Разработка магнитопорошкового контроля тягового хомута

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

Кафедра «Неразрушающий контроль и техническая диагностика»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине

«Основы неразрушающего контроля»

Тема работы

«Разработка магнитопорошкового контроля тягового хомута»

Работу выполнил студент Шумейкин К.С.

группа МД-41

Руководитель работы д.т.н., профессор Холодилов О.В.

Гомель 2011 г.

Введение

Железнодорожный транспорт как совокупность средств производства, орудия и предметов труда является объектом изучения многих наук. В настоящее время большое внимание в науке и технике уделяется усовершенствованию подвижного состава и его составляющих. В процессе эксплуатации сборочные единицы и детали подвижного состава теряют свои первоначальные свойства из-за износа. Чем интенсивнее эксплуатация вагонов и локомотивов, тем быстрее детали изнашиваются. Для обеспечения высокого качества продукции необходим эффективный контроль качества, позволяющий обнаружить дефект. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям (ГОСТ 15 467−79). В дефектоскопии под дефектом обычно понимают нарушения сплошности материала, выявленные средствами НК.

Неразрушающим контролем называется последняя и в ряде случаев единственно возможная технологическая операция, позволяющая выявлять недопустимые дефекты в технических объектах и тем самым предотвращать возникновение чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте. Своевременное обнаружение дефектов в ответственных деталях подвижного состава положительно влияет на его надежность, что снижает расходы, связанные с отказами и авариями, не говоря уже о сохранении человеческих жизней. К настоящему времени на железнодорожном транспорте накоплен значительный опыт по проведению неразрушающего контроля, однако, возможности его применения далеко не исчерпаны. Действующие системы неразрушающего контроля при ремонте подвижного состава позволяют обнаружить большое число опасных дефектов и предотвращать поступление дефектных деталей в эксплуатацию. Совокупность методов и средств, предназначенных для обнаружения дефектов деталей без их разрушения, составляет основу дефектоскопии. Системы неразрушающего контроля должны включать модульный ряд механизированных и автоматизированных средств комплексного контроля, обеспечивающих выявление внутренних дефектов деталей, ремонтируемых по безразборной технологии. Они должны обеспечивать обнаружение опасных дефектов и производить оценку накопленной усталости конструкций.

Ежегодно контролируется более 4,5 млн. км рельсового пути; 2,5 млн. сварных стыков рельсов, 4,5 млн. деталей и узлов подвижного состава; предотвращается более 70 тыс. потенциально возможных изломов ответственных узлов технических объектов пути и подвижного состава. Вероятность обнаружения дефектов средствами неразрушающего контроля составляет 99,3−99,7%.

Цель курсовой работы — разработка методики проведения НК тягового хомута с использованием магнитопорошкового метода.

1 Анализ объекта контроля Тяговый хомут (рис. 1) является деталью, передающей нагрузку от автосцепки на раму вагона. Он состоит из головной и задней опорной частей, которые соединены между собой верхней 2 и нижней 6 тяговыми полосами шириной 125 или 160 мм. В головной части тяговые полосы уширены и в них имеются отверстия 9 для клина тягового хомута. Кроме того, полосы в этой части связаны соединительными планками 1, в проеме между которыми размещается хвостовик автосцепки.

Внизу головной части находятся приливы (ушки) 8 с отверстиями для болтов, поддерживающих клин. Правое ушко имеет буртик с козырьком 7. При постановке болтов головки их заводят за этот козырек, в случае утери гаек он препятствует выпаданию болтов. Задняя опорная часть 5 тягового хомута передает нагрузку на основание поглощающего аппарата.

Опорная площадка имеет усиливающие ребра 4, связывающие ее с наружной стенкой 3.

В тяговом хомуте модернизированного автосцепного устройства типа СА-ЗМ поперечное сечение верхней 1 и нижней 2 тяговых полос увеличено. Отверстия 3 в головной части, в которые вставляется валик, сделаны круглыми. Расстояние между внутренними поверхностями соединительных планок 4 увеличено, что позволяет автосцепке отклоняться от продольной оси набольший угол. Расстояние между верхней 7 и нижней 2 тяговыми полосами 252 мм, что необходимо для размещения поглощающего аппарата типа Ш-2-Т.

Рисунок 1—Тяговый хомут автосцепки СА-3

Возможные дефекты.

Холодные трещины _ очень тонкие разрывы поверхности детали, образующиеся из-за внутренних напряжений Термические трещины _ хорошо видимые глубокие разрывы поверхности детали, образующиеся после термической обработки из-за высоких температурных напряжений, совпадающих по знаку с остаточными напряжениями.

