Методы и средства для измерения внутренних и линейных размеров деталей типа 'Корпус' и 'Вал'

Методы и средства для измерения внутренних и линейных размеров деталей типа 'Корпус' и 'Вал'

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»

Кафедра «Управление качеством, стандартизация и метрология»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине

Методы и средства измерений, испытаний и контроля

На тему

Методы и средства для измерения внутренних и линейных размеров деталей типа "Корпус" и "Вал"

Брянск 2012

Содержание

Введение

1. Методы и средства измерений

1.1 Выбор методов и средств для измерения размеров в деталях

1.1.1 Деталь типа «Корпус»

1.1.2 Деталь типа «Вал»

1.2 Разработка принципиальных схем средств измерений и описание принципа функционирования, настройки и процесса измерения

.2.1 Нутромеры с ценой деления отсчетного устройства 0,001 и 0,002мм

.2.2 Индикаторы многооборотные (1МИГ) с ценой деления 0,001мм и пределом измерения 1мм

.2.3 Длиномеры при измерении методом сравнения с мерой

.3 Разработка принципиальной схемы измерительного устройства для контроля радиального биения

. Методы и средства контроля

2.1 Расчет исполнительных размеры калибров для контроля шлицевого соединения с прямобочным профилем

2.2 Выбор методов и средств неразрушающего контроля

2.3 Разработка схем приборов неразрушающего контроля

2.3.1 Акустический метод неразрушающего контроля

2.3.2 Магнитный метод неразрушающего контроля

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Правильный выбор средств измерений имеет важное значение для обеспечения требуемой точности измерений. Выбор средств измерений состоит в сравнении его основной погрешности с допустимой погрешностью измерений, при этом основная погрешность должна быть меньше (или равна) допускаемой погрешности измерения. На предприятии в выборе средств измерений принимают участие конструкторская, технологическая и метрологическая службы.

На стадии конструирования назначают допуски на размеры с учетом влияния погрешности измерений на размеры с учетом влияния погрешности измерений на неправильную приемку изделий. На стадии разработки технологического процесса изготовления изделий по каждой стадии указывают конкретные средства измерений и условия их применения с учетом допускаемой погрешности измерений. При этом оценивают экономические показатели.

Средства измерений выбирают в зависимости от точности (допуска) контролируемого изделия и допускаемой погрешности измерений, установленной ГОСТ 8.051-81. Кроме того, учитывают программу выпуска и габариты контролируемого изделия.

Технический контроль является важнейшей частью системы управления качеством продукции на машиностроительном предприятии. В системе технической подготовки производства технический контроль является неотъемлемой частью технологического процесса изготовления и ремонта изделия и разрабатывается в виде процесса технического контроля или операции технического контроля.

Технический контроль должен охватывать весь технологический процесс для предупреждения с заданной вероятностью пропуска дефектных заготовок, деталей и сборочных единиц при последующем изготовлении изделий.

1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

1.1 Выбор методов и средств измерений размеров в деталях типа “Корпус” и “Вал”

В данном проекте при измерении размеров деталей используется метод непосредственного сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству многозначной меры СИ, на которое непосредственно действует сигнал измерительной информации.

Определение допускаемой погрешности производится по ГОСТ 8.051-81 [1]. По данному квалитету или допуску выбираем допускаемую погрешность. Допуск выбирается меньшим или равным данному.

1.1.1 Деталь типа «Корпус»

Внутренние размеры:

1) Ø42H6

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 30 до 50 мм и 6 квалитету точности, а также допуску, равному IT=16 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм =5,0 мкм [1].

По таблице 2 (для внутренних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 1:

2) Ø56H7

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 50 до 80 мм и 7 квалитету точности, а также допуску, равному IT=30 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм =9,0 мкм [1].

Таблица 1

Средства измерения для размера Ø42H6

По таблице 2 (для внутренних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 2:

Таблица 2

Средства измерения для размера Ø56H7

3)Ø78H8

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 50 до 80 мм и 8 квалитету точности, а также допуску, равному IT=46 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм =12,0 мкм [1].

По таблице 2 (для внутренних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 3:

Таблица 3

Средства измерения для размера Ø78H8

Линейные размеры:

) 68^+0,08

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 50 до 80 мм, а также допуску, равному IT=74 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм = 18,0 мкм [1].

По таблице 1 (для наружних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 4:

Таблица 4

Средства измерения для размера 68^+0,08

5)75_-0,1

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 50 до 80 мм, а также допуску, равному IT=74 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм = 18,0 мкм [1].

По таблице 1 (для наружних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 5:

Таблица 5

Средства измерения для размера 75_-0,1

6)155±0,15

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 120 до 180 мм, а также допуску, равному IT=250 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм = 50,0 мкм [1].

По таблице 1 (для наружних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Таблица 6

Средства измерения для размера 155±0,15

1.1.2 Деталь типа «Вал»

Наружные размеры:

1) Ø54h5

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 50 до 80 мм и 5 квалитету точности, а также допуску, равному IT=13 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм =4,0 мкм [1].

По таблице 1 (для наружних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 7:

Таблица 7

Средства измерения для размера Ø54h5

2) Ø68r6

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 50 до 80 мм и 6 квалитету точности, а также допуску, равному IT=19 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм =5,0 мкм [1].

По таблице 1 (для наружних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 8:

) Ø72d7

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 50 до 80 мм и 7 квалитету точности, а также допуску, равному IT=30 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм =9,0 мкм [1].

Таблица 8

Средства измерения для размера Ø68r6

По таблице 1 (для наружних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 9:

Таблица 9

Средства измерения для размера Ø72d7

Линейные размеры:

) 66^+0,08

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 50 до 80 мм, а также допуску, равному IT=74 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм = 18,0 мкм [1].

По таблице 1 (для наружных размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 10:

5) 125_-0,2

По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше 120 до 180 мм, а также допуску, равному IT=160 мкм определяем значение допускаемой погрешности измерения: δ_изм = 40,0 мкм [1].

Таблица 10

Средства измерения для размера 66^+0,08

По таблице 1 (для наружних размеров) методических указаний РД 50-98-86 выбираем СИ, у которого предельная погрешность измерения меньше или равна расчетному значению допускаемой погрешности СИ: δ_си ≤ δ_изм [4].

Результаты выбора оформляем в виде таблицы 11:

Таблица 11

Средства измерения для размера 125_-0,2

измерение контроль размер деталь

1.2 Разработка принципиальных схем средств измерений и описание принципа функционирования, настройки и процесса измерения

.2.1 Нутромеры с ценой деления отсчетного устройства 0,001 и 0,002 мм

Назначение изделия

Нутромер предназначен для измерения внутренних размеров изделий относительным методом.

Нормальные условия эксплуатации

Температура, °С (20±5)

Относительная влажность воздуха, % (58±20)

Атмосферное давление, кПа (101,3±3)

Технические характеристики

Цена деления, мм - 0,001

Диапазон измерений, мм 6-10,10-18,18-35,35-50, 50-100, 50-160, 100-160, 160-250, 250-450

Механизм нутромера представляет собой сочетание клиновой передачи (корпус нутромера) с отсчетным устройством (индикатор). В качестве измерительных и центрирующих элементов используются диаметрально расположенные полусферы, либо наконечники.

Предел допускаемой погрешности:

для диапазона 6 - 50 мм - 1,8 мкм;

для диапазона 50- 400мм - 2,5 мкм.

Технические требования

1. Нутромеры следует изготавливать в соответствии с требованиями настоящего стандарта по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.

. Основная погрешность нутромеров, включая погрешность отсчетного устройства, погрешность центрирования и размах показаний при температуре 20 °С и относительной влажности до 80 % не должна превышать значений, указанных в табл. 12.

Таблица 12

Пределы погрешностей по ГОСТ 9244-75

3. Размах показаний нутромеров не должен превышать 1/3 цены деления шкалы индикатора.

. Погрешность нутромеров, вносимая неточным расположением центрирующего мостика, не должна превышать 1/3 цены деления шкалы индикатора при вертикальном расположении нутромера.

. Параметр шероховатости измерительных поверхностей стержней - Ra ≤ 0,16 мкм, а опорных поверхностей центрирующих мостиков - Ra ≤ 0,63 мкм по ГОСТ 2789.

. Твердость опорных поверхностей центрирующих мостиков нутромеров с диапазоном измерений более 18 мм должна быть не менее 57 HRC, по ГОСТ 9013, а нутромеров с диапазоном измерений до 18 мм - не менее 47HRC, по ГОСТ 9013.

. Нутромеры должны иметь ручку из материала с малой теплопроводностью.

. Наружные металлические поверхности нутромеров должны иметь надежное антикоррозийное покрытие по ГОСТ 9.303 или ГОСТ 9.032.

. Полный средний срок службы нутромеров - не менее пяти лет.

. Среднее время восстановления нутромеров - не более 4ч.

Комплектность

1. Нутромер

. Отсчетное устройство

. Набор сменных вставок, обеспечивающих возможность измерения нутромером любого размера в заданном диапазоне измерений

. Установочные кольца по ГОСТ 14865 по заказу потребителя

5. Футляр

. Паспорт

Устройство

В данном курсовом проекте индикаторным нутромером измеряется внутренний размер Ø56H7.

На корпусе нутромера расположена ручка 7, отсчетное устройство 1, которое крепится винтом 8, а также два стержня: подвижный стержень 2 и неподвижный стержень 5, закрепленный контргайкой 6. Перемещения подвижного стержня фиксируются отсчетным устройством. Центрирующая планка (мостик) 3 не позволяет сместиться линии измерения относительно диаметра отверстия.

Рис.1. Нутромер с ценой деления отсчетного устройства 0,001 и 0,002 мм:

- отсчетное устройство, 2 - подвижный стержень, 3 - центрирующая планка (мостик), 4 - опоры,

- неподвижный стержень, 6 - контргайка, 7 - ручка, 8 -винт

Методы и средства поверки

Поверка по МИ 2193-92

Первичная поверка при выпуске из производства. Межповерочный интервал устанавливается потребителем в зависимости от интенсивности эксплуатации нутромера.

Поверка нутромеров в основном заключается в поверке точности механизма и точности центрирования. Поверку наиболее полно производят по образцовым кольцам. Более часто поверку нутромеров с отчетным устройством производят по набору концевых мер длины с боковиками и другими принадлежностями к концевым мерам длины. Некоторые типоразмеры поверяют на горизонтальном оптиметре или измерительной машине. Для поверки нутромеров изготовляют различного рода приспособления.

Для нутромеров предусмотрена поверка погрешности центрирования, которая определяется по разности показаний нутромера при настройке на размер по блоку концевых мер (центрирующее устройство не учитывает) и измерении кольца тогоже размера, что и блок (центрирующее устройство учитывает). Обычно погрешность центрирования нормируется величиной, не превышающей цены деления отсчетной головки.

Помимо точностных данных при поверке определяют величину измерительного усилия измерительного стержня и усилия центрирующего устройства.

Подготовка к работе

1. Перед началом работы нутромер выдержать на рабочем месте не менее трех часов.

