МАГНИТОПОРОШКОВЫЙ МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ – ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ВАЖНЕЙШИХ УЗЛАХ И ДЕТАЛЯХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

МАГНИТОПОРОШКОВЫЙ МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ – ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ВАЖНЕЙШИХ УЗЛАХ И ДЕТАЛЯХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Л.В. Бахова

Тайгинский институт железнодорожного транспорта –

филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего образования

«Омский государственный университет путей сообщения»

Неразрушающий контроль является частью технологий изготовления, ремонта и технологического обслуживания вагонов и выполняется с целью своевременного выявления в объектах контроля дефектов, указанных в нормативной или конструкторской документации, для принятия необходимых мер по обеспечению технической и экологической безопасности железнодорожного транспорта.

Действующий технологический процесс неразрушающего контроля в вагонных ремонтных компаниях  (ВРК) регламентирует операции подготовки деталей к проведению контроля, порядок и очередность выполнения операций, применяемые методы и оснащение средствами, вспомогательным оборудованием неразрушающего контроля и принадлежностями, а также количественный состав работников участка неразрушающего контроля и их квалификацию, нормативно-техническую, технологическую документацию на проведение контроля, порядок заполнения учетных форм.

Основанием для введения в технологические процессы ремонта технологий НК являются требования нормативной и конструкторской документации на изготовление, ремонт или эксплуатацию деталей и составных частей вагонов, предусматривающие проведение контроля качества методами НК.

Система НК деталей и составных частей вагонов реализуется и в деятельности предприятия – вагонного ремонтного депо Тайга – обособленного структурного подразделения АО «ВРК-1», а именно производящего работы по изготовлению, ремонту, техническому  обслуживанию  вагонов, их деталей и составных частей, а также железнодорожных администраций и компаний – собственников инфраструктуры железнодорожного транспорта.

Для проведения НК на предприятии разработаны технологические карты на применяемые методы неразрушающего контроля, содержание которых соответствует требованиям нормативных документов устанавливающих проведение контроля.

Действующий технологический процесс устанавливает обязательные технологические требования на дефектоскопирование:

-литых деталей тележки;        

-автосцепного устройства;

-колесных пар;

-деталей буксового узла;

-сварные соединения при ремонте вагонов.

Участок неразрушающего контроля  обеспечивает:

1        Выполнение НК деталей и узлов вагонов по перечню в соответствии с действующей нормативной документацией и технологическими процессами ремонта  и обслуживания вагонов;

2        Ведение, хранение, учет  рабочей документации  по НК на бумажных и электронных носителях;

3        Проведение анализа результатов НК;

4        Подбор и расстановку кадров для проведения работ по неразрушающему контролю;

5        Проведение своевременного технического обслуживания, ремонта, калибровки или поверки средств неразрушающего контроля, стандартных и контрольных образцов и вспомогательных приборов;

6        Внедрение новых средств и методов неразрушающего контроля;

7        Расследование случаев отцепок вагонов по вине участка неразрушающего контроля;

8        Подачу рекламационных документов на новые детали и узлы вагонов, не отвечающие требованиям нормативно-технической документации и др.

Перечень рабочих мест участка неразрушающего контроля представлен в таблице 1.1.

Все средства неразрушающего контроля, стандартные и контрольные образцы проходят поверку в установленные сроки в организациях,  аккредитованных на право проведения работ.

Таблица 1.1 - Перечень рабочих мест участка неразрушающего контроля

Дефектоскопы магнитные и намагничивающие устройства (НУ) не реже одного раза в 6 месяцев подвергаются ревизии технического состояния комиссией в следующем составе: главный инженер предприятия (председатель); руководитель подразделения НК; инженер по технике безопасности; главный механик.

