Краткие теоретические сведения

2.1. Краткие теоретические сведения

Одним из наиболее перспективных методов неразрушающего контроля (применительно к контролю технологических процессов) является метод аку­стической эмиссии (АЭ).

Особое значение имеет использование метода АЭ для оперативного кон­троля абразивной обработки, среди многообразия видов которой наиболее ши­роко распространено шлифование. Контроль методом АЭ по своим возможно­стям не имеет аналогов, поскольку позволяет оценить ряд параметров качества обработки (шероховатость, некруглость, волнистость детали, режущую спо­собность круга) непосредственно в процессе шлифования.

2.1.1. Принципы АЭ-контроля шлифования

Рабочие контакты единичных режущих зерен шлифовального круга с по­верхностью обрабатываемой детали генерируют сигналы АЭ. Энергия акусти­ческого сигнала зависит от количества единичных врезаний, т. е. связана с ре­альной производительностью обработки. Это дает возможность по изменениям сигнала АЭ судить о выходных характеристиках шлифования, связанных с мгновенным объемом металла (режущей способностью круга, некруглостью, волнистостью детали).

Аппаратура регистрации сигнала АЭ при шлифовании включает в себя датчик (пьезопреобразователь), преобразующий механические колебания в

электрический сигнал; предварительный усилитель; узкополосный фильтр с центральной частотой,/; детектирующее звено; самописец. В настоящей работе роль предусилителя, фильтра и детектора выполняет селективный микровольт­метр. На самописце записывается интенсивность узкополосной составляющей сигнала I/t).

В условиях круглого врезного шлифования (при вращении детали) реги­страция сигнала (рис. 2.1) производится путем поджима датчика 3 к поверхно­сти детали 2. Для уменьшения трения между датчиком и деталью используется тифлоновая пробка. Благодаря кулисному механизму поджима 4 уменьшение диаметра детали

d = d_o-2t_p (2.1)

где d₀ - диаметр заготовки, мм;

?_р - припуск, мм,

не сказывается на плотности контакта датчика с обрабатываемой поверх­ностью.

Рис. 2.1. Крепление пьезопреобразователя в рабочей зоне

Цикл круглого врезного шлифования (рис. 2.2, а) предусматривает три режима: черновая подача (F_Bp = 3 - 6 мм/мин); чистовая подача (К_вр = 1 - 0,5 мм/мин); выхаживание (К_вр = 0).

Такое дифференцирование цикла позволяет обеспечить, с одной стороны, высокую производительность обработки, с другой стороны,- требуемое качество шлифуемой поверхности.

Акустограмма (рис. 2.2, б)

0,5

vвр.чер

vвр.чист

vвр=0

Рис. 2.2. Цикл обработки (а) и соответствующая акустограмма АЭ (б)

При этом характер колебаний / в процессе обработки позволяет выделить переходные зоны, связанные с выходом оборудования на установившийся ре­жим. Протяженность переходных зон зависит от режущей способности круга. Чем острее зерна абразива, тем быстрее выбирается натяг технологической сис­темы и тем короче переходные зоны на акустограмме I/t).

Таким образом, задавая математически функцию I/t) в областях переход­ных зон, можно количественно оценить текущую режущую способность круга. Наиболее удобен для аппроксимации режим выхаживания. Его можно прибли­женно промоделировать выражением:

(2.3)

где р- постоянная времени, количественно отражающая крутизну падания ин­тенсивности сигнала If, т. е. показатель Р может использоваться для оценки те­кущей режущей способности инструмента.

Проведя предварительные эксперименты и получив предварительную для максимально допустимого затупления круга величину р, можно регламентиро­вать рациональную длительность периода правки.

III. МАГНИТОПОРОШКОВЫЙ МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

3.1. Краткие теоретические сведения

Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитного по­тока рассеяния, создаваемого различными дефектами в намагниченных издели­ях из ферромагнитных материалов. Магнитный поток, распространяясь по из­делию и встречая на своем пути дефект, огибает его вследствие того, что маг­нитная проницаемость дефекта значительно (в 1000 раз) больше магнитной проницаемости основного материала. В результате этого часть магнитно-силовых линий вытесняется дефектом на поверхность, образуя местный маг­нитный поток рассеяния (рис. 3.1). Дефекты, которые вызывают возмущение в распределении силовых линий магнитного потока без образования местного потока рассеяния, не могут быть обнаружены методами магнитной дефектоско­пии. Возмущение потока происходит тем сильнее, чем большее препятствие представляет собой дефект. Так, если дефект'расположен вдоль направления магнитных силовых линий, то возмущение магнитного потока невелико, в то время как тот же дефект, расположенный перпендикулярно или наклонно на­правлению магнитного потока, создает значительный поток рассеяния.