. Протереть нутромер и детали чистой тканью смоченной в нефрасе и протереть чистой сухой тканью.

. Не допускать ударов по нутромеру.

Индикаторные нутромеры служат для относительных измерений внутренних размеров путем сличения поверяемых размеров с размером образца. В качестве образца может служить, блок концевых мер (плиток) с боковиками, калибр-кольцо, микрометр и т. п.

Для установки нутромера по концевым мерам устанавливают между двумя боковиками блок концевых мер требуемого размера. Отжав мостик вводят нутромер между боковиками. При использовании специального боковика мостик нутромера опирается на выступающие плоскости боковика. При использовании стандартных боковиков мостик должен быть закреплен так, чтобы он не касался измерительной поверхности боковика. Слегка покачивая нутромер, находят наименьшее показание индикатора, которое соответствует установленному размеру.

При установке нутромера по образцовому кольцу поджимают мостик и нутромер осторожно вводят в кольцо с таким расчетом, чтобы линия измерения совпадала с отмеченным осевым сечением кольца., в котором заранее измерен его размер. Наклоняя нутромер (рис. 1) в вертикальной плоскости, фиксируют максимальное отклонение стрелки нутромера, т. е. момент, когда стрелка изменяет направление своего движения. В этом положении нутромера поворачивают шкалу индикатора до совпадения ее нулевого деления со стрелкой и затягивают стопор, чтобы шкала индикатора не сместилась во время измерений.

Процесс измерения

1. При измерении внутреннего размера, после настройки нутромер вводят в контролируемое отверстие изделия и повторяют операции, которые выполнялись при настройке нутромера.

2. Покачивая нутромер в вертикальной плоскости, фиксируют наибольшее отклонение стрелки индикатора, которое соответствует диаметру отверстия. При отсчете отклонения размера отверстия изделия от номинального размера руководствуются следующим правилом. Отклонение принимают со знаком «-» минус, если стрелка индикатора перешла за нулевое деление. В этом случае диаметр отверстия меньше диаметра аттестационного кольца. Отклонение от номинального размера принимают со знаком «+» плюс, если стрелка индикатора не дошла до нулевого деления. Значение отклонения подсчитывают умножением числа делений на цену делений, равную 0,001 мм.

Уход и хранение

Нутромер индикаторный состоит из точного механизма для внутренних измерений и точного отсчетного прибора. Поэтому необходимо соблюдать следующее:

. Следует оберегать нутромер от ударов и не допускать падения его даже с незначительной высоты.

. Не производить резких толчков на измерительный стержень нутромера.

. Не прилагать больших усилий в случае заклинивания, так как это может вызвать порчу и поломку нутромера.

. Не допускать попадания в механизм нутромера наждачной пыли, грязной эмульсии и т. п.

. Установку индикатора в зажиме нутромера производить без применения усилий. Недопустимо проворачивание индикатора за корпус при неполностью отпущенном зажиме, т. к. это может повредить втулку и нарушить правильный ход измерительного стержня индикатора.

. Не допускать попадания в индикатор нутромера влаги и масел.

. Хранить нутромеры индикаторные и их принадлежности необходимо чистыми, в футлярах, в сухом помещении.

. Не следует разрешать разборку нутромеров лицам, не имеющим отношения к ремонту нутромеров [6].

1.2.2 Индикаторы многооборотные (1МИГ) с ценой деления 0,002 мм и пределом измерения 2 мм

Под рычажно-зубчатыми измерительными головками понимают измерительные головки осевого действия, в которых передаточный механизм состоит из рычажных и зубчатых передач.

Основные технические характеристики

Рычажно-зубчатые головки изготавливают с ценой деления 0,001 и 0, 002мм. Многооборотные головки имеют на циферблате 200 делений круговой шкалы с нулевым штрихом посередине, здесь также расположен указатель числа оборотов стрелки. Полное число оборотов стрелки равно 5.

Диапазон показаний составляет ⁺_-0,10 мм.

Измерительное усилие у многооборотных головок составляет 200 сН с колебанием 50-70 сН.

Масса у многооборотных головок более 100г.

Схема и конструкция

Рис.2. Рычажно-зубчатая головка многооборотная (1МИГ)

Многооборотные рычажно-зубчатые головки имеют механизм, состоящий из двух рычажных передач, одной зубчатой пары и на конце кинематической цепи ещё одной дополнительной передачи. Можно, например , установить ещё одну зубчатую передачу, но погрешность её будет больше влиять, чем погрешность рычажной передачи. Поэтому более правильно добавить дополнительные рычажные пары с плечами 12 и 13.

Измерительный стержень 1 плоской поверхностью контактирует со сферой малого плеча 2 первой рычажной передачи. Специальная конфигурация верхней части стержня 1 позволяет получить механизм, разгруженный от удара. Это название возникло вследствие того, что если произвести удар по измерительному стержню вверх вдоль его оси, то удар не передаётся на весь механизм головки.

Сферическая контактивная часть малого плеча 2, взаимодействующая с измерительным стержнем, расположена эксцентрично относительно цилиндра, с помощью которого она устанавливается на рычаге. Благодаря этому поворотом опоры можно изменять размер малого плеча, т.е. регулировать передаточное число всего механизма. Большое плечо 5 рычажной передачи контактирует со сферической опорой на секторе 8. Положение сферической опоры на секторе также может изменяться для регулировки с целью компенсации погрешностей механизма. Сектор 8 зацепляется с трибом 9, на оси которого установлена стрелка 10. На этой же оси закреплен один конец спиральной пружины (волоска) 7, а второй конец ее укреплен на плате, на которой монтируется весь механизм.

Поскольку головка является многооборотной, в схеме ее предусмотрена дополнительная трибка 14, на оси которой расположена стрелка оборотов 15 и волосок 7.

Для установки стрелки в нулевое положение весь механизм с рычажной и зубчатой передачами размещается на одном основании (плате), поворачиваемом при установке стрелки на нуль на оси 4 с помощью винта 3, к которому плата прижимается пружиной 6. Такое устройство обеспечивает поворот всего механизма винтом 3 относительно неподвижной точки контакта на стержне 1, и этим обеспечивается так называемый фиксированный нуль, т.е. нулевое положение шкалы и стрелки при поверке и при измерении соответствует определенному положению механизма.

Арретирование измерительного наконечника осуществляется с помощью рычага 11, воздействующего на верхнюю часть измерительного стержня.

Все оси механизма головки установлены на корундовых подшипниках. Контактные поверхности обычно армируются твердым сплавом.

На корпусе головки установлены передвижные указатели для обозначения границ допуска. Головка в штативе иди стойке крепится за гильзу диаметром 8мм.

Погрешности измерения

Для многооборотных индикаторов погрешность составляет 2-3 значения цены деления при использовании диапазона показаний до 1мм.

Погрешность измерения многооборотными головками для размеров 1-250 мм составляет 2-6 мкм для цены деления 0,001 мм.

Поверка точности

Поверку рычажно-зубчатых головок в основном производят по концевым мерам длины 3-4-го разрядов. Отдельно поверяют погрешность головок головок при измерении биения с помощью оправок. Необходимо обратить внимание на то, что при поверке головку устанавливают в стойке. А поэтому выявляемая погрешность не будет равна погрешности измерения, когда эта же головка будет установлена на штативе, обладающем меньшей жесткостью.

Процесс измерения

Рычажно-зубчатые головки при измерениях устанавливают на стойки типа С-Ш и штативы типа Ш-I. При настройке индикаторов на размер по блоку концевых мер опускают кронштейн с индикатором по колонке стойки так, чтобы измерительный наконечник коснулся меры и стрелка установилась около нулевого положения. Затем поворотом шкалы стрелку устанавливают на ноль и проводят несколько раз арретирование (подъем и опускание) стержня, проверяя правильность настройки. По показаниям прибора находят как отклонения размера изделия от размера меры, так и его знак [5].

1.2.3 Длиномеры вертикальные при измерении методом сравнения с мерой

Длиномеры предназначены для измерения линейных размеров различных объектов. На длиномерах можно проводить измерения методом непосредственной оценки в пределах длины шкалы до 100 мм и методом сравнения с мерой с помощью концевых мер и других аттестованных деталей свыше 100 мм.

Основные технические характеристики

Диапазон измерения, мм:

а) методом непосредственной оценки 0-100

б) на приборе 0-250

Цена младшего разряда цифрового отсчетного устройства, мкм 0,5

Измерительное усилие, Н (2,0 ± 0,5)

Погрешность измерения, мм +(0,0012± L/120000)

Конструкция и принципиальная схема

Рис. 3. Принципиальная схема

Лучи света от лампы 20 через конденсор 19, светофильтр 18, осветительные линзы 17 и зеркала 16 освещают миллиметровую шкалу 1 защитным стеклом 15. Изображение штрихов шкалы объективом 13 через прямоугольные призмы 12, 11, дополнительные линзы 10 и плоскопараллельную пластину 9 проецируется на сетку 7, на которой нанесены шкала десятых долей миллиметра и индекс. На лимбе 8 нанесена шкала тысячных долей миллиметра. Лимб 8 и сетка 7 находятся в фокальной плоскости объектива 5. Изображение миллиметровых штрихов, десятых и тысячных долей миллиметра, а также индекс переносятся коллективом 6, зеркалом 4, объективом 5 на экран 2 с помощью зеркал 3 и 1.

Рис. 3. Общий вид вертикального длиномера: 1 - основание; 2 - стол; 3 - гирька; 4 - измерительный наконечник; 5 - шпиндель; 6 - стопорный винт; 7 - маховичок; 8 - окулярный микрометр; 9 - отсчетный микроскоп; 10 - регулировочная головка; 11 - консоль; 12 - стальная лента; 13 - кронштейн; 14 - цилиндр; 15 - осветитель; 16 - стопорный винт; 17 - гайка; 18 - стойка.

Процесс измерения

Измерение изделий с плоскими поверхностями.

1. Надеть на измерительный штифт сферический наконечник и закрепить его винтом. Опустить пиноль в крайнее положение. Затем опустить измерительное устройство с помощью маховиков 7 (см. рис.3) при отвернутом винте 6 до соприкосновения наконечника с поверхностью стола (если измеряемая деталь устанавливается на стол). В таком положении закрепить винт 6.

.   Нажать кнопку "0←" на передней панели УЦИ; тем самым, обнулив его (на табло высветится сообщение "0.0000"). Произвести трехкратное арретирование с помощью маховичка для проверки постоянства контакта.

3. При работе в режиме непосредственной оценки необходимо поднять пиноль, установить измеряемое изделие на столе и опустить пиноль до контакта наконечника с изделием. На табло высветится значение измеряемого изделия.

Для повышения точности измерений снять не менее трех отсчетов и вычислить их среднее арифметическое значение.

Изменение пределов измерения

При измерении изделий длиной более 100 мм поднять измерительную головку на колонке на 100 или 150 мм с помощью маховика при отжатом стопорном винте, после чего зажать стопорный винт. На стол пол измерительный наконечник установить плоскопараллельную концевую меру длины 100 мм или набор мер 150мм.

