Метод акустической эмиссии (АЭ), применяемый во многих отраслях промышленности, позволяет обнаруживать развивающиеся дефекты типа трещин и сквозных течей в сосудах высокого давления, трубопроводах и т.п. При этом нагружение внутренним давлением на 20-25 % выше эксплуатационного оказывается достаточным для появления АЭ-сигналов в зонах локализации дефектов.
Для конструкций, требующих внешнего нагружения, а также сосудов низкого давления, АЭ-метод применяется не так широко по причине необходимости предварительного расчета напряженно-деформированного состояния при поэтапном повышении механических нагрузок, а также необходимости проектирования и конструирования специальных нагружающих устройств для каждой конкретной детали (конструкции). Поэтому на железнодорожном транспорте метод до настоящего времени не применялся.
Неоспоримыми достоинствами АЭ-метода являются:
- локализация (определение местонахождения) дефектной зоны;
- отсутствие операций сканирования, благодаря чему сокращается время контроля;
- некритичность к шероховатости поверхности объекта контроля;
- возможность документирования результатов контроля и хранения их на электронных носителях, а также возможность сравнения с результатами предшествующего контроля (диагностическим портретом).
Метод весьма перспективен для контроля литых деталей тележки грузового вагона с использованием АЭ-комплекса, включающего шестнадцатиканальную систему СЦАД 16.02 (сертификат Госстандарта РФ RU.C.37.003.A ¹ 7023-2), имитатор сигналов АЭ, нагружающее устройство и маслонасосную станцию, обеспечивающую давление до 250 ати с возможностью ступенчатого изменения нагрузки.
Нагружающее устройство позволяет подавать на две боковые рамы продольную нагрузку до 12-ти поперечную - до 70 т (рис.1). Приемники АЭ-сигналов с магнитными держателями (рис.2) устанавливаются в предварительно зачищенных местах, определен-ных расчетным методом и подтвержденных тензометрированием.
|
АЭ-система СЦАД 16.02 и ПЭП - приемник сигналов: 16 измерительных каналов (с расширением до 32); рабочая полоса частот 0,01-0,8 МГц (устанавливается программно); уровень шума, приведенный к выходу предусилителя, - 5 мкВ; динамический диапазон обрабатываемых сигналов 80 дБ; программно устанавливаемые пороги обнаружения сигналов АЭ -0-60 дБ; питание (220 ± 22) В, f=50 Гц; габариты и масса измерительного блока - 420х 320х 180 мм и 5 кг соответственно |
Измеряются следующие параметры: координаты источника, АЭ; время приходов сигналов на измерительные каналы; амплитуда и длительность сигналов АЭ; энергетические характеристики источников АЭ. Время контроля (с установкой в нагружающее устройство) - 20 мин.
|
Рис.3. Трещины, выявленные АЭ методом и подтвержденные ультразвуковым эхо-методом и металлографически (x 20) |
| Всего исследованиям было подвергнуто 285 боковых рам (табл.1). АЭ методом выявлено 45 трещин, то есть 90 % от общего числа деталей с этим видом дефекта. Визуальный метод позволил обнаружить 72 %, а феррозондовый - 68%. Отмечено, что чем боль¬шие размеры имеет трещина, тем меньше активность сигналов АЭ, а зарождающиеся трещины (до 2 мм длиной) имеют самую высокую интенсивность эмиссии. Четыре трещины в углах буксовых проемов выявил только АЭ метод. | |
Обработка результатов контроля позволяет по локализационному портрету оперативно выявлять усталостные трещины, так как эти дефекты локализуются в зонах, не превышающих площадь 200 мм2, и имеют протяженную форму.
| Для подтверждения результатов АЭ контроля у части боковых рам с наплавленными опорными поверхностями буксовых проемов, наплавленные участки были вырезаны и отшлифованы по границе наплавки. Результаты металлографического анализа этих образцов и ультразвуковые исследования эхо-методом показали, что опорные поверхности, отбракованные АЭ методом, имели в границе наплавленного слоя с основным металлом дефекты: трещины, расслоения и другие дефекты наплавки. Трещины длиной около 2 мм, как правило, являются критически активными источниками (рис.3). Большие трещины, отслоения наплавленного слоя, поры, микро-трещины - активными. В боковых рамах, отбракованных по факту наличия наплавки, но не забракованных АЭ-методом, при металло графическом и ультразвуковом контроле дефектов не выявлено. |
| Таблица 1. Результаты АЭ контроля и штатного освидетельствования боковых рам |
|
|
* Контроль не проводится из-за структурных помех, существенно снижающих чувствительность феррозондового метода. |
Обработка полученных результатов показала, что даже опасные дефекты в деталях могут по разным причинам быть относительно слабыми источниками АЭ-сигналов. Это связано с достаточно большими зонами контроля, грубой структурой литого металла, расположением и типом дефектов. Поэтому фиксировать и анализировать следует все сигналы, не связанные с взаимодействием участков детали с нагружающим устройством.
Выводы:
1. Около 82% боковых рам, отбракованных по наличию дефектов литья, наплавленных опорных поверхностей, заварке дефектных участков не имеют активных источников АЭ.
2. Использование АЭ-метода позволило повысить выявляемость усталостных трещин на 8%.
3. Результаты по освидетельствованию 285 боковых рам АЭ-методом с применением механического нагружения при испытаниях могут служить базовым материалом для создания методики оценки остаточного ресурса рам, отслуживших установленный срок
