой сигнализации. При шероховатости К.320 порог чувствительности необходимо ус­танавливать соответствующим ИД, равным 2 мм глубины.

Тумблер «Дин-Стат.» предназначен для перехода от динамичес­кого к статическому режиму контроля. Динамический режим конт­роля предназначен для ручного сканирования плоских и криволи­нейных поверхностей. В динамическом режиме сигнализация дефекта включается в момент прохождения преобразователя над трещиной. Статический режим контроля предназначен для выявления дефек­тов в углах, сварных швах и локальных труднодоступных зонах. В статическом режиме контроля сигналы о наличии дефекта вклю­чаются при нахождении преобразователя над дефектом.

Преобразователь относится к классу электромагнитных преоб­разователей и предназначен для преобразования неэлектрических величин (в виде локальных нарушений сплошности) в электричес­кий сигнал путем возбуждения в контролируемой зоне вихревых то­ков с последующим выделением сигнала, параметры которого — амплитуда и фаза — определяются вторичным полем. Для удобства контроля в торцевой части преобразователя расположен световой индикатор (светодиод). Звуковой сигнализатор встроен в корпус прибора, и при обнаружении дефекта появляется звук.

Дефектоскоп ВД-15НФМ дополняется стандартным образцом СОП-1, который предназначен для установки чувствительности при­бора при его эксплуатации и поверке. Стандартный образец изго­тавливается из стали марки 20Г1ФЛ с размерами 100 х 30 х 15 мм. Искусственные дефекты (ИД) нанесены на рабочую поверхность СОП по всей его ширине глубиной 0,5; 2; 5; 9 мм и шириной 0,2 ± 0,1 мм.

Порядок работы с прибором. Очистить деталь от грязи, поставить переключатель «Обн. - Изм. - Конт» в положение «Обн.» и установить преобразователь перпендикулярно к контролируемой поверхности. Затем со скоростью 0,02—0,05 м/с перемещать преобразователь зиг­загами (рис. 139, а) на тех участках, где наиболее вероятно появле­ние и развитие трещин. Скорость сканирования определяется каче­ством контролируемой поверхности, и если на поверхности встре­чаются большие неровности, то скорость сканирования необходимо снизить до минимальной.

62

При перемещении преобразователя необ­ходимо внимательно следить за срабатыванием световой и звуко­вой индикации. Срабатывание ее в одном и том же месте предпола­гает наличие трещин. Для получения достоверной информации не­обходимо медленно перемещать преобразователь в направлении, перпендикулярном предполагаемой трещине, наблюдая за характе­ром отклонения стрелки. При наличии трещины или местной неодно­родности металла на расстоянии 4—6 мм от трещины стрелка начи­нает резко отклоняться. На трещине или местной неоднородности отклонение стрелки достигает максимального значения, и при пере­мещении в обратном направлении на расстояние 4—6 мм от трещи­ны стрелка прибора вернется в исходное положение.

Если расстояние, на котором наблюдается отклонение стрелки в исходное положение, превышает 12 мм, то это свидетельствует не о наличии трещины, а о локальном изменении электропроводимости контролируемого материала. Для того чтобы окончательно убедить­ся в наличии трещины, необходимо зачистить до металлического блес­ка зону предполагаемой трещины и после этого повторно провести контроль. Если характер отклонения стрелки прибора сохраняется при медленном перемещении преобразователя (менее 0,02 м/с), а при пе­ремещении преобразователя со скоростью 0,02—0,05 м/с световая и звуковая индикации срабатывают, то это подтверждает наличие тре­щины. Но индикация может срабатывать в других случаях, не свя­занных с наличием трещины: при отрыве преобразователя от конт­ролируемой детали; при пересечении сварного шва; на неровностях типа «гвоздь». В этих случаях причина срабатывания устанавлива­ется визуально.

Измерение глубины дефекта. Для измерения глубины дефекта пре­образователь установить на контролируемую поверхность таким образом, чтобы наконечник преобразователя располагался перпен­дикулярно бездефектному участку на расстоянии 4—6 мм от дефек­та, а ручкой «Уст 0» установить стрелку прибора на «0». Затем пере­ключатель «Обн.-Изм.-Конт.» перевести в положение «Изм.». На­жать кнопку «Сброс» и выдержать ее в нажатом состоянии в течение 5 с до того, как в первый раз пересечь дефект. Плавно перемещая пре­образователь в направлении, перпендикулярном выявленной трещи­не, пересекаем ее и останавливаемся на расстоянии 4—6 мм по дру­гую сторону от трещины, затем фиксируем показания по прибору. За результат измерения глубины дефекта нужно брать среднее арифме­тическое показаний прибора при трехкратном пересечении трещи­ны как в одну, так и в другую сторону. После каждого пересечения трещины необходимо нажимать кнопку «Сброс».