Неметаллические включения _ дефекты, характеризующиеся наличием в металле неметаллических частиц, либо попавших в него извне. В металл извне могут попасть частицы шлака, графита, песка и т. д., которые образуют шлаковые и песчаные включения на поверхности.

Закалочные трещины _ разрывы металла, возникающие при охлаждении деталей сложной формы в процессе закалки (из-за высоких внутренних напряжений). Наиболее вероятными местами зарождения закалочных трещин являются места с резким изменением сечения, острые углы и подрезы. Причиной образования трещин в деталях цилиндрической формы могут быть дефекты металла (волосовины, шлаковые включения, флокены, ковочные трещины) или несоблюдение режимов термической обработки деталей.

Шлифовочные трещины _ группа мелких и тонких разрывов, как правило, в виде сетки на шлифованной поверхности металла. Поверхностные шлифовочные трещины возникают по причинам, связанным либо с некачественной предшествующей термообработкой и возрастанием (иногда даже небольшим) напряжений термического и механического происхождения в процессе шлифования абразивными кругами, либо с возникновением местного перегрева металла при нарушении режимов шлифования (применение круга, не подходящего для данного металла; чрезмерное повышение подачи и скорости шлифования; недостаточное охлаждение).

Трешины-надрывы возникают в поверхностном слое металла из-за чрезмерно высоких напряжений (растяжение, изгиб, кручение), когда нагрузка превышает пределы прочности. Эти трещины могут возникнуть при нарушении технологии правки детали, демонтаже или монтаже деталей с хрупким поверхностным слоем или при перегрузках, связанных с работой в аварийных режимах.

2 .Анализ исходных данных и характеристик объекта контроля На основе технического задания по литературным источникам [5], определили характеристики объекта, необходимые для разработки методики НК. Приведём их ниже в виде таблицы.

Характеристики тягового хомута:

материал — 20ХГСА толщина стенок — 25 мм;

шероховатость — 0,025;

основные виды дефектов — трещины-надрывы, усталостные трещины, механические повреждения.

3. Выбор метода контроля При выборе метода контроля руководствуются следующими положениями:

1. выбор метода должен обеспечивать максимальную вероятность выявления поверхностных и подповерхностных дефектов;

2. обладать возможностью автоматизации;

3. выбранный метод должен быть экономически эффективным;

Исходя из вышеприведенных положений, выбираем магнитопорошковый метод.

В зависимости от магнитных свойств материала, формы и размеров контролируемой детали, наличия на ней немагнитного покрытия применяют два способа контроля: контроль на остаточной намагниченности и контроль в приложенном поле. Для данной детали выбираем контроль на остаточной намагниченности. Контроль способом остаточной намагниченности проводят в следующих случаях:

— контроль проводят с целью выявления поверхностных дефектов (трещин, волосовин и др.);

Контроль на остаточной намагниченности имеет ряд существенных достоинств:

— возможность установки проверяемой детали в любое удобное положение для хорошего освещения поверхности и осмотра невооруженным глазом, с применением луп, микроскопов и других оптических приборов;

— возможность нанесения суспензии как путем полива, так и одновременным погружением нескольких деталей в ванну с суспензией;

— простота расшифровки осаждений порошка, так как при контроле способом остаточной намагниченности порошок в меньшей степени оседает по рискам, наклепу, местам грубой обработки поверхности;

— меньшая возможность перегрева деталей в местах их контакта с дисками зажимного устройства, дефектоскопа, так как ток пропускают кратковременно (0,0015−2 с);

— часто обеспечивается более высокая производительность контроля.

Для обнаружения магнитного поля рассеяния на контролируемые участки детали наносят магнитный порошок. Нанесение магнитного порошка на контролируемую поверхность детали осуществляют двумя способами, реализующими «сухой» или «мокрый» метод. В первом случае для обнаружения дефектов используют сухой ферромагнитный порошок. При использовании «мокрого» метода контроль осуществляется с помощью магнитной суспензии, т. е. взвеси ферромагнитных частиц в жидких средах: трансформаторном масле, смеси трансформаторного масла с керосином, смеси обыкновенной воды с антикоррозионными веществами.

Магнитное поле рассеяния выявляется благодаря тому, что на ферромагнитные частицы порошка действуют пондеромоторные силы этого поля, которые стремятся затянуть эти частицы в места наибольшей концентрации магнитных силовых линий. В результате ферромагнитные частицы собираются над дефектом, образуя рисунок в виде полосок или цепочек. Ширина полосок из скопившихся частичек обычно значительно больше ширины дефекта, поэтому этим методом контроля могут быть выявлены даже мельчайшие трещины, надрывы, волосовины и другие мелкие дефекты. Возьмем бездефектный образец ферромагнетика с однородными магнитными свойствами и магнитной проницаемостью и поместим его в продольное равномерно распределенное магнитное поле. Феромагнетик намагнитится и в соответствии с его кривой намагничивания приобретет магнитную индукцию, линии которой распределяются равномерно внутри образца и не выходят за его поверхность. Топография магнитного поля представлена на рисунке 1.

