Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Инструментальная сталь. методы неразрушающего контроля (обзор литературы) 12
1 Л.Прутки из быстрорежущей инструментальной стали 12
1.1 А Технология производства 16
1. 1.2 Дефекты макроструктуры прутков 20
1.2. Приборы и методы контроля прутков 28
1.2.1 Визуальный контроль 28
1\2.2 Магнитный контроль 29
1.2.3 Ультразвуковой контроль 30
1.2.4 Бихретоковый контроль 32
1.3 Выявление дефектов с помощью волн в волноводах 34
1.4 Новая технология акустического контроля протяженных объектов 39
Выводы к главе 1 42
ГЛАВА 2. Исследования процессов распространения волн похгаммера и их взаимодействия с дефектами 43
2.1. Основные закономерности распространения стержневых и крутильных волн 44
2.2. Экспериментальные исследования скорости и затухания волн Похгаммера 51
2.3. Исследование взаимодействия волн Похгаммера с дефектами пруткового проката 56
2.4. Эффективность использования стержневых и крутильных волн при контроле прутков 61
2-5, Отражение стержневой волны от периодического изменения диаметра прутка по длине 68
Выводы к главе 2 76
ГЛАВА 3. Методы контроля прутков из инструментальной стали 78
3.1. Эхо-импульсный метод контроля прутков и установка для его реализации 79
3.2. Расчет и проектирование контрольных образцов 83
3.3. Метод контроля с использованием многократных отражений 93
3.4. Метод контроля протяженных дефектов прутков типа остатков усадочной раковины 102
Выводы к главе 3 107
ГЛАВА 4. Результаты производственных испытаний технологии контроля 109
4.1, Отбор партии для контроля 109
4.2, Организация акустического контроля прутков 110
4.3, Организация и результаты металлографических исследований 113
4.4, Сопоставление результатов акустического контроля и металлографических исследований 119
4.5, Внедрение в производство 128
Выводы к главе 4 135
Заключение 137
Список использованных источников
- Дефекты макроструктуры прутков
- Экспериментальные исследования скорости и затухания волн Похгаммера
- Метод контроля с использованием многократных отражений
- Организация и результаты металлографических исследований
Введение к работе
Среди продукции предприятий черной металлургии и машиностроения большой объем занимает стальной прутковый прокат» нашедший широкое применение в качестве заготовок при производстве режущего и измерительного инструмента. Такой инструмент как режущие полотна, резьбонарезной инструмент, сверла» зенкеры, дисковые фрезы, долота, метчики и др. производятся из прутков - заготовок быстрорежущей инструментальной стали Р6М5, занимающей доминирующее положение среди марок быстрорежущих сталей (более 70% от общего выпуска).
Важнейшим условием производства инструментов высокого качества является отсутствие в прутках — заготовках различных дефектов, возникающих при нарушении отдельных этапов технологического процесса производства прутков.
К таким дефектам относят;
Внутренние дефекты - пятнистая ликвация, центральная пористость, подкорковые пузыри, межкристаллические трещины, неметаллические включения, грубые раскатанные поры, остатки усадочной раковины, подусадочная рыхлота, свищи (газовые пузыри), расслоение, шлифовочные трещины, закаты и заковы, флокены и др.
Поверхностные дефекты - риски (от шлифования, полирования), отпечатки, заусенцы, коррозия, царапины, трещины напряжения и др.
В соответствии с ГОСТ 19265-73 [4] для прутков D<80 мм допускаются дефекты (риски, царапины, трещины) с глубиной зачистки, не превышающей Vi допуска на размер (в зависимости от квалитета).
Наличие внутренних дефектов в прутке - заготовке, расположенных преимущественно в осевой зоне и, являющихся протяженными вдоль всего прутка, из-за невозможной идентификации их при визуальном осмотре, может повлечь поломку инструмента как при его производстве, так и при его эксплуатации и как следствие, к излишним производственным затратам.
Прутки - заготовки, в которых выявлены подобные дефекты, должны быть отнесены к бракованным и подлежат изъятию из процесса производства инструмента.
При обнаружении локализованных в прутке дефектов и определении их координат, дефектные участки могут быть изъяты, а бездефектная часть заготовки использована для дальнейшего производства инструмента.
На многих предприятиях — изготовителях продукции черной металлургии для контроля пруткового проката и изделий из него используют вихретоковый, магнитный и ультразвуковой методы контроля. Все они имеют один общий недостаток - необходимость сканирования тела прутка, что требует соответствующего механизированного оборудования.
Кроме того, ультразвуковые методы с использованием высоких ультразвуковых частот требуют тщательной обработки поверхностей контролируемых объектов и применения контактной жидкости, что отрицательно сказывается на производительности установок. При малых диаметрах прутков использование ультразвуковых методов также неприемлемо из-за наличия мертвой зоны. Вихретоковый метод контроля, несмотря на преимущество бесконтактной работы, позволяет выявить лишь поверхностные и приповерхностные дефекты.
Как правило, на предприятиях - изготовителях инструмента отсутствует входной контроль на наличие внутренних и поверхностных нарушений прутков-заготовок инструментальной стали (исключение составляет визуальный контроль на поверхностные дефекты), что зачастую приводит к браку производимой продукции.
В Ижевском государственном техническом университете под руководством профессора Буденкова Г\А. разработана новая прогрессивная технология акустической дефектоскопии протяженных объектов, основанная на использовании волн в стержнях (волн Похгаммера). Технология предполагает использование при контроле симметричной моды So волны
Похгаммера в области минимальной дисперсии скорости, либо нулевой крутильной моды То, дисперсия скорости которой вообще отсутствует.
Ввиду того, что некоторые виды режущего инструмента (пилы, долота, метчики) в процессе эксплуатации испытывают растягивающие и сжимающие нагрузки, а, например, сверла - действие момента вращения относительно оси симметрии, представляется целесообразным проводить контроль прутков-заготовок из инструментальной стали с использованием нулевой симметричной моды So волны Похгаммера или крутильной волны.
Прутки из инструментальной стали малых диаметров (от 1,8 до 30 мм) при длине 500 - 6000 мм рассматриваются как протяженные объекты, в которых могут распространяться волны Похгаммера.
Характерной особенностью используемых типов волн является чрезвычайно низкое затухание, позволяющее прозвучивать достаточно протяженные объекты, в идеале - длиной в несколько сотен метров- При незначительной дисперсии скорости (или ее отсутствии) практически не искажаются импульсы, распространяющиеся в объекте контроля. Распределение смещений вдоль оси в волне So является практически равномерным по всему сечению прутка, что позволяет обеспечить одинаковую чувствительность к дефектам в любой области сечения.
Разработка методов акустического контроля прутков из инструментальной стали, основанные на использовании стержневых волн, представляется перспективным направлением исследований, поскольку технология и аппаратура, реализующая ее, эффективно используется для входного контроля прутков-заготовок при производстве насосных штанг D= 17-25 мм.
При разработке технологи акустического контроля прутков из инструментальной стали необходимость дополнительных исследований диктуется существенными различиями в технологических процессах производства прутков-заготовок насосных штанг и прутков из инструментальной стали, различием их прочностных свойств и значительным отличием по диаметрам и квалитетам.
При существенной конкуренции на рынке инструмента, необходимым является повышение качества продукции, выпускаемой предприятием. Поэтому дефектоскопия прутков—заготовок из инструментальной стали на наличие поверхностных и внутренних дефектов является актуальной-Помимо входного контроля пруткового проката на наличие внутренних и поверхностных дефектов, необходим текущий контроль прутков, хранимых на складе, в связи с возможностью возникновения дефектов из-за нарушений условий хранения и транспортировки со склада в цех, где производится инструмент.