При ревизии технического состояния производят:

-очистку НУ от загрязнений и остатков магнитного индикатора и продувку их сжатым воздухом;

-проверку соответствия технических характеристик дефектоскопа (напряженности магнитного поля, создаваемой входящим в комплект дефектоскопа НУ, величины намагничивающих токов и др.) требованиям руководства по эксплуатации;

-проверку надежности заземления, вторичной электрической цепи дефектоскопа, предназначенной для переносных светильников; металлических частей корпуса дефектоскопа и других механизмов, находящихся на рабочем месте и подлежащих заземлению в соответствии с требованиями безопасности;

-проверку соответствия сопротивления изоляции токоведущих частей дефектоскопа от металлических частей корпуса требованиям эксплуатационной документации;

-проверку состояния изоляции подводящих проводов и их защитных шлангов (при этом особое внимание следует обращать на места их присоединения к составным частям дефектоскопа;

-осмотр защитных кожухов выключателей, разъемов и штепсельных соединений;

-проверку состояния всех вспомогательных приборов и устройств.

Проверку выявляющей способности магнитных порошков или суспензий проводят ежедневно в начале рабочей смены перед проведением контроля и после истечения гарантийного срока хранения с периодичностью не реже одного раза в 6 месяцев. Указанные требования изложены в разработанном ОАО «ВНИИЖТ» проекте СТО ВРК-1 «Система неразрушающего контроля в АО «ВРК-1». Детали грузовых вагонов. Типовые методики магнитопорошкового метода неразрушающего контроля деталей грузовых вагонов».

Оценку результатов НК проводят дефектоскопист со II уровнем сертификации в соответствии с требованиями нормативных и технологических документов по техническому обслуживанию и ремонту деталей вагонов и их составных частей. При необходимости оценку результатов контроля дефектоскопист проводит с участием руководителя подразделения НК.

Детали, забракованные по результатам контроля, должны быть идентифицированы и отделены от «годных»  для исключения возможности их дальнейшего использования  по назначению.

Дефектоскопист несет персональную ответственность за оценку качества проконтролированных узлов и деталей, выполнение и оформление результатов неразрушающего контроля в соответствии с технологическими картами и инструкциями.

Результаты НК регистрируют в журналах установленной формы и заносят в компьютерные  базы данных (при использовании компьютеров и микропроцессорных приборов).

Журналы учета результатов контроля должны иметь регистрационный номер, быть прошнурованы и иметь сквозную нумерацию листов. Записи в журналах должны быть заверены подписью дефектоскопистов, проводивших контроль. Все исправления записей в журналах должны быть сделаны красными чернилами, подписаны лицом, внесшим изменения. Журналы результатов НК хранятся в архиве не менее 5 лет.

Подготовка к работе  проводится перед началом каждой рабочей  смены. Ультразвуковые дефектоскопы (УД 2-102 «Пеленг», УДС 2-52, УД 4-Т, УД 2-70) визуально осматриваются для выявления неисправности корпуса, высокочастотных разъемов, органов управления. Запрещается использовать оборудование при наличии видимых повреждений, влияющих на работоспособность оборудования и безопасность его эксплуатации.

Ответственность за предварительную настройку дефектоскопа (создание и корректировку настроек) возлагается на руководителя участка. Ответственность за ежесменную проверку основных параметров, проведение УЗК и оформление результатов УЗК возлагается на дефектоскописта, так как это является важным этапом проведения контроля и от этого зависит достоверность контроля.

У магнитопорошковых дефектоскопов и установок (МД12-ПШ, МД12-ПС, МД13-ПР, «Магнитест» Д15 ПШ) проверяется целостность корпуса блока питания дефектоскопа и НУ; надежность соединения шнура питания и соединительных кабелей; наличие заземления; подвижность шарнирных соединений электромагнитов; исправность переключателей и тумблеров блока питания средств МПК.

Дефектоскопический материал (порошок или суспензия) считается годным для магнитопорошкового контроля, если индикаторный рисунок над искусственным дефектом при заданной намагниченности образца четко читается, не имеет разрывов и соответствует дефектограмме, приведенной в паспорте ОСО-Г-109, ОСО-Г-110, ОСО-Г-111. Результаты заносятся в журнал для учета результатов контроля магнитных индикаторов. Проведение и оформление результатов возлагается на дефектоскописта.

По окончании рабочего периода (месяц, квартал, полгода, год) ответственный цеха НК составляет статистическую отчетность, где указывает количество проверенных деталей, количество забракованных средствами НК и визуально. Выполняется это для анализа работы цеха и принятия мер для улучшения качества проверки деталей.

