Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное образовательное учреждение
Среднего профессионального образования
Пензенский техникум железнодорожного транспорта
Контрольная работа
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ
Принял преподаватель
Выполнил студент
2009
Содержание
Вопрос № 1: Опишите наиболее распространенные методынеразрушающего контроля в вагонном хозяйстве. Ихдостоинства и недостатки
Вопрос № 2: Акустический вид неразрушающего контроля
Вопрос № 3: Диагностирование электроаппаратов, цепей ипреобразователей
Литература
Вопрос № 1: Опишите наиболее распространенныеметоды неразрушающего контроля в вагонном хозяйстве. Их достоинства инедостатки
Наиболее распространенными дефектами в нагруженных деталяхподвижного состава являются усталостные трещины, которые, как правило,развиваются постепенно и в начале развития могут быть совершенно незаметны. Иногдаони появляются в недоступных для осмотра местах. Характерным примером являютсяусталостные трещины, возникающие в осях колесных пар под ступицаминапрессованных на них колес или под кольцами роликовых подшипников.
Появление усталостных дефектов с возможностью разрушенияэлементов ставит под угрозу безаварийную эксплуатацию подвижного состава. Дляобнаружения дефектов в изделиях с помощью методов неразрушающего контроля промышленностьвыпускает специальные приборы дефектоскопы. В вагоностроении и вагонномхозяйстве наибольшее распространение получили следующие методы неразрушающегоконтроля: визуальный, капиллярный (проникающих жидкостей), магнитный,электроиндукционный (вихревой), ультразвуковой, гамма-лучевой (проникающихизлучений).
Визуальному осмотру подвергается вся поверхность боковых рами надрессорных балок. При этом особое внимание следует обратить на места, гдедатчиком был подан сигнал, и на качество очистки зон повреждаемости деталей. Приналичии загрязнений указанные зоны необходимо очистить скребками илиметаллической щеткой. Грубые дефекты можно определить по изменению цвета ирастрескиванию краски. Для уточнения наличия дефекта используется лупа с 4-8-кратнымувеличением и переносная лампа.
Принцип действия вихретоковых дефектоскопов основан навозбуждении в контролируемом изделии вихревых токов с помощью вихретокового преобразователя.В качестве преобразователя обычно используются индуктивные катушки, по которымпропускается переменный или импульсивный ток, создающий вокруг катушкиэлектромагнитное поле. При установке преобразователя на металлическуюповерхность магнитное поле катушки вызывает в поверхностном слое металлавихревые токи в виде концентрических окружностей, максимальный диаметр которыхпримерно равен диаметру катушки. Вихревые токи создают собственное (вторичное) магнитноеполе, которое воздействует на параметры преобразователя. По характеру этоговоздействия можно судить о состоянии поверхностного слоя контролируемой детали,в том числе о наличии трещины.
Методы проникающих жидкостей основаны на способностижидкостей проникать в мельчайшие трещины и задерживаться в них при удалениижидкости с поверхности. В состав проникающих жидкостей чаще всего входиткеросин. При люминесцентном методе в керосин добавляют масло МС-20 или МК-22 (10-15%),обладающее способностью светиться (люминесцировать) в темноте приультрафиолетовом облучении. Для повышения эффективности дефектации применяюткомбинированные методы, например магнитно-люминесцентный. При этом методепроверяемую деталь намагничивают на магнитном дефектоскопе, смачивая в воднойсуспензии железного крокуса с добавлением люминофора. После смачивания детальосматривают под ультрафиолетовыми лучами. Если на поверхности имеется трещинапроникающий в нее раствор ярко светится, обнаруживая имеющие дефекты. Методпозволяет определить очень тонкие трещины и волосовины в материале деталей. Поокончании проверки деталь размагничивают и промывают.
Магнитографический метод контроля основан на фиксациирассеяния магнитных потоков с помощью ферромагнитной ленты, обычно применяемойдля магнитной звукозаписи. Процесс контроля состоит в следующем: производитсянамагничивание диагностируемой детали и
записывается рассеяние полей, возникшее в месте дефекта; воспроизводятсяи расшифровываются «записанные» поля с целью выявления имеющихсядефектов. Особенно эффективен магнитографический метод при контроле сварныхшвов. Необходимо учитывать, что наиболее эффективно выявление дефектов происходитпри намагничивании постоянным током так, чтобы магнитный поток располагался подпрямым углом к оси предполагаемого дефекта. Однако этот метод недостаточночувствителен к выявлению дефектов округлой формы, таких как непровары, шлаковыевключения и т.д. В связи с этим для диагностирования особо ответственныхдеталей магнитографический метод дублируют другими способами контроля. Электроиндуктивныйметод основан на том, что в детали индуктируются вихревые токи, значениякоторых зависят как от электротехнических качеств ее материала, так и отимеющихся поверхностных (подповерхностных) трещин, пустот, нетокопроводящихвключений.
