Образец для магнитопорошковой дефектоскопии

Полезная модель относится к неразрушающему контролю качества изделий, а именно к магнитопорошковому контролю, и может быть использована в различных отраслях машиностроения. Техническая задача: получение дефектов, в том числе и подповерхностных, расположенных на заданной глубине. Сущность: образец для магнитопорошковой дефектоскопии, содержащий основу из ферромагнитного материала произвольной формы с круглым отверстием, в которой заподлицо с рабочей поверхностью основы запрессована вставка из такого же что и основа материала в виде конического штифта с поперечным круглым сквозным отверстием и продольным искусственным дефектом в виде щели, отличающаяся тем, что длина щели меньше длины вставки над ее поперечным отверстием на величину h, где h - глубина залегания подповерхностного дефекта.

Полезная модель относится к неразрушающему контролю качества изделий, а именно к магнитопорошковому контролю, и может быть использована в различных отраслях машиностроения.

Известен стандартный образец (ГОСТ 21105-87, стр.16), выполненный в виде стальной полосы с азотированными на глубину 0,2-0,3 мм широкими сторонами. В результате растяжения образца на разрывной машине происходит растрескивание на глубину азотированного слоя. Преимуществом данного образца является то, что получают дефекты на заданную глубину 0,2-0,3 мм. Однако получение более глубоких дефектов с помощью данных образцов не возможно. Кроме этого, изготовление дефектов ограничивается только образцами. Поперечное сечение данных образцов не превышает 4×25 мм, что ограничивается мощностью разрывных машин, на которых растягивается образец для растрескивания поверхностного азотированного слоя. Реальные изделия, подвергаемые магнитопорошковой дефектоскопии, имеют часто в десятки раз большее поперечное сечение. Стандартный образец указанного сечения (4×25 мм) достаточно надежно промагничивается даже не очень сильным намагничивающим устройством, что обуславливает выявление на нем самых неглубоких дефектов. Это вводит в заблуждение операторов, принимающих решение о параметрах магнитопорошкового контроля. Намагничивание данным намагничивающим устройством реальных изделий совершенно не гарантирует достаточный уровень намагничивания их даже для выявления глубоких дефектов типа трещины.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является стандартный образец для магнитной дефектоскопии (авт. св. СССР 1810805 от 04.01.1991 г.), который содержит основу из ферромагнитного материала произвольной формы с круглым отверстием и цилиндрическую вставку с направляющей конической частью на одном из концов и искусственным поверхностным дефектом на торце второго конца, выполненную из того же материала и запрессованную в отверстие основы заподлицо с ее рабочей поверхностью.

Недостатком данного стандартного образца является то, что глубина его поверхностного дефекта - не менее диаметра вставки и превосходит 5 мм, что намного превышает реальные пороговые дефекты глубиной 0,1-0,5 мм. Одним из требований, предъявляемых к стандартному образцу, является то, что по своим свойствам он должен наиболее быть идентичен реальным контролируемым изделиям. Выявление дефекта глубиной более 5 мм на стандартном образце не гарантирует обнаружение дефектов пороговой глубины 0,1-0,5 мм на контролируемых изделиях.

Самым главным недостатком всех известных образцов является невозможность с их помощью воспроизводить свойства изделий с подповерхностными дефектами, расположенными на различной глубине от контролируемой поверхности.

Предлагаемая полезная модель решает задачу получения образца с подповерхностным дефектом.

Для достижения этого технического результата в образце для магнитопорошковой дефектоскопии, содержащем основу из ферромагнитного материала произвольной формы с круглым отверстием, в которой заподлицо с рабочей поверхностью основы запрессована вставка из такого же что и основа материала в виде конического штифта с поперечным круглым сквозным отверстием и продольной прорезью длиной меньше длины вставки на величину h, где h - глубина залегания подповерхностного дефекта.

Признаки, отличающие предлагаемый образец от прототипа, позволяют получить образцовое средство с подповерхностным дефектом.

Предлагаемый образец для магнитопорошковой дефектоскопии иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-7.

На фиг.1 - фиг.3 показана модель образца прототипа;

На фиг.1 - разрез образца прототипа.

