Характеристика и устройство ультразвукового дефектоскопа УД2-12

   СОДЕРЖАНИЕ 

    Введение…………………………………………………………………4

  1. Характеристика и устройство ультразвукового

    дефектоскопа  УД2-12…………………………………………………..6

  1. Основные неисправности колесных пар……………………….….10
  2. Технология ультразвукового контроля осей

    колесных пар  вагонов…………………………………………….……11

  1. Механизация и автоматизация при дефектоскопии………………22
  2. Организация рабочего места при дефектоскопии ……………….24
  3. Техника безопасности при дефектоскопии ……………………….26
  4. Охрана окружающей среды и экология…………………...…..….28

    Список литературы…………………………………………………….32

    Приложение…………………………………………………………….33

 

   ВВЕДЕНИЕ
 

   Главным направлением развития железнодорожного транспорта на современном этапе  развития является его реформирование, основная цель структурной реформы  снижения совокупных народно-хозяйственных  затрат на железнодорожные перевозки за счет передачи в муниципальную собственность объектов коммунального хозяйства.

   Ориентировочно  к 2005 стоимость железнодорожной  перевозки снизится на 30-40% за счет снижения до минимума перекрестного субсидирования пассажирских перевозок грузовыми.

   Реально ведут к снижению железнодорожных  тарифов на половину. Реформирование отрасли будет проводиться в  три этапа. На первом подготовительном рассчитанном на 1998-2000 гг. должны были отработаны все вопросы связанные с созданием законодательной базы отрасли. Сделаны расчеты возможных последствий реформы.

   Выполнены работы по освобождению железной дороги от производственной инфраструктуры, а также по погашению задолженности МПС перед государством. На втором этапе будет принято решение и отработаны аспекты деятельности грузовых и пассажирских положений, на третьем этапе принято решение, каким образом должны разделяться пассажирские и хозяйственные вагоны функции МПС и на сколько необходимо создание центральной железнодорожной компании. В 1998 г. тарифы снижены в среднем на 5%.

   Современный уровень развития народного хозяйства  требует непрерывного совершенствования эксплуатации железнодорожного транспорта для повышения качества и интерфиксации перевозочного процесса. Выполнение этих требований связано с увеличением скоростей и уплотненного графика движения, ростом нагрузок на подвижной состав и элементы пути. Ужесточение балласта пути и применение более мощных профилей рельсов ведут к увеличению нагрузок, возникающих при взаимодействие пути и ходовой части подвижного состава. В таких условиях нередко возникают дефекты усталостного происхождения в ответственных деталях подвижного состава (элементах колесных пар, буксовых узлах, силовых передачах и т.п.). Под дефектами понимают несплошности металла, снижающие надежность изделия и угрожающие его разрушением в процессе эксплуатации. Для обнаружения дефектов в изделиях с помощью методов неразрушающего контроля промышленность выпускает специальные приборы – дефектоскопы, основная задача которых – определить факт, т.е. установить, есть ли в изделии дефект или нет. Кроме того в некоторых случаях с помощью того или иного дефектоскопа могут быть определены форма и размеры дефекта, а также его место нахождения в изделии.

   В данном курсовом проекте описывается принципы работы и основные характеристики ультразвуковых дефектоскопов, используемых предприятиями для обнаружения в деталях и узлах подвижного состава и механизмах усталостных трещин, угрожающих безопасности движения; приведены сведения о конструкции и функциональных возможностях, о порядке подготовки дефектоскопов к работе, об определении и фиксации их рабочих режимов и расшифровке результатов контроля. 

 

    1. ХАРАКТЕРИСТИКА  И УСТРОЙСТВО УЛЬТРОЗВУКОВОГО  ДЕФЕКТОСКОПА УД2-12 

   Ультразвуковые  дефектоскопы УД2-12 и УД-11ПУ обеспечивают обнаружение несплошностей в различных металлах или пластмассах теневым или эхо методом, а также может при необходимости быть использован для целей толщинометрии. При ремонте подвижного состава основной задачей является обнаружение усталостных трещин, поэтому дефектоскопы используют, как правило, лишь как индикаторы несплошностей, а узлы измерения недоиспользуются.

