Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

1.1 Параметры ультразвуковых волн

1.2 Затухание ультразвуковых волн

1.3 Излучатели и приемники ультразвуковых волн

Глава 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УЛЬТРАЗВУКОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Глава 3.ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

3.1 Подготовка детали к проведению контроля

3.2 Подготовка аппаратуры к проведению контроля

3.3 Оценка результатов контроля

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Колесные пары вагонов работают в тяжелых условиях эксплуатации, подвергаясь резкопеременным нагрузкам, что способствует зарождению и развитию в их элементах усталостных трещин. Наиболее вероятно появление трещин в подступичной части и в районе галтелей. Трещины, являясь сильными концентраторами напряжений, развиваются поперек оси, обычно неравномерно по всей ее окружности. Наиболее эффективным является ультразвуковой контроль осей в условиях деповского и заводского ремонта. Он основан на уникальной способности ультразвуковых волн глубоко проникать в толщу металла и отражаться от несплошностей.

Ультразвуковой контроль оси более безопасный из методов неразрушающего контроля, который позволяет определять внутренние дефекты.

Глава 1. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пластины (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов. При встрече с дефектным участком (рис. 1) ультразвуковая волна отражается от него и улавливается другой пластиной, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрические.

Рис. 1. Ультразвуковой контроль сварного шва: 1 - генератор ультразвуковых колебаний; 2 - пьезокристаллический щуп; 3 - усилитель; 4 - экран дефектоскопа

Эти колебания после усиления подаются на экран электронно-лучевой трубки дефектоскопа, свидетельствуя в виде импульса о наличии дефектов. При контроле щуп перемещают вдоль шва, прозвучивая таким образом различные по глубине зоны шва (рис. 1, б). По характеру импульсов судят о протяженности дефектов и глубине их залегания.

К преимуществам ультразвуковой дефектоскопии относятся: возможность обнаружения внутренних дефектов, большая проникающая способность, высокая чувствительность, возможность определения места и размера дефекта. Вместе с тем, метод имеет ряд отрицательных особенностей. К ним относится необходимость специальных методик контроля отдельных типов изделий, высокой чистоты поверхности детали в месте контроля (что особенно затрудняет дефектоскопию наплавленных поверхностей) и др. Поэтому указанным методом контролируются детали, для которых разработаны необходимые технологии, регламентирующие зоны и чувствительность контроля; места ввода ультразвуковых волн в изделие; тип дефектоскопа; тип искательной головки и т.д.

В ультразвуковой дефектоскопии различают три типа волн:

Продольные волны ( l - волны), называемые волнами растяжения-сжатия, в которых направление смещения частиц параллельно направлению распространения волны; в этих аволнах существуют зоны повышенного и пониженного давления, обозначенные на рис 2 а, зонами разной густоты частиц;

Поперечные волны ( t- волны), в которых смещение частиц ортогонально направлению распространения волны (рис. 2 б).

Продольные волны могут существовать в любых средах (твердых, жидких, газообразных), в то время как поперечные волны - только в твердых средах, обладающих объемной упругостью.

Рисунок 2 - Типы ультразвуковых волн: а - продольная волна; б - поперечная волна; в - поверхностная волна; - поверхностные волны Рэлея

Поверхностные волны (s - волны) - упругие волны, распространяющиеся вдоль поверхностной, слабо напряженной границы твердового тела; (рисунок 2, в). Разновидность поверхностной волны, которая распространяется на границе «твердая среда - газ», называют волной Релея («R» - волна). Она является комбинацией продольных и поперечных волн, ее частицы в приповерхностном слое совершают колебательные движения по эллиптическим траекториям (рисунок 2, г). Большая ось эллипса при этом перпендикулярна к границе и совпадает с плоским фронтом волны. Входящая в R-волну продольная волна затухает с глубиной быстрее, чем поперечная, и поэтому частицы, совершая колебания, движутся по эллипсам с все большей глубиной и более вытянутым. Полное затухание поверхностной волны происходит на глубине 1-1,5 л.

1.1 Параметры ультразвуковых волн

Ультрозвуковые волны характеризуются следующими основными параметрами: длиной волны л (м), скоростью распространения волн С (м/с), колебательной скоростью частиц среды V (м/с), частотой f (Гц).

Главный параметр любой волны - длина волны л. Она равна отрезку пути, пробегаемому волной за период Т времени, в течение которого происходит полный цикл одного колебания, т.е. л=С.Т. Для продольных волн, например, это некоторое постоянное значение расстояния через которое чередуется зоны сжатия и разрежения, для поперечных - участки сдвига вверх - вниз. Длина волны л - это внутренняя согласованная мера, относительно которой определяются и через которую связаны многие параметры волн, аппаратуры, среды.

Если учесть, что Т=1/f, то л представляется в виде

Это основное соотношение в теории колебаний. Оно справедливо для всех волновых процессов. Отметим важное обстоятельство. Частота f является характеристикой источника колебаний, возбуждающего волну, скорость С - константа материала среды, в которой данная волна движется. В силу этого (2) является физически правильной записью соотношения между л, С и f. Другие математические верные записи формулы (2) ( f=c/ л или с= л.f)самостоятельного физического смысла не имеют.

Длина волн для принятой в МПС частоты 2,5 МГц составляет миллиметры. Поэтому детали размером в десятки миллиметров можно считать бесконечными, что дает основание рассматривать существование продольных и поперечных волн раздельным, независимым.