Внедрение новой технологии акустического контроля пруткового проката на предприятии повысит качество выпускаемой продукции, одновременно способствуя снижению затрат на ее производство.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка прогрессивной технологии акустического контроля прутков из инструментальной стали малого диаметра с использованием волн Похгаммера, обеспечивающей качество инструмента и уменьшение производственных затрат.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
1. Обоснование целесообразности использования волн Похгаммера для неразрушающего контроля протяженных прутков малого диаметра;
Исследования процессов распространения волн Похгаммера и их взаимодействия с дефектами;
Разработка контрольных образцов и акустических методов контроля прутков (метод с использованием волн Похгаммера, PC датчика, эхо-сквозной метод, основанный на многократных отражениях);
Испытание разработанных методов и аппаратуры в производственных условиях и сопоставление результатов неразрушагощего контроля с металлографическим, визуальным и измерительным контролем.
На защиту выносятся:
Результаты исследования процессов распространения симметричной моды Sq волны Похгаммера и крутильной волны и их взаимодействия с дефектами прутков.
Рекомендации по проектированию контрольных образцов для настройки параметров аппаратуры с учетом диаметра прутка и его квалитета.
Методы контроля пруткового проката инструментальной стали (эхо-импульсный метод, с использованием моды 5л и крутильных волн, эхо-сквозной метод, основанный на многократных отражениях).
Рекомендации по проектированию аппаратуры акустического контроля прутков из инструментальной стали малых диаметров.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 68 наименований и 6 приложений. Диссертация изложена на 151 листе, содержит 11 таблиц, 59 иллюстраций.
Краткое содержание работы. Поставленная цель и задачи определили
структуру диссертации.
*
В первой главе-«Инструментальная сталь. Методы контроля прутков»
описаны: марки и химический состав быстрорежущих инструментальных сталей, технологические процессы проката и производства режущего инструмента.
Дан подробный литературный обзор по различным видам дефектов, встречающиеся в прутках - заготовках на различных технологических этапах, а также их опасность.
Рассмотрены существующие методы неразрушающего контроля (визуальный, магнитный, вихретоковый, ультразвуковой). Сделано обоснование целесообразности использования волн Похгаммера для контроля прутков из быстрорежущей инструментальной стали малых диаметров с целью получения информации о наличии в них опасных внутренних и поверхностных дефектов.
Во второй главе — «Исследования процессов распространения волн Похгаммера и их взаимодействия с дефектами» рассмотрены основные закономерности процессов распространения стержневых (So) крутильных (Т0) волн, используемых при контроле прутков - заготовок их инструментальной стали, система дисперсионных кривых фазовых скоростей волн Похгаммера. Исследованы взаимодействия данных типов волн с искусственными и естественными дефектами пруткового проката из инструментальной стали-
Описана методика и результаты экспериментальных исследований по определению скорости распространения и коэффициентов затухания волн Похгаммера ^ и крутильной волны То.
Рассмотрены процессы взаимодействия стержневых и крутильных волн с дефектами пруткового проката и обоснована эффективность их использования при контроле. Теоретически и экспериментально определены коэффициенты отражения от искусственных моделей дефектов.
Представлена модель дефекта пруткового проката в виде периодического изменения диаметра по длине прутка и выработаны рекомендации по увеличению чувствительности аппаратуры при наличии этих изменений для выявления мелких внутренних и поверхностных
дефектов.
В третьей главе - «Методы контроля прутков из инструментальной стали» представлен эхо-импульсный метод контроля прутков с использованием стержневой волны, а также установка, реализующая данный метод контроля, с применением разработанных низкочастотных электроакустических преобразователей.
Предложен эхо-сквозной метод контроля пруткового проката на наличие малых дефектов, с использованием стержневой волны Похгаммера, основанный на многократных отражениях зондирующего импульса от дефектов и от торцов объекта контроля.
Проведены расчеты коэффициентов отражения от искусственных дефектов с площадью 5d, эквивалентной отклонению по площади прутка в соответствии с его диаметром и квалитетом для проектирования контрольных образцов, предназначенных для настройки параметров акустического дефектоскопа.
Описан метод контроля протяженных дефектов типа остатков
усадочной раковины, с использованием высокочастотного
электроакустического преобразователя (PC ПЭП), работающем на частоте 5 МГц, с малой мертвой зоной (1 -2 мм). Результаты контроля по предложенным методам представлены в виде эхограмм.
В четвертой главе - «Результаты производственных испытаний технологии контроля» представлены результаты акустических и металлографических исследований.
Описан процесс контроля на предприятии ДОАО «Ижевский инструментальный завод»: отбор партии прутков из инструментальной стали, место проведения контроля и акустическая установка, с помощью которой производился контроль.
Проведены металлографические исследования макроструктуры металла на наличие внутренних дефектов. Результаты металлографических исследований представлены в таблице и фотоснимками темплетов, содержащие поверхностные дефекты и поперечных шлифов с дефектами макроструктуры.
Описан переносной акустический дефектоскоп прутков ПАДП для неразрушающего контроля пруткового проката из" быстрорежущей инструментальной стали, разработанный на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертации.
Дефекты макроструктуры прутков
Все дефекты вызывают изменение одной или нескольких характеристик металлов и их сплавов - плотности, электропроводности, магнитной проницаемости, упругих свойств и т.д. [9].
Особенности образования усадочных раковин и газовых выделений в слитке при различных способах получения сталей являются причиной возникновения ряда дефектов, которые могут встречаться в металлургической продукции. Требования, которые предъявляются к заготовкам, особенно к качеству их поверхности, сильно зависят от характера дальнейшей обработки.
Сложность заключается в правильном определении технологического этапа, на котором образовался тот или иной вид дефекта.
Дефекты, обнаруживаемые при контроле изделий, подразделяют на поверхностные и внутренние. Поверхностные дефекты возможно выявить визуально при внешнем осмотре; внутренние дефекты требуют макроскопического анализа, предусмотренного нормативной документацией.
Все дефекты подразделяются на критические, значительные и малозначительные. Критическим считается дефект, при наличии которого использование продукции по назначению практически невозможно или недопустимо. Значительным считается дефект, который существенно влияет на использование продукции по назначению и ее долговечность. Например, наличие внутреннего дефекта типа усадочной раковины в конечном виде продукции может привести к ее излому в процессе нагружения. Малозначительным считается дефект, который не существенно влияет на использование продукции по назначению и ее долговечность.
Внутренние дефекты макроструктуры стали. Макроанализ заключается в определении строения металла путем просмотра его излома или поверхности невооруженным глазом или через лупу при больших увеличениях - до 30 раз. Это позволяет наблюдать одновременно большую поверхность и получить представление об общем; строении металла и о наличии в нем определенных пороков. Макроанализ позволяет выбрать те участки, которые требуют дальнейшего микроскопического исследования [13]. В соответствии с ГОСТ 19265-73 [4] недопустимыми дефектами макроструктуры быстрорежущей инструментальной стали являются:
Литейные дефекты. Одним из основных дефектов плавки является несоответствие металла заданному химическому. составу, которое обуславливается ошибками, допущенными при расчете шихты, неправильным ведением процесса плавки или выгоранием отдельных компонентов сплава.
Специфическим дефектом литого металла является ликвация.
Ликвация - неоднородность отдельных участков металла по химическому составу скелета дендрита и объему зерна, структуре, неметаллическим и газовым включениям. Различают два вида: точечная неоднородность, точечная ликвация, пятнистая ликвация- Развитие дефекта (балл) определяется количеством, резкостью проявления, размером пятен и площадью образца, пораженного пятнами,
Грубая пятнистая ликвация - широкие полосы с иной кристаллической структурой, чаще темные, произвольно расположенные по сечению заготовок.