В зависимости от способа регистрации магнитного потока рассеяния маг­нитные методы контроля подразделяют на магнитопорошковый, магнитогра­фический, феррозондовый.

а б

Рис. 3.1. Распределение магнитного потока по сечению качественного сварного шва (а) и дефектного (б)

Сущность магнитопорошкового метода заключается в том, что на по­верхность намагниченной детали наносят ферромагнитный порошок в виде суспензии с керосином, маслом или мыльным раствором (мокрый метод) или в виде магнитного аэрозоля (сухой метод). Сухой метод менее чувствителен, и его применяют на стадии предварительного контроля для выявления грубых дефек­тов. Под действием втягивающей силы магнитных полей рассеяния частицы порошка перемещаются на поверхности деталей и скапливаются в виде валиков над дефектами. Форма этих скоплений соответствует очертаниям выявляемых дефектов.

„Методика контроля магнитопорошковым методом включает в себя сле­дующие операции:

1.         подготовку поверхностей перед контролем и очистку их от загрязне­ний, окалины, следов шлака после сварки;

2.         подготовку суспензии, заключающуюся в интенсивном перемешивании

3.         магнитного порошка с транспортирующей жидкостью;

4.         намагничивание контролируемого изделия;

5.         нанесение суспензии на поверхность контролируемого изделия;

6.         осмотр поверхности изделия и выявление мест, покрытых отложением
порошка,

В сомнительных случаях валик порошка удаляют и повторяют операции 3-5. После контроля изделие размагничивают.

Магнитопорошковый метод отличается высокой чувствительностью к тонким и мелким трещинам, простотой выполнения, оперативностью и наглядностью результатов, поэтому его широко применяют для контроля продольных сварных швов и изделий, выполненных из магнитных материалов

Чувствительность контроля магнитопорошкового метода зависит от ряда факторов: размера частиц порошка и способа его нанесения, напряженности приложенного намагничивающего поля, рода приложенного тока (переменный или постоянный), формы, размера и глубины залегания дефектов, а также от их ориентации относительно поверхности изделия и направления намагничивания, состояния и формы поверхности, способа намагничивания.

Частицы порошка должны иметь размер 5-10 мкм. Для выявления глу­боко залегающих дефектов применяют более крупный магнитный порошок. Для магнитных суспензий (мокрый метод) применяют магнитный порошок с мелкими частицами. Кроме того, частицы мелкого порошка должны обладать максимальной подвижностью. С этой целью необходимо применять частицы неправильной формы. Дополнительную подвижность частицы магнитного по­рошка получают после покрытия их пигментом с низким коэффициентом трения.

С увеличением напряженности приложенного поля (до достижения ин­дукции насыщения) возрастает чувствительность метода.

При контроле магнитными методами наиболее хорошо выявляются пло­скостные дефекты деталей: трещины, непровары и несплавление, наибольший размер которых ориентирован под прямым или близким к нему углом относи­тельно направления магнитного потока. Дефекты округлой формы (поры, шла­ковые включения, раковины) не могут создавать достаточного потока рассея­ния и, как правило, при контроле обнаруживаются плохо. Практикой установ­лено, что магнитопорошковым методом выявляются поверхностные и подпо­верхностные (на глубине не более 2 мм) трещины с раскрытием от 0,01 мм, глубиной (высотой дефекта) от 0 - 0,5 мм и длиной 0,5 мм И более. С увеличе­нием глубины залегания дефектов уменьшается скорость скопления магнитного порошка и увеличивается ширина линии порошка, что затрудняет выявление дефектов и определение их характера.

Наибольшая чувствительность магнитопорошкового метода достигается при контроле гладко обработанных поверхностей.

На чувствительность контроля и, следовательно, на выявляемость дефек­тов значительно влияют способы намагничивания изделий. Для создания опти­мальных условий контроля применяют три способа намагничивания: продоль­ное, циркулярное и комбинированное (табл.3.1).

