Курсовая работа: Метрологическое обеспечение средств контроля
Курсовая работа: Метрологическое обеспечение средств контроля
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Омский государственный университет путей сообщения»
Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»
Тематический реферат по дисциплине
"Основы технической диагностики"
"МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ. СТАНДАРТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ"
Омск 2009
Содержание
Введение. 3
1 Методы неразрушающего контроля (НК) 4
1.1 Магнитный вид НК.. 5
1.2 Электрический вид НК.. 9
1.3 Вихретоковый вид НК.. 10
1.4 Радиоволновый вид НК.. 12
1.5 Тепловой вид НК.. 12
1.6 Оптический вид НК.. 13
1.7 Радиационный вид НК.. 14
1.8 Акустический вид НК.. 16
1.9 НК проникающими веществами. 19
2 Классификация физических методов неразрушающего контроля сварных соединений. Метрологическое обеспечение средств контроля. 21
2.1 Магнитный вид НК.. 22
2.2. Вихретоковый вид НК.. 23
2.3 Тепловой вид НК.. 23
2.4 Оптический вид НК.. 24
2.5 Радиационный вид НК.. 24
2.6 Акустический вид НК.. 25
2.7 НК проникающими веществами. 25
3 Стандартизация неразрушающего контроля. 28
4 Эффективность комплексного применения методов НК.. 31
5 Метрологическое обеспечение средств неразрушающего контроля. 33
Заключение. 35
Библиографический список. 37
Введение
При проведении мониторинга технического состояния (ТС) изделий, одной из наиболее актуальных является задача объективного своевременного обнаружения дефектов различной природы и организация контроля за развитием дефектов из-за старения элементов при эксплуатации. Одним из путей предотвращения нежелательных последствий от эксплуатации изделий с дефектами является систематичное использование методов НК. Дефектом, согласно нормативно-технической документации (НДТ) (ГОСТ 17-102), называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям. Однако в практике применения средств неразрушающего контроля нет полного соответствия понятия "дефект" определению по ГОСТ. Обычно под дефектом понимают отклонение параметра от требований проектно-конструкторской документации, выявленное средствами неразрушающего контроля. Связь такого понятия с определением по ГОСТ устанавливается путем разделения дефектов на допустимые требованиям НТД и недопустимые.
Обобщая, здесь и далее е под дефектом будем понимать физическое проявление изменения характеристик объекта контроля с параметрами, превышающими нормативные требования. По происхождению дефекты подразделяют на производственно-технологические, возникающие в процессе проектирования и изготовления изделия, его монтажа и установки, и эксплуатационные, возникающие после некоторой наработки изделия в результате процессов деградации, а также в результате неправильной эксплуатации и ремонтов.
1 Методы неразрушающего контроля (НК)
Методы НК разделяют на группы, называемые видами, объединенные общностью физических признаков. Существует девять различных видов НК: магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновый, тепловой, оптический, радиационный, акустический и проникающими веществами. Методы каждого вида НК классифицируют по рассматриваемым ниже признакам.
Характер взаимодействия поля или вещества с объектом контроля (ОК). Взаимодействие должно быть таким, чтобы контролируемый признак объекта вызывал определенные изменения физического поля или состояния вещества. Например, чтобы наличие несплошности вызывало изменение прошедшего через нее излучения или проникновение в нее пробного вещества. В некоторых случаях используемое для контроля физическое поле возникает под действием других физических эффектов, связанных с контролируемым признаком. Например, электродвижущая сила, возникающая при нагреве разнородных материалов, позволяет контролировать химический состав материалов (термоэлектрический эффект).
Первичный информативный параметр – конкретный параметр поля или вещества (амплитуда поля, время его распространения, количество вещества и т.д.), изменение которого используют для характеристики контролируемого объекта. Например, наличие несплошности увеличивает или уменьшает амплитуду прошедшего через нее излучения.
Способ получения первичной информации – конкретный тип датчика или вещества, которые используют для измерения и фиксации упомянутого информационного параметра.
1.1 Магнитный вид НК
Магнитный вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. Как правило, его применяют для контроля объектов из ферромагнитных материалов. По характеру взаимодействия физического поля с объектом этот вид контроля не дифференцируют: во всех случаях используют намагничивание объекта и измеряют параметры, используемые при контроле магнитными методами. Процесс намагничивания и перемагничивания ферромагнитного материала сопровождается гистерезисными явлениями (рис. 1). Свойства, которые требуется контролировать (химический состав, структура, наличие несплошностей и др.), обычно связаны с параметрами процесса намагничивания и петлей гистерезиса.
