Неразрушающие методы контроля поковок. Рентгенодефектоскопия, ультразвуковая дефектоскопия

Неразрушающие методы контроля поковок

Неразрушающие методы контроля позволяют проверять качество поковок и деталей (на отсутствие наружных и внутренних дефектов) без нарушения их целостности и могут быть использованы в сплошном контроле. К таким методам контроля относятся рентгено- и гамма-дефектоскопия, а также ультразвуковая, магнитная, капиллярная и другие виды дефектоскопии.

 

Рентгенодефектоскопия

Рентгенодефектоскопия основана на способности рентгеновского излучения проходить через толщу материала и поглощаться последним в различной степени в зависимости от его плотности. Излучение, источником которюго является рентгеновская трубка, направляют через контролируемую поковку на чувствительную фотопластинку или светящийся экран. Если в поковке имеется дефектное место (например, трещина), излучение, проходящее через него, поглощается слабее, а фотопленка засвечивается сильнее. Регулируя интенсивность рентгеновского излучения, получают изображение в виде ровного светлого фона в бездефектных местах поковки и отличительного темного участка — в месте нахождения дефекта.

Выпускаемые промышленностью рентгеновские установки позволяют просвечивать стальные поковки толщиной до 120 мм, а поковки из легких сплавов — до 250 мм.

Контроль поковок гамма-дефектоскопией аналогичен контролю рентгенодефектоскопией. На определенном расстоянии от исследуемого объекта устанавливают источник гамма-излучения, например капсулу с радиоактивным кобальтом-60, а с противоположной стороны объекта — устройство для регистрации интенсивности излучения. На индикаторе интенсивности (фотопленке) проявляются дефектные участки, имеющиеся внутри заготовки или поковки. Толщина контролируемых заготовок (поковок, деталей) достигает 300 .. .500 мм.

Во избежание облучения при использовании в качестве методов контроля рентгено- и гамма- дефектоскопии необходимо строго соблюдать требования безопасности и быть предельно осторожным.

 

Ультразвуковая дефектоскопия

Ультразвуковая дефектоскопия является наиболее распространенным методом контроля, позволяющим проверять поковки толщиной до 1 м.

Электрический сигнал усиливается в приемнике и регистрируется на экране осциллографа Г. расстояние между импульсами 2,3 и 4 определяет глубину нахождения дефекта, а форма кривых — величину и характер последнего.

Наиболее распространенным видом магнитной дефектоскопии является магнитно-порошковый метод, применяемый для контроля магнитных сплавов железа, никеля и кобальта. Стальную деталь намагничивают электромагнитом, а затем покрывают суспензией из керосина и магнитного порошка. В местах наличия дефекта частицы магнитного порошка скапливаются, копируя форму и размеры не только поверхностных трещин, но и дефектов, расположенных на глубине до 6 мм.

Магнитно-порошковый метод позволяет выявить крупные и очень мелкие дефекты шириной 0,001 …0,03 и глубиной до 0,01 … … 0,04 мм.

Капиллярная дефектоскопия основана на свойстве жидкостей под действием капиллярных сил заполнять полости поверхностных дефектов (трещин). Используемые для контроля жидкости либо обладают способностью люминесцировать под действием ультрафиолетового излучения (люминесцентная дефектоскопия), либо имеют окраску, четко выделяющуюся на общем фоне поверхности. Например, при люминесцентной дефектоскопии поковки погружают в раствор минерального масла в керосине, промывают, просушивают, а затем опыляют порошком оксида магния. Если осматривать невооруженным глазом такую поверхность при свете ртутной лампы, на фоне темно-фиолетовой поверхности поковки ясно видны ярко-белые трещины. Метод позволяет определять наличие трещин шириной от 1 до 400 мкм.

Металлографический анализ разделяют на два вида — макро- и микроанализ. Макроанализ применяют при выборочном контроле для выявления дендритного строения заготовок (слитков), определения направления волокон в поковках, выявления трещин, лик- ваций серы, фосфора и др. Перед анализом контролируемую поверхность обрабатывают на фрезерных и шлифовальных станках, полируют, а затем подвергают травлению. Макроструктуру исследуют визуально либо невооруженным глазом, либо с помощью лупы при увеличении в 10 .. .30 раз.

Для микроанализа используют небольшие образцы (например, 12x12x10 мм). Контролируемую поверхность обрабатывают до зер- 226 кального блеска, подвергают травлению и исследуют с помощью металлографических микроскопов при увеличении в 50 . . . 2000 раз. Целью микроанализа являются определение формы и размеров зерен, изучение влияния режимов обработки на внутреннее строение сплава, выявление микродефектов и неметаллических включений.

Механические испытания позволяют непосредственно и окончательно проконтролировать качество металла поковки, характеризующееся его способностью сопротивляться различным силовым нагрузкам, действующим на детали в процессе их работы в машинах. К основным механическим испытаниям относятся испытания на растяжение, ударную вязкость и твердость. Первые два из них являются разрушающими, а третий — неразрушающим методом контроля.