Центральная пористость - мелкие пустоты, не заварившиеся при горячей механической обработке слитка. На макротемплете пористость выявляется в виде мелких или отдельных крупных темных точек - пор. Развитие дефекта (балл) определяется количеством, размерами пор и площадью образца, пораженной пористостью.
Подкорковые пузыри — мелкие пустоты — поры, расположенные вблизи или на поверхности заготовки- Форма дефекта зависит от глубины залегания; в виде округлых, овальных или закатанных до тонких «черточек»- Степень развития дефекта оценивается в баллах.
Межкристаллические трещины - в виде трех и более извилистых, тонких, паукообразных полосок, направленных от оси заготовки в стороны. Балл возрастает с увеличением количества и размера трещин.
Неметаллические включения - возникает при недостаточной очистке зеркала расплавленного металла от шлака и флюса перед заливкой, плохого отвода их в процессе разливки, К включениям относятся также оксиды железа и различных металлов, добавляемых в процессе плавки, частицы формовочного материала, электродов и др. При обработке давлением они деформируются (раскатываются), но не устраняются. Грубые раскатанные поры и газовые пузыри — отдельные нитевидные полосы с искаженной кристаллической структурой- Пузыри могут быть одиночными, групповыми, расположенными по всему сечению, в центре или у поверхности заготовок.
Остатки усадочной раковины - в осевой зоне в виде темной или светло - серой со шлаком полосы, с некристаллической структурой или с заглаженной, притертой, окисленной поверхностью. Подусадочная рыхлота - местное скопление мелких усадочных раковин. Одна или несколько темных полос с грубослоистой структурой, часто сопровождающихся порами, шлаковыми включениями. Корочки (экзогенные включения) - участки различной травимости, разные по форме и величине. Могут быть темными или светлыми в зависимости от места расположения по высоте слитка, от химического состава, температуры образования и степени насыщенности газовыми и. неметаллическими включениями;
Экспериментальные исследования скорости и затухания волн Похгаммера
Таким образом, скорость стержневой волны С5о 5278±3,0 м/с, скорость крутильной волны Ст(г3327±3у0 м/с, при числе измерений н=15 и доверительной вероятности а = 0,9. В качестве неисключенных систематических погрешностей измеряемых параметров длины и времени принимаем основные допустимые погрешности применяемых средств измерений (половина минимального деления для рулетки и временной шкалы осциллографа).
При измерениях коэффициента затухания S используется функциональная схема рис. 2.6. Ввиду того, что в эксперименте ЭМАП практически не демпфируют колебания, потерями на отражение на торцах прутка можно пренебречь (полагаем коэффициент отражения от торца равным 1). В условиях эксперимента ослабление волны (стержневой или крутильной) происходит по следующему закону: t/» = V (2-II) где Un(r) - амплитуда я-го отраженного импульса; U0 - амплитуда первого принятого импульса; - коэффициент затухания в объекте; гп - расстояние пройденное ультразвуковой волной за п отражений, гл = 2«i,
После несложных преобразований можно получить следующую формулу для вычисления коэффициента затухания 5 в условиях эксперимента: 5 = \n(UJUJ (2Л2) г Величина, обратная коэффициенту затухания показывает расстояние r9t на котором амплитуда сигнала уменьшается в е раз; Г=І. (2ЛЗ) S
Зная длину исследуемого прутка L, номер отражения п и определяя амплитуду первого принятого импульса U0 и амплитуду п-го отраженного импульса Un, можно вычислить значение коэффициента затухания по формуле (2,12).
Данные измерений и результаты расчетов коэффициента затухания для стержневой и крутильной волн по 15 отражениям представлены в табл. 2.2. Таким образом, коэффициент затухания стержневой волны Js0=G,OlO3±O,OOl 1/м, крутильной волны - 5 =0,014±0,001 1/м при числе измерений к=14 и доверительной вероятности а = 0,9- Расстояние, на котором амплитуда волны убывает в є раз составляет: для продольной волны ге 97 м, для крутильной волны ге»71 м.