На фиг.2 - разрез основы 1 образца со сквозным отверстием под вставку.

На фиг.3 - вставка 4 из такого же что и основа материала в виде конического штифта с поперечным круглым сквозным отверстием и продольным искусственным дефектом в виде щели.

На фиг.4 - фиг.7 показана модель заявляемого образца.

На фиг.4 - модель заявляемого образца, содержащая щель шириной d ₀, выходящую на поверхность (поверхностный дефект) и щель, расположенную на глубине h₁ от контролируемой поверхности (подповерхностный дефект);

На фиг.5 - модель заявляемого образца, содержащая щель, расположенную на глубине h₂ от контролируемой поверхности (подповерхностный дефект);

На фиг.6 - вставка 7 заявляемого образца с поверхностным и подповерхностным дефектами;

На фиг.7 - вставка 8 заявляемого образца с подповерхностным дефектом.

Образец для магнитопорошковой дефектоскопии (фиг.4) содержит основу произвольной формы, например, в виде пластины 1 с круглым отверстием, в которое запрессована вставка 5 или 6 заподлицо с рабочими поверхностями основы. Пластина 1 и вставка 5 (6) выполнены из одной и той же стали в одинаковом термическом состоянии. В боковой поверхности вставки, в средней ее части, выполнено сквозное круглое отверстие диаметром 1 мм, через которое проходит продольная прорезь. Плоскость прорези совпадает с продольным диаметром сквозного отверстия во вставке. При этом длина прорези меньше длины вставки 7. Величина недореза вставки h определяет глубину залегания подповерхностного дефекта. Поэтому при запрессовке вставки 7 заподлицо с контролируемой поверхностью образца дно прорези, имитирующей дефект, находится на заданном расстоянии от этой поверхности. Диаметр ₁ вставки меньше начального диаметра ₀ сквозного отверстия пластины 1. Обеспечение плотного прилегания друг к другу боковых стенок отверстия и вставки достигается при выполнение соотношения

₁<₀<₂.

Часть вставки 5 (6) имеет диаметр больше диаметра круглого отверстия ₀ в пластине 1. Ширина щели d, выходящей на нижнею рабочую поверхность образца, определяется по формуле

d=d₀-(-₀),

где (-₀)d₀.

Таким образом, на рабочую поверхность образца выходит искусственный дефект, имеющий заданную ширину раскрытия d, которая меньше ширины d₀ прорези во вставке 7(8), выполненной электроэрозионным способом до запрессовки ее в отверстие в пластине 1. Кроме этого, для получения гарантированной ширины щели в нее вставляется заданной толщины фольга из немагнитного металла в виде прямоугольной полоски 3 (фиг.4).

Минимальное значение ширины щели, практически равное нулю, получается при равенстве

(-₀)=d₀.

Для деформируемости части вставки 5 (обеспечения возможности уменьшения ширины щели d при запрессовке вставки в отверстие пластины 1) общая длина щели L должна быть не менее диаметра ₂ вставки 5

L₂.

Пример. Необходимо изготовить стандартный образец с заданной минимальной шириной щели d=0 мм. В качестве основы стандартного образца выбрана стальная ферромагнитная пластина толщиной 10 мм, в которой выполнено сквозное отверстие. Диаметр отверстия ₀=6,2 мм. Из той же стали, что и пластина, изготовлена заготовка конической вставки, минимальный диаметр которой ₁=6 мм, длина 20 мм, наибольший диаметр D ₁=6,4 мм. С учетом диаметра сквозного отверстия ₀=6,2 мм, ширины щели d₀=0,1 мм, получаемой электроэрозией во вставке 7, ее наибольший диаметр до запрессовывания заподлицо с рабочей поверхностью пластины 1 будет определяться формулой

₂=₁+d₀=6,3 мм.

Общая длина деформируемого участка вставки, равная L6,3 мм, позволяет получить минимальное, в том числе и нулевое, значение ширины щели d.

После изготовления цилиндрического отверстия и продольной щели во вставке 7 ее запрессовывают в отверстие пластины 1.

Ширина раскрытия d дефекта в виде щели в образце (фиг.4) после запрессовывания вставки в отверстие пластины 1 определяется по формуле

d=d ₀-((₁+H/50)-₆),

где d₀ - ширина узкой щели вставки 7 до запрессовывания ее в отверстие пластины 1.

Рассмотрим пример изготовления образца с поверхностным и подповерхностным дефектами (фиг.4). В данном случае для обеспечения прочности вставки 7 значение h1,5 мм выбирается по возможности наибольшим. Пунктирные линии на фиг.6 показывают предполагаемые диаметры ₅ и ₆ вставки 7 после запрессовки ее в отверстие пластины 1 (фиг.4) и находящиеся с ней заподлицо.

Вставка 7 для такого образца показана на фиг.6. Длина L щели изготавливается с учетом толщины пластины 1 (длины сквозного отверстия в данной вставке), расстояния h от дефекта до контролируемой поверхности и разности между диаметром ₀ отверстия в пластине 1 и диаметрами ₁ и ₂ вставки 7. Данную разность необходимо учитывать для обеспечения плотного прилегания боковых сторон вставки и отверстия на обеих контролируемых поверхностях образца при запрессовке вставки 7 в отверстие пластины 1 и получения ширины раскрытия щели d=0 мм. Ширина щели d за счет вставленной в нее пластины из немагнитного металла может быть ненулевой. Это, в свою очередь, может приводить к небольшому образованию валика (наплыву) металла пластины 1 рядом со стенкой ее отверстия.

Контролируемыми поверхностями образца являются две его параллельные поверхности, перпендикулярные оси симметрии вставки 7. В нашем случае для поверхностного и подповерхностного дефектов контролируемыми поверхностями являются соответственно нижняя и верхняя поверхности образца.

Перед запрессовыванием вставки 7 в отверстие пластины 1 необходимо провести точное измерение и фиксирование значения длины L щели и диаметров ₁ и ₂ вставки 7. Кроме этого необходимо учитывать:

длину H=20 мм вставки 7 и толщину Т=10 мм пластины 1;

расстояние h₁=1,5 мм от подповерхностного дефекта до контролируемой поверхности образца;

наибольший диаметр ₂=₁+0,02H=6+0,02×10=6,4 мм вставки 7;

начальную ширину d₀=0,1 мм щели вставки 7;

разность диаметров вставки 7, рассчитываемых по формуле

(₆+d₀)-₀=(₁+0,02(H₁+Т))-₀=(6+0,02×(5+10))-6,2=0,1 мм.

После определения указанных параметров запрессовать в отверстие пластины 1 вставку 7 так, чтобы ее торец диаметром ₂ выступал под нижней поверхностью образца примерно на величину

H₁=20-((₁+d₀)-₀))/0,02=20-((6,2+0,1)-6))/0,02))=5 мм.

Соответственно диаметр ₁ вставки 7 будет выступать над верхней поверхностью образца так же примерно на величину

Н₂=Н-Т-5=5 мм.

Произвести точное измерение и фиксирование выступлений H₁ и Н₂ торцев вставки ₁ и ₂ соответственно под нижней и над верхней поверхностями образца.

Точно измерить и зафиксировать длину Н вставки 7 и толщину Т пластины 1.

Разность Н-H_1-L=h₁ точно равна расстоянию от верхней поверхности образца (пластины 1) до щели во вставке 7.

При запрессовке вставки 7 в пластине 1 рядом с отверстием возможно образование валика (наплыва) металла как на верхней так и на нижней поверхностях пластины.

В случае необходимости произвести на шлифовальном станке сошлифовывание заподлицо с верхней поверхностью образца выступающей части вставки 7 и прилегающего к вставке валика металла. При этом приходится сошлифовать часть толщины пластины 1. Данное сошлифовывание пластины 1 не должно превышать 0,1 мм.

Точно измерить новое значение T₁ толщины пластины 1. Новое точное значение расстояния h₁ от верхней поверхности образца до щели в запрессованной вставке 7 образца определится выражением

h₂=h₁-(T-T₁).

После этого в таком же порядке провести сошлифовывание нижней выступающей части вставки 7 и нижней поверхности образца. Данная обработка никак не влияет на параметр h₂ образца. Поэтому новое значение толщины Т₂ пластины 1 будет точно соответствовать ранее определенному расстоянию h₂ .

Рассмотрим пример изготовления образца (фиг.5) с подповерхностным дефектом. Вставка 8 для такого образца показана на фиг.7. Длина щели L4 мм изготавливается электроэрозией. Пунктирные линии на фиг.7 показывают предполагаемые диаметры ₇ и ₈ вставки 8 при запрессовке ее в отверстие основания 1 (фиг.5). В данном случае параметр h₂ выбирается любым из возможных допустимых значений, удовлетворяющих соотношению h₂0,5 мм.

Провести точное измерение и фиксирование значения длины L щели и диаметров ₁ и ₂ вставки 8.

Перед запрессовыванием вставки 8 в отверстие основания 1 кроме указанных выше параметров необходимо учитывать:

начальную длину Н=20 мм вставки 8, толщину Т=10 мм и диаметр отверстия ₀=6,2 мм пластины 1;

расстояние h₂0,5 мм от подповерхностного дефекта до контролируемой поверхности образца;

наибольший диаметр ₂=₁+0,02Н=6,4 мм вставки 8.

После определения указанных параметров запрессовать в отверстие пластины 1 вставку 7 так, чтобы ее торец диаметром ₂ выступал под нижней поверхностью образца примерно на величину

H₁=20-((₁+d₀)-₀))/0,02=20-((6,2+0,1)-6))/0,02))=5 мм.

Соответственно диаметр ₁ вставки 8 будет выступать над верхней поверхностью образца так же примерно на величину

H₂=H-Т-5=5 мм.

Произвести точное измерение и фиксирование выступлений H₁ и Н₂ торцев вставки ₁ и ₂ соответственно под нижней и над верхней поверхностями образца.

Точно измерить и зафиксировать длину Н вставки 8, толщину Т пластины 1 и расстояние L₃ (фиг.7) от конца щели до торца диаметра ₂ вставки 8.

Разность Н-H₂-L₃=h₃ точно равна расстоянию от верхней поверхности образца до щели в запрессованной вставке 8.

При запрессовке вставки 8 в пластине 1 рядом с отверстием возможно образование валика (наплыва) металла, как на верхней, так и на нижней поверхностях образца.

В случае необходимости произвести на шлифовальном станке сошлифовывание заподлицо с верхней поверхностью образца выступающей части вставки 8 и прилегающего к ней валика металла. При этом приходится сошлифовывать часть толщины пластины 1. Данное сошлифовывание не должно превышать 0,1 мм. Точно измерить новое значение Т₂ толщины пластины 1. Новое точное значение расстояния h₄ от верхней поверхности образца до щели во вставке 8 образца определится выражением

h₄=h₃-(Т-Т ₂).

После этого в таком же порядке провести сошлифовывание нижней выступающей части вставки 8 и нижней поверхности образца. Данная обработка никак не влияет на параметр h₄ образца. Поэтому новое значение толщины Т₃ основания 1 будет точно соответствовать ранее определенному расстоянию h₄.

Проверка технологии контроля и средств магнитопорошковой дефектоскопии осуществляются следующим образом.

Контролируемые участки образца намагничиваются с помощью намагничивающих устройств. При этом устанавливается заданный в соответствующей методике режим и уровень намагничивания на контролируемом участке. Одновременно участок поверхности контролируемой (намагничиваемой) поверхности обрабатывается магнитной суспензией Осматривается контролируемый участок поверхности образца. Наличие валика магнитного порошка над искусственным дефектом свидетельствует о правильности выбора режима и уровня намагничивания.

Образец для магнитопорошковой дефектоскопии, содержащий основу из ферромагнитного материала произвольной формы с круглым отверстием, в которой заподлицо с рабочей поверхностью основы запрессована вставка из такого же что и основа материала в виде конического штифта с поперечным круглым сквозным отверстием и продольным искусственным дефектом в виде щели, отличающийся тем, что длина щели меньше длины вставки над ее поперечным отверстием на величину h, где h - глубина залегания подповерхностного дефекта.