Техническое диагностирование в локомотивном хозяйстве

Жесткие эндоскопы имеют цилиндрическую конструкцию, внутри которой расположены линзы и механизм настройки. Основой гибких эндоскопов являются светопроводящие волокна, из которых формируются световодные жгуты. Обычный волоконно-оптический эндоскоп состоит из источника света; двух световодных жгутов, один из которых предназначен для передачи изображения, а другой — для передачи света; окуляра и микрообъектива, соединенного с торцом световодного жгута. В локомотивных депо нашли применение жесткие линзовые эндоскопы АС-1 и гибкие ОД-20Э, ВОЛЭНД-Т.

3.7. Газоаналитический метод

Метод заключается в определении скорости потока воздуха, его температуры, давления, а также химического состава выхлопных газов. Имея эталонные данные рассматриваемых параметров, можно определить техническое состояние дизельных и карбюраторных двигателей. Метод нашел применение при диагностировании тепловозных дизелей.

4. Методы неразрушающего контроля

4.1. Классификация видов неразрушающего контроля

Неразрушающий контроль составляет группу методов, объединенных общностью физических явлений, происходящих в процессе определения технического состояния узла или детали подвижного состава. В настоящее время существует 9 видов неразрушающего контроля;

• магнитный, включающий в себя магнитно-порошковый, магнитографический и магнитоферрозондовый методы;
• акустический, включающий в себя различные контактные и бесконтактные ультразвуковые методы;
• капиллярный, основанный на явлении проникновения специальных жидкостей в зону дефекта, включает в себя методы цветной, люминесцентной дефектоскопии, метод меловой пробы и др.;
• оптический;
• радиографический;
• радиоволновой;
• электромагнитный (вихретоковый);
• метод магнитной памяти.

По назначению неразрушающий контроль может подразделяться на несколько типов: дефектоскопия; толщинометрия; структуроскопия; течеискание.

Применение всех видов неразрушающего контроля основано на взаимодействии контролируемого изделия с электромагнитными или акустическими полями и проникающими частицами или веществами. Совокупность методов и средств, позволяющих выявлять дефекты в изделиях без их разрушения, называется дефектоскопией. Для выявления дефектов в проверяемом изделии методами неразрушающего контроля промышленностью выпускаются специальные приборы — дефектоскопы. В определенных случаях при помощи дефектоскопа можно установить не только наличие дефекта, но и определить его координаты, размеры и ориентацию.

Качество неразрушающего контроля оценивается достоверностью его методов, которая зависит не только от качества используемого оборудования и особенностей физических процессов, но и от человеческого фактора. Для обеспечения достоверности контроля оборудование проходит регулярную проверку в органах метрологического контроля, а операторы-дефектоскописты — периодическую проверку знаний и повышение квалификации.

4.2. Сравнение свойств и особенностей различных видов неразрушающего контроля

Перечисленные виды неразрушающего контроля отличаются большим разнообразием физических принципов и, следовательно, технических средств. Одни из них наиболее просты в применении и выполняются простейшими устройствами. Например, капиллярный контроль относительно легко осваивается и не требует сложных устройств, но не отличается высокой производительностью. Он удобен для обнаружения поверхностных дефектов в объектах с довольно сложной конфигурацией, где применение других методов не дает такого эффекта.

Простотой устройств и легкостью расшифровки отличаются вихретоковый, магнитопорошковый методы, которые распространены при обслуживании подвижного состава и в промышленности. Особенно широко распространен ультразвуковой эхо-импульсный метод. Глубоко проникающие в металл ультразвуковые волны позволяют обнаруживать не только поверхностные, но и заглубленные дефекты. Относительно простое устройство аппаратуры, высокая производительность контроля, возможность ее дальнейшего повышения при автоматизации расшифровки результатов с помощью вычислительных устройств — все эти достоинства обеспечили ультразвуковому методу одно из ведущих мест при дефектоскопии изделий. Контроль ответственных элементов без полной разборки узлов представляет собой уникальную возможность применения ультразвукового метода на подвижном составе железных дорог. Метод незаменим при дефектоскопировании подступичных частей и шеек осей колесных пар в сборе с колесными центрами и кольцами роликоподшипников, а также валов якорей тяговых электрических двигателей в зоне под железным сердечником. Исключение необходимости полной разборки этих узлов при ремонте увеличивает срок их эксплуатации, дает значительную экономию средств и повышает производительность ремонта подвижного состава.