Фронт волны - граница, отделяющая колеблющейся частицы от частиц среды, еще не начинавших колебаться. В зависимости от вида поверхности фронта волны последнюю разделяют на плоскую - возбуждается колеблющейся плоскостью, которая должна быть бесконечной; сферическую - возбуждается точечным источником колебаний; цилиндрическую - возбуждается источником колебаний, представляющим собой длинный цилиндр малого диаметра, например нить.

Плоской волны не существует, так как для ее излучения требуется бесконечная плоскость и, следовательно, бесконечная мощность, что не возможно. Реальные источники создают сферические волны, но плоская волна удобна для анализа и моделирования процессов ультразвукового контроля. Если использовать точечный источник колебаний, то на большом расстоянии от него, по крайней мере, превышающем длину волны, сферическую волну в первом приближении можно считать плоской.

Колебательная скорость v движения частиц. Ее следует отличать от понятия скорости. С распространения волны. Если последняя характеризует скорость распространения возбуждения или определенного состояния среды (сжатия или положения «гребня»), то колебательная скорость характеризует скорость механического движения частиц в процессе их смещения относительно положения равновесия, т.е. .

Важно понятие акустического импеданса

Z= сC, (1)

Его называют еще удельным акустическим сопротивлением. Если сопротивление Z имеет большее значение, то среда называется «жесткой» (акустически твердой): колебательные скорости V и смещения о частиц малы даже при высоких давлениях. Если же импеданс Z невелик, то среда называется «мягкой» (податливой): даже при малых давлениях Р достигаются значительные колебательные скорости V и смещения о. Таким образом, давление в волне прямо пропорционально акустическому сопротивлению Z и колебательной скорости V движения частиц .

Интенсивность I является энергетическим параметром волны. Она характеризует количество энергии, которое упругая волна несет в направлении своего распространения в единицу времени 1 с через поперечное сечение площадью 1 м2 под углом и к его нормали.

1.2 Затухание ультразвуковых волн

По мере удаления фронта ультразвуковой волны от источника ее амплитуда, давление и интенсивность падают и убывают по закону экспоненты, что обусловлено затуханием. Оно определяется физико-механическими характеристиками среды и типом волны и учитывается коэффициентом затухания д, который складывается из коэффициентов поглощения дП и рассеяния др, 1/м:

(2)

При рассеянии поток звуковой энергии остается звуковым, но уходит из направленно-распространяющегося пучка. Металлы, применяемые на практике, имеют зернистую структуру. Размеры зерен зависят от химического состава, вида механической и термической обработки деталей. Затухание волн в них обуславливается двумя факторами: рефракцией и рассеянием вследствие анизотропии механических свойств. В результате рефракции фронт волны отклоняется от прямолинейного направления распространения, и амплитуда принимаемых сигналов резко падает. Кроме того, волна, падающая на поверхность границы зерна, испытывает частичное отражение и преломление ультразвука и трансформацию, что и определяет механизм рассеяния. Рассеяние в отличие от фракции приводит не только к ослаблению сигнала, но и к образованию шумов. Явление рассеяния тем сильнее, чем больше средний размер зерна по сравнению с длиной ультразвуковой волны.

Явления поглощения и рассеяния ослабляют ультразвуковую волну тем сильнее, чем больший путь в среде она проходит.

Отражение, преломление и трансформация ультразвуковых волн

Если на пути распространения ультрозвуковой волны встречается другая среда, то одна часть энергии проходит во вторую среду, а другая - отражается в первую среду.

На границе раздела происходят основные явления: отражение, преломление и трансформация волн. Преломление - это изменение направления распространения волны, а трансформация - преобразование (превращение) волны одного типа в другой. Переходы исходного состояния волны в другие связаны энергетическими соотношениями, определяемыми, главным образом, типом падающей волны, углом ее падения и соотношением удельных акустических сопротивлений обеих сред.

В общем случае, если волна падает на границу раздела двух твердых сред под углом в из первой среды во вторую, то в обеих средах возникают четыре волны (рисунок 3): в каждой по две волны продольного и поперечного типа.

Рисунок 3 - Падение ультразвуковой волны на границу раздела двух сред

Причем при облучении продольной «l» - волной образуются отраженные продольная «l1» и поперечная «t1», возникшая в результате явления трансформации, и две преломленные волны «l2» и «t2», из которых последняя трансформированная (рисунок 3,а). При облучении поперечной волной также образуются отраженные волны «l1» и «t1», но трансформированная волна уже продольная, и две преломленные - «l2» и «t2, где волна продольного типа «l2» также трансформированная (рисунок 3,б).

Углы отражения вe1, вt1 и бe1, бt1 преломления (ввода) отсчитываются от нормали к границе раздела в точке падения (ввода), они связаны между собой и углом падения в через соответствующие скорости законом Снеллиуса (закон «синусов» в оптике» в оптике):

(3)

Здесь Ce1, Ct1 скорости продольной и поперечной волн в первой среде;

Ce2, Ct2 - то же, но во второй среде.

Из соотношения Снеллиуса следует: для волны одного типа угол отражения равен углу падения; угол отражения волны другого типа, чем падающая, а также углы преломления волн тем больше, чем выше скорость их распространения.

Частный случай - нормальное падение волны. Это наиболее простая ситуация, так как в=0 и, следовательно, б=0. Отсюда главная особенность - нет явления трансформации волн, отраженная и прошедшая волны будут того же типа, что и падающая.

1.3 Излучатели и приемники ультразвуковых волн

Пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) служат для излучения и приема акустических (ультразвуковых) волн в контролируемой среде.