Продольное намагничивание осуществляют с помощью электромаг­нитов, постоянных магнитов и соленоидов. При продольном намагничивании поле направлено вдоль продольной оси сварного шва или детали. Применяют продольное намагничивание для обнаружения поперечных дефектов сварки.

Циркулярное намагничивание осуществляется при пропускании тока по контролируемой детали или через проводник (стержень), помещенный в от­верстие детали. Магнитное поле при этом способе направлено перпендикуляр­но плоскости кольцевого сварного шва или продольной оси детали. При такой схеме намагничивания хорошо выявляются продольные дефекты сварки. Наиболее эффективно циркулярное намагничивание при контроле труб, валов, стержней и др.

Чувствительность контроля магнитопорошкового метода зависит от ряда факторов: размера частиц порошка и способа его нанесения, напряженности приложенного намагничивающего поля, рода приложенного тока (переменный или постоянный), формы, размера и глубины залегания дефектов, а также от их ориентации относительно поверхности изделия и направления намагничивания, состояния и формы поверхности, способа намагничивания.

Частицы порошка должны иметь размер 5-10 мкм. Для выявления глу­боко залегающих дефектов применяют более крупный магнитный порошок. Для магнитных суспензий (мокрый метод) применяют магнитный порошок с мелкими частицами. Кроме того, частицы мелкого порошка должны обладать максимальной подвижностью. С этой целью необходимо применять частицы неправильной формы. Дополнительную подвижность частицы магнитного по­рошка получают после покрытия их пигментом с низким коэффициентом трения.

С увеличением напряженности приложенного поля (до достижения ин­дукции насыщения) возрастает чувствительность метода.

При контроле магнитными методами наиболее хорошо выявляются пло­скостные дефекты деталей: трещины, непровары и несплавление, наибольший размер которых ориентирован под прямым или близким к нему углом относи­тельно направления магнитного потока. Дефекты округлой формы (поры, шла­ковые включения, раковины) не могут создавать достаточного потока рассея­ния и, как правило, при контроле обнаруживаются плохо. Практикой установ­лено, что магнитопорошковым методом выявляются поверхностные и подпо­верхностные (на глубине не более 2 мм) трещины с раскрытием от 0,01мм, глубиной (высотой дефекта) от 0 - 0,5мм и длиной 0,5мм и более. С увеличе­нием глубины залегания дефектов уменьшается скорость скопления магнитного порошка и увеличивается ширина линии порошка, что затрудняет выявление дефектов и определение их характера.

Наибольшая чувствительность магнитопорошкового метода достигается при контроле гладко обработанных поверхностей.

На чувствительность контроля и, следовательно, на выявляемость дефек­тов значительно влияют способы намагничивания изделий. Для создания опти­мальных условий контроля применяют три способа намагничивания: продоль­ное, циркулярное и комбинированное (табл.3.1).

Продольное намагничивание осуществляют с помощью электромаг­нитов, постоянных магнитов и соленоидов. При продольном намагничивании поле направлено вдоль продольной оси сварного шва или детали. Применяют продольное намагничивание для обнаружения поперечных дефектов сварки.

Циркулярное намагничивание осуществляется при пропускании тока по контролируемой детали или через проводник (стержень), помещенный в от­верстие детали. Магнитное поле при этом способе направлено перпендикуляр­но плоскости кольцевого сварного шва или продольной оси детали. При такой схеме намагничивания хорошо выявляются продольные дефекты сварки. Наиболее эффективно циркулярное намагничивание при контроле труб, валов, стержней и др.

Таблица 3.1

Основные способы намагничивания

Наименование способа	Средство намагничивания	Графическая схема намагничивания
Продольное (полюсное) Циркулярное Комбинированное	Постоянным магнитом, электромагнитом Соленоидом Пропускание тока по детали С помощью контактов, устанавливаемых на деталь С помощью провода с током¸ помещаемого в отверстие детали Индуктирование ток в детали Пропусканием тока по детали с помощью электромагнита Пропусканием двух или более сдвинутых по фазе токов по детали во взаимно перпендикулярных направлениях Индуктирование тока в детали и током, проходящим по поводнику, помещаемому в отверстие детали	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Комбинированное намагничивание осуществляется при одновре­менном намагничивании детали двумя или несколькими магнитными полями. Примером комбинированного намагничивания может быть намагничивание трубы соленоидом и пропускание переменного тока через проводник, прохо­дящий внутри трубы.