Испытание на растяжение, сущность которого была рассмотрена в гл. 2, проводят на специальных разрывных машинах — прессах, оснащенных самопишущим прибором, вычерчивающим диаграмму растяжения. Пользуясь последней, по соответствующим формулам определяют основные механические свойства металла (пределы прочности, текучести и др.). Испытанию подвергают специальные образцы, их вырезают из контролируемых участков поковки или заготовки, а затем на металлорежущих станках придают им требуемую форму. Испытывают образцы до предельного состояния (разрушения), пользуясь соответствующей методикой (ГОСТ 1497-84).

Испытание на ударную вязкость выполняют на машине, называемой маятниковым копром (рис. 9.8, а). Образец 2, изготовленный в соответствии с ГОСТ 9454-78 (рис. 9.8, б), устанавливают надрезом посередине между опорами. Маятник 1 поднимают на строго определенную высоту, а затем, поворачивая защелку, освобождают его. Опускаясь, маятник к моменту встречи с образцом накапливает определенную кинетическую энергию. Под действием удара маятника образец деформируется (изгибается) и разрушается, на что затрачивается часть накопленной копром энергии. Стрелка на шкале 3 фиксирует угол подъема маятника после испытания. Шкала проградуирована так, что по ней определяют работу Ан (МДж), затраченную на разрушение образца. Ударную вязкость испытуемого металла (МДж/м2) определяют по формуле a =AJF, где F — площадь поперечного сечения исходного образца, м2.

Как и при испытании на растяжение, при испытании на ударную вязкость требуется образец, вырезанный из готовой поковки, т. е. этот метод испытаний является разрушающим и проводится выборочно, так как ведет к потере поковки.

Испытание на твердость не только позволяет определить способность металла сопротивляться внедрению в него твердого тела, но и по специальным формулам приближенно оценить его механическую прочность. В зависимости от твердости контролируемого металла и цели испытаний для проведения последних применяют несколько методов, к которым относятся методы Бринелля, Роквелла, измерения твердости тарированными напильниками и др.

Определение твердости по Бринеллю производится вдавливанием в испытуемый металл стального закаленного шарика определенного диаметра под действием заданной силы Р в течение определенного времени (рис. 9.9, а). На поверхности образца образуется сферическая лунка диаметром d и глубиной h. Твердость в единицах Бринелля (НВ) определяют по формуле НВ = P/F, где F — площадь поверхности шарового сегмента (F = ndh).

Так как глубину отпечатка измерить трудно, то с помощью специального переносного микроскопа МПБ-2 (рис. 9.9, б), в окуляре которого имеется шкала, измеряют диаметр d отпечатка. Шкала позволяет определить диаметр с точностью до десятых долей миллиметра. Зная диаметр D шарика и диаметр отпечатка, определяют твердость по формуле НВ = 2P/uD (D — y/D2 — d2).

В соответствии с ГОСТ 9012-59 и в зависимости от толщины и твердости испытуемого материала выбирают диаметр D шарика и усилие Р (например, используют шарики ф 2,5; 5; 10 мм, усилия — 30 ООО, 10 000, 7500 Н и тд.). Так как в формуле для определения твердости величины PhD являются постоянными, то пользуются специальными таблицами твердости, в которых значения НВ заранее рассчитаны в зависимости от диаметра d отпечатка. Для получения отпечатка используют специальный пресс, называемый часто твердомером Бринелля.

Метод Бринелля применяют для определения твердости черных и цветных сплавов, не превышающей 450 НВ, так как при большей твердости деформируется сам шарик. Участок поковки, на котором делается отпечаток, должен быть предварительно зачищен на абразивном круге.

Твердость по Роквеллу определяют путем внедрения в образец алмазного конуса (рис. 9.10, а) с углом при вершине, равным 120 или стального каленого шарика ф 1,587 мм: первый используют при контроле сплавов высокой твердости, второй — при твердости по Бри- неллю, не превышающей 200 НВ. Испытание по Роквеллу выполняют на специальном приборе (рис. 9.10, б). В испытуемый образец в автоматическом режиме внедряется наконечник 1. Сначала с предварительным усилием Р0, равным 100 Н (см. рис. 9.10, а), а затем в течение 5 … 8 с — с основным усилием Р0 + Рi, равным 600, 1000 или 1500 Н. После снятия основной нагрузки Pi глубина внедрения наконечника фиксируется индикатором 2 прибора, на шкале которого стрелка показывает твердость металла. Разность глубин h=h01 — h0 проникновения в образец конуса или шарика при двух нагрузках характеризует твердость металла в единицах Роквелла (HR). За единицу твердости принята величина, равная внедрению на 0,002 мм.