Опустить пиноль до контакта наконечника с поверхностью концевой меры и нажать кнопку обнуления "0←". Затем убрать со стола концевую меру установить изделие и снять отсчет.

Размер изделия равен сумме отсчета, полученного на измерительном устройстве и действительного значения размера концевой меры.

Снятие отсчета по микроскопу

Рис. 4. Шкалы отсчетного микроскопа: а - в нулевом положении; б - в произвольном

Полное значение отсчета размера по микроскопу состоит из:

1) значения штриха основной миллиметровой шкалы, видимого в поле зрения в зоне витков двойной спирали (на рис. 4 - 46);

2)      значения штриха неподвижной шкалы, ближайшего меньшего к штриху основной шкалы (на рис. 4 - 0,3);

)        значения штриха круговой шкалы, оказавшегося против указателя при расположении витка двойной спирали по бокам штриха основной шкалы (на рис. 4 - 0,063).

Итог: 46,363 мм.

Методы и средства поверки

Поверка по ГОСТ 8.050-73

При поверке проверяют взаимодействие узлов длиномера; крепление съемных, сменных и подвижных частей должно быть надежным; перемещение подвижных частей прибора должно быть плавным; несимметричность концов любого штриха миллиметровой шкалы относительно шкалы десятых долей миллиметра у длиномеров типа ДВЭ не должно превышать длины штриха миллиметровой шкалы; штрихи миллиметровой шкалы при совмещении с кривой спирали у длиномеров типа ДВО должны соприкасаться с ней в середине рабочего промежутка шкалы десятых долей

миллиметра; смещение изображения всех штрихов микрометровой шкалы относительно изображения индекса при перемещении изображения шкалы не должно превышать 0,1 длины короткого штриха у длиномеров типа ДВЭ. Плоскостность измерительной поверхности ребристого стола проверяют интерференционным методом при помощи нижней плоской стеклянной пластины.

Ориентацию рабочего промежутка шкалы десятых долей по ходу измерительного стержня у приборов типа ДВО проверяют при перемещении измерительного стержня. Наблюдают за смещением какой-либо точки миллиметровой шкалы относительно рабочего промежутка шкалы десятых долек миллиметра. Смешение должно быть не более 1/4 ширины рабочего промежутка.

Подготовка к работе

До начала работы с длиномером необходимо ознакомиться с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации.

Для обеспечения нормальной работы длиномера температура воздуха в помещении должна быть (20 ± 2)°С при относительной влажности воздуха не более 80%; частота возмущающих гармонических колебаний не должна превышать 30 Гц, амплитуда скорости колебаний - 0,06 мм/с.

К рабочему месту должны быть подведены сетевой кабель напряжением 220 В, 50 Гц и шина заземления.

Установить длиномер в горизонтальное положение по уровню 14.

Заземлить длиномер. Зажим 20 " - ", расположенный на задней стенке основания 2, соединить с шиной заземления проводником с сопротивлением не более 0,1 Ω.

Питание длиномера осуществляется от сети 220В и должно быть независимым от других потребителей.

Подключить длиномер к сети сетевым кабелем 19.

Снять показания с табло блока индикации можно не ранее, чем через 5 минут после включения.

Для нормального функционирования длиномера после восьми часов непрерывной работы следует сделать часовой перерыв.

Включение блока индикации осуществляется тумблером 17 на боковой стенке измерительного устройства, после чего блок готов к работе в режиме отсчета в "относительной" системе координат. Начало отсчета для "относительной" системы координат может быть задано нажатием кнопки "0←", при этом значение координаты обнуляется.

В блоке индикации предусмотрена возможность работы в "абсолютной" системе координат, начало которой совпадает с референтной точкой преобразователя перемещений. Для перехода к этой системе координат необходимо нажать кнопку "А/О".

При первом, после включения блока индикации, переходе в этот режим на дисплее блока появится надпись; "not.Ptr", что говорит об отсутствии привязки начала координат к референтной точке. В случае, если привязка уже была осуществлена, на дисплее отображается текущая координата относительно референтной точки. Нахождение блока индикации в "абсолютной" системе координат подтверждается буквой "А" в крайнем левом разряде индикатора.

При отсутствии привязки для совмещения начала "абсолютной" системы координат с референтной точкой нажимает кнопку "←0",. При этом мигающая надпись "0.000" свидетельствует о включении режима поиска референтной точки.

При поступлении сигнала референтной точки надпись на дисплее перестает мигать, а блок индикации переходит в режим отсчета. Привязка к референтной точке ведёт к совмещению начала "относительной" и "абсолютной" системе координат.

Поиск референтной точки может быть произведен многократно, путем перевода блока индикации в режим "абсолютной" системы координат (нажатие на кнопку "А/0" и появление буквы "А" в крайнем левом разряде индикатора) и нажатием кнопки "←0" (появление мигающей надписи "0.000"). Отказ от поиска референтной точки осуществляется путем нажатия кнопки "А/О". На дисплее появится надпись: "not.Ptr", свидетельствующая о потере привязки "абсолютной" и "относительной" систем координат. Последующее нажатие на кнопку "А/0" установит "относительную" систему координат.

При работе в "абсолютной" и "относительной" системах координат предусмотрена возможность измерения участка перемещения с сохранением текущего отсчета. Для этого необходимо вывести преобразователь перемещения в начало измеряемого участка и нажать кнопку "А ", при этом показание индикатора обнулится, а в крайнем верхнем разряде появится буква "d".

Для восстановления текущей координаты необходимо повторное нажатие на кнопку "А".

Переход из "абсолютной" системы координат в "относительную" и обратно производится последовательным нажатием на кнопку "А/О", при этом включение "абсолютной" системы координат индицируется буквой "А" в крайнем левом разряде индикатора.

В зависимости от вида измеряемого изделия на измерительный штифт пиноли надеть измерительный наконечник соответствующей формы и закрепить его стопорным винтом. При выборе наконечника необходимо следить за тем, чтобы контакт между измеряемым изделием и наконечником был наименьшим. Для измерения изделий с плоскими поверхностями следует применять сферический наконечник, для измерения изделий с цилиндрическими поверхностями - ножевидный наконечник, устанавливаемый перпендикулярно к образующей цилиндра.

Уход и хранение

Хранить длиномер следует в сухом и отапливаемом помещении, свободном от паров кислот и щелочей.

В помещении должны поддерживаться температура воздуха (20±2)°С при относительной влажности воздуха не более 80%.

Для длительного хранения неокрашенные части измерительного устройства должны быть смазаны антикоррозийной смазкой.

1.3 Разработка принципиальной схемы измерительного устройства для контроля радиального биения

Радиальное биение - разность наибольшего и наименьшего расстояний от точек реального профиля поверхности вращения до базовой оси в сечении плоскостью, перпендикулярной базовой оси.

Радиальное биение является результатом совместного проявления отклонения от круглости профиля рассматриваемого сечения и отклонения его центра относительно базовой оси. Оно не включает в себя отклонений формы и расположения образующей поверхности вращения.

Принцип действия

Ступенчатые валы в большинстве случаев передают механизмам значительные крутящие моменты. Чтобы они работали безотказно продолжительное время, большое значение имеет высокая точность выполнения основных рабочих поверхностей валов по диаметральным размерам и по их расположению.

Процесс контроля предусматривает преимущественно сплошную проверку линейного расположения и радиального биения шеек ступенчатых валов, которую можно проводить на многомерном контрольном приспособлении.

В случае жестких требований (например, не более 0,04 мм) к радиальному биению средней ступеней валика относительно крайней базовой [8], можно воспользоваться приспособлением, принципиальная схема которого представлена на рис.5.

2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ

2.1 Расчет исполнительных размеры калибров для контроля шлицевого соединения с прямобочным профилем

Шлицевое соединение с числом зубьев z=8, внутренним диаметром d=56мм, наружным диаметром D=62 мм, шириной зуба b=10мм, с центрированием по наружному диаметру.

1) Рассчитаем исполнительные размеры шлицевого комплексного калибра-кольца для контроля шлицевого вала .

1. По ГОСТ 25347-82 находим предельные отклонения параметров шлицевого вала [2]:

Для внутреннего диаметра (d) с основным отклонением h и 8-го квалитета точности для интервала размеров св.50 до 65 (табл.7):

es_d=0мм;

ei_d=-46мкм=-0,046мм.

Для наружного диаметра (D) с основным отклонением g и 6-го квалитета для интервала размеров св.50 до 65 мм (табл.7):

es_D= 0

ei_D= -19 мкм= -0,019 мм.

Для толщины зуба (b) с основным отклонением f и 8-го квалитета для интервала размеров св.6 до 10 (табл. 7):

es_b= 0

ei_b= -22 мкм= -0,022 мм.

. Рассчитываем наибольший и наименьший предельные размеры параметров шлицевого вала:

D_max=D+ es_D=62+0=62 мм;

D_min=D+ еi_D=62+(-0,019)=61,981 мм;

b_max=b+ es_b=10+0=10 мм;_min=b+ ei_b=10+(-0,022)=9,978 мм.

3. Для центрирующего наружного диаметра D с допуском по 6-му квалитету точности (IT=6) по ГОСТ 7951-80 для интервала размеров св.50 до 80 мм находим значения [3]:

координату середины поля допуска калибра-кольца:

Z_1D=3,5 мкм=0,0035 мм;

допуск калибра-кольца по центрирующему диаметру:

H_1D=3,0 мкм=0,003 мм;

значение границы износа по центрирующему диаметру:

Y_1D=8,0 мкм=0,008 мм .

Рассчитываем предельные размеры (по ГОСТ 7951-80) калибра-кольца по наружному центрирующему диаметру [3]:

Рассчитываем допустимый износ калибра-кольца по центрирующему диаметру:

Исполнительный размер калибра-кольца:

4. По ГОСТ 7951-80 для ширины зуба с допуском по 8-му квалитету точности (IT=8) для интервала св.6 до 10 мм находим значения [3]:

координату середины поля допуска калибра-кольца:

Z_1b=8 мкм=0,008 мм;

допуск калибра-кольца по ширине паза:

H_1b=2,5 мкм=0,0025 мм;

значение границы износа по ширине паза:

Y_1b=12,0 мкм=0,0120 мм.

Рассчитываем предельные размеры калибра-кольца по ширине паза:

Рассчитываем допустимый износ калибра-кольца по центрирующему диаметру:

Исполнительный размер калибра-кольца:

5. По ГОСТ 25347 - 82 для нецентрирующего внутреннего диаметра с основным отклонением Н и 8-го квалитета для интервала св.50 до 65 мм находим предельные отклонения [2]:

Рассчитываем предельные размеры калибра-кольца по нецентрирующему внутреннему размеру:

Исполнительный размер калибра-кольца:

Изображение и условное обозначение калибра-кольца выполняется по ГОСТ 24960-81 «Калибры для шлицевых прямобочных соединений».

) Рассчитаем исполнительные размеры калибра-пробки для контроля шлицевой втулки .