   Из  множества технико-эксплутационных  и метрологических характеристик дефектоскопов основной интерес для потребителя, занятого ремонтом подвижного состава железных дорог, представляют параметры, определяющие пригодность дефектоскопа для контроля деталей вагонов. Такими параметрами в первую очередь являются максимальная глубина прозвучивания и чувствительность, а также эргономические показатели: размер экрана, масса, габариты, простота управления. Основные параметры ультразвуковых дефектоскопов, которыми оснащается ремонтные предприятия МПС, приведены в таблице.

   Отечественные дефектоскопы УД2-12 и УД-11ПУ идентичны  по своим основным характеристикам. Отличаются повышенной сложностью управления (особенно при регулировке чувствительности). Дефектоскоп УД2-12 оснащен устройством цифровой индикации расстояний и уровней сигналов, что может быть использовано для оперативной оценки величины затухания ультразвука в проверяемой детали. Эта особенность может быть использована для оценки качества термообработки стальных изделий.

   Таблица

Основные  параметры ультразвуковых дефектоскопов 

Упрощенная схема дефектоскопа УД2-12 изображена на рисунке 1  

Рис. 1. Упрощенная схема дефектоскопов  УД-11ПУ, УД2-12. 

   Дефектоскоп содержит следующие основные узлы: генератор импульсов возбуждения (ГИВ), устройство приемное (УП), блок развертки (БР), измеритель отношений (ИО), блок цифрового отсчета (БЦО), блок автоматического сигнализатора дефектов (АСД), блок электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), блок питания (БП). Отличительные особенности дефектоскопа УД2-12 связаны с функциональными возможностями блоков ИО, БЦО, АСД и БП.

   Блок  измерителя отношений позволяет измерить и отобразить в цифровом виде уровень сигнала от дефекта в децибелах. Входящая в его состав и управляющая работой усилителя схема временной регулировки чувствительности (ВРЧ) предназначена для выравнивания уровней сигналов, наблюдаемых на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), полученных на различных дальностях от преобразователя.

   Наличие в дефектоскопе блока цифрового  отсчета обеспечивает возможность определения расстояний до отражателей, не превышающих  
999 мм, или времени распространения ультразвука (в микросекундах).

   Дефектоскоп УД2-12 содержит одноканальный трех пороговый  АСД. Он срабатывает при превышении амплитуды видеосигнала, находящегося в заданной зоне контроля какого-либо из трех различных пороговых уровней. При этом загорается зеленый, желтый или красный транспарант на передней панели дефектоскопа.

   Питание дефектоскопа может осуществляться от сети переменного тока 220 В, а также  от аккумулятора или батареи напряжением 12 В. При работе от сети 220 В обязательным является заземление дефектоскопа.

   Дефектоскоп УД2-12 комплектуется ультразвуковыми  пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП) с частотами ультразвука 1,25; 1,8; 2,5; 5,0 и 10 МГц (прямые), а также наклонными ПЭП на частоты от 1,25 до 5,0 МГц с углами ввода ультразвука в стали 40, 50, 65° и на частоте 5,0 МГц дополнительно 70°. Следует заметить, что дефектоскоп УД2-12 комплектуется ПЭП новой конструкции. Поэтому ранее выпускавшиеся ПЭП из комплектов дефектоскопов УД-10П и УД11ПУ совместно с дефектоскопом УД2-12 быть использованы не могут (возможно. их использование после переделки сигнального кабеля). Кроме того, если на ранее выпускавшихся преобразователях указывались углы призмы, то на ПЭП к дефектоскопу УД2-12 указаны углы ввода ультразвука в стали. Это важное различие следует всегда помнить при работе с наклонными преобразователями.