Основной элемент ПЭП - пьезопластина 1, которая приклеена с одной стороны к демпферу, а с другой - к протектору 3. В реально существующих ПЭП пьезопластина (ПП) выполнена круглой или прямоугольной формы из пьезокирамики типа ЦТС-19 (цирконата титана свинца). На обе поверхности ПП нанесены тонкие слои серебра 4, к которым присоединены электроды 5 (рисунок 6,а). Демпфер в ПЭП служит для подавления паразитных колебаний, укорочения длительности импульса колебаний и повышения механической прочности ПП. Протектор предназначен для защиты ПП от механических повреждений, обеспечения электрического согласования с выходом генератора и акустического контакта.

Рисунок 6 - Схема пьезоэлектрического преобразователя

Работа ПЖП основана на явлениях обратного (при излучении) и прямого (при приеме) пьезоэффектов, суть которых состоит в следующем. Если ПП сдавливать или разжимать, то на ее поверхностях возникают электрические заряды, полярность которых определяется направлением действия сжимающих или растягивающих сил. Величина заряда прямо пропорциональна силе, т.е. амплитуде упругой волны. Это прямой пьезоэффект и используется для приема акустических колебаний (рисунок 6,в). Пьезоэффект - явление обратимое, т.е. если на пластину подавать электрическое напряжение, то в зависимости от его полярности пьезопластилина будет сжиматься или разжиматься. Это обратный пьезоэффект, используется для излучения акустических колебаний. Например, если на пьезопластину подавать переменное электрическое напряжение, то она, деформируясь в поперечном направлении, будет как бы «колотить» по поверхности ОК, создавая эффект работы «поршня» и возбуждая при этом в ОК продольные волны (рисунок 6, б).

Глава 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УЛЬТРАЗВУКОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Существует множество ультразвуковых дефектоскопов, такие как УД2-12, УД2-70, УДС2-32 и д. р. На железнодорожном транспорте имеют право использования только те дефектоскопы, которые разрешены в соответствующей документации.

В последнее время появилось много современных дефектоскопов.

Встроенная в УД4-Т методика комплексного ультразвукового контроля колесных пар вагонов находит самое широкое применение на предприятиях, занимающихся формированием, эксплуатацией и ремонтом колесных пар, включая УЗК в процессе восстановления изношенных элементов или их термического упрочнения.

Для контроля колесных пар вагонов компанией "Votum" разработано сканирующее устройство нового типа УСК-4Т. В отличие от применяемого ранее УСК-4 оно позволяет отслеживать линейное перемещение ПЭП на колесе и автоматически передавать в дефектоскоп координаты дефектных участков, что очень важно при включении в протокол томографических изображений.

УСК-4Т имеет встроенный вихретоковый датчик для выявления заводских клеймений с целью недопущения переброковки колес (ложной срабатывание дефектов в зоне клеймений). Благодаря встроенной многоканальной системе, УЗ и ВТ датчики работают одновременно!

При работе с дефектоскопом Томографик 2.1 переключение режимов контроля УСК-4Т происходит автоматически. При работе с другими дефектоскопами соответствует базовой модификации.

Специализированная методика контроля колесных пар вагонов предусматривает контроль:

· осей типа РУ, РУ-1, РУ-1Ш;

· * ободьев цельнокатаных колес (при помощи УСК-4);

· * приободной зоны дисков цельнокатаных колес (при помощи УСК-4);

· * гребней цельнокатаных колес (при помощи УСК-4 или вручную).

· Томографик 2.1 обеспечивает функциональные возможности, которые принципиально не могут быть реализованы другими приборами. Концепция развития Томографика 2.1 ориентирована на максимальное уменьшение роли человеческого фактора за счет реализации таких режимов как:

· слежение за акустоконтактом;

· * полный мониторинг ПЭП;

· * анализ затухания в контролируемых материалах;

· * визуализация дефектов, включая эквивалентную площадь, глубину

· залегания и ориентацию в пространстве.

В ходе сравнительных испытаний установлено, что благодаря самотестированию, простоте настройки и автоматизации большинства контрольных операций, УД4-Т обеспечивает повышение производительности контроля при одновременном увеличении его достоверности. создали в 1998 г. стенд AURA, представляющий собой автоматизированную систему ультразвуковой дефектоскопии колесных пар. На этом стенде проверяют обод и диск колеса на наличие поверхностных и внутренних дефектов.

В 1999 г. три стенда AURA были приняты в опытную эксплуатацию компанией Reise & Touristik, входящей в холдинг железных дорог Германии, в депо по обслуживанию поездов ICE в Нюрнберге, а также в пассажирских вагонных депо Мюнхен-Нойаубинг и Ноймюнстер. После ее успешного завершения стенды переданы в постоянную эксплуатацию. За два года и несколько месяцев на этих стендах первого поколения испытано около 30 тыс. колесных пар.

Достоинства испытательных стендов AURA

В общем виде достоинства стендов AURA можно сформулировать следующим образом:

· низкие затраты времени;

· автоматическая подача колесных пар;

· отсутствие необходимости в магнитном порошке для испытаний колесных дисков;

· простота обслуживания благодаря ориентированному на пользователя программному обеспечению;

· удобство технического обслуживания, диагностики и ремонта благодаря системе функционального контроля;

· возможность дистанционного диагностирования;

· непосредственное документирование результатов испытаний;

· возможность последующей оценки результатов испытаний на базе хранящихся в запоминающем устройстве (ЗУ) изображений;

· быстрая оценка состояния колесных пар;

· компьютерная визуализация результатов исследований;

· удобство проведения работ по оценке состояния стенда с последующим документированием результатов.