Рисунок 1 Кривые намагничивания ферромагнитных материалов:
а магнигожесткого, б – магнитомягкого (1 – основная кривая намагничивания, 2 петля гистерезиса, 3 – скачкообразный характер намагничивания, наблюдаемый при точных измерениях)
Магнитожесткие
материалы (закаленная сталь) по сравнению с магнитомягкими материалами
(незакаленная сталь) имеют большую коэрцитивную силу Нс, меньшую магнитную
проницаемость 
и
намагниченность 
(
= 
– магнитная постоянная.
Обычно 
и I для характеристики
материала ферромагнетика измеряют при малой напряженности намагничивающего поля
H. В некоторых случаях
измеряют и остаточную намагниченность
. Эти
первичные информативные параметры используют для контроля степени закалки,
прочностных характеристик и других свойств. Наличие и количество ферритной
составляющей в неферромагнитном материале могут быть определены по
намагниченности насыщения 
, т. е.
при сильных полях намагничивания. Эта величина тем больше, чем больше
содержание феррита.
Магнитные методы применяют для измерения толщины нефер-ромагнитного покрытия на ферромагнитном основании. В качестве первичного информативного параметра в этом случае используют поток магнитного поля. П-образный магнит помещают на поверхность объекта контроля с покрытием. Чем меньше толщина покрытия, тем больше магнитный поток через ферромагнитное основание и меньше рассеянный поток над объектом контроля. Этот поток измеряют по напряженности поля под изделием. Другой способ оценки потоков основан на измерении силы, необходимой для того, чтобы оторвать некоторый пробный магнит от объекта контроля.
Высокоточное измерение кривой намагничивания показывает., что она имеет скачкообразный характер (см. рис. 1, а) в области крутого подъема. Это так называемый эффект Баркгаузена. Скачки возникают в результате перемагничивания областей спонтанного намагничивания (доменов), содержащихся в ферромагнитном материале. Параметры скачков кривой намагничивания (их число, величина, длительность, спектральный состав) используют как первичный информативный параметр для контроля таких свойств материала, как химсостав, структура, степень пластической деформации. Скачки сливаются в сплошной шум, если масса намагничиваемого материала велика, поэтому этот способ применяют к тонким проволокам, лентам.
При намагничивании объекта контроля, вблизи поверхности которого имеется несплошность (дефект), в области дефекта происходит резкое пространственное изменение напряженности магнитного поля, возникает поле рассеяния (рис. 2). Изменение напряженности магнитного поля, точнее градиента напряженности, используют как первичный информативный параметр для выявления дефектов.
Рисунок 2 Способы намагничивания при выявлении несплощностей:
а – полюсный, б – циркулярный
Остаточное намагничивание, коэрцитивную силу и магнитный поток часто оценивают по пондеромоторному эффекту – взаимодействию (притяжению) пробного магнита и ОК. Информацию о магнитной проницаемости и ее изменении в зависимости от напряженности магнитного поля получают с помощью катушки индуктивности (индуктивный метод).
Дифференциацию магнитного вида неразрушающего контроля на различные методы по способу получения первичной информации рассмотрим на примере применения различных типов датчиков и веществ для обнаружения градиента магнитного поля вблизи несплошности. Градиент часто обнаруживают с помощью магнитного порошка или магнитной суспензии. Их частицы располагаются вдоль линий магнитной индукции поля рассеяния. Это магнитопо-рошковый метод, широко применяемый для дефектоскопии поверхностных и подповерхностных слоев ферромагнитных материалов.
Для надежного выявления дефект должен пересекать линии магнитной индукции. Исходя из этого, для обнаружения различно ориентированных дефектов применяют разные направления намагничивания. На рисунке 2, а изделие (стержень) помещают между двух полюсов магнита (полюсное намагничивание), что дает возможность выявить поперечные дефекты типа В. На рисунке 2, б через цилиндрический объект пропускают электрический ток. Линии магнитной индукции образуют окружности в плоскости, перпендикулярной направлению тока (циркулярное намагничивание). Это дает возможность выявить продольные дефекты типа С.
Магнитопорошковым методом можно обнаруживать дефекты длиной около 0,5 мм, шириной 2,5 мм и более. При намагничивании постоянным магнитным полем выявляют дефекты, расположенные на глубине не более 2...3 мм от поверхности. При намагничивании переменным полем максимальная, глубина выявляемых дефектов уменьшается.
Помимо магнитного порошка для регистрации рассеянного магнитного поля используют магнитную пленку, подобную применяемой в магнитофонах, но более широкую (магнитографический метод). Считывание сигналов о дефектах с пленки выполняют с помощью прибора, датчиком которого служит магнитофонная головка. Этим методом обнаруживают дефекты в более толстом поверхностном слое, но теряют наглядность их изображения, свойственную магнитопорошковому методу.