Дефектоскоп вихретоковый ВД-70 предназначен для контроля де­талей из ферромагнитных и немагнитных металлов и сплавов на на­личие поверхностных дефектов типа трещина и оценки их глубины и определения местонахождения. Дефектоскоп имеет небольшие га­бариты (195 х 145 х 55мм) и вес, но обладает большими возможнос­тями благодаря электронной начинке блока. На лицевой панели бло­ка имеется цветной дисплей с высокой разрешающей способностью, электрические разъемы для подключения головных телефонов, бло­ка питания и преобразователей (рис. 142).

63

Дефектоскоп имеет проч­ный алюминиевый корпус, и встроенный аккумуляторный блок на­пряжением 4,8 В. Программное обеспечение электронного блока позволяет запомнить до 1000 изоб­ражений дефектов и до 300 про­грамм настроек прибора. Для под­ключения дефектоскопа к компью­теру имеется порт USB.

Рис.142. Вихревой дефектоскоп ВД-70

Дефектоскоп комплектуется большим набором преобразовате­лей, позволяющих контролировать труднодоступные места, шпоночные канавки и места с поворотом до 90° (преобразователи: накладной, угло­вой, поворотный, проходной и др.). Рабочая частота преобразователей 10—250 кГц.

Преобразователи вихретоковые проходные имеют следующие ус­ловные обозначения: ПНН-50-25-ТД-С-001; накладные преобразо­ватели — ПН-6-ТД-С-001; ПН-18-ТД-С-001; ПН-6х8-ТД-У-001; ПН-6-ТД-В-001. Условные обозначения характеризуют преобразо­ватели в зависимости от их рабочих параметров и габаритных раз­меров. Для настройки дефектоскопа его дополняют тремя стандарт­ными образцами и комплектом программного обеспечения.

Дефектоскоп ВД-113 (ВД-213.01). Основное отличие этого дефек­тоскопа от рассмотренных ранее заключается в том, что в преобра­зователе вместо одного комплекта индуктивных катушек смонти­ровано пять. Они расположены равномерно по периметру корпуса и вращаются вокруг его оси со скоростью около 1500 об/мин, что устраняет вышеописанный недостаток других моделей — увеличена зона действия вихревых токов.

Минимальные геометрические размеры выявляемых поверхнос­тных дефектов для ферромагнитных материалов при шероховатос­ти R_z 320: ширина 0,1 мм, глубина 2 мм (при зазоре между изделием и преобразователем в 1 мм — ширина 0,2 мм, глубина — 2 мм). Для неферромагнитных материалов при К.320: ширина 0,1 мм, глубина — 2 мм (при зазоре в 1 мм — ширина 0,1 мм, глубина — 3 мм).

Прибор имеет небольшие габаритные размеры (152 х 195 х 96 мм) и небольшой вес (1,4 кг) (рис. 143). Порядок работы с дефектоско­пом практически ничем не отличается от рассмотренных ранее, но наличие электронных блоков с большими возможностями делает прибор более удобным в работе и повышает качество обработки информации.

64

­

Рис. 143. Общий вид дефектоскопа ВД-113:

1 — корпус; 2 — разъем преобразователя; 3 — аккумулятор; 4 — кнопка включе­ния; 5 — кнопка тестирования; 6 — кнопка регулирования; 7 — индикаторы уровня чувствительности; 8 — стрелочный индикатор; 9 — световой индикатор дефекта; 10 — звуковой индикатор

Вихретоковый контроль деталей проводится в соответ­ствии с технологическими инструкциями, утвержденными в установ­ленном порядке. При отсутствии таковых контроль рекомендуется выполнять в следующем порядке:

1. Включить дефектоскоп и установить преобразователь на бездефект­ный участок контролируемого изделия. Кнопками установить макси­мальную чувствительность (16 позиция) дефектоскопа и затем, снижая чувствительность, зафиксировать включение индикаторов дефектов.

2. Затем перемещать преобразователь по контролируемой дета­ли по спирали, если деталь близка к форме круга, или по прямым линиям с шагом 5—10 мм. Перемещать преобразователь следует без нажима и перекосов со скоростью 3 м/мин.

3. Если произошло срабатывание индикаторов дефектов, то не­обходимо удостовериться с помощью лупы, что срабатывание ин­дикаторов вызвано дефектом.

4. Если при визуальном осмотре поверхностный дефект не обна­ружен, то поверхность необходимо хорошо зачистить и процесс ска­нирования повторить.

5. Процесс дефектоскопирования детали необходимо проводить до полного выявления ее технического состояния. После окончания работы выключить дефектоскоп и сделать запись в журнале уста­новленной формы.

Вихретоковые дефектоскопы ВД-19НФ, ВД-20НФ являются специализированными аналоговыми приборами. Эти приборы предназначены для механизированного контроля роликов подшипников:

• диаметром от 20 до 50 мм

• длиной от 20 до 80 мм (ВД-20НФ — диаметр роликов от 18—80 мм длиной от 20 до 60 мм).

Минимальные размеры выяв­ляемых дефектов глубиной 0,3 мм и шириной 0,1 мм.

65