тяговый хомут магнитопорошковый контроль а) б) в) Рисунок 1 — Топография магнитно поля: а — вблизи дефекта, б — над поверхностным дефектом, в — над внутренним дефектом Магнитопорошковому контролю могут быть подвергнуты детали, выполненные из ферромагнитных материалов с относительной магнитной проницаемостью не менее 40.

Контроль на остаточной намагниченности заключается в последовательном поэтапном выполнении намагничивания, нанесения на поверхность детали магнитного индикатора, осмотра или части осмотра детали.

Магнитопорошковая дефектоскопия основана на выявлении локальных магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектом, с помощью ферромагнитных частиц, играющих роль индикатора.

Магнитное поле рассеяния возникает над дефектом вследствие того, что в намагниченной детали магнитные силовые линии, встречая на своем пути дефект, огибают его как препятствие с малой магнитной проницаемостью, в результате чего магнитное поле искажается, отдельные магнитные силовые линии вытесняются дефектом на поверхность, выходят из детали и входят в нее обратно. При этом по обе стороны от трещин, то есть по краям дефекта, возникают местные магнитные полюсы N и S, создающие локальное магнитное поле рассеяния (рисунок 1).

Магнитное поле рассеяния в зоне дефекта тем больше, чем больше дефект и чем ближе он к поверхности детали. Наилучшее выявление дефекта будет в том случае, когда магнитные силовые линии в намагниченной детали располагаются под прямым (или близком к нему) углом к направлению дефекта (рисунок 2).

a) б) Рисунок 2 Влияние взаимного направления намагничивающего поля и дефекта на выявляемость дефекта: a — направление намагничивающего поля перпендикулярно дефекту; б — направление намагничивающего поля параллельно дефекту.

Чувствительность магнитопорошкового метода зависит:

1. от магнитных характеристик материала детали;

2. напряженности намагничивающего поля;

3. размера, формы и шероховатости поверхности детали;

4. размера, формы, местоположения и ориентации дефекта;

5. взаимного направления намагничивающего поля и дефекта;

6. свойств дефектоскопического материала;

7. способа нанесения дефектоскопического материала на поверхность детали;

8. способа и условий регистрации индикаторного рисунка выявляемого дефекта.

Этим методом обнаруживаются дефекты:

— поверхностные с шириной раскрытия у поверхности 0,002 мм и более, глубиной 0,01 мм и более;

— подповерхностные, лежащие на глубине до 2 мм;

— внутренние (больших размеров), лежащие на глубине более 2 мм;

— под различного рода покрытиями, но при условии, что толщина немагнитного покрытия не более 0,25 мм.

Чувствительность магнитопорошкового метода контроля в значительной мере зависит от шероховатости поверхности контролируемой детали. Максимальная чувствительность метода может быть получена при контроле детали с шероховатостью, соответствующей параметру Ra = 1,25…2,5 мкм. С увеличением шероховатости чувствительность метода снижается.

В случае контроля деталей, имеющих большую шероховатость или склонных к образованию дефектов, глубоко залегающих под поверхностью, применяют крупный порошок, который наносят на поверхность «сухим» способом.

Чувствительность магнитопорошкового метода зависит также от подвижности частиц порошка. Для обеспечения высокой подвижности частиц необходимо применять порошки с частицами неправильной формы. Они должны обладать малой коэрцитивной силой и низкой остаточной намагниченностью для исключения их «прилипания» к контролируемой поверхности. Подвижность частиц магнитного порошка повышают путем их покрытия пигментом с низким коэффициентом трения.

На чувствительность метода оказывает влияние и род намагничивающего тока при обнаружении подповерхностных дефектов. Предпочтение в этом случае отдается постоянному току, так как он создает магнитное поле, глубоко проникающее внутрь детали (рисунок 3).

Рисунок 3 _ Зависимость выявления внутренних дефектов от глубины h их залегания, способа нанесения магнитного порошка, величины и рода намагничивающего тока I: 1 _ «мокрый» и 2 _ «сухой» способы на переменном токе; 3 _ «мокрый» и 4 _ «сухой» способы на постоянном токе.

