Введение к работе
Актуальность проблемы. Изломы литых деталей тележек грузовых вагонов являются одними из наиболее опасных дефектов, угрожающих безопасности движения поездов. Несмотря на внедрение вихретокового и феррозондового методов контроля этих деталей до 6 %"от общего числа отказов тележек приходится на изломы боковых рам и надрессорных балок.
Использование визуального, электромагнитного и магнитного методов контроля при ремонте литых деталей не позволяет в должной мере оценивать техническое состояние наплавленных изнашиваемых участков, места заварки дефектов. Существенными недостатками этих методов при поиске усталостных трещин являются невозможность контроля труднодоступных для осмотра и сканирования участков, невозможность объективного фиксирования результатов контроля. Большое значение при использовании этих методов имеет профессиональная подготовка и добросовестность оператора, выполняющего освидетельствование.
Возрастающие требования к качеству деповского ремонта и в частности к надежности неразрушающего контроля ответственных деталей вагонов приводит к необходимости разработки новых методик контроля деталей, имеющих низкую контролепригодность (к которым' относятся литые детали тележек).
В то же время, высокие возможности акустико-эмиссионного (АЭ) контроля по выявлению усталостных трещин и других дефектов, наличие быстродействующих цифровых систем АЭ контроля позволяют применить новую методику контроля литых деталей вагонов.
Таким образом, повышение достоверности контроля литых деталей подвижного состава за счет применения новых методов является актуальной проблемой.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Министерства путей сообщения РФ, Западно-Сибирской железной дороги, Сибирского государственного университета путей сообщения.
Цель работы - повышение достоверности неразрушающего контроля литых деталей подвижного состава за счет применения АЭ метода контроля. Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:
оценка особенности структурного состояния литого материала и его влияние на параметры, обеспечивающие достоверность акустического контроля, определение чувствительности АЭ контроля к дефектам различного происхождения литых деталей в условиях депо;
анализ факторов, влияющих на точность локализации АЭ источников для различных видов и типов дефектов в литых деталях подвижного состава;
испытание АЭ методом боковых рам в условиях депо и оценка достоверности контроля для различных зон с проверкой полученных данных другими методами;
разработка методики контроля литых деталей АЭ методом, определение критериев оценки дефектности литых деталей.
Методы исследования и достоверность результатов. В работе использованы результаты полученные акустическими методами контроля (акустико-эмиссионный, эхо- и зеркально-теневой), металлографическими методами оценки структурного состояния, штатными методами контроля литых деталей. Решение поставленных в работе задач осуществлялось с использованием сертифицированного в системе Госстандарта РФ и поверенного оборудования. Все параметры и характеристики АЭ записывали системой СЦАД 16.02., металлографические, ультразвуковые и другие виды исследований проводили в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, утвержденной Госстандартом РФ или МПС.
Определение чувствительности АЭ метода и акустических характеристик стальных образцов проводили в лабораторных условиях, анализ точности локализации и испытания боковых рам с различного рода дефектами в условиях депо. При обработке полученной информации использовались методы компьютерного анализа и математической статистики.
Научная новизна.
-
Доказано влияние акустических свойств литого металла на точность локализации источников АЭ в деталях подвижного состава. Впервые установлено, что с ростом величины зерна в конструкционных сталях скорость распространения ультразвуковых продольных волн возрастает, а сдвиговых и поверхностных уменьшается. Показано, что наибольшее затухание при распространении ультразвука в литом металле имеет продольная ультразвуковая волна, а наименьшее - поверхностная.
-
Установлено, что при распространении АЭ от усталостной трещины с длиной, ограниченной толщиной образца, излучаются продольные и поверхностные акустические волны. Рассчитаны диаграммы направленности излучения для обоих типов по волновым пакетам сигналов полученных при продвижении усталостной трещины. Произведена качественная оценка чувствительности контроля различных участков литых деталей.
-
Выявлено, что АЭ метод позволяет в наплавленных слоях и заваренных дефектах боковых рам выявлять" участки некачественного ремонта. Результаты контроля подтверждены ультразвуковым методом и металлографическим анализом наплавленных участков. Погрешность определения координат источника в литом металле составляет 10...50 мм по каждой координате и зависит от типа дефекта.
Защищаемые положения. 1. Совокупность экспериментальных результатов по исследованию влияния величины зерна в литой стали на распространение акустических
волн и на чувствительность и точность локализации источника при АЭ контроле.
-
Совокупность результатов по определению типов ультразвуковых волн и диаграмм направленности АЭ излучения при продвижении усталостной трещины с длиной, ограниченной толщиной образца.
-
Методика АЭ контроля литых деталей подвижного состава, позволяющая с высокой достоверностью проводить контроль качества, в том числе наплавленных и заваренных участков литых деталей. Использование комплексного критерия оценки дефектности литых деталей позволяет выявлять до 90 % потенциально опасных дефектных участков.
Практическая ценность работы.
Разработана АЭ методика для контроля литых крупногабаритных деталей подвижного состава сложной формы. Оценены эквивалентная чувствительность, погрешность определения координат АЭ контроля применительно к литым деталям в условиях деповского ремонта. Установлены критерии дефектности локальных участков литых деталей. Достоверность качества контроля наплавленных участков подтверждена ультразвуковым эхо-методом и металлографическим анализом. Метод АЭ контроля внедрен в вагонном депо ст. Кемерово Западно-Сибирской железной дороги.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации изложены в 14 публикациях и апробированы на: всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы материаловедения в металлургии» (Новокузнецк, 1997), международной научно-технической конференции «Научные основы высоких технологий» (Новосибирск, 1997), научно-технической конференции «Проблемы прочности и усталостной долговечности материалов и конструкций» (Новосибирск, 1997), научно-технической конференции «Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства Сибири» (Новосибирск, 1997), научно-практической конференции «Транссиб-99» (Новосибирск, 1999), научно-практической конференции «Новосибирск на пороге XXI века: перспективы развития и инвестиционные возможности» (Новосибирск, 1999), VI международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы материаловедения» (Новокузнецк, 1999).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 126 страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы из 125 наименований. Диссертация включает 38 рисунков, 28 таблиц и приложения.
Похожие диссертации на Повышение достоверности неразрушающего контроля литых деталей подвижного состава