 

2. ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ  КОЛЕСНЫХ ПАР 

   Колесные  пары, работающие в тяжелых условиях подвержены трещинообразованию, т.е. зарождению и развитию в них усталостных трещин. Такие трещины, являются сильными концентраторами напряжений, развиваясь, угрожают разрушением детали в процессе работы и созданием аварийных ситуаций. Поэтому для безопасности эксплуатации наиболее ответственные детали периодически контролируют. Цель контроля в условиях эксплуатации или ремонта – обнаружение усталостных трещин и выбраковка деталей, уряжающих поломкой. Такой контроль во многих случаях невозможно осуществлять на глаз из-за недостаточной достоверности визуального контроля. Для этой цели применяют различные виды неразрушающего контроля, который может быть реализован с помощью взаимодействия различных физических полей или веществ с проверяемой деталью.

   Основные  типы дефектов (по классификации ИТМ1-В), выявляемых в оси колесной пары при  контроле по настоящей инструкции:

   50- трещины на цилиндрических поверхностях  шеек и предподступичных частей;

   51- трещины в галтелях шеек и  предподступичных частей;

   52- трещины в подступичной части;

   53- поперечные трещины в средней  части.

 

    3. ТЕХНОЛОГИЯ УЛЬТРОЗВУКОВОГО  КОНТРОЛЯ ОСЕЙ  КОЛЕСНЫХ ПАР ВАГОНОВ 

   Ультразвуковому контролю подвергаются оси вагонных колесных пар типов РУ1-950; РУ1Ш-950; РУ-950 при их формировании и освидетельствование. Для выполнения ультразвукового контроля осей колесных пар должен быть обеспечен доступ к торцевым поверхностям осей.

   Выполнение  ультразвукового контроля по данной технологии обеспечивает выявление «непрозвучиваемых» осей, а также обнаружение в осях усталостных трещин и внутренних несплошностей, является браком завода-изготовителя, эквивалентных или больших по своим отражающим свойствам искусственным отражателям в контрольном образце оси, используемым для настройки чувствительности ультразвукового контроля (УЗК) соответствующей части оси.

   Комплект  оборудования для ультразвукового  контроля осей колесных пар включает:

   - ультразвуковой дефектоскоп УД2-12 или УД11-ПУ;

   - стандартный образец СО-2 или СО-3Р;

   - прямой пьезоэлектрический преобразователь  (П111-2,5-К12-002);

   - наклонный пьезоэлектрический преобразователь  (П121-2,5-50-002);

    - наклонный  пьезоэлектрический преобразователь (П121-2,5-18);

    - комбинированный  пьезоэлектрический преобразователь  из комплекта ПКО (П131-2,5-0/18).

    Для проверки работоспособности, а также  настройки чувствительности дефектоскопа необходимо изготовить контрольные образцы осей РУ 1 и РУ1Ш рисунок 2.

    Рис.2. Контрольная ось типа РУ1 

   Требования, которым должен удовлетворять контрольный  образец оси РУ1:

   1. Линейно-угловые размеры оси должны  соответствовать требованиям чертежа оси тира РУ1. Шероховатости торца шейки оси, расположенного после зарезьбовой канавки, должна соответствовать

Rz =10-20 мкм

   2. Ось должна удовлетворять требованиям  «прозвучиваемости» и отсутствия дефектов, выявляемых при ультразвуковом контроле.

   3. Ширина пропилов эталонных отражений  должна быть 2±1 мм. Пропилы должны быть перпендикулярны к продольной оси колесной пары.

   4. Пропилы на подступичной части  оси должны быть выполнены  рядом со ступицей без распрессовки колес.

   5. Расстояние от начала подступичной  части оси до пропилов в  сечении Б-Б и Д-Д должно быть не менее 20±5 мм.

   6. На шейку оси с моделью дефекта  в сечение А-А должны быть  надеты кольца роликовых подшипников.

   7. Размеры L указаны относительно  ближнего к пропилу торца оси.  Контрольная ось типа РУ1Ш изготавливается  аналогично контрольной оси РУ1.

   Технология  контроля включает в себя следующие этапы:

   -подготовка  к контролю;

   -проведение  контроля;

   -оценка  качества проконтролированной детали.