В качестве датчиков применяют измерительные катушкииндуктивности различных типов. Кроме обнаружения дефектов, этот метод применяютдля измерения толщины покрытий, листовых материалов и труб.
В вагонном хозяйстве широкое распространение получилультразвуковой метод. Этот метод контроля основан на способности ультразвуковыхколебаний распространяться в материале на большие расстояния в виденаправленных пучков и испытывать значительное отражение от границы раздела двухсред, резко отличающихся величиной волнового сопротивления. Так ультразвуковыеколебания почти полностью отражаются от места расположения дефекта (трещины,газового пузыря и др.). Наибольшее распространение в вагоностроении и вагонномхозяйстве получили следующие виды ультразвукового контроля: резонансный,теневой, эхо-метод, импедансный, свободных колебаний.
Резонансный метод используется для измерения толщины труб,листов,
стенок резервуаров, а также для определения уровня жидкостив закрытых резервуарах. Этот метод основан на возбуждении резонансных колебанийв контролируемом месте детали. Резонанс наступает в том случае, если толщинадетали равна целому числу полуволн ультразвуковой волны. Следовательно,генератор ультразвуковых колебаний (УЗК) должен иметь регулируемую частотнуюхарактеристику.
Теневой метод, или метод сквозного прозвучивания,предусматривает ввод УЗК с одной стороны детали и прием волн с другой. Таким образом,УЗК как бы «просвечивают» деталь; если на пути их распространениявстретится дефект, то величина их существенно уменьшится. Экспериментыпоказывают, что чувствительность теневого метода достигает величин порядкадесятых долей миллиметра.
Эхо-метод основан на фиксации отраженных от дефекта волн УЗК(эхо-сигнал). Следовательно, в деталь вводится импульс УЗК и измеряетсяотраженный сигнал. Этим методом обычно выявляют нарушения сплошности материала.
Импедансный метод использует принцип механического сопротивления(импеданса). Если в контролируемом изделии возбуждать упругие колебания, тоизделие будет «оказывать сопротивление», величина которогоопределяется в первую очередь жесткостью всего изделия. При проходе датчикагенерирующего УЗК через дефект сопротивление резко уменьшается, что фиксируетсяизмерительным устройством.
Метод свободных колебаний, заключается в том, что еслимеханическую систему привести в колебание импульсом УЗК, то закономерностисвободных затухающих колебаний будут определяться только параметрами самойсистемы. Анализируя эти колебания, устанавливают наличие дефекта. Методпроникающих излучений использует способность электромагнитных излучений сдлинной волны от 10 до 1х10-3А (1х10-10м) и разнойэнергии квантов проникать в различные среды, при этом снижая свою интенсивность
в зависимости от свойств среды. Изменение интенсивностипрохода излучения через деталь регистрируется соответствующими счетчиками,фотопленкой и т.д. В качестве излучений широко используют рентгеновские илигамма-лучи. Эти методы позволяют контролировать целостность стальных деталейтолщиной до 150 мм при чувствительности около 3-10% проверяемой толщины.
Индукционный метод осуществляется с применением катушкииндуктивности, перемещаемой относительно намагниченного объекта контроля. Вкатушке наводится электродвижущая сила соответственно характеристикам полейдефектов.
Контроль течеискателем основан на регистрации утечкииндикаторных жидкостей или газов через сквозные дефекты в контролируемомизделии. Этот метод применяется при проверке трубопроводов, тормозных воздушныхрезервуаров, газовых баллонов и т.п. Утечки можно обнаружить по падению
давления в сосуде, по шипению вытекающего газа лакмусовыминдикатором или галоидной лампой.
Для обнаружения дефектов в диэлектрических покрытияхэлектропроводящих объектов в некоторых случаях применяют электроискровой метод.Наличие дефектов в покрытиях фиксируют по электрическим пробоям в дефектнойзоне.
В электропроводящих объектах дефекты могут быть обнаруженыизмерением электрического сопротивления какого-либо участка. При наличиитрещины происходит сужение площади сечения, через которую проходит ток, чтоведет к возрастанию его электрического сопротивления. Недостатокэлектроискрового метода — необходимость стабильного контакта контролируемогообъекта с токопроводящими щупами.
Оптический метод контроля применяют для измерениягеометрических размеров изделий, контроля состояния поверхности и обнаружения поверхностныхдефектов. При освещении контролируемой поверхности можно обнаружитьневооруженным глазом трещины шириной 0,1 мм, а с помощью увеличительныхприспособлений — 30 мкм. Недостаток оптического контроля — необходимостьвысококачественной очистки контролируемой поверхности. Тепловой метод контроляоснован на регистрации температурных различий отдельных участковконтролируемого объекта. При этом объект может быть нагрет внешними источникамитепла или собственными. Различие температур на отдельных участках обусловленоформой объекта, материалом, а также наличием дефектов. Регистрация излученийтемпературного распределения осуществляется обычно приемниками инфракрасныхлучей. Благодаря высокой чувствительности таких приемников контроль можноосуществлять на значительных расстояниях от объекта. Для контроля целостностисварных швов, соединений, прочности резервуаров и трубопроводов в вагонномхозяйстве широко используют испытание конструкций при действии гидравлическогоили пневматического давления. Гидравлическому испытанию подвергают котлыцистерн, воздушные резервуары автотормозов, котлы парового и водяного отопленияи др. Испытания проводят после изготовления, периодических видов ремонта,особенно если производились сварочные работы по устранению трещин или другихдефектов. Испытания проводят двумя методами: путем заполнения резервуаров водойи контроля его целостности проверкой при повышенном давлении. Обнаруженныеместа тени обводят мелом и временно подчеканивают для прекращения тени. Последоведения давления в котле до установленного значения его выдерживают под этимдавлением в течение 15 мин (не менее). За время испытания сварные соединения (заклепочные)и весь котел тщательно осматривают и обстукивают легкими ударами ручногомолотка. Все выявленные при испытании дефекты после снятия гидравлическогодавления и слива воды необходимо устранить и провести повторное испытание.Вопрос № 2: Акустический вид неразрушающегоконтроля
В настоящее время трудно найти отрасль хозяйства России, гдебы не применялся акустический вид НК. Состоящий из множества методов, в основукоторых положено свойство акустических колебаний проникать в глубь материалов иотражаться от раздела двух сред, он нашел широкое применение при контролеизделий из различных материалов пластмасс, бетона, металлов и т.д. Широкийспектр деталей железнодорожного подвижного состава (оси локомотивов и вагонов,бандажи и цельнокатаные колеса, коленчатые валы дизелей и компрессоров, деталитяговых передач локомотивов. .) контролируется акустическими методами. На ихдолю приходится 35-40% общего объема операций неразрушающего контроля,выполняемых при изготовлении и ремонте подвижного состава. Применение системыакустических методов НК наряду с другими позволило обеспечить безопасностьдвижения на железнодорожном транспорте.
Реальностью становится применение бесконтактных методовакустического контроля с использованием электромагнитоакустическихпреобразователей. Из года в год расширяется спектр практического примененияупругих волн ультразвукового диапазона в диагностике, толщинометрии,структуроскопии, а также при выполнении технологических операций: ультразвуковойочистке, контроле сварных швов, пайке и др.
Методы акустического неразрушающего контроля подразделяют надве группы: активные и пассивные.
Активные методы основаны на излучении и приеме волн, апассивные только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля.
Активные методы делят на методы прохождения,отражения, комбинированные, импедансные и методы собственных частот (всего их19).
Методы прохождения используют излучающие и приемныепреобразователи.
В их основу положен анализ сигналов, прошедших черезконтролируемый объект. К методам прохождения относят: амплитудно-теневойметод, основанный на регистрации уменьшения амплитуды волны, прошедшейчерез объект контроля, вследствие наличия в нем дефекта; временной теневойметод, основанный на регистрации запаздывания импульса, вызванногоувеличением его пути в изделии при огибании дефекта; велосимметрическийметод, основанный на регистрации изменения скорости распространения дисперсионныхмод упругих волн в зоне дефекта.
К методам отражения относятся: эхо-метод, основанныйна регистрации эхо-сигналов от дефекта; эхо-зеркальный метод, основанныйна анализе сигналов, испытавших зеркальное отражение от донной поверхности идефекта; дельта-метод; дифракционно-временной метод, в основу которогоположено измерение амплитуды и времени прихода сигналов от верхнего и нижнегоконцов дефекта; реверберационный метод, основанный на анализе влияниядефекта на время затухания многократно отраженных ультразвуковых импульсов вконтролируемом объекте.
В комбинированных методах используются явления какпрохождения, так и отражения акустических волн. К ним относятся:
зеркально-теневой метод, основанный на измеренииамплитуды донного сигнала; эхо-теневой метод, в основу которого положенанализ как прошедших, так и отраженных волн; эхо-сквозной метод, прикотором фиксируют сигналы многократного отражения волн от дефекта и испытавшихтакже отражение от верхней и нижней поверхности изделия.
Методы собственных частот основаны на измерении этих частот(спектров) колебаний контролируемых объектов при возбуждении в изделияхсвободных (при воздействии механического импульса) колебаний и вынужденныхколебаний (при воздействии гармонической силы меняющейся частоты).
Различают интегральные и локальные методы, В интегральныхметодах анализируют собственные частоты изделия, колеблющегося как единоецелое, в локальных колебания отдельных его участков. Акустико-топографическийметод основан на возбуждении в изделии интенсивных изгибных колебанийнепрерывно меняющейся частоты, возбуждаемых преобразователем, и регистрациираспределения амплитуд колебаний с помощью наносимого на поверхность порошка.
Импедансные методы используют зависимость импедансовизделий при их упругих колебаниях от параметров этих изделий и наличия в нихдефектов. При этом используют изгибные и упругие продольные волны, возбуждаемыестержневыми и плоскими преобразователями.
Метод контактного импеданса, применяемый для контролятвердости, основан на оценке механического импеданса зоны контакта алмазногоиндентора стержневого преобразователя, прижимаемого к контролируемому изделию спостоянной силой.
Пассивные акустические методы основаны на анализе упругихколебаний волн, возникающих в самом контролируемом объекте.
Входит в практику НК пассивный метод акустической эмиссии(надрессорные балки, боковые рамы тележек грузовых вагонов, котлыжелезнодорожных цистерн), позволяющий выявлять зарождающиеся дефекты ипрогнозировать остаточный ресурс деталей, проработавших уже более нормативногосрока службы.
Из рассмотренных акустических методов контроля наибольшееприменение получил эхо-метод (более 90% объектов, контролируемых акустическимиметодами, проверяют эхо-методом). Этот метод используется для дефектоскопии поковок,отливок, сварных соединений, неметаллических материалов, в толщинометрии, приопределении физико-механических свойств материалов. Зеркально-теневой методприменяют для выявления дефектов, ориентированных перпендикулярно поверхностиввода.
Эхо-зеркальный и эхо-теневой методы в варианте «тандем»используют для выявления вертикальных трещин и непроваров при контроле сварныхсоединений, дефектов округлой формы.
Теневой метод применяют для автоматического контроля изделийпростой формы, для контроля изделий с большим уровнем реверберационных шумов,дефектоскопии многослойных конструкций и изделий из слоистых пластиков, приисследовании физико-механических свойств материалов с большим затуханием ирассеянием акустических волн.
Локальный метод вынужденных колебаний применяют дляизмерения малых трещин при одностороннем доступе.
Интегральный метод вынужденных колебаний используют дляопределения модуля упругости материала по резонансным частотам продольных,изгибных или крутильных колебаний при разрушающих испытаниях.
Реверберационный, импедансный, велосимметрический,акустико-топографический методы и локальный метод свободных колебанийиспользуют в основном для контроля многослойных конструкций. Вибрационно-диагностическийи шумодиагностический методы служат для диагностики работающих механизмов.Вопрос № 3: Диагностирование электроаппаратов,цепей и преобразователей
Электрическое оборудование пассажирских и рефрижераторныхвагонов являются важнейшей подсистемой подвижного состава, так как обеспечиваетфункционирование большинства других подсистем. Анализ различных конструкцийэлектрооборудования вагонов показывает, что все они включают следующие блоки: источникиэлектроэнергии, потребители, пускорегулирующие, защитные и распределительныеустройства, приборы автоматики и дистанционного управления, электрическиемагистрали и линии. Наиболее полное функциональное диагностированиеэлектрооборудования вагонов проводится на вагоноремонтных заводах. Диагностированиенапряжений и токов срабатывания и отпускания реле, контакторов иэлектромагнитных вентилей проводится следующим образом. Обмотка аппаратазапитывается от источника напряжения. При контроле напряжений отпусканияисточник работает в режиме понижения напряжения, начиная с номинальногорабочего. Изменение напряжения прекращается по сигналу о переключении (замыканииили размыкании) одного из рабочих контактов аппаратов. Этот же сигнал являетсякомандой на начало контроля напряжения на выходе источника. Контроль токовсрабатывания и отпускания ведется аналогично, но измеряется падение напряженияна включенном последовательно с обмоткой калиброванном резисторе.
Контроль отсутствия короткозамкнутых витков обмотокаппаратов, емкости конденсаторов и индуктивности проводят путем пропуска через обмоткуимпульсов напряжения прямоугольной формы амплитудой, например 25±2,5В,длительностью 20-320 мкс, в зависимости от объекта диагностирования, и периодомследования 20 мс. Длительность фронта и спада импульсов должна быть не более 2мкс. Импульсное напряжение на выходе обычно преобразуется в постоянноенапряжение и направляется на измеритель.
Литература
1. Неразрушающий контроль в вагонном хозяйстве. Д.А. Мойкин.
2. Дефектоскопия деталей локомотивов и вагонов. Ф.В. Левыкин.
3. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контролядеталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта. Криворудченко В.Ф.,Ахмеджанов Р.А.
4. Технология ремонта вагонов. Б.В. Быков, В.Е. Пигарев.