На приборе имеются разных цветов шкалы: черная служит для испытаний алмазным конусом при нагрузках 600 и 1500 Н (твердость обозначают соответственно HRA HHRC3),ano красной определяют твердость при внедрении стального шарика с усилием 1000 Н и обозначают ее буквами HRB. Образцы для испытаний на приборе Роквелла должны быть хорошо зачищены на участке внедрения и иметь ровную опорную поверхность. Метод Роквелла нашел широкое применение в машиностроении, так как отпечатки очень малы и не ухудшают качества поверхности поковок и деталей; кроме того, нет необходимости определять размеры отпечатка и пользоваться специальными таблицами.

При необходимости значения твердости по Роквеллу легко переводятся в соответствующие им значения по Бринеллю (табл. 9.6) . Кроме того, в этой таблице приведены значения твердости в единицах Бринелля в зависимости от диаметра отпечатка. Таблица составлена для случая испытаний шариком ф 10 мм при нагрузке, равной 30 000 Н.

Окончательный контроль и правила приемки поковок. Готовые поковки после окончательной обработки (очистки от окалины, правки, термической обработки и др.) поступают на контрольную площадку для окончательной проверки их качества в соответствии с ГОСТ 8479—70, который определяет вид и объем контроля, устанавливает технические требования к приемке поковок и их поставке заказчику — механическим цехам того же завода или другим предприятиям.

В зависимости от назначения поковок и условий работы изготовляемых из них деталей поковки подразделяют на пять групп, каждая из которых подвергается обязательным установленным для них конкретным видам и объему контроля. Наименее ответственные поковки входят в I группу; их контроль заключается только во внешнем осмотре. Наиболее ответственные поковки, относящиеся к V группе, должны подвергаться не только внешнему осмотру, но и испытаниям на растяжение, ударную вязкость, твердость. Номер группы поковок устанавливает заказчик, который может по особому соглашению потребовать проведения дополнительных видов контроля. Объем контроля и количество подвергаемых ему поковок также зависят от того, к какой группе поковки относятся. Так, поковки II группы должны подвергаться 5 %-ному контролю, т. е. контролируют выборочно пять поковок, если количество их в партии составляет 100 шт. Поковки V группы подвергаются 100 %-ному контролю.

При проведении контроля геометрических размеров и формы поковок должны учитываться требования к припускам на механическую обработку, технологическим напускам и др. Для кованых поковок указанные требования установлены ГОСТ 7829-70 и 7062-79, для штампованных — ГОСТ 7505-74. 230

9.6. Соотношение чисел твердости по Бринеллю и Роквеллу 

Твердость по Твердость по Твердость по Твердость по
Бринеллю Роквеллу Бринеллю Роквеллу
Диаметр НВ HRC3 HRB HRA Диаметр НВ HRC3 HRB HRA
отпечат отпечатка,
ка, мм мм
2,2 7800 72 84 4 2290 20 100 61
2,3 7120 68 82 4,1 2117 17 98 60
2,4 6530 64 ао 4,2 2070 14 95 59
2,5 6010 60 78 4,3 1970 12 93 58
2,6 5550 56 77 4,4 1870 9 91 57
2,7 5140 52 75 4,5 1790 7 90 56
2,8 4770 49 74 4,6 1700 4 88 55
2,9 4440 46 73 4,7 1630 2 86 53
3 4150 43 72 4,8 1560 0 84 52
3,1 3880 41 71 4,9 1490 82
3,2 3630 39 70 5 1430 80
3,3 3410 36 68 5,1 1370 78
3,4 3210 33 67 5,2 1310 76
3,5 3020 31 66 5,3 1260 74
3,6 2850 29 65 5,4 1210 72
3,7 2690 27 64 5,5 1160 70
3,8 2550 25 63 5,6 1110 67
3,9 2410 23 62 5,7 1070 65

В зависимости от механических свойств поковки относятся к различным категориям прочности (КП): КП20, . . ., КП80 (цифры в маркировке указывают на минимальное значение предела текучести металла — ат). В свою очередь, каждая категория в зависимости от габаритных размеров заготовки должна соответствовать определенным требованиям по значениям удлинения (6), относительного сужения (i/>B) и ударной вязкости (ан). Испытания на растяжение следует выполнять, руководствуясь ГОСТ 1497-84, на твердость — ГОСТ 9021-78, на ударную вязкость — ГОСТ 9454—78. Химический состав сталей должен соответствовать требованиям ГОСТ 380-71, 1050-74, 4543-71 и др.

После контроля следует заполнить необходимые документы. При отправке поковок заказчикам на другие предприятия на каждую партию составляют документ, называемый сертификатом. В нем должны быть указаны следующие сведения: наименование и товарный знак завода-изготовителя; номер заказа; количество поковок в партии; номер чертежа; марка металла и ГОСТ; номер группы поковок и категория прочности и др.

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий