Способ контроля дефектности изделия

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и предназначено для диагностики изделий по параметрам их колебаний. Целью изобретения является повышение достоверности контроля. Для этого возбуждают в изделии вынужденные колебания, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения резонансных колебаний в изделии и измеряют параметры резонансных колебаний, в качестве которых регистрируют верхнюю и нижнюю частоты, соответствующие заданной амплитуде отклика. Определяют отношение этих частот. Дополнительно проводят аналогичные прозвучивания в N точках и определяют отношение верхней и нижней частот каждого из N измерений, а о дефектности изделия судят по разности максимального и минимального этих отношений. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759827/28 (22) 21.11.89 (46) 23.02.92. Бюл. N. 7 (71) Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) Е,В.Беспрозванных, Н.M.Ëàïåíêî, А.M.Àëåêñååâ и И.Е.Беспрозванных .(53) 620.179.16 (088,8) (56) Глаговский Б.А., Московенко И.Б, Низкочастотные акустические методы контроля в машиностроении. —:Л.: Машиностроение, 1977, с.162-166.

Авторское свидетельство СССР и 1552091, кл. 6 01 N 29/04, 1988. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ

ИЗДЕЛИЯ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и предназначено для диагИзобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для диагностики изделий по параметрам их колебаний;

В машиностроении и в ремонтном производстве при неразрушающем контроле изделий используются способы, позволяющие контролировать изделия по параметрам их колебаний, например метод вынужденных колебаний, который позволя-. ет контролировать частоту собственных колебаний изделия и в зависимости от ее величины определять различные свойства иэделия и контролировать его дефектность.

Однако эти способы не позволяют с до-. статочной точностью контролировать дефектность изделий, частота собственных,, Ы„, 1714492 А1 ностики изделий по параметрам их колебаний. Целью изобретения является повышение достоверности контроля. Для этого возбуждают в изделии вынужденные колебания, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения резонансных колебаний в изделии и измеряют параметры резонансных колебаний, в качестве которых регистрируют верхнюю и нижнюю частоты, . соответствующие заданной амплитуде отклика, Определяют отношение этих частот. . Дополнительно проводят аналогичные проэвучивания в N точках и определяют отношение верхней и нижней частот каждого из

N измерений, а о дефектности иэделия судят по разности максимального и минимального этих отношений. 1 ил. колебаний которых изменяется в малых пределах в зависимости от дефектов (усталостных трещин, коррозийных повреждений и т.п.).

Известен способ контроля дефектности изделия, реализованный в устройстве

"Звук-107", заключающийся в том, что в изделии возбуждают вынужденные колебания, при этом задают максимальную амплитуду колебаний возбуждающей силы и производят регулировку ее частоты до взаимодействия колебаний этой силы с собственными колебаниями изделия в зоне отклика его частоты собственных .колебаний, которые фиксируют по возрастанию амплитуды результирующих колебаний относительно заданной максимальной ампли 1 714492

15 туды. Определяют параметры этих колебаний, по которым судят о дефектности изделия.

Однако этот способ также не позволяет контролировать дефектность изделий, частота собственных колебаний которых изменяется в малых пределах в зависимости от величины дефектов, и поэтому не обладает достаточной точностью.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля дефектности изделия, заключающийся в том, что в нем возбуждают вынужденные колебания, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения резонансных колебаний в изделии, измеряют параметры резонансных колебаний, в качестве которых регистрируют верхнюю и нижнюю частоты, соответствующие заданной амплитуде от-. клика, определяют отношение этих частот, по которому судят о дефектности изделия.

Однако известный способ не позволяет контролировать с достаточной достоверностью дефектность изделий, закалка которых па глубине изделия неоднородна.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что . при способе контроля дефектности изделия, заключающемся в том, что в нем возбуждают вынужденные колебания, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения резонансных колебаний в изделии, измеряют параметры резонансных колебаний, в качестве которых регистрируют верхнюю и нижнюю частоты, соответствующие заданной амплитуде отклика, определяют отношение этих частот, которое используют при суждении о дефектности изделия, дополнительно проводят аналогичные проэвучивания изделия в N точках и определяют отношение верхней и нижней частот каждого из N измерений, а о дефектности изделия судят по разности максимального и минимального этих отношений, Дополнительно введенные операции позволяют, используя меньшую разницу между максимальным и минимальным иэ N отношений у бездефектных иэделий, чем у дефектных, с большой достоверностью контролировать дефектность изделий, На чертеже приведены амплитудно-частотныее характеристики (АЧХ) беэдефектного (э) и дефектного (б) изделий.

Как в процессе изготовления изделий, та«и в процессе их эксплуатации возникают дефекты, связанные в первом случае с нарушением технологии изготовления, а во втором, например, возникающие из-за

55 усталостных повреждений, вызванных знакопеременными циклическими нагрузками (микротрещины, изломы и т.п.). Чем раньше выявлен дефект(особенно в изделиях, работающих в особо ответственных узлах, например в ходовых частях подвижного состава и т.п.), тем меньше вероятность паявления аварий, обусловленных внезапным изломом эксплуатируемых изделий, например деталей падшипниковых узлов. Кроме того, выявление дефектов в изделиях на ранней стадии их образования позволит прогнозировать остаточный ресурс иэделия при его ремонте на ремонтных предприятиях. Например. в подшипниках (их деталях) возникают за счет энакопеременных нэгрузок при их эксплуатации усталостные повреждения (раковины, микротрещин ы и т.п,) на поверхностях качения. Эти повреждения обусловливают изменения структуры материала изделия и в связи с этим его свойств, например параметров колебаний, возбужденных возмущающей силой с заданной максимальной амплитудой. Если изделие подвергается действию внешней периодической возмущающей силы, то амплитуда его колебаний определяется величиной этой силы, упругими свойствами изделия, а также соотношением частот внешней силы и частоты собственных колебаний изделия.

Частота собственных колебаний изделия, а также ширина АЧХ при заданной амплитуде отклика определяются формой изделия и размерами: длиной, шириной и толщиной. Кроме того, ширина АЧХ зависит от моДулей упругости, плотности и коэффи-циента Пуассона контролируемого материала, а также наличия дефектов, Все.эти факторы, влияющие на частоту собственных колебаний иэделия, обуславливают некоторый разброс значений частоты собственных колебаний и ширины АЧХ(при заданной амплитуде отклика). При этом разброс ширины

АЧХ без дефектных изделий значительно меньше, чем разброс ширины АЧХ у дефектных изделий. Таким образом, разброс ширины АЧХ (при заданной амплитуде отклика) иэделия при воздействии возмущающей силы с заданной максимальной амплитудой для бездефектных изделий остается в определенных границах, значительно меньших, чем у дефектных изделий, При этом границы

АЧХ можно легко определить по отношению частот колебаний возмущающей силы при заданном амплитуде отклика для каждого из

N прозвучиваний изделия. По разности между максимальным и минимальным из N отношений упомянутых частот (выбранных иэ измеренных параметров резонансных колебаний, саответствующих N измерени1714492

10 чем у дефектных.

20

35

55 ям) можно с большой достоверностью контролировать максимальный разброс ширины

АЧХ и по ней дефектность изделий (микротрещины, корроэийные повреждения, дефекты металлургического происхождения и т.п.), так как разность упомянутых отношений частот (максимальная ширина АЧХ или максимальный разброс ширины АЧХ) значительно меньше у бездефектных изделий, При контроле иэделий, закалка которых по глубине изделия неоднородна, например роликов подшипников, известным спосо- бом появляется разброс результатов измерений (как было установлено практическими измерениями). обусловленный неравномерностью закалки поверхностного слоя по глубине. При этом уменьшение слоя закалки в некоторых местах (по диаметру ролика) давало увеличение ширины АЧХ, т.е. исправные изделия, не .имеющие поверхностной закалки, имеют разброс результатов измерений; обусловленный только погрешностью аппаратуры и практически в каждом из изделий параметр контроля достаточно измерить один раз..В данном случае приемлем известный способ контроля. Изделия с поверхностной закалкой имеют большой разброс результатов измерений, зависящий от глубины закалки поверхностного слоя в отдельных местах изделия, и. чтобы проконтролировать с достаточной достоверностью, необходимо проводить идентичные прозвучивания изделия в N точках, определять отношение верхней и нижней частот каждого из N измерений, а о дефектности суДить по разности максимального и минимального этих отношений.

Пример. Определялась дефектность роликов подшипников, применяемых в буксовых узлах подвижного состава. Предварительно были проконтролированы. 120 беэдефектных роликов, с целью определения граничных (пороговых) значений отношений частот возмущающей силы (при заданной амплитуде отклика для известного способа). Кроме того, определялось rpaничное значение браковки роликов по предлагаемому способу путем шестикратного изменения положения каждого иэ 120 роликов и нахождения для каждого из них разности между максимальным и минимальным из полученных отношений граничных частот, т;е. находился контрольный параметр — максимальный разброс ширины

АЧХ при заданной амплитуде отклика. Все данные по контрольным параметрам как по известному, так и предлагаемому способам получали с помощью устройства "Звук-107" и осциллографа. После получения эталонных значений контрольных параметров контролировались 2 партии дефектных и бездефектных роликов по 10 шт. в партии известным способом по отношению частот колебаний при заданной амплитуде отклика и предлагаемым по разности максимального и минимального из отношений частот (при заданной амплитуде отклика) при шестикратном прозвучивании иэделия.

Начальные условия. Задавалась максимальная амплитуда отклика, равная 300 МВ. которая контролировалась по осциллографу. Максимальная амплитуда (при резонансе) контролировалась по сближению полос индикатора устройства "Звук-107" и осциллографу. Частота колебаний определялась по частотомеру ЧЗ-34. Вычисление отношений частот, а также их разности. производилось с помощью микроЭВМ МК-46 с точностью до 7 знаков.

Пороговые значения контрольных параметров по первому и второму. способам получены после предварительного контроля

120 бездефектных роликов.

Данные контроля сведены в табл.1 и 2 ("+" — ролик признан дефектным, "-" — дефект в ролике не обнаружен).

По данным табл. 1 и 2 видно, что предлагаемый способ значительно повышает точность контроля.

Таким образом, сущность способа состоит в следующем. Возбуждают вынужденные колебания в изделии, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения резонансных колебаний в изделии, измеряют параметры резонансных колебаний, в качестве которых регистрируют верхнюю и нижнюю частоты, соответствующие заданной амплитуде отклика, .определяют отношение этих частот, проводят аналогичные прозвучивания в N точках и определяют..отношение верхней и нижней частот каждого иэ N измерений. а о дефектности изделия судят по разности максимального и минимального этих отношений.

Способ контроля дефектности иэделия поясняется на приведенных АЧХ беэдефектного (а) и дефектного (б) изделий, где для сравнения взяты АЧХ с шириной максимальной (кривые 1) и минимальной (кривые

2) при заданной амплитуде отклика (порога).

Таким образом, разброс ширины АЧХ (при заданной амплитуде отклика А"), ограниченный для. исправного изделия частотами (fi), (f2) и (f) ),, (f2 ), значительно меньше разброса ширины АЧХ для дефектного изделия, которая для него ограничена частотами (11)д, (fz)q и (f> )д, (f2 )ä. Соответственно, разность максимального и мини1714492

Таблица 1

Таблица 2 мального из отношений частот для бездефектных изделий меньше, чем для дефектных, т.е.

Я 12 W (фд 2À

Я )„()и ф) (h)g

Это говорит о том, что с достаточной достоверностью можно контролировать иэделия по раэбросу ширины АЧХ при заданной амплитуде отклика, принимая за контрольный параметр разность максимального и минимально о из N отношений при Й прозвучиваниях изделия.

Предлагаемый способ обеспечивает следующие преимущества.

Повышается достоверность контроля дефектности изделий как при их изготовлении, так и при их ремонте. Обеспечивается возможность автоматизации контроля при реализации его в устройстве, Указанные преимущества обусловливают .повышение эффективности неразрушающего контроля, что позволит снизить пропуск дефектных изделий при контроле, за счет чего повысить надежность изделий при их эксплуатации, За базовый объект принят способ контроля дефектности изделий, реализованный в устройстве "Звук-107", Учитывая, что применение предлагаемого способа контроля планируется при контроле дефектов деталей подшипников подвижного состава, то при сравнении с базовым объектом он обеспечивает следующие преимущества (за счет

5 повышения достоверности контроля): снижение отказов подвижного состава в процессе эксплуатации за с ет снижения пропуска деталей подшипников (дефектных) при их ремонте; повышение межремонтных сроков по

10 техническому обслуживанию и ремонту буксовых узлов; повышение безопасности движения поездов.

Формула изобретения

Способ контроля дефектности изделия, заключающийся в том, что в нем возбуждают вынужденные колебания, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения

20 резонансных колебаний в изделии, измеряют параметры резонансных колебаний, в качестве которых регистрируют верхнюю и нижнюю частоты, соответствующие заданной амплитуде отклика, определяют отношение этих ча25 стот, по которому судят о дефектности изделия,отличающийся тем,что,сцелью повышения достоверности, дополнительно проводят аналогичные прозвучивания иэделия в N точках и определяют отношение вер30 хней и нижней частот каждого из N измерений. а о дефектности изделия судят по разности максимального и минимального этих отношений.

1714492

4)и ®и А l f»l+li

Составитель E.Áåñnðoàâàííûõ

Редактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Заказ 689. . Тираж . Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101