   Подготовка  к контролю включает в себя:

   -подготовку  аппаратуры к работе;

   -подготовка  оси.

   Подготовка  аппаратуры включает в себя:

   -подготовку  дефектоскопа к работе;

   -настройку  масштаба развертки;

   -настройка  чувствительности дефектоскопа.

   Подготовка  дефектоскопа к работе:

   Установить  органы управления дефектоскопа в исходные положения в соответствие с приложением.

   Настройки масштаба развертки:

   Перед проведением контроля осей необходимо настроить масштаб развертки дефектоскопа. Для этого:

   а) подключить к дефектоскопу прямой или  комбинированный пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) (угол ввода 0°,частота 2,5 МГц)%;

   б) установить его на торец контрольного образца (КО);

   в) получить донный сигнал;

   г) кнопками аттенюатора уменьшить  его до высоты масштабной сетки экрана (ЭЛТ);

   д) регулятором на блоке А6 выставляют донный сигнал на следующие деление горизонтальной шкалы экрана (ЭЛТ).

   -для РУ1-9,0

   -для  РУ1Ш-8,9

   -для  РУ-9,4

   е) довести кнопками аттенюатора амплитуду  донного сигнала до середины экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

   з) отжать кнопку «х2» на задней панели дефектоскопа.

   Установленный масштаб развертки дефектоскопа для продольных волн составит Мпропер.=140 мм/дел.

   Настройка чувствительности дефектоскопа:

   Для настройки чувствительности необходимо знать основные этапы ультразвукового  контроля осей вагонных колесных пар: поверка осей на «прозвучиваемость» (проводится при формировании колесных пар);

   1-й  этап – ультразвукового контроля  средней части и дальней подступичной части оси;

   2-й  этап – ультразвукового контроля  шейки и предподступичной части  оси;

   3-й  этап – ультразвукового контроля  ближней подступичной части оси  в зоне под внешней кромкой ступицы.

   На  практике необходимо проводить проверку осей с демонтажем буксового узла без снятия внутренних колец подшипников  и осей со снятыми внутренними  кольцами подшипников; во всех случаях  выполняются все три перечисленных этапа контроля.

   Настройка чувствительности дефектоскопа для проведения УЗК осей с демонтажем буксового узла без снятия внутренних колец подшипников.

   а) Проверка осей на «прозвучиваемость»- значит проверить, удовлетворяет ли данная ось норме по затуханию ультразвука. Если удовлетворяет – ось имеет мелкозернистую структуру, соответствующую требованиям ГОСТ 4008-89, если нет, – значит, ось имеет крупнозернистую структуру. Такие оси в эксплуатацию не допускаются, а бракуются.

   Для проверки оси на «прозвучивание»  необходимо сравнить амплитуду донного сигнала в стандартном образце СО-2 (Nсо-2) по ГОСТ – 14782 (или вСО-3Р по ГОСТ – 18576) и амплитуду донного сигнала в проверяемой оси N0. Если разница составит более 46 дБ, то ось считается «непрозвучиваемой».

   (Nco-2) – (N0)>46 дБ.

   Поэтому необходимо измерить амплитуду донного сигнала в СО-2 или СО-3Р, для этого:

    -установить  прямой ПЭП на поверхность  СО-2 или СО-3Р;

    -получить  серию донных сигналов;

   -первый  донный сигнал кнопками аттенюатора  довести до средней линии экрана  ЭЛТ;

    -показания аттенюатора Nсо-2 занести в журнал установленной формы, приведенной в технической характеристике.

   Примечание: при невозможности установить амплитуду  донного сигнала до средней линии  экрана ЭЛТ уменьшить амплитуду  на блоке А8 регулятором, в дальнейшем трогать регулятор на блоке А8 ЗАПРЕЩЕНО.

   б) 1-й этап – для ультразвукового  контроля (УЗК) средней части и  дальней подступичной части оси.