1. По ГОСТ 25347-82 находим предельные отклонения параметров шлицевой втулки [2]:

Для внутреннего диаметра (d) с основным отклонением Н и 8-го квалитета точности для интервала размеров св.50 до 65 мм:

Для наружного диаметра (D) с основным отклонением Н и 7-го квалитета точности для интервала размеров св.50 до 65 мм:

Для толщины зуба (b) с основным отклонением F и 8-го квалитета точности для интервала размеров св.6 до 10 мм:

2. Рассчитываем наибольший и наименьший предельные размеры параметров шлицевого отверстия:

3. Для центрирующего наружного диаметра D с допуском по 7-му квалитету точности (IT=7) по ГОСТ 7951-80 для интервала размеров св.50 до 65 мм находим значения [3]:

координату середины поля допуска калибра-пробки:

Z_D=7,5 мкм=0,0075 мм;

допуск калибра-пробки по центрирующему диаметру:

H_D=5,0 мкм=0,005мм;

значение границы износа по центрирующему диаметру:

Y_D=15 мкм=0,015 мм.

Рассчитываем предельные размеры (по ГОСТ 7951-80) калибра-пробки по наружному центрирующему диаметру [3]:

Рассчитываем допустимый износ калибра-пробки по центрирующему диаметру:

Исполнительный размер калибра-пробки:

4. По ГОСТ 7951-80 для ширины зуба с допуском по 8-му квалитету точности (IT=8) для интервала св.6 до 10 мм находим значения [3]:

координату середины поля допуска калибра-пробки:

Z_b=12 мкм=0,012 мм;

допуск калибра-пробки по ширине паза:

H_b=4 мкм=0,004 мм;

значение границы износа по ширине паза:

Y_b=18 мкм=0,018 мм .

Рассчитываем предельные размеры калибра-пробки по ширине паза:

Рассчитываем допустимый износ калибра-пробки по центрирующему диаметру:

Исполнительный размер калибра-пробки:

5. По ГОСТ 25347 - 82 для нецентрирующего внутреннего диаметра с основным отклонением h и 8-го квалитета для интервала св.50 до 65 мм находим предельные отклонения [2]:

Рассчитываем предельные размеры калибра-пробки по нецентрирующему внутреннему размеру:

Исполнительный размер калибра-пробки:

Изображение и условное обозначение калибра-пробки выполняется по ГОСТ 24960-81 «Калибры для шлицевых прямобочных соединений».

Изобразим схему расположения допусков шлицевого соединения:

Для шлицевых прямобочных соединений предусмотрено три вида центрирования: по наружному диаметру D, по внутреннему диаметру d и по боковым поверхностям зубьев b.

Для контроля размеров шлицевой втулки и шлицевого вала применяют калибры. Шлицевой калибр-пробка с помощью направляющих вводится в отверстие контролируемой шлицевой втулки. Втулка годна, если калибр-пробка входит в отверстие шлицевой втулки.

Шлицевой калибр-кольцо имеет гладкую направляющую и шлицевую части (лист 2). Калибр-кольцо на контролируемый вал надевают гладкой направляющей частью. Вал годен, если кольцо проходит по шлицевому валу.

2.2 Выбор методов и средств неразрушающего контроля

Выбор метода неразрушающего контроля для заданных видов дефектов производим по таблице, представленной в учебнике под ред. Клюева В.В [7]:

Таблица 13

Методы неразрушающего контроля для заданных видов дефектов

Были выбраны акустический и радиационный НК.

2.3 Разработка схем приборов неразрушающего контроля

.3.1 Акустический метод неразрушающего контроля

Акустический НК - вид НК, основанный на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых или возникающих в контролируемом объекте.

Классификация методов контроля

Известно много акустических методов неразрушающего контроля, некоторые из которых применяются в нескольких вариантах. Классификация акустических методов показана на рис. 6. Их делят на две большие группы - активные и пассивные методы.

Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные - только на приеме волн, источником которых служит сам контролируемый объект.

Активные методы делят на методы прохождения, отражения, комбинированные (использующие как прохождение, так и отражение), импедансные и методы собственных частот.

Методы прохождения используют излучающие и приемные преобразователи, расположенные по разные или по одну сторону от контролируемого изделия. Применяют импульсное или (реже) непрерывное излучение и анализируют сигнал, прошедший через контролируемый объект [7].

Рис. 13. Классификация акустических методов неразрушающего контроля

Исторически методы прохождения применяли только для обнаружения несплошностей, меняющих параметры сквозного сигнала вследствие образования за дефектом акустической тени. Поэтому их называли «теневыми». Однако затем эти методы начали использовать для контроля прочности, пористости, структуры и других параметров материала, не связанных с наличием тени. Поэтому теневой метод - частный случай метода прохождения.

Рис.14. Методы прохождения

К методам прохождения относят [7]:

·   амплитудный теневой метод, основанный на регистрации уменьшения амплитуды волны, прошедшей через контролируемый объект, вследствие наличия в нем дефекта (рис. 14, а);

·   временной теневой метод, базирующийся на регистрации запаздывания импульса, вызванного увеличением его пути в изделии при огибании дефекта (рис. 14,б); тип волны при этом не меняется;

·   метод многократной тени. Он аналогичен амплитудному методу прохождения, но о наличии дефекта судят по амплитуде сквозного сигнала (теневого импульса), многократно (обычно двукратно) прошедшего между параллельными поверхностями изделия. Метод более чувствителен, чем теневой или зеркально-теневой, так как волны проходят через дефектную зону несколько раз, но менее помехоустойчив.

·   В фотоакустической микроскопии акустические колебания генерируются вследствие термоупругого эффекта при освещении образца модулированным световым потоком (например, импульсным лазером), сфокусированным на поверхности образца. Энергия светового потока, поглощаясь в материале, порождает

тепловую волну, параметры которой зависят от теплофизических характеристик объекта контроля. Тепловая волна приводит к появлению термоупругих колебаний, которые регистрируются, например, одним пьезоэлектрическим детектором.

·   Сканирование поверхности ОК лучом лазера синхронизовано с разверткой экрана дисплея. Сканируя лучом поверхность исследуемого объекта, можно получить информацию о его однородности.

·   Ультразвуковая реконструктивная томография - сквозное прозвучивание ОК по разным направлениям с выделением особенностей ОК, полученных при разных направлениях лучей.

·   Метод лазерного детектирования - метод визуального представления акустических полей в твердых средах. Визуализация достигается путем наблюдения за смещениями точек поверхности, вдоль которой распространяется УЗ волна, с помощью лазерного интерферометра.

•Термоакустический метод контроля называют также ультразвуковой локальной термографией. Метод состоит в том, что в объект контроля вводятся мощные низкочастотные (около 20 кГц) УЗ колебания. На дефекте происходит превращение УЗ колебаний в тепло. Повышение температуры фиксируется термовизором. УЗ колебания модулированы по амплитуде частотой в несколько герц. Такую же модуляцию будут иметь и тепловые волны. Это существенно повышает возможность регистрации и локализации дефектов.

•Велосиметрический метод, основанный на регистрации изменения скорости распространения дисперсионных мод упругих волн в зоне дефекта и применяемый при одностороннем и двустороннем доступе к контролируемому объекту (рис. 14, в). В этом методе обычно используют преобразователи с сухим точечным контактом. В варианте с односторонним доступом (рис. 14, верх) скорость возбуждаемой излучателем антисимметричной волны нулевого порядка (а₀) в отделенном дефектом слое меньше, чем в бездефектной зоне. При двустороннем доступе (рис. 14, внизу) в бездефектной зоне энергия передается продольной волной L, в зоне дефекта - волнами а₀, которые проходят больший путь и распространяются с

меньшими скоростями, чем продольная волна. Дефекты отмечаются по изменению фазы или увеличению времени прохождения (только в импульсном варианте) по контролируемому изделию.

В методах отражения используют как один, так и два преобразователя; применяют импульсное излучение. К этой подгруппе относят следующие методы дефектоскопии.

Эхо-метод (рис. 15, а) основан на регистрации эхо-сигналов от дефекта. На экране индикатора обычно наблюдают посланный (зондирующий) импульс I, импульс III, отраженный от противоположной поверхности (дна) изделия (донный сигнал) и эхо-сигнал от дефекта II. Время прихода импульсов II и III пропорционально глубине залегания дефекта и толщине изделия. При совмещенной схеме контроля (рис. 15, а) один и тот же преобразователь выполняет функции излучателя и приемника.

Если эти функции выполняют разные преобразователи, то схему называют раздельной.

Акустическая микроскопия отличается от обычного эхо-метода повышением на один-два порядка частоты УЗ, применением острой фокусировки и автоматическим или механизированным сканированием объектов небольшого размера. В результате удается зафиксировать небольшие по размеру изменения акустических свойств в ОК. Метод позволяет достичь разрешающей способности в сотые доли миллиметра. Возможна акустическая микроскопия с использованием прохождения волн.

Рис. 15. Методы отражения

Когерентные методы отличаются от других методов отражения тем, что в качестве информативного параметра помимо амплитуды и времени прихода импульсов используется также фаза сигнала. Благодаря этому повышается на порядок разрешающая способность методов отражения и появляется возможность наблюдать изображения дефектов, близкие к реальным. Наиболее эффективным когерентным методом является компьютерная акустическая голография.

Эхо-зеркальный метод основан на анализе сигналов, испытавших зеркальное отражение от донной поверхности изделия и дефекта, т.е. прошедших путь ABCD (рис. 15, б). Вариант этого метода, рассчитанный на выявление вертикальных дефектов в плоскости EF, называют методом тандем. Для его реализации при перемещении преобразователей А и D поддерживают постоянным значение 1_А + l_D = 2Н tga; для получения зеркального отражения от невертикальных дефектов значение l_A + l_D варьируют [7].

Один из вариантов метода, называемый «косой тандем», предусматривает расположение излучателя и приемника не в одной плоскости (рис. 15, б, вид в плане внизу), а в разных плоскостях, но таким образом, чтобы принимать зеркальное отражение от дефекта.

Другой вариант эхо-зеркального метода - с трансформацией типов волн на дефекте (Т-тандем). Например, преобразователь 2 излучает поперечную волну под углом ввода а, большим 57° (для стали). Угол падения на вертикальный дефект 90° - а будет меньше третьего критического, поэтому произойдет частичная трансформация поперечной волны в продольную, направленную в сторону дна ОК. Продольная волна далее отразится от дна ОК и будет принята другим преобразователем.

Еще один вариант, называемый К-метод, предусматривает расположение преобразователей по разные стороны изделия, например располагают приемник в точке С.

Дельта-метод (рис. 15, в) основан на приеме преобразователем для продольных волн 4, расположенным над дефектом, рассеянных на дефекте волн, излученных преобразователем для поперечных волн 2.

Дифракционно-временной метод (рис. 15, г), в котором излучатели 2 и 2', приемники 4 и 4' излучают и принимают либо продольные, либо поперечные волны, причем могут излучать и принимать разные типы волн. Преобразователи располагают так, чтобы получать максимумы эхо-сигналов волн, дифрагированных на концах дефекта. Измеряют амплитуды и время прихода сигналов от верхнего и нижнего концов дефекта.

Реверберационный метод (рис. 15, д) использует влияние дефекта на время затухания многократно отраженных ультразвуковых импульсов в контролируемое объекте. Например, при контроле клееной конструкции с наружным металлическим слоем и внутренним полимерным слоем дефект соединения препятствует передаче энергии во внутренний слой, что увеличивает время затухания многократных эхо-сигналов во внешнем слое Отражения импульсов в полимерном слое обычно отсутствуют вследствие большого затухания ультразвука в полимере.

Конструкции преобразователей

Пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) - устройство, предназначенное для преобразования электрической (акустической) энергии в акустическую (электрическую). Принцип работы преобразователя основан на использовании пьезоэлектрического эффекта.

Наиболее широкое применение в ультразвуковой дефектоскопии получили контактные преобразователи. Конструкции основных типов преобразователей приведены на рис. 16.

Рис.16. Конструкции пьезопреобразователей

Пьезопластина 1 в контактном прямом совмещенном пьезопреобразователе (рис. 16, а) приклеена или прижата с одной стороны к демпферу 2, с другой - к протектору 3.

Пьезопластину, демпфер и протектор, склеенные между собой, называют вибратором. Вибратор размещен в корпусе 6. С помощью выводов 7 пьезопластину соединяют с электронным блоком дефектоскопа. Контактная жидкость (смазочный материал) 4 обеспечивает передачу упругих колебаний ультразвуковой частоты преобразователя к контролируемому изделию 5 и наоборот.

Прямые преобразователи предназначены для возбуждения продольных волн. В контактных наклонных совмещенных преобразователях (рис. 16, б) для ввода ультразвуковых колебаний под углом к поверхности контролируемого изделия применяют призму 8. Эти преобразователи предназначены для возбуждения в основном сдвиговых (поперечных) и поверхностных волн, а также продольных волн, наклонных к поверхности контролируемого объекта.

Вибратор контактных раздельно-совмещенных преобразователей (рис. 16, в) состоит из двух призм 8 с приклеенными к ним пьезопластинами 1, которые разделены электроакустическим экраном 9. Он служит для предотвращения прямой передачи сигналов от излучающей пьезопластины, подключенной к генератору, к приемной пьезопластине, подключенной к усилителю электронного блока дефектоскопа.

Пьезопластина обычно имеет толщину, равную половине длины волны ультразвука в пьезоматериале на рабочей частоте. Противоположные поверхности пьезопластины покрыты металлическими (обычно серебряными) электродами для приложения электрического поля. Во избежание пробоя область по краям пластины не металлизируют. Формой электродов определяются работающие участки пьезопластины. На высоких частотах (20 ... 30 МГц) присоединенная масса электродов смещает резонансную частоту пьезопластины в область более низких частот.

Демпфер служит для ослабления свободных колебаний пьезопластины, управления добротностью преобразователя и защиты пьезопластины от механических повреждений. Материал и форма демпфера должны обеспечивать достаточное затухание и отвод колебаний, излученных пьезопластиной в материал демпфера без возвращения их к пластине. Ослабление колебаний пьезопластины тем сильнее, чем лучше согласованы характеристические импедансы материалов пьезопластины и демпфера.

Демпферы обычно изготавливают из искусственных смол (эпоксидных) с добавками порошковых наполнителей с высокой насыпной плотностью, необходимой для получения требуемого характеристического импеданса. Для уменьшения многократных отражений демпфер выполняют в виде конуса, либо тыльную поверхность демпфера выполняют непараллельной пьезопластине. либо в материал демпфера вводят рассеиватели.

Протектор служит для защиты пьезопластнны от механических повреждений и воздействия иммерсионной или контактной жидкости, согласования материала пьезопластины с материалом контролируемого изделия или средой, улучшения акустического контакта при контроле контактным способом. Материал протектора должен обладать высокой износостойкостью и высокой скоростью звука, которая определяет необходимую толщину. Последняя обычно выбирается равной 0,1…0,5 мм.

Для изготовления протекторов применяют кварц, сапфир, бериллий, сталь, твердые сплавы, керамику, а также материалы на основе эпоксидных смол с порошковыми наполнителями (кварцевый песок, корундовый порошок) и т.п.

Для обеспечения стабильности акустического контакта протектор делают из эластичного материала с большим затуханием ультразвука и волновым сопротивлением, близким к сопротивлению контактной жидкости, например из пленки полиуретана. Такой протектор облегает неровности поверхности изделия и способствует устранению интерференции в слое контактной жидкости, т.е. основной причины нестабильности контакта [7].

Для улучшения передачи ультразвука от пьезопластины в иммерсионную жидкость используют четвертьволновые протекторы, обеспечивающие просветление границы пьезопластина - жидкость.

Призму изготовляют обычно из материала с небольшой скоростью звука (оргстекло, капролон, поликарбонат, полиамидоимид, деклон, эпоксидные компаунды), что позволяет при относительно небольших углах падения  получать углы преломления  до 90°. Высокое затухание ультразвука в призме обеспечивает ослабление не вошедшей в изделие волны, которое увеличивается в результате многократных отражений. Для улучшения этого эффекта в призме часто предусматривается ловушка, удлиняющая путь отраженных колебаний. На пути этих колебаний располагают зоны небольших отверстий, грани призмы выполняют ребристыми или приклеивают к ним материалы с приблизительно одинаковым характеристическим импедансом, но со значительно большим затуханием.

Для того чтобы в изделие проходили волны только одного типа, угол падения (наклона призмы) делают либо небольшим (при этом поперечные волны практически не возбуждаются), либо в интервале между первым и вторым критическим углами. В этом случае при переходе из призмы в изделие излучаемые пьезопластиной продольные волны трансформируются в поперечные. Для пары оргстекло - сталь эти условия выполняются при углах < 7° и 28° < < 58°. Призмы с малыми углами используют обычно в раздельно-совмещенных, а с большими углами - в наклонных преобразователях. Кроме того, призмы с углами 27 и 60° используют для возбуждения

головной волны и поверхностной волны Рэлея соответственно.

Для возбуждения наклонных к поверхности продольных волн призмы делают с углами 18 ... 24°. Такие преобразователи применяют для контроля сварных соединений из аустенитных сталей. Поперечные волны в изделиях в этом случае являются источником помех.

Для получения произвольных углов ввода применяют универсальные (с переменным углом ввода) преобразователи, в которых с помощью простого механизма пьезоэлемент перемещают по окружности полуцилиндра либо изменяют его положение внутри призмы или локальной ванны.

В раздельно-совмещенных преобразователях призма должна удовлетворять дополнительным требованиям. Например, в толщинометрии важно, чтобы время прохождения колебаний сквозь призму не зависело от температуры, поэтому в этом случае призму изготовляют, например, из плавленого кварца, имеющего малые температурные коэффициенты линейного расширения и изменения скорости ультразвука.

Корпус служит для обеспечения прочности конструкции, а также для экранирования от электромагнитных помех, поэтому корпус из пластмассы металлизируют.

Электрические контакты выполняют пайкой легкоплавкими припоями, особенно на пьезокерамических пластинах, во избежание их располяризации.

Для соединения преобразователя с электронным блоком дефектоскопа применяют максимально гибкий кабель (микрофонный или коаксиальный). Часто для согласования с электронным блоком дефектоскопа внутри корпуса преобразователя размещают трансформатор, катушку индуктивности, резистор, а иногда и предварительный усилитель.

Ультразвуковой эхо-метод

Ультразвуковой эхо-дефектоскоп предназначен для обнаружения несплошностей и неоднородностей в изделии, определения их координат и размеров и характера путем излучения импульсов ультразвуковых колебаний, приема и регистрации отраженных от неоднородностей эхо-сигналов [7].

Преобразователь 2 служит для преобразования электрических колебаний в ультразвуковые, излучения УЗ-полей в изделие, приема эхо-сигналов от отражающих поверхностей в изделии 1.

Синхронизатор 3 обеспечивает синхронную работу узлов дефектоскопа, запуская генератор 4 импульсов возбуждения преобразователя, глубиномер 12, а также генератор развертки 10. Роль синхронизатора иногда выполняет генератор зондирующих импульсов.

Рис.17.Структурная схема эхо-дефектоскопа

Генератор 4 импульсов возбуждения преобразователя вырабатывает высокочастотные электрические импульсы, возбуждающие преобразователь. Обычно генерируются ударные экспоненциально затухающие импульсы, хотя энергетически более рациональной их формой является колоколообразная. В некоторых приборах регулируются амплитуда и длительность генерируемых импульсов.

Приемно-усилительный тракт состоит из усилителя высокой частоты (УВЧ) 6, детектора 7 и видеоусилителя 8. УВЧ выполняется апериодическим (широкополосным) или резонансным. Коэффициент усиления УВЧ во времени регулируется напряжением, подаваемым с блока 9 временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ).

Особенностью усилителя высокой частоты является требование малого времени x_v восстановления чувствительности после воздействия импульса генератора (в случае включения преобразователя по совмещение схеме). На входе (или вблизи входа) усилителя включают калибровочный аттенюатор 5 для относительного измерения амплитуд эхо-сигналов.

Детектор или видеоусилитель обычно снабжают регулируемой отсечкой шумов, исключающей прохождение на выход дефектоскопа сигналов небольшой амплитуды (в том числе шумов). Особенно эффективна компенсированная отсечка, при которой восстанавливаете амплитуда оставшихся после отсечки сигналов. Во многих приборах детектор можно отключать, чтобы на экране 14 наблюдать истинную форму принимаемых импульсов.

Блок временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) уменьшает коэффициент усиления усилителя в момент излучения кодирующего импульса, а затем восстанавливает его по определенному закону, обеспечивающему компенсацию уменьшения амплитуд с увеличением глубины залегания дефекта. Его также называют блоком временной регулировки чувствительности (ВРЧ). Но многих приборах система ВАРУ приближенно обеспечивает постоянство предельной чувствительности по глубине.

Генератор развертки 10 предназначен для формирования напряжения развертки луча на экране 14, получения импульсов подсвета и селектирующих импульсов (длительность развертки и селектирующего импульса выбирают с учетом толщины контролируемого слоя).

Рис. 18. Развертка

1. Горизонтальная развертка типа А (рис. 18, а) синхронизирована с перемещением импульса в изделии. Отклонение луча в вертикальном направлении пропорционально амплитуде принятого эхо-сигнала. Сигнал 1 соответствует зондирующему импульсу, сигнал 2 - донному сигналу; между ними располагается эхо-сигнал 3 от дефекта.

. Если часть пути ультразвука проходит по неконтролируемой среде, например иммерсионной жидкости, то начало развертки задерживается на постоянный интервал времени или она запускается начальным сигналом 4,отраженным от поверхности изделия (рис.18, б). Задержанная развертка применяется также для увеличения масштаба изображения некоторого участка экрана ЭЛТ («лупа времени»). Штриховыми линиями изображены сигналы, которые при правильной настройке не видимы на экране ЭЛТ. К ним относится, например, импульс 5, соответствующий двукратному прохождению УЗК в иммерсионной жидкости. Для того чтобы оп не попадал в зону, в которой может появиться эхо-сигнал от дефекта, должно выполняться неравенство

,

где r_ж и r - пути в иммерсионной жидкости и изделии; с_ж и с - скорости звука в этих средах.