Следует также иметь в виду, что при обнаружении подповерхностных дефектов более высокая чувствительность может быть достигнута путем применения «сухого» способа, по сравнению с «мокрым». Причем для повышения чувствительности «сухого» способа ферромагнитный порошок предварительно распыляют в специальном устройстве, а затем подают по шлангу непосредственно на контролируемую деталь или в закрытую камеру, в которой установлена деталь. Способ нанесения ферромагнитного порошка на поверхность детали может быть реализован и с помощью специального бункера, в котором магнитный порошок находится во взвешенном состоянии. При этом намагниченную деталь погружают в рыхлый порошок, а затем медленно извлекают из него для расшифровки образовавшегося индикаторного рисунка.

Такой способ нанесения магнитного порошка рекомендуется применять и для контроля деталей, имеющих слой немагнитного покрытия, причем чувствительность метода в этом случае зависит от толщины немагнитного покрытия.

Более высокая чувствительность магнитопорошкового метода контроля с применением сухого порошка по сравнению с применением магнитной суспензии объясняется:

_ высокой подвижностью ферромагнитных частиц, взвешенных в воздухе, из-за незначительных сил трения, действующих на частицы в этой среде (для перемещения частиц в воздухе требуется гораздо меньшая сила, чем для их перемещения в вязкой среде магнитной суспензии);

_ отсутствием гидродинамического воздействия струи суспензии при ее нанесении на деталь или поверхностного натяжения жидкости при извлечении детали из бака с суспензией;

_ формированием из ферромагнитных частиц тонких цепочек, которые более чувствительны к магнитным полям рассеяния, чем отдельные частицы.

Перед проведением контроля деталей магнитопорошковым методом необходимо выбрать в каждом конкретном случае:

_ способ контроля (в приложенном поле или на остаточном намагничивании);

_ вид и способ намагничивания (продольное, циркулярное или комбинированное);

_ величину напряженности намагничивающего поля;

_ тип порошка и способ его нанесения на контролируемую поверхность детали.

Исходя из физических основ магнитопорошкового контроля и характеристик колеса приходим к выводу, что он наиболее подходит для НК колеса.

4. Методика расчета устройства для намагничивания колеса Схема намагничивающего устройства приведена на рисунке 1. Определим величину намагничивающей силы Iw устройства для создания в изделии необходимой индукции.

Рисунок 1 — Расчетная схема намагничивающего устройства Рисунок 2 — Эквивалентная электрическая схема намагничивающего устройства С учетом требований технического, технологического и экономического характера магнитное приспособление изготавливаем из стали 20.

Согласно имеющимся в научно-технической литературе рекомендациям, толщину полюсов d намагничивающего устройства выбираем в 2 — 3 раза больше толщины намагничивающего изделия. Так как толщина изделия b = 10 мм, то толщина полюсов d = 20 мм. Принимаем: высота намагничивающего устройства с = 35 мм, расстояние между полюсами намагничивающего устройства L = 160 мм, высота намагничивающего устройства h = 120 мм, толщина неферромагнитного покрытия д = 0,125 мм.

Величину намагничивающей силы можно определить исходя из закона Кирхгофа:

где I — ток в обмотке электромагнита; w — число витков в обмотке;

Hili — падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи li

Сумму падений магнитных напряжений в изделии Uи находим из выражений:

(1)

Строим кривую намагничивания материала тягового хомута (20ХГСА) (рисунок 4) значения Hи и Bи принимаем из таблицы 3. Аналогично строим кривую намагничивания материала магнитопровода (стали 10) (рисунок 3) значения Hи и Bи принимаем из таблицы 2.

Таблица 1 — Данные для построения кривой намагничивания (Сталь 10)

Таблица 2 — Данные для построения кривой намагничивания изделия (20ХГСА)

Сумму падений магнитных напряжений в изделии Uи находим из выражений:

Используя выражения (1) по 6−8 значениям Hи и Bи, взятым с кривой намагничивания, строим зависимость Uи = f (Фи), и Uу = f (Фи), (рисунок 5):

(2)

где Фи — магнитный поток в изделии; д — толщина суммарного зазора (0,075мм); м0 — магнитная постоянная (4р· 10−7Гн/м); Sи — площадь сечения изделия

Рисунок 3 — Кривая намагничивания Рисунок 4 — Кривая намагничивания материала магнитопровода материала изделия Рисунок 5 — Зависимость магнитного напряжения в изделии Uи от магнитного потока Фи в изделии Рисунок 6 — Зависимость магнитного напряжения в зазоре Uу от магнитного потока Фи в изделии Затем на отдельном графике (рисунок 6) строим кривую падения магнитного напряжения в магнитопроводе в зависимости от потока Фп в нем:

Uп = f (Фп):

(3)

Значения В и Н определяем по кривой намагничивания материала магнитопровода (рис. 3).