   Для выполнения УЗК средней части  и дальней подступичной части  оси браковочную чувствительность N1 настраивают по эхо-сигналу от пропила глубиной 4мм, выполненному вблизи внутренней кромки ступицы колеса. Для этого:

   -прямой  ПЭП (П111-2,5-К12-002) или комбинированный  ПЭП из комплекта ПКО (частота  2,5 МГц, угол ввода 0°) устанавливают  на торец оси (РУ1Ш);

   -комбинированный  ПЭП из комплекта ПКО (частота 2,5 МГц, угол ввода 0°) устанавливают в за резьбовую канавку (оси РУ1 ,РУ);

   -Получают  эхо-сигнал от пропила и кнопками  аттенюатора доводят его до  средней линии экрана ЭЛТ. Показания  аттенюатора N1 заносят в журнал установленной формы, приведенной в технологической инструкции.

   в) 2-й этап – для УЗК ближних  шейки и предподступичной части  оси браковочную чувствительность N2 настраивают по эхо-сигналу от пропила в галтели шейки под кольцами роликовых подшипников глубиной 3 мм, на расстоянии 150-165 мм от поверхности сканирования. Для этого:

    -прямой ПЭП или комбенированый  ПЭП из комплекта ПКО (частота  2,5 МГц, угол ввода 0°) устанавливают  в резьбовую канавку (оси РУ1, РУ) рисунок 3.

   Рис.3 Схема прозвучивания оси.

   -получают  эхо-сигнал от пропила и кнопками аттенюатора доводят его до средней линии экрана ЭЛТ. Показания аттенюатора N2 заносят в журнал установленной формы, приведенной в технической инструкции.

  г) 3-й этап – для выполнения УЗК  ближней подступичной части оси  в зоне под внешней кромкой ступицы браковочную чувствительность N3 настраивают по эхо-сигналу от пропила вблизи внешней кромки ступицы колеса глубиной 3мм на расстояние 280-330 мм от поверхности сканирования. Для этого:

   -наклонный  или комбинированный ПЭП из  комплекта ПКО (частота  
2,5 МГц, угол ввода 18°) устанавливают в за резьбовую канавку (РУ1, РУ) или на торец оси (РУ1Ш).

   -получают  эхо-сигнал от пропила и кнопками  аттенюатора доводят его до  средней линии экрана электронно-лучевой  трубки. Показания аттенюатора N3 заносят в журнал установленной формы, приведенной в технической характеристики.

   Подготовка  оси:

   Очистка обеспечивает подготовку поверхностей колесных пар для выполнения дефектоскопии. Основными требования к способам очистки колесных пар является высокое качество и быстрота очистки при сохранение нормальных условий труда. Известны следующие способы отчистки колесных пар: механический (механизированный и ручной), при котором в качестве рабочих органов используются металлически щетки или скребки; струйно-гидравлический с использованием щелочного раствора или чистой воды; гидромеханический; пескоструйный; вываривание в щелочном растворе (погружение в ванну); химический (обмазывание специальной мастикой).

   Механический  способ очистки применяют как  основной, так и дополнительный в сочетание с другими способами для удаления различных нерастворимых органических соединений, ржавчины, старой краски. При ремонте колесных пар очистку скребками или металлическими щетками, применяют до обмывки колесных пар в моечной машине и после нее. Ручная очистка колесных пар щетками и скребками обеспечивает тщательное удаление загрезнений, представляет собой трудоемкую и малопроизводительную работу.

   В последнее время находят применения механизированные установки для предварительной отчистки колесной пары металлическими щетками или скребками. Такие установки снабжены механизмами вращения колесной пары и пневматическими цилиндрами для прижатия щеток к элементам колесных пар в процессе их отчистки; убедится в отсутвие поверхностных дефектов.

   Проведение  контроля

   а) Проверка осей на «прозвучиваемость».

   Проверку  осей на прозвучиваемость выполняют при формировании колесных пар до и после на прессовки колес.

