РАЗДЕЛ 2
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ КОЛЕСНЫХ ЦЕНТРОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
2.1. Применение ультразвукового импульсного эхо-метода для неразрушающего контроля катаных колесных центров подвижного состава железных дорог.
Технологический процесс ультразвукового контроля включает в себя следующие последовательно выполняемые операции:
* оценка контролепригодности изделия;
* подготовка изделия к проведению ультразвукового контроля;
* настройка ультразвукового дефектоскопа;
* поиск и обнаружение несплошностей;
* определение координат несплошностей;
* оценка допустимости несплошностей и качества изделия;
Операции настройки, поиска, обнаружения, измерения и оценки несплошностей объединяется термином "Методика контроля". Описание технологического процесса оформляется в виде инструкции, которая является рабочим документом специалиста проводящего контроль. Кроме методических приемов и технологических операций, в инструкцию включаются общие положения, регламентирующие организацию контроля, его технические возможности, требования к квалификации персонала, основные правила метрологической поверки аппаратуры, меры безопасности [42, 43].
2.1.1. Оценка контролепригодности изделия
Под контролепригодностью понимают совокупность свойств изделия, определяющих возможность проведения контроля с заданной достоверностью.
На контролепригодность изделия влияют толщина и кривизна, наличие доступа для проведения контроля, технология изготовления, структура материала, наличие ложных отражателей и др.
Изделие считают полностью пригодным к контролю (контролепригодным), если выполняются следующие условия:
1) центральный луч ультразвукового пучка при оптимальной (обеспечивающей заданную достоверность) схеме прозвучивания хотя бы один раз проходят через все точки контролируемого сечения;
2) подлежащая фиксации минимальная несплошность независимо от ее координат в изделии выявляется на фоне шумов с запасом чувствительности не менее 6 дБ и разрешением во времени не менее 1 мкс (под шумами здесь понимаются электрические и структурные помехи, ложные сигналы).
При оценке по первому критерию к изделию предъявляются следующие требования:
* геометрическая форма поверхности ввода ультразвуковой волны в изделие должна быть достаточно простой, по возможности близкой к плоской;
* в зоне сканирования не должно быть резких изломов поверхности (выступов, проточек), приваренных элементов, отверстий, искажающих путь ультразвукового луча и играющих роль мешающих отражателей;
* ширина зоны сканирования должна быть достаточной для перемещения преобразователя по заданной схеме сканирования траектории.
Исходя из выше перечисленных требований, выбирается схема ультразвукового контроля катаных колесных центров. Ультразвуковому контролю подвергаются обод катаного колесного центра в осевом направлении, обод и зона перехода от обода к диску в радиальном направлении, ступица катаного колесного центра в осевом направлении.
На рис. 2.1 показана схема ультразвукового контроля катаных колесных центров эхо-методом на отсутствие внутренних недопустимых несплошностей. Серым цветом заполнены зоны прозвучивания катаного колесного центра. Контролю центра подвергаются после предварительной механической обработки.
Рис. 2.1. Схема ультразвукового контроля катаных колесных центров эхо-методом на отсутствие внутренних недопустимых несплошностей:
а) зона контроля обода в осевом направлении; б) зона контроля обода и зоны перехода от обода к диску в радиальном направлении; в) зона контроля ступицы в осевом направлении;
1 - ультразвуковой преобразователь; - зона контроля.
Для проверки соответствия колесных центров подвижного состава железных дорог второму критерию контролепригодности необходимо проведение экспериментальных исследований.
2.1.2. Подготовка изделия к проведению ультразвукового контроля
Основным требованием перед проведением ультразвукового контроля катаных колесных центров является требование к качеству поверхности ввода ультразвуковой волны, которое должно обеспечить ее максимальное прохождение в изделие по всей площади сканирования. Акустическая прозрачность контактного слоя при небольших скоростях сканирования целиком определяется неровностями поверхности контролируемого изделия. Катаные колесные центры подвергаются ультразвуковому контролю после предварительной механической обработки. Качество подготовки поверхности оценивается по параметрам шероховатости [85]. Шероховатость поверхностей ввода ультразвуковой волны в объект контроля не должна превышать Rz = 40 мкм. На рис. 2.2. приведена построенная по экспериментальным данным работы [86] обобщенная зависимость относительного изменения амплитуды донного сигнала при увеличении высоты регулярных микронеровностей контактной поверхности, из которой видно, что шероховатость Rz = 40 мкм приводит к снижению прозрачности контактного слоя на величину не более 1 дБ. Диапазон усиления современных ультразвуковых дефектоскопов позволяет пренебречь этими потерями. Также шероховатость поверхности ввода ультразвуковой волны не должна быть менее Rz = 20 мкм, так как при такой шероховатости ослабляются фрикционные свойства поверхности и контактная жидкость "выскальзывает" из-под ультразвукового преобразователя. С поверхности ввода ультразвуковой волны в объект контроля перед проведением контроля должна быть удалена грязь, продукты коррозии, краска и другие загрязнения. Выше перечисленные требования относятся не только к поверхности ввода ультразвуковой волны в объект контроля, но и к донной поверхности (если она присутствует), так как донный эхо-сигнал играет большое значение в настройке чувствительности ультразвукового дефектоскопа, а высокая шероховатость донной поверхности, наличие грязи, краски, продуктов коррозии ухудшают ее отражающие свойства и уменьшают амплитуду донного эхо-сигнала.
Рис. 2.2. Влияние величины микронеровностей контактной поверхности на снижение амплитуды