Электромагнитно-акустический зеркально-теневой метод контроля качества прутков из рессорно-пружинной стали

• Автор: Фокеева, Елизавета Николаевна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ПРУТКОВЫЙ ПРОКАТ ИЗ РЕССОРНО-ПРУЖИННОЙ СТАЛИ. МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

1.1 Области применения рессорно-пружинной стали

1.2 Условия эксплуатации изделий из рессорно-пружинной стали

1.2.1 Долговечность, повреждаемость и надежность изделий из рессорнопружинной стали в эксплуатации

1.3 Методы и средства неразрушающего контроля пруткового проката

1.3.1 Магнитный вид неразрушающего контроля

1.3.2 Вихретоковый вид неразрушающего контроля

1.3.3 Ультразвуковой метод неразрушающего контроля

1.3.4 Волноводный акустический метод контроля

1.3.5 Электромагнитно-акустический метод
1.4 Формулировка цели и задач исследования
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И МЕТОДИК ЗЕРКАЛЬНО-ТЕНЕВОГО МЕТОДА НА МНОГОКРАТНЫХ ОТРАЖЕНИЯХ
2.1 Моделирование систем подмагничивания электромагнитно - акустических преобразователей объемных волн для контроля пруткового проката
2.1.1 Проходные ЭМА преобразователи поперечных волн радиальных направлений по сечению
2.1.2 Проходные ЭМА преобразователи продольных волн
2.1.3 Проходные ЭМА преобразователи поперечных волн диаметрального направления
2.1.4 Оптимизация систем подмагничивания ЭМА преобразователя
2.2 Установка для реализации ЭМА зеркально-теневого метода на многократных отражениях
2.2.1. Методика определения скорости и ослабления объемных и рэлеевских волн с использованием проходных ЭМА преобразователей
Выводы к главе
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ПРУТКОВ ИЗ РЕССОРНО-ПРУЖИННОЙ СТАЛИ НА ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЗЕРКАЛЬНО-ТЕНЕВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОАКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА
3.1 Контроль качества термической обработки прутков из стали 60С2А электромагнитно-акустическим зеркально-теневым методом многократных отражений
3.1.1 Описание объекта исследований
3.1.2 Методика проведения исследований
3.1.3 Результаты расчета скоростей объемных волн радиальных направлений по сечению, упругих модулей в образцах
3.1.4 Структурная анизотропия
3.1.5 Эффективность ЭМА преобразования
3.2 Влияние режима термической обработки и структуры прутков из стали 60С2А на скорость рэлеевских волн
Выводы по главе
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО ЗЕРКАЛЬНО-ТЕНЕВОГО МЕТОДА НА МНОГОКРАТНЫХ ОТРАЖЕНИЯХ
4.1 Отбор партии для контроля
4.2 Результаты сравнительных испытаний акустического волноводного и вихретокового метода контроля прутков из рессорно-пружинной стали.
4.3 Результаты производственных испытаний ЭМА зеркально-теневого метода контроля прутков из рессорно-пружинной стали
4.4 Организация и результаты металлографических исследований
4.5 Сопоставление результатов контроля и металлографических исследований.
4.6 Сравнительный анализ достоверности методов неразрушающего контроля.
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Повышение качества машин, включающего надежность и долговечность деталей и узлов, является одной из важнейших проблем, приобретающих особую актуальность в связи с увеличением мощности, быстроходности, с ужесточением температурно-силовых режимов эксплуатации современной техники. Работоспособность и стабильность эксплуатационных характеристик большинства машин ограничивается ресурсом работы пружин, это наиболее характерно для современных видов транспорта, объектов военной и космической техники, нефтедобывающего оборудования и электроэнергетики.
Рациональное использование неразрушающих методов контроля качества прутков из рессорно-пружинных сталей позволяет не только повысить качество и надежность выпускаемых изделий, но и несет экономические выгоды производству благодаря сбережению времени и материальных затрат, которые неизбежны при контроле разрушающими методами, а также обеспечит безаварийность работы транспортных средств и безопасность функционирования транспортной системы в целом. Одним из осложнений при организации входного контроля прутков-заготовок из рессорно-пружинных сталей, является широкая номенклатура пруткового металлопроката с различными видами отделки поверхности. Так при производстве пружин систем подрессоривания подвижного состава железнодорожных тележек вагонов и локомотивов используются прутки 32 типоразмеров по диаметру, 36 типоразмеров по длине и четырех видов отделки поверхности.
Качество прутков-заготовок регламентирует ГОСТ 14959-79 «Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали». Стандарт жестко ограничивает размеры поверхностных дефектов механического происхождения, а также предписывает не допускать дефектов проката (раскатанные пузыри и загрязнения, волосовины, прокатные плены, закаты, рябизна, закатанная окалина, трещины напряжения).

В волноводном методе нормальная волна распространяется вдоль линейнопротяженного объекта от точки возбуждения на большое расстояние (до 100 м), отражаясь от дефектов и торцов объекта. Вблизи преобразователя имеется мертвая зона, длина которой зависит от свойств объекта и частоты контроля и может быть существенной. Для устранения влияния мертвой зоны измерения выполняют последовательно с двух точек, устанавливая преобразователь на противоположных концах объекта. Отраженные (или прошедшие, если датчик не совмещенный) сигналы регистрируются и анализируются.
Возбуждение и прием нормальных волн возможны с помощью различных по принципу действия преобразователей: пьезопреобразователи (сухой контакт), электромагнитно-акустические (ЭМА) (сухой контакт или бесконтактные), фазированные решетки (сухой контакт), гибкая пленка с пьезоэлектрическими волокнами (сухой контакт), оптические (оптоволоконные датчики с сухим контактом для приема ультразвуковых колебаний, лазерные излучатели для бесконтактного возбуждения нормальных волн) [48].
Вопросы взаимодействия волн в волноводах с резкими изменениями геометрии волновода круглого сечения привлекли повышенное внимание исследователей [50-56].
Промышленное и коммерческое использование метода дальнодействующего ультразвука началось сравнительно недавно — во 2-й половине 1990-х годов. Наиболее проработанным в теоретическом и техническом плане является применение метода в области неразрушающего контроля и технической диагностики труб и трубопроводов.
Первые работы в этом направлении начались в 1980-х годах [56], заметный рост числа авторов и публикаций возникает десятилетие спустя. Современное англоязычное название метода «long-range ultrasonic testing» (LRUT). Метод основан на использовании акустических нормальных волн в диапазоне частот от 20 до 100 кГц, распространяющихся в объекте контроля на большие расстояния от места закрепления датчиков [47]. Объект контроля выступает в качестве акустического волновода. В зарубежной литературе для обозначения нормальных