Испытательный стенд AURA оснащен самой современной компьютерной техникой. Все механические, гидравлические и пневматические воздействия выполняются в автоматическом режиме. Отображаемые результаты измерений помещаются в ЗУ, благодаря чему возможен их последующий анализ.

При создании автоматизированной системы AURA были использованы:

· разработки DВАG, выполненные в соответствии с детальными техническими требованиями к системе (центр TZF в Кирхмёзере);

· электронная платформа PCUS 40, разработанная в виде модульной ультразвуковой карты, встраиваемой в персональный компьютер (институт IZFP);

· надежные механические устройства, эксплуатируемые на испытательных стендах DBAG;

· проверенные в течение длительного времени разработки в области возбуждения бесконтактным способом поляризованных поперечных волн (технология EMUS);

· опробованные новые способы испытаний кованых деталей сложной геометрии.

Еще на стадии выработки концепции осуществлялось тесное взаимодействие с депо для поездов ICE в Нюрнберге.

Ультразвуковую дефектоскопию колесных пар выполняют, используя 26 пьезоэлектрических и две электромагнитные ультразвуковые головки EMUS. Для работы пьезоэлектрических головок (MWB, SE, MB) требуется жидкостная среда, головки EMUS работают в обычных условиях с воздушным зазором 0,2 мм. Испытания проводят при вертикально и наклонно установленных головках, что обеспечивает оптимальный охват исследуемой области.

Большое значение имеет то, что установка позволяет контролировать с помощью ультразвука колесные диски различной формы, в том числе изогнутые. При этом не требуется применять магнитный порошок и удалять с колеса лакокрасочный слой. С помощью традиционных пьезоэлектрических головок решить эту задачу не удалось, поэтому обратились к технологии EMUS. Она предусматривает применение для дефектоскопии параллельных поверхности диска поляризованных ультразвуковых волн, создаваемых электромагнитными колебаниями. При использовании этого метода в зоне перехода от обода колеса к диску не происходит трансформации волн, приводящей к возникновению возмущений. Это позволяет проводить в установленном порядке исследования как поверхности, так и всего объема колеса.

В системе AURA использованы многоканальные электронные устройства на основе разработанной в институте IZFP электронной платформы PCUS 40 (34 активных и шесть резервных каналов), которая благодаря модульной конструкции легко может быть расширена до 64 каналов. Каждый канал позволяет выполнять четыре независимых измерения, причем предусмотрена регистрация времени и пространственных координат отклонений.

В процессе испытаний на экран монитора выводятся четыре изображения, полученные при измерениях, и результаты этих измерений, представленные в виде кривых. Изображения перед началом измерений могут индивидуально выбираться оператором системы на всех каналах. Окончательные результаты испытаний для обеих сторон колесного диска отображаются в виде диаграмм.

При анализе результатов испытаний, необходимых, например, для настройки системы или уточнения результатов измерений, можно с помощью мыши и курсора отметить характерные точки полученных кривых. Кривые, построенные системой по этим точкам, отображают динамику амплитуд. Это позволяет уточнить величину полученных при измерении амплитуд и координаты дефектов. Вспомогательным средством является боковое изображение, по которому можно определить глубину дефекта.

Разработчики системы ориентировались на минимальное время испытания, которое должно составить 5 мин. При этом колесо делает два полных оборота. Помимо этого, требуется время на подготовку (регистрацию исходных данных, закатку колесной пары на стенд, установку магнитов в уже определенной и воспроизводимой начальной точке испытаний) и завершение испытаний (подготовку и выдачу протокола). С учетом этого в настоящее время в течение одного часа удается испытать пять колесных пар. Проводятся мероприятия по увеличению производительности до 6 колесных пар в час.

Помехи, вызываемые внешними воздействиями

К внешним воздействиям при испытаниях относятся, например, наличие электромагнитных полей в непосредственной близости от установки или чрезмерное количество пыли в воздухе, но в первую очередь -- загрязнение передающей среды: например, наличие ржавчины или воды в подводимом сжатом воздухе или загрязнение воды как передающей среды в случае использования пьезоэлектрических испытательных головок. В депо Нюрнберг потребовалось построить дополнительную установку для осушки и фильтрации сжатого воздуха. Система оборотного водоснабжения была заменена устройством подачи свежей воды.

Помехи, обусловленные объектами испытаний

Причины помех этого вида, являющиеся основными, могут быть установлены практически очень быстро. Они, как правило, возникают вследствие геометрических отклонений (нарушения допусков) или дефектов изготовления, например наличия выступов и рисок, образующихся на диске при обработке, или отпечатков, остающихся в области бандажа после испытаний на твердость. Дополнительные сложности вносит различие форм дисков (прямые, волнистые).

Указанные помехи классифицированы, т. е. имеют стандартные определения. Они отображаются на мониторе оператора в окне для комментариев. У некоторых забракованных колесных пар, например с геометрическими отклонениями, дефекты могут быть устранены дополнительной обработкой. Специальные дополнительные испытания таких колесных пар проводят вне стенда, после чего их рассматривают как пригодные к эксплуатации.

С момента ввода системы в работу операторы накопили опыт, необходимый для обработки и оценки результатов испытаний. С системой высокого технического уровня должны работать хорошо обученные специалисты.

Внутренние помехи

Под внутренними понимают помехи, создаваемые механическими и электрическими устройствами самой системы. Они могут быть вызваны работой недостаточно точно настроенных компонентов, например импульсных датчиков, или механических устройств, имеющих повышенный износ (например, привода колесной пары), а также выходом из строя пружин измерительных головок. Отказы по вине электронных устройств стенда происходят крайне редко.