Рисунок 7 — Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе Uп от магнитного потока Фп в нем.

Чтобы пересчитать Uп в зависимости от Фи, запишем уравнение Кирхгофа для точки М в эквивалентной электрической схеме (рисунок 2):

(4)

где F — магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и переходный участок.

Так как отношение потоков Фи и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям Rи + Ry и RF, то справедливо следующее выражение:

откуда следует

(5)

где RF — магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита.

(6)

где GF — проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства):

(7)

где

Из выражений (4) и (5) следует: (8)

где RF получаем из соотношений (6) и (8) — оно постоянно — тоже постоянно; ;

здесь lи — длина средней линии в изделия;Ви и Ни — соответствуют оптимальному режиму намагничивания.

Путем пересчета с использованием формулы (4.8) из последнего графика (рисунок 6) получаем зависимость Uп = f (Фи) (рисунок 7). Затем, суммируя Uи, Uy, Uп, получаем зависимость UУ = f (Фи) (рисунок 8). Зная сечение изделия, строим второй график с аналогичной зависимостью UУ = f (Ви), где Ви = Фи/Sи.

В контролируемом сечении определяем U1 = Iw=3500 В (см. рисунок 8). Затем с учетом коэффициента заполнения Кз = 0,4 и площади S окна, занимаемого всеми витками катушки, в сечении, перпендикулярном осям витков (S? 80% площади окна, образованного П-образным сердечником и намагничиваемым изделием).

Рисунок 8 — Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в изделии

Рисунок 9 — Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии Определяем число витков w обмоточного провода, задаваясь различными его диаметрами (d1 = 0,5?3,5 мм), изначально примем d1 = 1 мм:

(9)

где S= 0,8•2(d +L) • (h + b + д) мм2;

d — толщину полюсов, d = 20 мм;

L — расстояние между полюсами намагничивающего устройства, L = 160 мм;

h — высота намагничивающего устройства, h = 120 мм;

д — толщина неферромагнитного покрытия, д = 0,125 мм;

b — толщина изделия, b = 10 мм;

Кз — коэффициента заполнения; Кз = 0,4;

при d1 = 1 мм

w1=0,8•2•(0,02 +0,16) • (0,12 + 0,01 + 0,125) • 0,4 / (3,14 • 0,0012/ 4) = 19 096 витка Определяем величину тока в катушке по известным намагничивающей силе и числу витков:

I1 = U1/w1 (10)

I 1 =3500/19 096 = 0,18 А Определяем электрическое сопротивление обмотки и потребляемую мощность:

(11)

(12)

где lср — средняя длина витка провода в катушке;

с — удельное электрическое сопротивление, с=1.7•10−8 Ом•м

R=1,7•10 -8 •2•3,14•0,03•19 096/[3,14•0,0012 /4]= 77,9 Ом, Тогда

P=0,18 2•77,9=2,6Вт при d1=2 мм

w1=0,8•2•(0,02 +0,16) • (0,12 + 0,01 + 0,125) • 0,4 / (3,14 • 0,0022/ 4)=4774 витка

I 1 =3500/4774=0,73 А Тогда

R=1,7•10 -8 •2•3,14•0,03•4774/[3,14•0,0022 /4]= 4,87 Ом,

P=0,732•4,87=2,6Вт.

при d1=3 мм

w1=0,8•2•(0,02 +0,16) • (0,12 + 0,01 + 0,125) • 0,4 / (3,14 • 0,0032/ 4)= 2122 витка

I 1 =3500/2122=1,65 А

R=1,7•10 -8 •2•3,14•0,03•2122/[3.14•0.003 2 /4]= 0,96 Ом,

P=1,652•0,96=2,6 Вт Так как потребляемая мощность одинакова и не зависит от диаметра обмоточного провода, то его диаметр d1 оставляем равным 3 мм исходя из приемлемого числа витков катушки.

5. Разработка методики контроля Магнитный контроль в зависимости от физико-химических свойств ОК, его формы и размеров, типа и расположения искомых дефектов, а также мощности намагничивающих устройств проводят способом приложенного магнитного поля (СПП) или способом остаточной намагниченности (СОН).

Технология СОН, например при магнитопорошковом контроле, включает следующие последовательные операции:

1 подготовку детали к контролю;

2 намагничивание детали;

3 Нанесение на поверхность детали магнитного индикатора (порошка, суспензии);

4 осмотр детали;

5 расшифровку индикаторного рисунка (скоплений магнитного порошка) и определение соответствия детали техническим условиям или нормам на отбраковку;

6 размагничивание и контроль размагниченности;

7 Удаление с детали остатков магнитного индикатора.