. Развертка типа В (рис.18, в) представляет собой сечение контролируемого изделия. Отклонение луча по вертикали пропорционально времени пробега импульса в изделии, отклонение по горизонтали - перемещению искателя по поверхности изделия. Принятые начальный 4 и донный 2 импульсы и эхо-сигнал 3 от дефекта управляют подсветкой луча ЭЛТ. Развертка может быть получена только на ЭЛТ с послесвечением или на самописце.

4. Развертка типа С (рис.18, г) представляет план участка изделия.

Вертикальное и горизонтальное отклонения луча соответствуют перемещению искателя в двух направлениях по поверхности изделия. Эхосигналы 3 от дефектов управляют подсветкой луча ЭЛТ. Развертка может быть получена на ЭЛТ с длительным послесвечением пли на самописце.

В ряде случаев функции генератора развертки и глубиномера совмещаются. Задержанная развертка применяется также для увеличения масштаба изображения некоторого участка экрана («лупа времени»).

Глубиномер 12 служит для определения координат отражателей (дефектов) путем измерения времени пробега импульса до отражателя и обратно. Он выполнен в виде шкалы на экране или устройства, генерирующего вспомогательный импульс, перемещаемый по линии развертки при повороте калиброванной шкалы, либо серию вспомогательных импульсов, разделенных заданными интервалами. В наиболее совершенном виде устройство дает цифровую индикацию расстояния от преобразователя до отражающей УЗК неоднородности [7].

Индикатором служит электроннолучевая трубка, однако в дефектоскопах последних выпусков индикатором является плазменный или жидкокристаллический дисплей. Такие экраны портативны и более экономичны.

Автоматический сигнализатор дефектов 13 предназначен для подачи звукового или светового сигнала при одновременном поступлении на каскад совпадений селектирующего сигнала и видеосигналов, что освобождает оператора от необходимости одновременного наблюдения за экраном дефектоскопа и перемещаемым преобразователем.

Дефектоскопы разделяют на два типа: общего назначения и специализированные. Дефектоскопы общего назначения - это дефектоскопы, на которые в стандартах и технических условиях не установлен конкретный объект контроля, специализированные дефектоскопы - дефектоскопы, на которые в стандартах и технических условиях установлен тип контролируемого изделия.

Дефектоскопы общего назначения предназначены для использования в производственно-монтажных и в лабораторных условиях, а также для комплектации автоматизированных установок.

К дефектоскопам, используемым в производственно-монтажных условиях, предъявляются требования небольшой массы, простоты управления и способности работать в автономном режиме. Приборы для использования в лабораторных условиях, как правило, более универсальны. Они имеют большее число регулируемых узлов, снабжены блоками коммутации для совместной работы нескольких приборов. Приборы для комплектации автоматизированных установок обычно выполняются со сменными узлами, что позволяет расширить их функциональные возможности.

В современных дефектоскопах широко используют элементы вычислительной техники для настройки в диалоговом режиме работы, быстрого воспроизведения

режимов настройки на контроль определенных изделий, автоматического измерения характеристик дефектов.

2.3.2 Магнитный метод неразрушающего контроля

Магнитный вид неразрушающего контроля применяют в основном для контроля изделий из ферромагнитных материалов, т.е. из материалов, которые способны существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием внешнего (намагничивающего) магнитного поля. Операция намагничивания (помещения изделия в магнитное поле) при этом виде контроля является обязательной. Съем информации может быть осуществлен с полного сечения образца (изделия) либо с его поверхности.

По способу получения первичной информации различают следующие методы магнитного вида контроля: магнитопорошковый (МП), магнитографический (МП), феррозондовый (ФЗ), эффекта Холла (ЭХ), индукционный (И), пондеромоторный (ПМ), магниторезисторный (МР). С их помощью можно осуществить контроль: сплошности (методами дефектоскопии) (МП, МГ, ФЗ, ЭХ, И); размеров (ФЗ, ЭХ, И, ПМ); структуры и механических свойств (ФЗ, ЭХ, И).

Из перечисленных методов только магнитопорошковый требует обязательного участия в контрольных операциях человека; остальные методы позволяют получать первичную информацию в виде электрических сигналов, что делает возможным полную автоматизацию процессов контроля. Методы МП и МГ обнаружения несплошностей являются контактными, т.е. требуют соприкосновения преобразователя (магнитный порошок или магнитная лента) с поверхностью изделия; при остальных методах контроля съем информации осуществляется бесконтактно (хотя и на достаточно близких расстояниях от поверхности) [7].

С помощью магнитных методов могут быть выявлены закалочные и шлифовочные трещины, волосовины, закаты, усталостные трещины и другие поверхностные дефекты шириной раскрытия несколько микрометров. Такие методы, как ФЗ, ЭХ, И, МГ, можно использовать на грубых поверхностях, при этом минимальная глубина выявляемых дефектов составляет трехкратную высоту шероховатостей поверхности. С помощью магнитных методов могут быть выявлены закалочные и шлифовочные

трещины, волосовины, закаты, усталостные трещины и другие поверхностные дефекты шириной раскрытия несколько микрометров. Такие методы, как ФЗ, ЭХ, И, МГ, можно использовать на грубых поверхностях, при этом минимальная глубина выявляемых дефектов составляет трехкратную высоту шероховатостей поверхности.

Из геометрических параметров с помощью магнитных методов наиболее часто определяют толщину немагнитных покрытий на магнитной основе, толщину стенок изделии из магнитных и немагнитных материалов.

Контроль структуры и механических свойств изделий осуществляют путем установления корреляционных связей между контролируемым параметром (температурой закалки и отпуска, твердостью и т.д.) и какой-либо магнитной характеристикой (или несколькими).

Магнитные преобразователи

В подавляющем большинстве случаев при магнитном контроле приходится иметь дело с измерением или индикацией магнитных полей вблизи поверхности изделий. Для этого применяют различные магнитные преобразователи, из которых наиболее широкое распространение получили индукционные, феррозондовые, холловские и магниторезистивные. В магнитопорошковых и магнитографических установках применяют различные порошки и ленты [7].

Магнитопорошковые дефектоскопы

Магнитопорошковый дефектоскоп - устройство для выявления нарушений сплошности в изделиях с использованием в качестве индикатора магнитных порошков (магнитолюминесцентных, магниторадиоактивных и др.)

Запись полей дефектов на магнитной ленте воспроизводится с помощью магнитографических дефектоскопов.

Принципиальное устройство магнитографического дефектоскопа рассмотрим на примере универсального прибора МДУ-2У. Его блок-схема показана на рис.19.

Рис. 19. Блок-схема дефектоскопа МДУ-2У:

- блок считывания; 2 - предварительный усилитель; 3 - усилитель канала импульсной индикации; 4 - усилитель канала видеоиндикации; 5 - усилитель импульсов подсветки; 6 - генератор строчной развертки; 7 - генератор кадровой развертки; 8 - блок питания; 9 - электронно-лучевая трубка.

Блок считывания 1 состоит из барабана с двумя магнитными головками (типа магнитофонных). На оси барабана укреплена фотоэлектронная система с обтюраторами, позволяющая осуществлять синхронизацию и селекцию сигналов, поступающих в каналы воспроизведения. Съем сигналов с головок осуществлен с помощью контактных колец и щеток. В блоке считывания 1 имеются устройства запуска разверток (кадровой и строчной) для прижима и продольной подачи ленты при считывании, а также редуктор для привода кадровой развертки.

Сигналы с головок перед подачей в каналы видимой и импульсной индикации усиливаются в блоке предварительного усилителя 2, после чего разделяются по двум каналам. После усиления каналом импульсной индикации 3 сигналы подаются на горизонтально отклоняющие пластины нижней половины электроннолучевой трубки 9. В этой части трубки индикация дефектов воспроизводится в виде импульсов.

Канал видимой индикации 4 служит для преобразования сигналов записи в темные полосы, свидетельствующие о наличии дефектов. Усилитель видимой индикации состоит из двух каскадов; на входе второго из них сигнал записи смешивается с импульсами подсветки, поступающими с усилителя подсветки 5.

Импульсы подсветки поступают в канал видимой индикации, когда одна из головок проходит по магнитной ленте (считывает).

С выхода канала 4 снимаются модулированные сигналы, поступающие на управляющую сетку верхней половины трубки 9. На экране ее получается видимое (телевизионное) изображение дефекта.

Генератор строчной развертки 6 подает пилообразное напряжение на вертикально отклоняющие пластины верхней и нижней половины трубки 9. Генератор кадровой развертки 7 подает пилообразные импульсы на горизонтально отклоняющие пластины верхней половины трубки.

Магнитографический метод нашел наиболее широкое применение в нашей стране для контроля стыковых сварных соединений. За рубежом он применяется для контроля цилиндрических и четырехгранных заготовок на поверхностные дефекты [7].

На рис. 20 показана принципиальная схема автоматического магнитографического устройства. Она отличается тем, что запись полей дефектов осуществляется на непрерывную магнитную ленту, выполненную в форме замкнутой петли. Запись производится при соприкосновении ленты с изделием (в данном случае цилиндрическим), приводимым в поступательно-вращательное движение. Затем движущаяся лента проходит около считывающих головок, сигнал которых может обрабатываться обычным способом (видимая или импульсная индикация) или записываться на бумажную ленту. Для обозначения места дефекта можно применять различные дефектоотметчики, срабатывающие по регулируемому максимальному сигналу. После узла считывания непрерывная магнитная лента проходит мимо стирающей головки, размагничивается и снова готова к записи магнитных полей дефектов.

Рис. 20. Принципиальная схема записи дефектов на бесконечную магнитную ленту при автоматизированном магнитографическом кроле:

1 - петля магнитной ленты; 2 - электромагниты; 3 - натяжной ролик; 4 - ролики направляющие; 5 - механизм протяжки ленты; 6 - считывающая головка; 7 - стирающая головка.

Настройка магнитографических дефектоскопов осуществляется по эталонным магнитным лентам. Эталонные ленты намагничивают на специальных контрольных стыках, сваренных по принятой на данном предприятии технологии, из сталей, применяемых на нем.

Основные узлы дефектоскопа следующие: источники тока, устройства для подвода тока к детали, устройства для полюсного намагничивания (соленоиды, электромагниты), устройства для нанесения на контролируемую деталь магнитной суспензии (или сухого порошка), осветительные устройства, измерители тока (или напряженности магнитного поля) [7].

В зависимости от назначения в дефектоскопах могут быть не все из перечисленных узлов, но могут быть и дополнительные узлы (например, узлы для автоматического перемещения детали и механической разбраковки, дефектоотметчики и т.п.).