В табл. 2.3 показано, как изменяется амплитуды волны при прозвучиванин прутка длиной 1 м, 5 м, 10 м, 20 м для стержневой моды S0 и крутильной волн соответственно.
Из табл.23 следует, что амплитуда сигнала, даже при прозвучивании достаточно длинных (до 10 метров) прутков с использованием указанных типов волн, изменяет амплитуду сигнала в среднем на 1 дБ, поэтому при проектировании аппаратуры контроля нет необходимости во временной регулировке чувствительности.
Следует отметить,. что теоретические расчеты коэффициентов затухания по формулам (2.7)-(2.9) при основной частоте в. спектре зарегистрированного сигнала, равной _/д=77 кГц дают для стрежневой волны значение &$(г$,014 1/м, крутильной волны - (5 =0,0077 1/м, что удовлетворительно согласуется с полученными І экспериментальными данными.
Различие между теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями обусловлено демпфированием волн в площадках опоры образца в эксперименте,.
Незначительное количество работ [44] по исследованию закономерностей отражения нормальных волн от дефектов в стержнях, явилось, вероятно, одной из причин отсутствия. надежных и эффективных методов контроля прутков с использованием волн Похгаммера. Благодаря ВОЛНОВОДНЬЕМ свойствам объектов контроля в виде протяженных (много больших длины волны) прутков могут возникать качественно иные закономерности распространения и отражения волн. Похгаммера от неоднородностей в прутках, которые не могут быть описаны с использованием известных формул акустического тракта при использовании объемных волн [42]. При этом актуальной представляется задача расчета акустического тракта при использовании волн Похгаммера в области низких частот или малых диаметров, когда размеры реальных неоднородностей много меньше длин излучаемых волн.
Результаты исследования процессов взаимодействия стержневых волн с искусственными и естественными поверхностными и внутренними дефектами показали [42]? что они обусловлены: - отражением от областей с отличающимся механическим импедансом Z=SpC = S fEp; - переизлучением акустических волн вследствие перепада напряжений в области дефектных участков - концентраторов напряжений при прохождении по прутку зондирующего импульса,
К первым относятся вмятины, механические повреждения, плены, утяжины, закаты, расслоения, включения, ко вторым - трещины, волосовины. При этом глубина и раскрытие волосовин и трещин, размеры инородных включений могут составлять сотые или тысячные доли от длины акустической волны на основной частоте спектра зондирующих импульсов, в отличие от классических методов ультразвукового контроля, с помощью которых выявляются дефекты, соизмеримые с длиной волны.
Рассмотрим подробнее механизм взаимодействия стрежневых и крутильных волн с дефектами, сопровождающимися скачком механического имепеданса Z.
При распространении вдоль прутка моды S0 в области минимальной дисперсии скорости, продольная деформация стержня является однородной вдоль его сечения и представляет собой простое растяжение или сжатие вдоль оси z Uz- Уравнение продольных колебаний стержня может быть записано в виде уравнения плоской волны [45]:
Метод контроля с использованием многократных отражений
Известно [56], что при прозвучивании изделий с плоскопараллельными поверхностями в виде пластин на экране дефектоскопа можно наблюдать серию многократно переотраженных эхо-импульсов, следующих один за другим на расстояниях, равных толщине пластины. Уменьшение эхо-сигнала по мере увеличения количества отражений обусловлено несколькими, причинами: - затуханием ультразвука в материале пластины по экспоненциальному закону; - расхождением ультразвукового пучка по закону сферической волны; - потерями при отражении на границе объект контроля — преобразователь.
Потери, обусловленные расхождением, могут оказаться преобладающими при контроле толстостенных объектов, а также материалов с невысоким затуханием. Потери на отражение велики для пьезопреобразователей с акустически жестким протектором при контакте с металлом, несколько меньше - для пьезопреобразователей с акустически мягким протектором и практически отсутствуют при бесконтактном способе возбуждения - приема, например, с использованием электромагаитно-акустических преобразователей.
Если в пластине имеется один небольшой дефект, который еще незначительно искажает эхо-импульс от задней стенки, например слой с некоторой конечной проницаемостью, то отражение от него будет наблюдаться за каждым многократным отражением от задней стенки- При этом амплитуда эхо-сигнала от дефекта изменяется иначе, чем амплитуда отражения от задней стенки. В [56] указывается, что место наибольшей чувствительности к дефекту располагается в конце ближнего поля, а в дальнем поле амплитуда эхо-импульса уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния.
Несмотря на некоторое возрастай if с чувствительности к дефектам в зоне тюткржиых отражений этот факт ме нашел практического применения.
В [571 показано, что мшшм&льиыми потерши сопровождается ітроцеос раепространеїшя uo прутку воли Похпшмер Распространяясь только в одном направлении (вдоль прутка), волны Похгаммсра являются плоскими и ослабляются лишь за счет затухания Б материале объекта контроля. Затухаг-ше моды 6 г, волны Похгшшера в области минимальной дисперсии скорости (Ей низкой чеетоте), обусловленное внутренними потерями невелико что шшояяет наблюдать серию многократных отражений в достаточно протяженных прутках. На рис, 3.7 представлена фушсштопалшан єхеші жшеримент&иьной установки дгш наолюдения за картиной миошкрагных обряжений в прутке.
В пругке 1 длиной /. со стортньї одного иг торщш с помощью электромапштно-акустического (ЭМЛ) ктучт ян З нігюужд&ются короткие акустические импульсы симметричной моды So которые после прохождения по прутку регистрируются ЭМА-ирнешшком 4, преобразующим акустические колеб&їпш 3 электрические игкшульсы, наблюдаемые WA электронном осциядографс 5. Генератор :тек гри четких импульсов 65 питающих ЭМА излучатель 3, и развертка осциллографа 5 синхронизируются генератором синхроимпульсов ,
Мода SQ В прутке возбуждается ЭМА-шлучателем за счет .эффекта Джоуля (л инейїюй магаитострикцш), регистрация импульсов моды 8$ ЭМА» приемником 4 происходит за счет обратимости мапштострмкш-юнпого эффекта. Ввиду того, что ЗМ А-излучатель и ЗМА-приемыик практически не демпфируют колебания, а затухание стержневой водны невелико, на экране осциллографа наблюдаются импульсы, многократно (десятки раз) заерешр&жеЕшьге от торцов прутка.
На рис, ХЯ изображена серия эхо-импульсов в прутке диаметром 2,3 мм длиной 538 мм из инструментальной стали Р6М5.
Расют ко - ффШЕ иента затухания плоской стержневой волны (в отсутствии потерь на расхождение в отражение та граница преобразователь - объект контроля) в соответствий с осциллограммой дает среднее значение $&0.05 1/м: то есті, амплитуда сигнала убывает в е раз на расстояния 20 матрон.
Если в прутке имеется дефект, например, сегментный паз 2 на расстоянии -0,25L от одного из торцов (рис. 3.7), то на участке между зондирующим и прошедшим импульсами эхо-импульс от дефекта отсутствует, так как излучатель и приемник расположены с противоположных торцов прутка. В последующих отражениях на участках между соседними донными импульсами наблюдаются по два эхо-импульса от дефекта, причем в каждом последующем о іражеиии их амплитуда увеличивается (рис.3.8),
Эти факты могут быть объяснены с помощью схемы прохождения импульсов по прутку, представленной на рис. 3.9, а и соответствующей ей осциллограммы (рис. 3.9, б).
Организация и результаты металлографических исследований
Контроль прутков-заготовок инструментальной стали для производства режущего инструмента проводился на ДОАО «Ижевский инструментальный завод» на основании производственного задания. Основными поставщиками. металла на завод являются ОАО «Ижсталь», ООО «РИК», ООО «Молот» и унитарное специализированное предприятие (УТСП).
Объем получаемого металла составляет 1800 тонн в год. Минимальный диаметр прутков - заготовок )=1,8 мм, длина прутков согласно ГОСТ 14955 - 77 =2500 - 6000 мм [50]. Сталь поставляется в термообработанном состоянии. Твердость в состоянии поставки - 14-18 HRC согласно ГОСТ 19265 - 73 [4], Предельные отклонения по диаметру -по квалитету Л9. Металл из легированных марок сталей поставляется в виде следующего проката: 1. Круглый горячекатаный прокат Р6М5, Р18, Р6М5К5 диаметрами 12,0 -100,0 мм (170 тонн/год); 2. Прутки круглые «серебрянка» Р6М5, Р6АМ5, Р6АМ5Ц диаметрами 1,8 — 10,8 мм (40 тонн/год). Кроме того, сталь поставляется в виде горячекатаных полос и квадратного горячекатаного проката.
На предприятии ДОАО «ИИЗ» металлопродукцию принимают партиями. Партия состоит из металлопродукции одной плавки, одной группы, одного размера, одной подгруппы и одинакового режима термической обработки. Качество поверхности проверяют на всех прутках при приеме металла в складском помещении цеха. Для проверки химического состава отбирается один пруток из партии. При поступлении по металлопродукции на склад предприятия производится визуальный осмотр прутков с соблюдением требований приемки (контроль по размерам и внешнему виду). Контроль на наличие поверхностных и внутренних дефектов не производится.
Для производственных испытаний технологии . акустического контроля были отобраны партии прутков из инструментальной стали: диаметр прутков - заготовок диаметрами D — 1,8 - 12 мм длиной прутков L не менее 1000 мм общим количеством 3000 штук (—2500 кг).
Организация акустического контроля прутков
Исследования по выявлению дефектов в прутках - заготовках из инструментальной стали Р6М5 были проведены в складском помещении ДОАО «Ижевский инструментальный завод».
Схема установки для производственных испытаний технологии контроля представлена на-рис.4 Л. Испытания проводились с помощью акустического дефектоскопа насосных штанг АДНШ с использованием специально изготовленных электро-акустических преобразователей (см. гл. 3).
Контролируемые прутки в количестве 15-20 штук (в зависимости от диаметра) укладываются на специальный стеллаж, состоящий из четырех — пяти опор и обеспечивающий горизонтальность расположения на нем контролируемого объекта. Опоры должны быть покрыты жесткой пористой резиной шириной 50 - 100 мм и толщиной не менее 10 мм, с целью устранения возможных паразитных отражений от мест соприкосновения прутка со стеллажом.
На участке контроля был обеспечен доступ рабочих к обоим торцам прутка, а также были предусмотрены места для размещения блоков ГПУ и блоков ЭАП на расстояниях не более 1,0 м от торцов контролируемых прутков. Ill Персональный компьютер с АЦП, монитор, принтер, блок бесперебойного питания и блок УКП были установлены в специальный промышленный шкаф на расстоянии не более 15 метров от дальнего конца контролируемых прутков. К промышленному шкафу подведено электрическое питание от однофазной сети переменного тока (220±22) В? (50±1)Гц.
Блоки ЭАП устанавливали на торцы контролируемого прутка. Предварительно с торцов прутков были удалены грубые заусенцы для осуществления надежного акустического контакта между преобразователем и объектом контроля. Контакт приемника блока ЭАП с торцом прутка осуществляется через контактную смазку (солидол или вазелин) в количестве 0,05-0,1 г смазки на одну процедуру контроля и один слой полихлорвиниловой изоляционной ленты. Контроль проводился с двух торцов прутка вследствие наличия неконтролируемой зоны (=200 мм) в области торца со стороны ввода акустического импульса