Технология СПП предусматривает те же операции, но намагничивание, нанесение суспензии и часть осмотра выполняют одновременно.

Способ контроля выбирают в зависимости от магнитных свойств материала проверяемого объекта. Для этого выполняют следующие операции:

а) определяют марку материала проверяемого объекта, используя техническую документацию на его изготовление;

б) определяют значение коэрцитивной силы Нс и остаточной индукции Br материала объекта, используя соответствующие справочники по магнитным свойствам сталей.

Исходя из положения точки с координатами Нс и Вr (рис. 12), делают заключение о возможности применения того или иного способа контроля, руководствуясь следующим: если на графике точка (Нс, Вr) расположена выше кривой, то возможен контроль объекта как СОН, так и СПП; если точка (Нс, Вr) расположена ниже кривой, то рекомендуется контроль СПП.

В тяговом хомуте Br=1,12Тл и Нс=2720 А/м,. На рисунке 12 точка (Нс, Вr) расположена выше кривой, значит возможен контроль объекта СОН.

Рисунок 1 — График для выбора способа МПК Контроль СОН применяют для деталей из термически обработанных конструкционных сталей. Контроль СОН дает технологу следующие преимущества: возможность установки детали в любое положение для выбора лучшего освещения и удобного осмотра; возможность нанесения суспензии, как путем полива, так и путем окунания в ванне с суспензией одновременно нескольких деталей, и не только сразу за операцией намагничивания, но и спустя несколько часов, меньшую вероятность появления ложных отложений порошка в местах грубой обработки поверхности, наклепа, по рискам и т. п., простоту расшифровки результатов контроля; улучшение безопасности труда.

Все это свидетельствует о более высокой технологичности СОН.

5.1 Намагничивание детали При магнитопорошковом контроле деталей применяют циркулярное, полюсное (продольное, поперечное, нормальное) и комбинированное намагничивание.

Способы и схемы намагничивания выбирают в зависимости от формы и размеров объектов контроля, а также ориентации подлежащих выявлению дефектов.

Для того чтобы получить наибольший магнитный поток рассеяния над дефектом и, следовательно, увеличить выявляемость дефекта, необходимо намагнитить деталь так, чтобы линии магнитной индукции пересекали наибольшую площадь дефекта, т. е. направление намагничивания должно быть перпендикулярно плоскости дефекта.

Для тягового хомута лучше всего подходит полюсный способ намагничивания.

Полюсное намагничивание — это такое намагничивание, в результате которого магнитный поток одну часть пути проходит в детали, другую — по воздуху. При полюсном продольном намагничивании магнитные силовые линии направлены вдоль продольной оси или наибольшего размера детали, пересекая, поверхность и образуя на се концевых участках магнитные полюса. Этот способ намагничивания служит для выявления дефектов, направление которых перпендикулярно или составляет угол не менее 30° линиям намагничивающего поля.

Дефекты, ориентированные строго параллельно линиям поля, не выявляются. Полюсное намагничивание осуществляется путем размещения детали между полюсами постоянного магнита (рисунок 1).

Линии поля в местах входа в деталь и выхода из нее образуют зоны магнитных полюсов S и N.

Эти зоны — области с ярко выраженной неоднородностью магнитного поля — вносят неоднозначность дефектоскопирования, так как их образование не связано с дефектами.

Рисунок 1- Схема намагничивания детали постоянным магнитом: 1 — деталь; 2 — постоянный магнит Каждый из способов намагничивания эффективен тогда, когда обеспечивается достаточное значение напряженности намагничивающего поля детали и создается более выгодное направление линий этого поля по отношению к ориентации дефектов.

5.2 Нанесение магнитного индикатора Магнитные индикаторы — это магнитные суспензии (взвесь магнитных частиц в дисперсной среде — жидкости), магнитные порошки (взвесь магнитных частиц в воздухе), полимеризирующиеся смеси, применяемые для визуализации дефектов. Магнитные индикаторы и способы их нанесения выбирают в зависимости от цели и условий контроля. Магнитные индикаторы наносят на контролируемую поверхность «сухим» или «мокрым» способом. Сухой способ не применяют при контроле мелких деталей круглого сечения диаметром менее 100 мм и деталей с резьбой.

Магнитный порошок наносится с помощью пульверизатора, резиновой груши и сита тонким слоем зигзагообразно вдоль детали с шагом не более 30 мм. Сам распылитель располагают на расстоянии 30−50 мм от поверхности. Скопление порошка вблизи намагничивающего устройства следует сдувать с помощью резиновой груши, а на участки, оказавшиеся без порошка, следует подсыпать порошок повторно.

Магнитную суспензию наносят путем полива слабой струей, не смывающей осевшие над дефектами магнитные частицы; погружения детали в емкость с суспензией; распыления суспензии из пульверизатора. При этом необходимо обеспечить небольшой наклон контролируемой поверхности для равномерного стекания суспензии. Перед нанесением суспензии ее тщательно перемешивают лопаткой из немагнитного материала, так чтобы она равномерно распределилась по всему объему дисперсионной среды.

Для облегчения работы дефектоскопистов вместо магнитных порошков часто используют суспензии, в которых порошок разведен в дисперсионной среде (воде, минеральном масле или керосине), плюс добавки, без которых частицы порошка в суспензии имеют свойство соединяться между собой с образованием разрозненных специфических частиц-скоплений, каждая из которых состоит из большого числа обычных частиц.

Соединение частиц порошка происходит под воздействием молекулярных сил, возникающих вследствие большой свободной поверхностной энергии молекул различных слоев суспензии и воздуха.

При интенсивном слипании частиц с образованием крупных частиц-скоплений происходит снижение, а иногда и полная потеря чувствительности магнитной суспензии. Для предотвращения этого негативного явления в суспензию вводят вещества, понижающие свободную поверхностную энергию.

Молекулы поверхностно-активных веществ имеют дипольное строение, поэтому в результате адсорбции таких молекул на частицах порошка все частицы суспензии оказываются заряженными электростатическими зарядами одного знака. Возникающие при этом электростатические силы отталкивания не дают возможность частицам сблизиться на расстояния, на которых проявляются молекулярные силы притяжения. Благодаря этому суспензия переходит в устойчивое состояние, что обеспечивает ей высокую чувствительность.

Тип магнитного индикатора — КСМ «ДИАГМА»

Цвет — красно-коричневый Способ — мокрый (вода) Кроме того, могут применяться люминесцентные К. МС «ДИАГМА» 1613, 2623 желто-зеленого и серого цветов для контроля деталей с темной поверхностью. Концентрация таких магнитных суспензий (20+5) г/л.

5.3 Устройство приставное намагничивающее МСН 15

Специализированное намагничивающее устройство на постоянных магнитах с гибким магнитопроводом.

Предназначено для намагничивания труб больших диаметров с толщиной стенки до 25 мм при неразрушающем контроле качества сварных соединений феррозондовым методом. Может использоваться для магнитопорошкового контроля. Поставляется в комплекте со сменными полюсными наконечниками.

Рисунок 3 — Устройство приставное намагничивающее МСН 15

Характеристики приставного намагничивающего устройства МСН 15 представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Характеристики устройства МСН 15

6. Методика проведения магнитопорошкового контроля цельнокатаного колеса Перед проведением контроля дефектоскопист очищает тяговый хомут от загрязнений, с помощью металлической щетки Затем проводит его визуальный осмотр, при этом выявляет наличие дефектов: трещин, рисок, задиров, коррозионных повреждений и других дефектов при необходимости с применением лупы. При обнаружении недопустимых дефектов согласно карте дефектации деталь бракуется, и магнитопорошковый контроль ее не производится.

Последующие операции контроля выполняет дефектоскопист Нанести равномерно по всей поверхности тягового хомута суспензию Приложить постоянный магнит, намагнитить деталь. Осматривать поверхность детали со всех сторон в пределах зоны достаточной намагниченности (ДН).

При образовании скопления порошка на поверхности детали, необходимо удалить суспензию с контролируемого участка, протерев, ветошью зачистить участок в месте образования скопления порошка до металлического блеска наждачной шкуркой осмотреть место образования валика с помощью лупы. Визуально убедиться в наличии дефекта. Если дефект визуально не выявляется то повторить контроль. При повторном образовании валика деталь бракуется.

Данные по результатам контроля дефектоскопист заносит в соответствующий журнал и в форму.

7. Требования безопасности При производстве работ по дефектации колеса должны соблюдаться требования следующих инструкций по охране труда:

1. Все виды работ по НК должны проводиться с соблюдением действующих на предприятии правил техники безопасности, промышленной санитарии и пожарной безопасностью;

2. К проведению НК допускаются дефектоскописты прошедшие обучение и инструктаж по безопасности труда в соответствии с требованиями ГОСТ 12.0.004;

3. Конструкция дефектоскопов и технологического оборудования должна соответствовать общим требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.003 и общим эргономическим требованиям по ГОСТ 12.2.049;

4. Оборудование рабочих мест дефектоскопами, вспомогательными устройствами и механизмами и их обслуживание должны осуществляться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.1.019, «Правилами устройства электроустановок потребителей», утвержденными Госэнергонадзором 01.06.05 и «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденными Госэнергонадзором от 12.04 г;

5. Стационарные и передвижные дефектоскопы и установки должны быть заземлены или запулены в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030. У стационарных дефектоскопов и установок для проведения магнитопорошкового контроля должны быть предусмотрены резиновые коврики пли деревянные напольные решетки.