Магнитный неразрушающий контроль охватывает множество магнитных методов, основанных на регистрации магнитных полей рассеяния дефектов или на определении магнитных свойств контролируемого изделия. Регистрация магнитных полей дефектов может осуществляться различными способами. Широко применяются магнитные порошки и суспензии, ферромагнитные пленки, феррозонды и индукторы.

При магнитопорошковом методе для определения места дефекта ферромагнитным порошком или ферромагнитной суспензией равномерно покрывают намагниченное изделие. Мелкие частицы порошка или суспензии собираются под действием магнитного поля вблизи дефекта и позволяют легко обнаружить его при визуальном осмотре. Такой метод, широко применяемый для контроля изделий из ферромагнитных металлов, обладает высокой чувствительностью. С его помощью могут быть найдены поверхностные и подповерхностные дефекты на глубине до 10 мм. Недостатком метода является низкая производительность контроля, трудность его автоматизации и зависимость от человеческого фактора.

Магнитографический метод реализуется путем наложения на поверхность намагниченного изделия ферромагнитной пленки. На такой пленке остается магнитный «отпечаток» полей изделия и дефектов в нем. Отпечаток «считывают» с помощью устройства с магнитной головкой и регистратором сигналов. Метод удобен для контроля сварных швов и дефектов в трубопроводах. Он более производителен, чем магнитопорошковый, возможна автоматизация процесса; однако метод менее чувствителен, его применение затруднено при контроле деталей сложной формы.

Магнитоферрозондовый (феррозондовый) метод обладает высокой чувствительностью. Он основан на считывании распределения параметров магнитного поля на поверхности намагниченной контролируемой детали с помощью феррозондовых преобразователей. С его помощью можно обнаруживать как поверхностные, так и подповерхностные дефекты на глубине залегания до 40 мм. Он не предъявляет больших требований к шероховатости поверхности: зазор между преобразователем и контролируемой поверхностью, обусловленный наличием загрязнений, может достигать больших величин.

Акустический неразрушающий контроль основан на использовании упругих механических колебаний, возбуждаемых в контролируемом изделии. Для образования и регистрации упругих колебаний применяют различного рода электромеханические преобразователи: наиболее часто для этих целей применяют пьезоэлектрические и реже электромагнитно-акустические преобразователи. Акустический контроль широко применяется при определении технического состояния изделий из черных и цветных металлов, пластмасс, резины и других строительных материалов. Акустический метод позволяет не только выявить различные дефекты, несплошности и неоднородности в изделиях, но и измерить толщину стенок изделия.

Достоинством этого метода являются возможность контроля внутренних и недоступных зон изделия; применение автоматизации расшифровки результатов контроля. Недостатком является необходимость «акустического контакта» преобразователя с поверхностью проверяемого изделия, так как акустический сигнал при прохождении через слой воздуха между преобразователем и поверхностью контролируемой детали ослабевает. Для устранения этого недостатка зону контакта заполняют «контактной жидкостью» (водой, маслом, глицерином).

Возможно расширение перечня узлов диагностирования с применением акустического контроля: с его помощью можно исследовать структуру материала, определять некоторые особенности формы и ориентации дефектов.

Капиллярный неразрушающий контроль основан на возможности проникновения в полости поверхностных дефектов специальных жидкостей, которые называют индикаторными или «пенетрантами». Вещество наносят на изделие и затем очищают его поверхность. При этом жидкость остается в полостях дефектов, которые могут быть легко обнаружены. Этот метод обладает низкой производительностью и плохо поддается автоматизации, поскольку обнаружение дефекта ведется визуально по очертаниям трещин. Достоинство метода — его высокая чувствительность: минимальные размеры обнаруживаемых трещин 1 мкм ширины, 10 мкм глубины и 100 мкм длины.