В целях оценки качества продукции (деталей) без нарушения ее конструкции и пригодности к использованию по назначению применяется неразрушающий контроль, который позволяет выявить дефекты в материале детали в виде нарушений сплошности, проконтролировать геометрические параметры (например, толщину) и, в конечном счете, гарантировать безотказную работу на предстояший период.

Известно, что при изготовлении и ремонте вагонов применяются различные виды и методы неразрушающего контроля.

Как бы ни был совершенен тот или иной метод НК, он не обеспечивает в полной мере решения задачи обнаружения дефектов любого типа или вида даже в одном объекте контроля. Для контроля ответственных деталей железнодорожного подвижного состава с целью большей глубины и полноты контроля применяют систему неразрушающего контроля, представляющую совокупность одного или нескольких методов (вариантов методов). Поэтому наиболее ответственные узлы и детали подвергаются нескольким видам контроля. Например,  колесную пару при проведении текущего и среднего ремонта контролируют как магнитопорошковым методом, так и ультразвуковым; корпус автосцепки и тяговый хомут контролируют  магнитопорошковым и феррозондовым методом; надрессорные балки и боковые рамы тележек грузовых вагонов контролируют магнитопорошковым, феррозондовым, вихретоковым методами.

В связи с вводом в действие нового комплекта технологических инструкций по неразрушающему контролю деталей и составных частей вагонов при ремонте, утвержденного президентом Некоммерческого партнерства «Объединение производителей железнодорожной техники» (НП «ОПЖТ»)     В.А. Гапановичем от 30.05.2016 г., изменена методика контроля узлов и деталей вагонов магнитопорошковым методом контроля взамен феррозондового (введ. в действие от 01.01.2017 г.).

Проведем анализ использования магнитопорошкового метода НК по следующим показателям: выявляемость дефектов; производительность контроля; наглядность и контролепригодность.

При выборе методов и систем контроля необходимо, в первую очередь, учитывать такие их показатели, как чувствительность, достоверность, оперативность, производительность, стоимость, а также наличие документа о результатах контроля.

Основной характеристикой  неразрушающих методов контроля  является чувствительность, определяющая его способность выявлять дефекты минимальных размеров. Чувствительность оценивают как абсолютными, так и относительными (в зависимости от толщины; контролируемого материала) размерами выявляемых дефектов.

Чувствительностью характеризуется также выявляемость дефектов, т.е. возможность регистрирования дефекта каким-либо дефектоскопическим прибором. Она зависит от вида дефекта, его размеров, ориентации и местоположения в изделии.

Определение дефекта – это величина случайная. Поэтому достоверность контроля  предопределяет вероятность обнаружения дефекта.

Значения показателей выявляемости дефектов и достоверности анализируемого метода контроля определяют путем сравнения характеристик дефектов (количества, размеров), выявленных при контроле, с аналогичными характеристиками дефектов, выявленных при контроле методом, принимаемым за эталонный (образцовый).

В связи с изменениями видов контроля данных узлов и деталей вагонов в таблице 1.2 приведено сравнение статистических данных за период 2016 г. и 2017 г. (4 месяца). По результатам контроля четко прослеживается увеличение количества найденных дефектов средствами МПК.

Таблица 1.2 - Сведения по результатам неразрушающего контроля

Принятие решения об изменении вида НК обосновано основными свойствами магнитных порошков, влияющих на выявляемость дефектов: дисперсность, магнитные и оптические характеристики.

Преимущества магнитопорошкового метода неразрушающего контроля заключаются в его относительно небольшой трудоемкости, высокой производительности и возможности обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов. При помощи этого метода выявляются не только полые несплошности, но и дефекты, заполненные инородным веществом. Магнитопорошковый метод может быть применен не только при изготовлении деталей, но и в ходе их эксплуатации, например, для выявления усталостных трещин.

Достоинства метода  - сравнительно высокая чувствительность, простота реализации, возможность однотипной проверки разных по форме и габаритам деталей, невысокая трудоемкость.