В дефектоскопах наиболее широкое распространение получили циркулярное намагничивание пропусканием переменного тока по детали (или через стержень, помещенный в отверстие детали) и продольное намагничивание (постоянным выпрямленным) током. В дефектоскопах используют также импульсные конденсаторные источники тока. В специализированных дефектоскопах (реже в универсальных) широко применяют индукционный способ намагничивания.

Для магнитопорошкового контроля в основном применяют дефектоскопы трех видов [7]:

1) стационарные универсальные;

2)      передвижные и переносные универсальные;

)        специализированные (стационарные, передвижные, переносные).

Стационарные универсальные дефектоскопы получили широкое распространение на предприятиях крупносерийного (или мелкосерийного) производства разнотипных деталей. Такими дефектоскопами можно контролировать детали различной конфигурации с производительностью от десятков до многих сотен деталей в час. Скорость контроля значительно возрастает при использовании люминесцентного магнитного способа.

С помощью стационарных универсальных дефектоскопов можно производить намагничивание всеми известными способами (циркулярное, полюсное, комбинированное), контроль в приложенном поле и способом остаточной намагниченности.

Широкое распространение получили переносные и передвижные (менее мощные) дефектоскопы. Как правило, они представляют собой источники переменного, постоянного (однополупериодно-выпрямленного) и реже - импульсного тока. Иногда один дефектоскоп позволяет работать с двумя видами тока.

Передвижные и переносные универсальные дефектоскопы предназначены для намагничивания и контроля деталей в условиях, когда невозможно применять стационарные дефектоскопы, например при намагничивании крупногабаритных деталей по частям, в случае работы в полевых условиях и т.п. Как правило, такие дефектоскопы снабжают комплектом деталей для контроля (сухие порошки и устройства для их напыления, сосуды с суспензией и т.п.).

Переносные и передвижные универсальные дефектоскопы позволяют производить циркулярное намагничивание с помощью токовых контактов, помещаемых на участке детали, продольное намагничивание с помощью кабеля, навиваемого на деталь, или иногда с помощью электромагнита.

Необходимой принадлежностью магнитопорошковых дефектоскопов являются контрольные образцы с тонкими дефектами. Они помогают установить, что оборудование и материалы для контроля являются качественными, а технология контроля соблюдается достаточно точно.

Чувствительность магнитопорошкового метода, определяемая минимальными размерами обнаруживаемых дефектов, зависит от многих факторов, таких как магнитные характеристики материала контролируемой детали, ее формы и размеров, характера (типа) выявляемых дефектов, чистоты обработки поверхности детали. Режима контроля, свойств применяемого магнитного порошка, способа нанесения суспензии, освещенности контролируемого участка детали и т.п.

Магнитное поле дефекта, индикация которого дает возможность его обнаружить, тем больше, чем выше индукция материала и меньше нормальная и дифференциальная магнитные проницаемости. Наилучшими являются условия выявления дефектов в деталях в форме тел вращения (цилиндрах, трубах и т.п.), намагниченных циркулярно. В деталях, намагниченных так, что на их концах или выступах образуются полюсы, создающие поле обратного направления по отношению к намагничивающему полю, трудно обнаружить дефекты. При контроле в приложенном продольном магнитном поле его напряженность должна быть больше (иногда значительно), чем при циркулярном намагничивании, для того, чтобы компенсировать само размагничивание детали.

При контроле способом остаточной намагниченности индукция в детали, намагниченной продольно, из-за ее само размагничивания может быть значительно ниже остаточной индукции, необходимой для обнаружения дефектов. Кроме того, при наличии выступов и резких переходов в детали в ряде случаев создаются локальные магнитные поля, которые притягивают частицы магнитного порошка, что может вводить в заблуждение контролера [7].

Чувствительность метода зависит от типа дефекта. Дефекты обтекаемой формы с округлыми краями выявляются хуже, чем дефекты с острыми краями. Например, волосовины выявляются значительно труднее, чем трещины.

На чувствительность контроля оказывает влияние местоположение дефекта в детали. Подповерхностные дефекты обнаруживаются хуже, чем поверхностные. До глубины залегания примерно 100 мкм чувствительность к обнаружению подповерхностных дефектов практически не уменьшается.

Существенное влияние на чувствительность метода оказывает чистота обработки поверхности контролируемого объекта. Высокая чувствительность контроля может быть достигнута при шероховатости контролируемой поверхности Ra = 1,6 мкм. Если шероховатость контролируемой поверхности Rz = 40 мкм, то при прочих равных условиях могут быть обнаружены дефекты, примерно в 2 раза более грубые, т.е. с раскрытием вдвое большим при равном отношении глубины к раскрытию или со значительно большей глубиной. Это связано с тем, что на шероховатой поверхности

создаются локальные магнитные поля, вызывающие осаждение порошка в виде вуали, на фоне которой тонкие дефекты становятся невидимыми.

Режим контроля определяет возможность обнаружения дефектов требуемых размеров, характеризуется напряженностью намагничивающего поля, способом контроля (в приложенном поле или на остаточной намагниченности) и способом намагничивания.

Наивысшая чувствительность контроля имеет место в случае, когда направление магнитного потока в детали перпендикулярно к направлению выявляемых дефектов.

Для обнаружения дефектов любых направлении применяют намагничивание в двух (или более) взаимно перпендикулярных направлениях или комбинированное.

Свойства применяемых магнитных порошков имеют существенное значение для обеспечения требуемой чувствительности контроля. Интегральным свойством порошков для магнитной дефектоскопии является их выявляемость, т.е. способность обнаруживать тонкие дефекты, размеры которых определяют наивысшую чувствительность метода.

Освещенность места контроля должна быть такой, чтобы валик магнитного или люминесцентного магнитного порошка над дефектом был хорошо различим на поверхности детали. При использовании ламп накаливания и в случае естественного освещения освещенность поверхности детали должна быть не менее 1000 лк. При этом следует применять комбинированное освещение (общее и местное). Освещенность можно проверить с помощью люксметра типа Ю-116 или аналогичного при расположении его преобразователя на поверхности контролируемой детали в зоне осмотра [7].

На деталях из некоторых материалов с высокими магнитными свойствами могут быть обнаружены поверхностные дефекты с раскрытием не более 1 мкм и глубиной более 10 мкм. Однако такая высокая чувствительность недостижима для большинства ферромагнитных материалов. Поэтому высшая чувствительность метода ограничена дефектами с раскрытием (шириной) от 12,5 мкм и глубиной от 25 мкм.

Магнитопорошковый контроль состоит из следующих операций:

§ подготовки детали к контролю,

§  намагничивании детали,

§  нанесении на деталь магнитного порошка или суспензии,

§  осмотра детали,

§  разбраковки,

§  размагничивания.

Подготовка детали к контролю заключается в очистке поверхности детали от отслаивающейся ржавчины, грязи, а также от смазочных материалов и масел, если контроль проводится с помощью водной суспензии или сухого порошка. Если поверхность детали темная и черный магнитный порошок на ней плохо виден, то деталь иногда покрывают тонким просвечивающим слоем белой краски (обычно нитролаком).

Как правило, защитные покрытия на деталях небольшой толшины не ухудшают условий контроля, за исключением электроизоляционных покрытий, которые мешают пропусканию тока через деталь. В этом случае контроль проводят до нанесения покрытия, или удалив покрытие с части детали, или не пропуская ток через деталь. Если толщина покрытий от 20 до 150 мкм то применяют специальные режимы контроля. Детали, покрытые гидрофобной пленкой, водной суспензией не смачиваются, и поэтому при их контроле используют масляную или керосино-масляную суспензию.

Намагничивание детали является одной из основных операций контроля. От правильного выбора способа, направления и вида намагничивания, а также рода тока во многом зависят чувствительность и возможность обнаружения дефектов.

Считают, что постоянный ток наиболее удобен для выявления внутренних дефектов (на расстоянии от поверхности до 2 ... 3 мм). Однако детали с толщиной стенки более 20 ... 25 мм не следует намагничивать постоянным током, так как такие детали после контроля практически невозможно размагнитить. Кроме того, внутренние дефекты можно выявить с помощью переменного (и импульсного) тока, если его амплитуду увеличить в 1,5 ... 2,5 раза по сравнению с амплитудой тока, рассчитанной для выявления поверхностных дефектов. Это справедливо для контроля способом приложенного тока и способом остаточной намагниченности.

Как правило, оборудование для магнитопорошкового контроля позволяет осуществлять циркулярное намагничивание тремя способами: пропусканием тока по детали или через стержень, проходящий в отверстие детали; с помощью контактов, прижимаемых к детали (ток при этом проходит между контактами и намагничивает часть поверхности детали в первом приближении в форме эллипса; большая ось равна расстоянию между контактами, а меньшая 1/2 ... 2/3 этого расстояния), а также с помощью нескольких витков провода, проходящих в отверстие детали и охватывающих частью витка снаружи.

Продольное намагничивание чаще осуществляют с помощью соленоида и реже с помощью электромагнитов (еще реже применяют постоянные магниты). При работе с соленоидом следует иметь в виду, что напряженность поля резко падает при удалении его от края, что ограничивает рабочую зону.

Комбинированное намагничивание возможно только при контроле способом приложенного поля. При этом, необходимо учитывать подвижность порошка в суспензии.

При полюсном намагничивании деталей и контроле способом остаточной намагниченности величина последней может быть значительно меньше требуемого из-за саморазмагничиваюшего поля полюсов детали. Поэтому при контроле способом приложенного поля внешнее намагничивающее поле должно быть таким, чтобы оно могло компенсировать магнитное поле полюсов.

Оптимальный способ нанесения суспензии заключается в окунании детали в бак, в котором суспензия хорошо перемешана, и в медленном удалении из него. Однако этот способ не всегда технологичен. Чаще суспензию наносят с помощью шланга или душа. Напор струи должен быть достаточно слабым, чтобы не смывался магнитный порошок с дефектных мест. При сухом методе контроля эти требования относятся к давлению воздушной струи, с помощью которой магнитный порошок наносят на деталь. Время стекания с детали дисперсной среды, имеющей большую вязкость (например, трансформаторного масла), относительно велико, поэтому производительность труда контролера уменьшается.

Действие прибора для контроля магнитных порошков и суспензий основано на создании искусственного, контролируемого по величине локального магнитного поля на магнитной ленте. Разработанная методика индикации этого поля с помощью контролируемых магнитных порошков (суспензий) позволяет с высокой точностью определять их качество (выявляемость). Могут быть разбракованы магнитные и люминесцентные магнитные порошки, выявляемость которых различается на 10-15%.

Контролер должен осмотреть деталь после стекания с нее основной массы суспензии, когда картина отложений порошка становится неизменной.

Это положение относится к контролю способами приложенного поля и остаточной намагниченности. Различие заключается в следующем. В первом случае суспензия стекает с детали во время ее намагничивания. Этот способ применяют, когда магнитные характеристики материала детали таковы, что при выключении намагничивания магнитное поле дефекта уменьшается до такой степени, что не может удерживать частицы порошка. В случае, когда при намагничивании деталь сильно нагревается или имеется опасность прижогов мест соприкосновения с токовыми контактами, намагничивание можно периодически прерывать. При этом время действия магнитного поля (время прохождения тока по детали) может составлять 0,1 ... 0,5 с, а перерывы 1…2 с. Чем меньше вязкость суспензии, тем длительнее должно быть время действия тока и меньше перерывы.