Для индицирования полей рассеяния на дефектах и измерения магнитных характеристик материалов также используют датчики типа феррозондов (феррозондовый метод), преобразователей Холла, магниторезисторов (меняющих электросопротивление при внесении в магнитное поле).
Развитие магнитного вида контроля идет по пути изыскания способов отстройки от мешающих факторов, изучения особенностей магнитных полей изделий сложной формы, содержащих дефекты; разработки новых высокочувствительных преобразователей; использования потенциальных возможностей эффекта Баркгаузена, а также других магнитных эффектов, таких, как ядерный магнитный резонанс (ЯМР).
1.2 Электрический вид НК
Электрический вид неразрушающего контроля основан на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом (собственно электрический метод), или поля, возникающего в ОК в результате внешнего воздействия (термоэлектрический и трибоэлектрический методы). Первичными информативными параметрами являются электрическая емкость или потенциал.
Емкостный метод применяют для контроля диэлектрических или полупроводниковых материалов. По изменению диэлектрической проницаемости, в том числе ее реактивной части (диэлектрическим потерям), контролируют химический состав пластмасс, полупроводников, наличие в них несплошностей, влажность сыпучих материалов и другие свойства.
Метод электрического потенциала (электропотенциальный) применяют для контроля проводников. Измеряя падение потенциала «а некотором участке, контролируют толщину проводящего слоя, наличие несплошностей вблизи поверхности проводника. Электрический ток огибает поверхностный дефект, по изменению потенциала на участке с дефектом определяют глубину несплошности с погрешностью в несколько процентов.
Термоэлектрический метод применяют для контроля химического состава материалов. Например, нагретый до постоянной температуры медный электрод прижимают к поверхности ОК и по возникающей контактной разности потенциалов определяют марку стали, титана, алюминия или другого материала ОК.
Существует также ряд других электрических методов: экзоэлектронной эмиссии (эмиссия ионов с поверхности ОК под влиянием внутренних напряжений), электроискровой (измерения характеристик среды по параметрам электрического пробоя в ней), электростатического порошка. В настоящее время эти методы находят сравнительно узкое практическое применение, но интенсивно изучаются.
1.3 Вихретоковый вид НК
Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Его применяют только для контроля объектов из электропроводящих материалов. Вихревые токи возбуждаются в объекте преобразователем в виде индуктивной катушки, питаемой переменным или импульсным током. Приемным преобразователем (измерителем) служит та же или другая катушка. Возбуждающую и приемную катушки располагают либо с одной стороны, либо по разные стороны от ОК.
Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зависят от его размеров, электрических и магнитных свойств материала, от наличия в материале нарушений сплошности, взаимного расположения преобразователя и ОК, т. е. от многих параметров. Это определяет большие возможности метода как средства контроля различных свойств объекта, но в то же время затрудняет его применение, так как при контроле одного параметра другие являются мешающими. Для разделения параметров используют раздельное или совместное измерение фазы, частоты и амплитуды напряжения измерительного преобразователя, подмагничивание ферромагнитных ОК постоянным магнитным полем, ведут контроль одновременно на нескольких частотах, применяют спектральный анализ. Получаемые таким образом первичные информативные параметры позволяют контролировать размеры изделий (толщину стенки при одностороннем доступе), определять химсостав и структуру материала ОК, внутренние напряжения, обнаруживать поверхностные и подповерхностные (на глубине нескольких миллиметров) дефекты.
По взаиморасположению преобразователя и объекта различают проходные, погружные, накладные и экранные преобразователи (рис. 3). Последние предназначены для работы по методу прохождения.
Рисунок 3 Некоторые типы вихретоковых преобразователей: а, б – проходные наружный и внутренний, в – накладной, г – экранный (1 – контролируемый, объект, 2 преобразователи)
Контроль вихревыми токами можно выполнять без непосредственного механического контакта преобразователей с объектом, что позволяет вести контроль при взаимном перемещении преобразователя и объекта с большой скоростью.
Развитие вихретокового вида контроля идет в направлениях изыскания путей контроля изделий сложной конфигурации и многослойных объектов, усовершенствования способов отстройки от мешающих параметров, разработки многодатчиковых и многочастотных систем для комплексного контроля свойств объекта.
1.4 Радиоволновый вид НК
Радиоволновый вид неразрушающего контроля основан на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с ОК. Обычно применяют волны сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона длиной 1... 100 мм и контролируют изделия из материалов, где радиоволны не очень сильно затухают: диэлектрики (пластмассы, керамика, стекловолокно), магнитодиэлектрики (ферриты), полупроводники, тонкостенные металлические объекты. По характеру взаимодействия с объектом контроля различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного излучения и резонансный. Первичными информативными параметрами служат амплитуда, фаза, поляризация, частота, геометрия распространения вторичных волн, время их прохождения и др.