Надежность испытаний

Для подтверждения работоспособности испытательной системы при каждой смене оператора (минимум один раз в сутки) проводят испытания эталонного колеса с моделированными дефектами. Получаемый протокол сопоставляют с эталонным, фиксируя имеющиеся отклонения.

Для обеспечения бесперебойной работы системы AURA заключен договор на ее обслуживание с институтом IZFP, который, в частности, предусматривает техническое обслуживание ее компонентов со следующей периодичностью:

· механической части (модуля 200) -- через каждые полгода;

· блока датчиков (модуля 300) -- через каждый квартал;

· блока испытательных головок (модуля 400) -- через каждый квартал.

Новые требования к системе

Для того чтобы расширить зону применения системы AURA на подвижной состав компаний DB Regio и DB Cargo, входящих в холдинг DBAG (депо на станциях Делич, Виттенберге и Падерборн), систему AURA модернизировали. Программа модернизации включала:

· удвоение числа испытательных головок и измерительных каналов для уменьшения длительности цикла до 3,5 мин (за счет отказа от поворота блока датчиков на 180°);

· обеспечение автоматического поперечного перемещения головок EMUS и выбора рабочей частоты для испытаний дисков с различной кривизной;

· оснащение стенда вихретоковым модулем для обнаружения дефектов под поверхностью катания;

По сравнению с примененными в первой версии системы изнашивающиеся подошвы испытательных головок уменьшены, а размеры блока изменены таким образом, что на нем помещаются 60 датчиков (рис. 3), в том числе вихретоковые.

Для испытания сплошных осей колесных пар система AURA дополнена ультразвуковым устройством с групповым излучателем Saphir (модуль 2), которое поставила фирма Siemens NDT. Это устройство позволяет выявлять поперечные трещины на поверхности оси, особенно в недоступных местах (зоны напрессовки тормозных дисков).

Модуль 2 расположен непосредственно за модулем 1; управляющие компьютеры обоих модулей соединены между собой. Вращение колесной пары в модуле 2 обеспечивается с помощью роликов.



Рис. 7. Схема испытания сплошных осей:

1 -- шейка оси; 2 -- подступичная часть; 3 -- испытательные головки; 4 -- зона посадки тормозного диска; F0 - F4 -- наиболее опасные зоны, проверяемые в ходе испытаний

Рис. 8. Схема испытания полых осей:

1 -- направляющий центр; 2 -- датчик перемещений; 3 -- система датчиков; 4 -- испытательная головка; 5 -- привод; 6 -- кабель

Испытательные головки с групповым излучателем располагают на проверяемой сплошной оси колесной пары с помощью манипуляторов, которые смонтированы на портале и могут перемещаться в горизонтальном направлении. Концепцию испытаний сплошных осей схематически поясняет рис. 4. Полые оси проверяют изнутри через центральный канал (рис. 5).

Испытания колесных пар без выкатки

Для проведения ускоренных экономичных испытаний без выкатки моторных колесных пар высокоскоростных поездов DBAG центр TZF совместно с институтом IZFP разработал, изготовил и испытал полуавтоматическую установку ультразвуковой дефектоскопии с электронной системой на 48 измерительных каналов. Соответствующее программное обеспечение также подготовлено в институте IZFP.

В создании этой компактной системы для объемных и поверхностных испытаний, кроме центра TZF и института IZFP, приняли участие проектно-технологическая группа TEG (механические компоненты блоков испытательных головок), Федеральное бюро исследований и испытаний материалов ВАМ (технология испытания моторных колесных пар поездов ICE без выкатки) и компания Windhoff (подъемное устройство).

В состав установки входят следующие компоненты:

· ультразвуковые датчики и соответствующие электронные устройства для обработки данных, программное обеспечение для испытания колес моторных осей, средства документирования и архивирования полученных данных;

· система подъема с устройством вращения колесных пар;

· узел включения и позиционирования блока ультразвуковых датчиков на поверхностях катания и торцовой части колес;

· матрица для соединения датчиков.

В своей работе я рассмотрела современный дефектоскоп УД4-Т.

Дефектоскоп состоит из следующих основных составных частей

* блок электронный;

* сетевой адаптер;

* головные телефоны;

* комплект инструмента и принадлежностей.

Необходимые для нормального функционирования ручные пьезоэлектрические преобразователи ПЭП, кабели для подключения ПЭП, дискета с программный обеспечением (ПО) для ПЭВМ и др. входят в комплект инструмента и принадлежностей.

БЭ предназначен для генерации импульсных УЗК необходимой частоты, приема и усиления отраженных сигналов, их временной и амплитудной селекции и отображения на ЖКД, а также для измерения характеристик дефектов, управления АСД и сохранения/вызова информации в/из памяти дефектоскопа.

В качестве АСД (порогового индикатора) используется световой индикатор дефекта, встроенный в БЭ звуковой индикатор и (или) головные телефоны, которые подключены к соответствующему разъему БЭ. Типовой интерфейс RS232 предназначен для подключения персонального компьютера с принтером.

Автоматическая регулировка чувствительности. Временная регулировка чувствительности. Изменение чувствительности дефектоскопа осуществляется за счет изменения усиления приемного тракта. Значение усиления индицируется в верхней части экрана ЖКД правее символа" ^ ". При этом большему значению " ^ " соответствует большее усиление и наоборот. Для наиболее распространенного эхо-метода большей чувствительности соответствует большее значение усиления " г" и наоборот. Для ЗТМ и теневого метода имеет место обратная зависимость.

Методика настройки чувствительности дефектоскопа основана на том, что значение требуемой чувствительности задано относительно опорного сигнала (сигнала от эталонного отражателя).

В зависимости от конкретного случая контроля значение требуемой чувствительности может быть:

* равным нулю (в этом случае чувствительность определяется положением вершины опорного сигнала на пороге АСД);

* отрицательным (в этом случае для настройки чувствительности необходимо дополнительно увеличить усиление на заданную величину; при этом, чем более отрицательное знамение требуемой чувствительности, тем выше чувствительность дефектоскопа и наоборот).

Настройку чувствительности можно осуществлять двумя способами:

* "классическим" - подводя вершину опорного сигнала к порогу АСД;

* "автоматическим" способом. В этом случае опорный сигнал может иметь любую амплитуду в пределах от 1,5 до 7,5 делений. Для него выполняется операция "СТОП-КАДР" (сигнал запоминается дефектоскопом), далее устанавливается (при необходимости) значение требуемой чувствительности и дается команда на выполнение настройки.

В дефектоскопе предусмотрено:

* индикация фактического значения установленной в данный момент чувствительности. При использовании "автоматического" способа в момент окончания настройки значения требуемой и фактической чувствительностей совпадают. Если после этого изменялось усиление, то синхронно будет изменяться и значение фактической чувствительности. По разности значений требуемой и фактической чувствительности можно определить, на сколько изменена чувствительность;

* быстрое увеличение усиления на заданную величину (параметр "ДОП. УСИЛ.", равный от 0 до 12 дБ), что для эхо-метода соответствует переходу от браковочной чувствительности к поисковой;

Устройство ВРЧ предназначено для подавления шумов ПЭП (в зоне действия зондирующего импульса) с целью обеспечения требуемой мертвой зоны. Кроме того, ВРЧ применяется для выравнивания чувствительности по глубине контролируемой детали (с целью компенсации затухания и рассеяния УЗК), а также подавления сигналов от конструктивных отражателей (например, колец подшипников).

Температура окружающего воздуха должна находиться в пределах:

* от минус 10 до +50° С (для стандартного исполнения дефектоскопа);

* от минус 30 до +50° С (для исполнения дефектоскопа с расширенным температурным диапазоном).

Глава 3.ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

В своей работе я рассмотрела принцип действия дефектоскопа УД4-Т «Томографик».

УЗК колесных пар должен проводиться в соответствии с настоящим руководством по комплексному ультразвуковому контролю колесных пар вагонов РД 07.09-97. Технологический контроль должны определять последовательности технологических операций при проведении УЗК детали с учетом характеристик объекта, средств и условий контроля. Он утверждается руководителем (главным инженером) предприятия по представлению руководителя подразделения НК или работника, выполняющего его функции.

Ультразвуковой контроль ближней подступичной части оси колесной пары проводят при полном освидетельствовании колесных пар грузовых и пассажирских вагонов.

Выполняют путем сканирования наклонным ПЭП (частота -2,5 МГц, угол ввода - 50°) по цилиндрической поверхности шейки оси.

Браковочная чувствительность соответствует выявлению эталонного отражателя в КО - поперечного пропила глубиной 1,5 мм выполненного на расстоянии 280-330 мм от торца оси.

Для проведения данного метода контроля была выбрана ось РУ1 с напрессованными и со снятыми внутренними кольцами. Ось изготовлена из стали ОсВ, ее шероховатость: Rz 20,твердость HВ 200.

Рисунок 9 - Ось РУ1

3.1 Подготовка детали к проведению контроля

Перед проведением УЗК участки поверхности контролируемой оси РУ1, в которые вводится ультразвук, должны быть подготовлены. Для этого следует:

чистить их от загрязнений;

устранить зачисткой возможные грубые риски, выступающие заусенцы от клейм;

крашенные поверхности не должны иметь отслоений или наплывов краски.

Толщина слоя краски не должна быть более 100 мкм, в противном случае она должна быть устранена.

для создания акустического контакта ПЭП с проверяемым изделием используют жидкие среды повышенной вязкости, обеспечивающие эффективное смачивание поверхности изделия и не содержащие механических примесей, (было выбрано машинное масло).

3.2 Подготовка аппаратуры к проведению контроля

Перед проведением УЗК фиксируют рабочие режимы дефектоскопа и ультразвукового преобразователя. Важнейшими рабочими режимами дефектоскопа являются его браковочный уровень чувствительности ("ослабление"), масштаб развертки, а также соответствующие установленному масштабу развертки границы зоны контроля. При подготовке и настройке аппаратуры проводятся следующие операции:

установка органов управления электронного блока дефектоскопа в исходные положения;

подключение соответствующего преобразователя;

установка масштаба развертки;

определение браковочных режимов чувствительности.

Подготовка дефектоскопа к работе.

.1. Предварительная подготовка дефектоскопа к контролю.

· Электропитание дефектоскопа может осуществляться от встроенной АБ или непосредственно от сети переменного тока (220 В, 50 Гц) через источник питания. Время непрерывной работы от полностью заряженной встроенной АБ составляет не менее 8 часов. Разряженное состояние АБ индицируется светодиодом «Разряд» на передней панели прибора.

· Загорание светодиода «Разряд» сигнализирует об автоматическом отключении дефектоскопа через 15-20 минут работы.

· Для обеспечения максимальной продолжительности работы встроенной АБ необходимо ежедневно перед началом работы осуществлять подзарядку до момента погасания

· светодиодного индикатора «Заряд». Для обеспечения электропитания дефектоскопа от сети переменного тока необходимо подключить его к сети через источник питания. Дефектоскоп при этом остается работоспособным, а подзарядка встроенной АБ осуществляется автоматически.

· Включить дефектоскоп тумблером «Вкл.-откл.» на верхней (коммутационной) панели. При этом раздается звуковой сигнал, и на экране появляется таблица (меню) «Режим работы».

· Частоту ультразвука устанавливают 2,5 МГц.

· Для вызова требуемого типового варианта выполнить следующие операции кнопками или выделить темным фоном строку «Вызов настройки» (меню «Режим работы»);

· набрать номер требуемого типового варианта (согласно таблице настроек для ближней подступичной части № 131, 134 ) с помощью кнопок или нажатием кнопки F с последующим набором номера настройки оцифрованными кнопками (после чего повторно нажать кнопку F );

· нажатием кнопки вывести на экран дефектоскопа соответствующую вызванному типовому варианту А-развертку (дефектограмму);

· нажатием кнопки ? вызвать на экран таблицу «Настройка» и установить значение браковочной чувствительности контроля контролируемой зоны оси . Для установки чувствительности используются пропилы (модели дефектов), выполненные в СОП 07.09.01 оси РУ1:

а) установить ПЭП в точку ввода ультразвука в соответствии с акустической схемой контроля проверяемой зоны на СОП 07.09.01 оси РУ1

б) перемещая ПЭП, найти такое его положение (точку "наилучшей видимости дефекта"), при котором амплитуда эхо-сигнала от модели дефекта, расположенной в соответствующей зоне СОП 07.09.01 оси РУ1, имеет максимальное значение

· Подключить к гнезду на верхней панели дефектоскопа напрямую или через переходной кабель требуемый ПЭП. и установить его на смазанную контактной жидкостью поверхность КО .

Контроль ближней подступичной части оси.

. УЗК ближней подступичной части оси в зоне под внешней кромкой ступицы.

Выполняют наклонным или комбинированным ПЭП (частота - 2,5 МГц, угол ввода - 18) по зарезьбовой канавке (оси РУ1).

Браковочная чувствительность соответствует выявлению эталонного отражателя в КО - поперечного пропила глубиной 3 мм на расстоянии 280-330 мм от поверхности сканирования.

В соответствии с ГОСТ 4491-86 п. 1.13, металл колесных центров должен обладать прозвучиваемостью. Такой контроль производится следующим образом: ультразвуковой преобразователь устанавливается на ободе образца (фрагмента) колесного центра с удовлетворительной микроструктурой. На экране дефектоскопа выставляется величина донного эхо-сигнала на уровне контрольного уровня (рис. 10)



Рис. 10. Настройка ультразвукового эхо-импульсного дефектоскопа на стандартном образце

Схема ультразвукового контроля колесного центра на прозвучиваемость представлена на рис. 11. Если величина зерна контролируемой отливки превышает допустимую, то затухание ультразвуковой волны будет больше и высота эхо-сигнала на экране дефектоскопа ниже контрольного уровня. Такой колесный центр будет забракован и отправлен на повторную термическую обработку.

Рис. 11. Вид эхо-сигнала на экране дефектоскопа при контроле неудовлетворительной микроструктуры

3.3 Оценка результатов контроля

Оценку качества (состояния) деталей и элемент колесных пар по результатам НК производит дефектоскопист с привлечением, при необходимости, руководителя подразделения НК или работника, выполняющего его функции, а также контрольного мастера или начальника отдела технического контроля, инспектора МПС. Решение о браковке принимают, если в зоне контроля виден хотя бы один эхо-сигнал с амплитудой, достигающей (или превышающей) половину вертикальной шкалы (символ «») при браковочном уровне чувствительности или же если отсутствует донный эхо-сигнал .

Детали колесной пары подлежат браковке в соответствии с нормами браковки, указанными в соответствующей ТИ (ТК) на контроль.

Дефектоскоп УД4-Т «Томографик»

УД4-Т «Томографик» - ультразвуковой дефектоскоп, один из серии широко применяемых дефектоскопов-томографов, позволяющий качественно осуществлять неразрушающий контроль с помощью ультразвуковой дефектоскопии. Прибор имеет такие особенности, как автоматическая настройка - ВРЧ, видимость расположения дефекта в толще металла или сварном соединении, прямое измерение эквивалентной площади дефекта, оценка его конфигурации и размеров, возможность измерения акустических свойств материалов без использования дополнительного оборудования, фактических параметров применяемых ПЭП. В дефектоскопе УД4-Т применяются цифровые технологии, что позволило объединить набор различных ультразвуковых устройств, которые удовлетворят требования любого пользователя. Выбор и активация программного обеспечения происходит при помощи пользовательского «меню».

Дефектоскопия при помощи «многозадачного» прибора, открывает перед специалистом широкие возможности решения задач. УД4-Т «Томографик» сочетается с самым различным специализированным оборудованием, имеет обширный выбор сопутствующих аксессуаров - акустическийсканер, датчик пути, оптическая система привязки координат и др. Одной из самых последних и современных разработок дефектоскопии является функция видеоскопа, реализованная в УД 4-Т, она помогает держать на виду процесс контроля даже в трудных местах. Подобный метод дефектоскопии позволяет одновременно наблюдать на экране прибора отображение контролируемой области и сигнала от преобразователя. Простота и удобство эксплуатации УД 4Т «Томографик» делают прибор незаменимым для ультразвуковой дефектоскопии, позволяют обеспечить высокую производительность процесса и достоверность полученных результатов.