Оптический метод контроля применяется для измерения геометрических размеров изделия, его поверхностного состояния и выявления некоторых видов трещин. Для отыскания дефектов деталь необходимо очистить; с помощью увеличительной лупы с подсветкой можно обнаруживать трещины шириной до 30 мкм.

Радиоволновой метод контроля применяется в основном для проверки диэлектрических и полупроводниковых изделий, может быть использован также и для обследования состояния поверхностей изделий из электропроводящих материалов. Сущность метода состоит в регистрации изменения характеристик электромагнитных колебаний, взаимодействующих с контролируемым изделием. При этом используются радиоволны сверхвысокочастотного диапазона. Радиоволны способны приникать в металлы лишь на очень малую глубину (единицы микрон). Это обстоятельство ограничивает возможности радиоволнового контроля для металлоизделий.

Электромагнитный метод (вихретоковый) применяется для дефектоскопии изделий из токопроводящих материалов. Кроме того, он используется в толщинометрии и структуроскопии. Сущность метода состоит в оценке распределения вихревых токов в объекте. Для возбуждения вихревых токов в поверхностном слое металла используют различные преобразователи, состоящие из одной или нескольких катушек индуктивности. Катушки возбуждаются переменным током и создают переменное магнитное поле, которое на поверхности объекта наводит вихревые токи. Магнитное поле от вихревых токов, в свою очередь, воздействует на катушки преобразователя, изменяя их полное электрическое сопротивление или наводя в них электродвижущую силу. Изменение на выводах катушек преобразователя напряжения или полного сопротивления является необходимой информацией о состоянии поверхностного слоя контролируемого объекта.

Вихретоковому контролю могут подвергаться изделия из черных и цветных металлов. С его помощью может быть получена информация о толщине стенки объекта, о его электрической проводимости, магнитной проницаемости, наличии или отсутствии дефекта, о зазоре и ориентации преобразователя относительно контролируемой поверхности объекта. Таким же образом могут быть оценены химический состав и структура материала объекта, его температура, наличие в нем механических напряжений и т.д.

Важным достоинством вихретокового контроля является отсутствие необходимости контакта преобразователя с поверхностью объекта. При этом может быть достигнута высокая производительность контроля, а сам процесс можно автоматизировать. Недостаток данного метода — невозможность обнаружения заглубленных дефектов

Метод магнитной памяти. Диагностика основана на использовании эффекта магнитной памяти металла и позволяет без специального намагничивания с помощью малогабаритных электронных устройств и феррозондовых датчиков выполнять экспресс-анализ технического состояния контролируемых узлов, находящихся под большой нагрузкой. Достоинством этого метода является отыскание участков, предрасположенных к повреждениям. Традиционные методы и средства эксплуатационного контроля (магнитные и ультразвуковые дефектоскопы) позволяют выявлять уже развитые дефекты, не обеспечивая диагностику деталей на стадии их предразрушения. Изменение свойств металла в процессе эксплуатации (коррозия, усталость и пр.) приводит к изменению намагниченности металла, отражающей фактическое состояние оборудования.

Метод магнитной памяти, основанный на измерении поля остаточной намагниченности на поверхности контролируемого объекта, позволяет производить оценку его напряженно-деформированного состояния с учетом структурных изменений. При контроле используется эффект магнитной памяти металла к зонам действия максимальных рабочих нагрузок.

Этот метод, кроме раннего обнаружения развивающегося дефекта, дает информацию о фактическом напряженно-деформированном состоянии объекта контроля и выявляет причину образования зоны концентрации напряжений — источника развития повреждения.

Наличие большого числа методов неразрушающего контроля позволяет специалистам в этой области выбрать наиболее достоверные и эффективные. В локомотивном хозяйстве, согласно данным статистики, наибольшее распространение получили дефектоскопы для магнитопорошкового метода (64,53%). На ультразвуковой метод приходится 21,34 % дефектоскопов, а на вихретоковый — 14.13 %.

Эффективность этих методов можно определить по числу забракованных деталей. Согласно статистическим данным, магнитопорошковым методом было забраковано 55 % деталей от общего числа обнаруженных дефектов, вихретоковым — 20,7 %, ультразвуковым — 10 %, обнаружено визуально 8 %.