Феррозондовому методу же предъявляются жесткие требования к намагничиванию контролируемых деталей, что требует создания уникальных (для каждого типа деталей) намагничивающих устройств, приборов для измерения магнитных полей и соответствующего метрологического оборудования. Кроме того, недостатком такого метода контроля служит специфика настройки дефектоскопов. Настройка производится с помощью специальных настроечных образцов с моделями дефектов. Градиент над каждым дефектом должен находиться в пределах малого допуска. Для контроля градиента на настроечном образце требуется прибор для измерения градиента напряженности магнитного поля и соответствующее метрологическое оборудование.

Это объясняется и спецификой НК деталей и узлов железнодорожного транспорта:

-жесткими требованиями к достоверности обнаружения усталостных трещин (как поверхностных, так и подповерхностных);

-малым временем, отведенным на контроль одной детали;

-сложной формой и относительно большими размерами контролируемых деталей;

-сильной загрязненностью и большой шероховатостью поверхности деталей;

-наличием в металле деталей дефектов литья, проката, а также не металлических включений;

-значительной поверхностной неоднородностью, связанной с условиями эксплуатации деталей.

Проведенный анализ свидетельствует о том, что магнитопорошковый метод НК способствует увеличению найденных дефектов, что приводит к увеличению производительности труда.        В соответствии с приказом №ВРКзт – 143 от 20.12.2016 г.  проведена работа по пересмотру соответствующих норм времени на проведение неразрушающего контроля узлов и деталей вагонов (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Нормы времени при проведении неразрушающего контроля

Из таблицы 1.3 видно, что трудоемкость магнитопорошкового контроля по сравнению с феррозондовым уменьшилась – это немаловажное преимущество данного метода контроля.

Наглядность – это визуальное определение дефекта (усталостные трещины) органами зрения.

При выборе метода для проведения НК конкретных деталей или узлов необходимо учитывать, кроме специфических особенностей и технических возможностей каждого метода, следующий основной фактор - характер (вид) дефекта и его расположение.

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.

Дефекты, обнаруживаемые при контроле изделий, подразделяют на явные и скрытые, а также на неисправимые, которые связаны с большими трудовыми и материальными затратами: несоответствие химического состава металла заданному; трещины, электроожоги, расслоения, рванины и др.

Характер (вид) подлежащих выявлению дефектов - важный фактор при выборе метода. В зависимости от происхождения дефекты различаются размерами, формой и средой, заполняющей их полости. Так, например, трещины имеют протяженную форму с различным раскрытием и глубиной. В полости трещин могут быть окислы, смазка, нагар и другие загрязнения. Трещины характерны резкими очертаниями, поэтому, учитывая особенности дефекта, который необходимо обнаружить, выбирают метод НК для надежного его выявления. Для обнаружения поверхностных трещин с малой шириной раскрытия (0,5-5 мкм) на деталях из ферромагнитных материалов наиболее эффективным является магнитный.

Благодаря скоплению магнитного порошка в области дефекта обеспечивается визуализация форм и размеров невидимых в обычных условиях дефектов. Главное достоинство этого метода заключается в возможности точного определения расположения концов усталостных трещин и обнаружение дефектов через слой не магнитного покрытия. 

Трещина в прямом магните (рисунок 1.1) искривляет магнитные линии и вызывает образование полюсов на каждой стороне трещины. Эти полюсы притягивают магнитные частицы и таким образом делают нарушение сплошности видимым. Сила полюсов, образовавшихся около трещин, зависит от числа разорванных магнитных линий. Трещина, направленная под прямыми углами к магнитным линиям, разрывает больше линий и создает более сильные полюсы, чем трещина, расположенная почти параллельно по отношению к магнитным линиям.

Рисунок 1.1 - Влияние трещин в намагниченном прутке

Наиболее полно выявить имеющиеся дефекты можно в том случае, когда магнитные линии расположены под прямым углом к месту нарушения сплошности.

Если проводить сравнение с феррозондовом методом контроля, то здесь следует учитывать ложные срабатывания индикаторов дефектоскопов, не связанные с дефектами (структурная неоднородность материалов, магнитные пятна, шероховатость контролируемой поверхности, неоднородность намагничивающего поля), именуемых помехами или фоном. Этот недостаток особенно часто проявлялся при контроле деталей тележек изготавливаемых литьем, а качество литья не всегда соответствует стандартам.