Технические характеристики дефектоскопа УД4-Т

Диапазон рабочих частот	0,2…10МГц
Диапазон измеряемых глубин	0,5…5000мм (+0,1мм)
Динамический диапазон	140дБ
Глубина временнoй регулировки чувствительности	80Дб
Длительность развертки	8…1600 мкс
Построение кривой ВРЧ: ручное и автоматическое	до 256 точек
Погрешность измерения координат дефекта	не более 0.1мм
Погрешность измерения эквивалентной площади	не более 10%
Погрешность измерения временных интервалов	не более 0.025мкс
Встроенный архив результатов контроля	500 записей
Встроенный архив параметров ПЭП	1000 записей
Встроенный архив настроек	500 записей

Эксплуатационные данные УД4-Т

Питание от сети	220V / 50Hz /10W
Время автономной работы со встроенным аккумулятором	не менее 10ч
Батарея	Li-ion батарея с полным мониторингом подзарядки во время работы и режимом энергосбережения
Цветной TFT дисплей	разрешение 320x240 (115x86 мм)
Размеры	125x210x85мм
Масса	с батареей 2,2 кг
Климатическая защищенность	IP54, -20°С / +50°С
Гарантийная работа	18 месяцев

Комплект

Внешний вид	Децим. номер	НАИМЕНОВАНИЕ
	VTM038	Электронный модуль УД4-Т	*
	038.08	Сетевой адаптер с кабелем ( ~220v/-15v )	*
	DR202	Аккумуляторная батарея LiOn (12v, полный мониторинг, автоподзаряд)	*
	040709	Стандартный образец СО-3Р по ГОСТ 14782	*
	ОН-3	Настроечный образец ЭМА / УЗ толщиномера		*
	ОН-4	Настроечный образец вихретокового дефектоскопа для неферромагнитных сплавов				*
	ОН-5	Настроечный образец вихретокового дефектоскопа для ферромагнитных сплавов
		075.01	Е411-2,5-К12 (ЭМА)		*
		П121-2.5-50	*
		П121-5.0-50	*
		П121-2.5-40						*
		П121-5.0-65
		П111-2.5-К12	*
		П111-5.0-К6	*
		П111-1.25-К20
		П111-2.5-К20
		П111-2.5-18						*
		П111-5.0-К12
		П111-10.0-К6		*
038.14.1		П111-0.22-001 (Резонансный)			*
038.14.0		П111-0.3-001 (Резонансный)			*
		П131-2.5-0/18 (ЖД, ПКО)					*	*
		П121-0.4-90 (ЖД, Поверхность катания)					*	*
		П122-2.5-90-016 (ЖД, зубья колеса)
		П122-2.5-90-017 (ЖД, зубья шестеренок)
		ВТП-2 (вихретоковый) для неферромагнитных сплавов				*
		ВТП-3 (вихретоковый) для ферромагнитных сплавов				*
	038.10	Кабель к ПЭП (Lemo)	*
	038.13	Кабель к ПЭП Раздельно-Совмещенный			*
	010709	Кабель интерфейсный RS232	*
	011113	Переходник 'Lемо/BNC'					*
	010818	УЗ сканер (Построение томографии, TOFD, определение координат ПЭП )
	VTM 097	Видеосканер для визуального контроля (видеоскоп)
	059	'СК1-Тандем' сканер для контроля стрелочных переводов и сварных стыков рельсов
	060	'СК2 - Слайдер' томографический двухкоординатный сканер
	073	Сканирующее устройство УСК-4Т для дефектоскопии колесных пар вагонов (с возможностью построения томографии)					*
	10726						*
	058	Оптический сканер «ОСЬ 270» (контроль ЖД осевой заготовки в соответствии с РД 32.144.2000)							*
	СПО УД	ПО «Паспортизация ПЭП» (АРД диаграммы)	*
		ПО «Дефектоскоп общего назначения»	*
		ПО «ЭМА (УЗ) Толщиномер» (0,2-700мм)		*
		ПО «Резонансный дефектоскоп» (0,2-1МГц)			*
		ПО «Акустический тензометр»
		ПО «Вихретоковый дефектоскоп»				*
		ПО «УЗ контроль колесных пар вагонов», РД 07.09-97					*
		ПО «Вихретоковый контроль колесных пар вагонов», РД 32.150-2000					*
		ПО «УЗ контроль деталей локомотивов»						*
		ПО «Вихретоковый контроль деталей локомотивов»						*
		ПО «Контроль ЖД осей (Ось-270)», РД 32.144.2000							*
		ПО «Контроль стрелочных переводов и сварных стыков рельс», ТИ 07.47-2005, ТИ 07.22-2000
	АРМ УД	ПО БД «АРМ Дефектоскописта» Windows PC	*
		Рабочий кейс (сумка)	*
	060	Навесной крепежный пояс (для использования УД4-Т на весу и в труднодоступных местах)

ЛИТЕРАТУРА

ультразвуковая дефектоскопия вагон

1. Ермолов И. Н. Ультразвуковой контроль / И. Н. Ермолов, М. И. Ермолов. М.: Народный учитель, 2000.

2. Методы акустического контроля металлов / Под ред. Н. П. Алешина. М.: Машиностроение, 1989.

3. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении / Е. Ф. Кретов / ООО «Радиоавионика». СПб, 1995.

4. Ахмеджанов Р. А. Контроль технического состояния деталей вагонов / Р. А. Ахмеджанов / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1996.

5. Ахмеджанов Р. А. Ультразвуковой контроль / Р. А. Ахмеджа-нов, В. В. Макарочкин, В. Ф. Соколов / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2004.

6. ГОСТ 20415-82. Контроль неразрушающий. Методы акустические.

Размещено на Allbest.ru