   Проверку  осей на «прозвучиваемость» выполняют  путем установки комбинированного ПЭП из комплекта ПКО (частота 2,5 МГц, угол ввода 0°) или прямого ПЭП на торец оси. При этом измеряют амплитуду донного сигнала от противоположного торца оси N0 в 4-х точках, выбирают меньшее значение и сравнивают с амплитудой донного сигнала в СО-2.

   Ось бракуется, если разница между N0 и Nсо-2 превышает 46 дБ;

   (Nсо-2) – (Nсо-2)>46 дБ.

   Проверку  всех частей оси проводят на поисковой чувствительности Nn, которая на 6-8 дБ выше браковочной N. Поэтому, чтобы определить знание поисковой чувствительности, необходимо от значения браковочной чувствительности отнять 6 (8) дБ.

   Nn=N-6(8), дБ.

   Полученное  значение Nn выставляют на аттенюаторе дефектоскопа для проведения контроля.

   б)1-й  этап – УЗК средней части и  дальней подступичной части оси.

   УЗК средней части и дальней подступичной части оси выполняют прямым или  комбинированным ПЭП (частота 2,5 МГц, угол ввода 0°) поочередно с каждого торца оси.

   Зона  контроля пол горизонтальной шкале  масштабной сетки экрана ЭЛТ составляет 4,0-7,8 деления.

   Для выполнения УЗК осей следует:

   -нанести  на торец оси (зарезьбованную  канавку) контактную смазку;

   -установить  прямой или комбинированный ПЭП на торец оси (за резьбовую канавку);

   -получить  донный сигнал;

   -кнопками  аттенюатора довести амплитуду  донного сигнала до средней линии экрана ЭЛТ;

   -показания  аттенюатора N0 занести в рабочей журнал;

   -если  разность показания аттенюатора  (N0-N0')<10 дБ, установить на аттенюаторе значение поисковой чувствительности Nn1; 

   Примечание. Если разность показаний аттенюатора (N0-N0')>10 дБ, установить на аттенюаторе  значение браковочной чувствительности, равное N1'=N1-(N0-N0'),дБ, если N1'<0,то ось подлежит браковке как "не бракуемая".

   -выставить  на аттенюаторе поисковую чувствительность, уменьшив показания аттенюатора N1' на 6-8 дБ;

   -выполнение  сканирование, перемещая комбинированный  ПЭП по зарезьбовой канавке  (РУ1, РУ) или устанавливая прямой  ПЭП на торце оси в 20-25 точках (РУ1Ш);

   -при  появление в зоне контроля  одиночного эхо-сигнала уменьшить  чувствительность до браковочной.

   в)2-й  этап – УЗК ближних шейки и  предподступичной части оси.

   УЗК ближней шейки и предподступичной части оси выполняют поочередно с каждого торца оси прямым или комбинированным ПЭП (частотой 2,5 МГЦ, угол ввода 0°).

   Зона  контроля пол горизонтальной шкале  масштабной сетки экрана ЭЛТ составляет 0,4-1,4 деления.

   Для выполнения УЗК ближних шейки  и предподступичной части оси  следует:

   -выставить  на аттенюаторе поисковую чувствительность Nn2;

   -нанести  на торец (за резьбовую канавку)  оси контактную смазку;

   -установить  прямой ПЭП на торец оси  (за резьбовую канавку);

   -выполнить  сканирование, перемещая ПЭП по  зарезьбовой канавке или устанавливая  его в 20-25 точках на торце оси;

   -при  появлении в зоне контроля  одиночного эхо-сигнала уменьшить  чувствительность до браковочной.

   г)3-й  этап – УЗК ближней подступичной части оси в зоне под внешней кромкой ступицы.

   УЗК ближней подступичной части оси  в зоне под внешней кромкой  ступицы выполненного поочередном с каждого торца оси комбинированный ПЭП (частота 2,5 МГ, угол ввода 18°).

   Зона  контроля УЗК ближней подступичной части в зоне под внешней кромкой ступицы следует:

   -вставить  на аттенюаторе поисковую чувствительность Nn3;