6. Переносные электрические светильники должны иметь напряжение питания не более 36 В;

7. На каждом рабочем месте должны находиться инструкции по технике безопасности и пожарной безопасности, утвержденные главным инженером предприятия;

8. Уровень шума на рабочих местах не должен превышать нормы, установленные ГОСТ 12.1.003 для производственных помещений;

9. Требования к допустимому содержанию вредных веществ в воздухе рабочей зоны, к температуре, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне участков НК — по ГОСТ 12.1.005;

10. Требования к защите от воздействия постоянных магнитных полей должны соответствовать «Предельно допустимым уровням воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами» № 17−12−77;

11. Требования к защите от воздействия магнитных полей промышленной частоты должны соответствовать санитарным нормам и правилам «Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях» Сан П и Н 2.4.723−98;

12. Требования к защите от ультрафиолетового излучения должны соответствовать «Гигиеническим требованиям к конструированию и эксплуатации установок с искусственными источниками УФ-излучения для люминесцентного контроля качества промышленных изделий № 1854−78;

13. Отходы производства в виде отработанных дефектоскопических материалов подлежат утилизации. регенерации, удалению в установленные сборники или уничтожению.

Заключение

В данном курсовом проекте был проанализирован режим нагружения тягового хомута, на основании чего можно сделать заключение о его возможных дефектах и местах их возникновения. В наиболее сложных условиях нагружения находятся: внешние поверхности тяговых полос и кромки тяговых полос. Постоянные нагрузки способствуют образованию в них таких дефектов, как трещины-надрывы. Результатом выполнения курсовой работы является разработка методики магнитопорошкового контроля тягового хомута с целью выявления вышеперечисленных дефектов, включая расчет параметров намагничивающего устройства (соленоида), который может быть использован для намагничивания любой детали несложной формы.

Анализируя манитопорошковый метод контроля можно говорить о том, что он является весьма эффективным методом обнаружения дефектов. Когда диагностика удовлетворяет перечисленным требованиям, возникает необходимость в соответствующей оптимизации диагностических средств и технологий. Если рассматривать всю совокупность применяемых на железнодорожном транспорте диагностических комплексов, то можно отметить, что магнитопорошковый метод является весьма распространенным среди остальных методов и обладает рядом преимуществ:

— широкая информативность, так как в нем содержится вся информация о рабочих процессах;

— высокая чувствительность к возникающим неисправностям;

—высокая точность;

— широкие возможности автоматизированного анализа результатов измерения. Также следует отметить, что магнитопорошковый метод позволяет уменьшить затраты на ремонт.

Я считаю, что для достижения высокой экономической эффективности метода магнитопорошкового контроля необходимо работать в направлениях внедрения новых технологий, позволяющих упростить методику контроля, а также уменьшить затраты на проведение контроля.

1. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник ВВ. Клюев, Соснин Ф. Р., Ковалев А. В. и др.; Под ред. Клюева ВВ. М.: Машиностроение, 1995.

2. Криворудченко В. Ф., Ахмеджанов Р. А. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта — М.: Маршрут.- 2005,436 с;

3. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава/ В. В. Коломийченко, Н. А. Костина, В. Д. Прохоренков, В. И. Беляев М.: Транспорт, 1991;232 с;

4. Ергучов Л. А. Магнитные методы неразрушающего контроля деталей железнодорожного подвижного состава: пособие. — Гомель: УО «БелГУТ», 2005. — 90 с.

5. Инструкция по неразрушающему магнитопорошковому контролю деталей локомотивов и моторвагонного подвижного состава Белорусской железной дороги./ В. И. Лаврисюк, М. В. Лобковский, Е. А. Глебик, Л. А. Минич — Минск: Белорусская железная дорога, 2004 г.

6. Технологическая карта магнитопорошкового контроля автосцепки; Жлобин 2005., 8 с;

7. Неразрушающий контроль материалов и изделий: Справочник. / Под ред. Г. С. Самойловича. — М.: Машиностроение, 1976. — 456 с;

8. Автосцепка. Чертежи автосцепного оборудования — М. Трансжелдоризд, 1958, 284 с.