Для технического контроля и диагностики важным свойством продукции является контролепригодность. Оно определяет возможность, удобство и надежность технического контроля и диагностирования продукции в процессе изготовления, испытания, технического обслуживания и эксплуатации.

Магнитопорошковый контроль отличается высокой чувствительностью и  потенциально позволяет выявлять трещины с раскрытием 1 мкм, глубиной 10 мкм и более и протяженностью 0,5 мм. Минимальная длина выявляемого дефекта при феррозондовом контроле – 0,002 мм, а максимальная глубина залегания дефекта – от 0,007 мм до 1,0 мм.

Кроме того, феррозондовый контроль чувствителен к дефектам литья, поэтому могут быть ложные срабатывания, а это дополнительные усилия для подтверждения дефекта.

Таким образом, эффективность использования магнитопрошкового метода контроля взамен феррозондового имеет ряд преимуществ:

-низкая стоимость расходных материалов, т.е. расходные материалы (порошок, суспензия и др.) можно собирать и использовать повторно;

-низкие требования к качеству покрытия;

-малая трудоемкость и достаточно высокая оперативность измерений;

-сравнительно небольшие трудоемкость и временные затраты на проведение диагностики;

-высокая точность метода, возможность обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов;

-одинаковая эффективность в выявлении как полых дефектов, так и несплошностей заполненных другими веществами (водой, нефтью или пылью);

-возможность эффективного поиска усталостных трещин, возникающих в ходе эксплуатации объекта.

Материалы для магнитопорошкового контроля применяются при поиске подповерхностных и поверхностных микродефектов в деталях из ферромагнитных материалов. В основе данного метода лежат уникальные физические свойства магнитных частиц концентрироваться на так называемых неоднородностях магнитного поля объекта. Эти неоднородности обусловлены наличием дефектов. Во время контроля происходит намагничивание детали и покрытие его магнитным порошком, который затем оседает в зоне дефектов, что формирует видимые следы от дефектоскопирования. Метод контроля с применением порошка еще называют «сухим» по аналогии с «мокрым» (с использованием магнитной суспензии).

В последнее  время широко применяется магнитно-люминесцентный порошок, который дает более четкие и контрастные следы на дефекте, благодаря чему быстрее и надежнее выявляются мелкие дефекты, уменьшается  утомляемость зрения дефектоскописта, повышается производительность его труда.

Итак,  магнитопорошковый метод — один из самых распространенных методов НК стальных деталей. Он нашел широкое применение не только на железнодорожном транспорте, но и в авиации, химическом машиностроении, при контроле крупногабаритных конструкций и во многих других отраслях промышленности. Масштабность применения магнитопорошкового метода объясняется его высокой производительностью, наглядностью результатов контроля и высокой чувствительностью. При правильной технологии контроля деталей этим методом обнаруживаются трещины, усталости и другие дефекты в начальной стадии их появления, когда обнаружить их без специальных средств трудно или невозможно.

Библиографический список

1. Лаптева, И.И. Неразрушающий контроль деталей вагонов [Электронный ресурс]: конспект лекций / И.И. Лаптева., М.А. Колесников-М.: Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2012. - 103 с.: ил. - Режим доступа: http: //static scbist com/scb/uploaded/1_1347944641.pdf 
2. Комплект технологических инструкций по неразрушающему контролю деталей и составных частей вагонов при ремонте [Электронный ресурс]: утверждено 30.05.2016 г. – Москва: Некоммерческое партнерство «Объединение производителей железнодорожной техники» НП «ОПЖТ», 2016. – Режим доступа: http://www.tigt.ru/dnevnik/
3. Сайт «Студенческая библиотека онлайн». – Режим доступа: http://studbooks.net/1702901/tovarovedenie/analiz_sistemy_nerazrushayuschego_kontrolya_predpriyatiyah 
4. Сайт «Студопедия». – Режим доступа: http://studopedia.ru/1_52314_magnitno-poroshkoviy-kontrol-skritih-defektov.html