При контроле способом остаточной намагниченности намагничивание, нанесение суспензии и осмотр могут быть разделены во времени промежутком до 1 ч.

Детали проверяют визуально, но в сомнительных случаях и для расшифровки характера дефектов применяют оптические приборы, тип и увеличение которых устанавливают по нормативным документам. Увеличение оптических средств не должно превышать 10^х.

Разбраковку деталей по результатам контроля должен производить опытный контролер. На рабочем месте контролера необходимо иметь фотографии дефектов или их дефектограммы (реплики с отложениями порошка, снятые с дефектных мест, с помощью клейкой ленты или другими способами), а также контрольные образцы с минимальными размерами недопустимых дефектов.

Вид и форма валиков магнитного и люминесцентного магнитного порошка во многих случаях помогают распознать нарушения сплошности. Труднее выявить дефекты в виде тонких волосовин. В большинстве сталей они могут быть обнаружены только способом приложенного поля. Отложения порошка на волосовинах имеют вид прямых или слегка изогнутых тонких линий. Степень четкости валиков порошка зависит от отношения глубины волосовин к их раскрытию и их расположения относительно поверхности контролируемой детали [7].

Легче обнаруживаются термические, сварочные, шлифовочные и усталостные трещины. Осаждение порошка над трещинами имеет вид четких ломаных пиний с плотным осаждением порошка. Шлифовочные трещины, как правило, обнаруживаются в виде сетки или тонких черточек, направление которых перпендикулярно к направлению шлифования. Закалочные трещины могут быть обнаружены при заниженных режимах контроля (меньшей напряженности поля, чем это требуется для соответствующих уровней чувствительности) или способом остаточной намагниченности на материалах с низкой остаточной индукцией.

Характерную форму имеют валики магнитного порошка, осевшие над флокенами. Обычно это четкие и резкие короткие черточки, иногда искривленные, расположенные группами (реже одиночные). Заковы дают отложения порошка в виде плавно изогнутых линий.

Поры и другие точечные дефекты выявляются в виде коротких полосок порошка, направление которых перпендикулярно к направлению намагничивания. При изменении направления намагничивания соответственно меняется направление валика порошка над порой.

Во многих случаях можно примерно оценить глубину дефектов, изменяя режимы и способ контроля. Дефекты с большим отношением глубины к раскрытию могут быть обнаружены при небольших намагничивающих полях, а также способом остаточной намагниченности.

Подповерхностные дефекты дают менее четкое отложение валика порошка и, как правило, могут быть обнаружены (при глубине залегания более 200 ... 300 мкм) только способом приложенного поля.

Трудности определения дефектов магнитопорошковым методом связаны с возможностью перебраковки из-за отложений порошка на так называемых ложных дефектах. К последним относятся различного вида магнитные неоднородности, например структурная неоднородность (карбидная, аустенитная, ферритная и т.п.). Она не является признаком брака и выявляется в виде четких тонких скоплений валиков порошка, внешне похожих на волосовины. Такая структурная неоднородность проявляется вдоль волокон металла; вид валиков порошка в этом случае достаточно характерен.

Поэтому трудность заключается не в распознании ложных дефектов, а в том, что среди линий отложения порошка могут быть и нарушения сплошности, которые невозможно обнаружить на фоне структурной полосчатости. В некоторых случаях приходится значительно снижать режимы контроля (уменьшать напряженность намагничивающего поля или переходить на способ остаточной намагниченности) для того, чтобы обнаружить хотя бы грубые дефекты.

Местный наклеп - также один из частых видов ложных дефектов. Он является следствием ударов, надавливаний, клеймения, бросков и т.п. В случаях легких деформаций отложения порошка неустойчивы и при повторном контроле могут пропадать. Сильные деформации дают устойчивое отложение порошка. Такая возможность ложного оседания магнитного порошка в результате местных наклепов должна учитываться при переносе и хранении деталей [7].

Магнитные порошки

Магнитные порошки служат для визуального определения магнитных полей рассеяния над дефектами в магнитопорошковой дефектоскопии. На изолированную частицу в неоднородном магнитном поле вдоль оси х действует сила

F = x_mVH dH / dx,

где Хт и V - магнитная восприимчивость и объем частицы. Следует иметь в виду, что во внешнем (намагничивающем) поле частицы обычно не существуют изолированно, а вследствие магнитной коагуляции образуют цепочки, длина которых определяется многими причинами, в том числе длительностью воздействия поля, вязкостью среды, в которую помещен порошок, и т.д.

По характеру метода применения магнитные материалы, используемые для магнитопорошковой дефектоскопии, подразделяются на материалы:

1) сухие - черные и цветные;

2) мокрые, работающие в водной среде, в среде керосина либо легкого масла; концентраты;

3) аэрозоли.

В соответствии с методиками по магнитопорошковой дефектоскопии, разработанными для конкретных деталей и условий освещенности, используются магнитные материалы, работающие в условиях:

1. естественного света;

2. ультрафиолетового света;

3. универсального освещения - это естественный либо ультрафиолетовый свет.

Применяемые в дефектоскопии материалы по составу, физическим свойствам и назначению подразделяются на четыре вида [7]:

1)железные порошки, получаемые термическим разложением пентакарбонила железа Fe(Co)₅ или диспергированием железа электрической дугой в керосине;

2) порошки, получаемые в шаровых мельницах измельчением окалины, возникающей при горячей обработке стали;

3)      порошки технического и синтетического магнетиков;

)        порошки ферромагнитного оксида железа, получаемые окислением магнетика.

Наибольшее распространение получили черный магнитный порошок, представляющий собой измельченный оксид-диоксид железа Fe₃O₄ и буровато-красный порошок - оксид железа (y-Fe₂ O₃).

Для контроля деталей с темной поверхностью используют светлые порошки (с добавлением алюминиевой пудры ПАК-3) либо люминесцентные магнитные порошки.

Для обнаружения мелких дефектов применяется мокрый метод с использованием магнитного порошка №850 и 850А в аэрозольной упаковке, оранжево-красный, флюоресцирующий при ультрафиолетовом и красный при обычном освещении. Рекомендуемая концентрация от 3 до 24 г/л воды в зависимости от применяемого освещения.

Черные порошки, концентраты и аэрозоли типов №106, 820, 820А предназначены для выявления небольших дефектов, таких, которые обнаруживаются в готовой продукции после окончательной обработки.

Для увеличения контрастности на изделиях с темной поверхностью рекомендуется использовать белую фоновую краску в аэрозольной упаковке, которая предварительно наносится на контролируемое изделие.

Магнитный порошок №106 предназначен для контроля в видимом свете, для использования в среде керосина или легкого масла. Размер частиц 2-20 мкм, средний 9 мкм. Рекомендуемая концентрация 9 г/л раствора.

Магнитный концентрат №820 - на водной основе, содержит ингибиторы коррозии, противопенные и смачивающие добавки, а также вещества, регулирующие рН-фактор. Разводится водой в соотношении 1:39. Размер частиц от 0,5 до 4 мкм, средний размер частиц 1,5 мкм.

Аэрозоль №820А представляет собой комбинацию не флюоресцирующих частиц и специального смачивающего средства в аэрозольном баллоне. Расход: 1 баллон (270 г) на 3-5 м².

Для обнаружения очень мелких дефектов, встречающихся после чистовой обработки в ответственных изделиях машиностроения и железнодорожного транспорта используется смесь магнитного порошка и смачивающего вещества №810 в водной среде. Цвет частиц желто-зеленый в ультрафиолетовом свете. Размер частиц 2-20 мкм.

Рекомендуется использовать в концентрации 11,25 г/л воды. Магнитный порошок №800 для контроля изделий авиакосмической промышленности и на железнодорожном транспорте. Желто-зеленый в ультрафиолетовом свете для работы в концентрации 1,25 г/л легкого масла.

Для контроля стальных заготовок с грубой обработкой поверхности используется флюоресцентный порошок №218, разработанный специально для работы в водной среде.

Цвет частиц желто-зеленый, применяется при концентрации 3,75 г/л воды.

Заготовки из чугуна и с грубой поверхностью контролируются флюоресцентным магнитным порошком №118 в среде легкого масла или воды. Размер частиц 2-30 мкм, цвет желто-зеленый.

Концентрат №788 представляет собой комбинацию флюоресцирующих частиц желто-зеленого цвета в ультрафиолетовом свете и черного в обычном свете и специального смачивающего средства на водной основе, содержит ингибиторы коррозии, противопенные и смачивающие добавки. Разводится водой в соотношении 1:39. Размер частиц 2-20 мкм, средний 7 мкм. Используется для обнаружения очень мелких дефектов на обработанных и необработанных деталях из ферромагнитных материалов.

Аэрозоль №778А - готовый для применения магнитный материал в аэрозольном баллоне. Расход: 1 баллон (270 г) на 3-5 м².

Красный магнитный порошок №600 для использования в обычном и ультрафиолетовом свете. Для применения в среде керосина или легкого масла. Размер частиц 2-20 мкм. Расход от 1,25 до 8 г/л.

Желто-зеленый магнитный порошок №970 для выявления очень мелких дефектов в аэрокосмической промышленности или других точных производствах, для использования в среде керосина или легкого масла. Размер частиц 2-25 мкм, средний 7 мкм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении курсового проекта были выбраны методы и средства для измерения внутренних и линейных размеров деталей типа «Корпус» и «Вал». Для выбранных СИ были разработаны принципиальные схемы средств измерений, таких как: нутромер с ценой деления отсчетного устройства 0,001 и 0,002 мм, индикатор многооборотный (1МИГ), длиномер вертикальный при измерении методом сравнения с мерой, принцип их функционирования и процесс измерения. Для контроля радиального биения была разработана схема измерительного устройства. Для контроля шлицевого соединения с прямобочным профилем рассчитали исполнительные размеры, поля допусков. Для контроля дефектов деталей были выбраны методы и средства неразрушающего контроля - акустический и магнитный, разработаны функциональные схемы приборов НК.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 8.051-81.«Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм».

. ГОСТ 25347-82.«Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки».

. ГОСТ 7951-80.«Калибры для контроля шлицевых прямобочных соединений. Допуски».

. РД 50-98-86.«Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм».

. Белкин, И.М. Средства линейно-угловых измерений: справочник./И.М. Белкин. - М.: Машиностроение, 1987. - 368 с.

. Марков, Н.Н. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов./Н.Н. Марков, Г.М. Ганевский. - М.: Машиностроение, 1993. - 416 с.

. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник в двух книгах./Под. ред. Клюева В.В. - М.: Машиностроение, 1976. - 327 с.

. Степанов, Ю.С. Альбом контрольно-измерительных приспособлений: учебное пособие для вузов / Ю.С. Степанов [и др.]. - М.: Машиностроение, 1998. - 184с.