Анализ критичности различных дефектов сварных соединений показал, что, например, в ряде случаев концентрация напряжений, вызванная формой стыкового шва, может быть более опасной, чем от выявленных внутренних дефектов в виде пор и включений. С другой стороны, дефекты в виде пор, включений, подрезов, отдельных несплавлений в сварных швах, как правило, работают как объёмные концентраторы напряжений, а непровары на значительной длине шва и форма шва - как плоские концентраторы напряжений.
Наиболее опасными являются случаи, когда концентраторы напряжений совпадают с максимальными напряжениями от рабочих нагрузок, так как основные разрушения сварных металлоконструкций, влияющие на их долговечность, происходят в зоне концентрации напряжений (ЗКН). Поэтому выявлению мест и характера дефектов металла и сварных соединений уделяется особое внимание. Для проведения таких работ применяют методы неразрушающего контроля (НК), а при необходимости методы разрушающего контроля.
В практике диагностирования сварных соединений получил практическое распространение ультразвуковой контроль основного металла и сварных швов. Однако этот метод в достаточной степени трудоемок и неоперативен для определения источников повреждений на ранней стадии их зарождения. В случаях, когда известны ЗКН, эффективно применение методов акустической эмиссии, оптического рефлектометрического и теплового контроля. Но в этих случаях требуется информация о зонах возможного источника возникновения усталостных повреждений и подготовка специальных контрольных площадок. Таким образом, при предварительном диагностировании сварных соединений в качестве экспресс-метода может быть применен МПМ, позволяющий определять фактические ЗКН. Так как метод МПМ основан на регистрации и анализе СМПР, то магнитные поля рассеяния отображают необратимые изменения намагниченности в направлении действия главных напряжений от рабочих нагрузок, а также структурную и технологическую наследственность деталей и сварных соединений после их изготовления и охлаждения в магнитном поле Земли.
В современных условиях диагностирования вагонов при их эксплуатации целесообразно применение малогабаритных облегченных приборов НК, что повышает безопасность и значительно упрощает выполнение высотных работ на металлоконструкциях ГПМ. Этому требованию в полной мере отвечают компактные и достаточно малые по массе приборы МПМ, что даёт возможность проводить неограниченные объемы диагностирования вплоть до стопроцентного охвата реальных конструкций в любых производственных условиях. Кроме того, нет необходимости в специальной подготовке контролируемой поверхности (зачистки, обезжириванию и т.п.), что упрощает и обеспечивает высокую производительность диагностирования. С помощью метода МПМ возможно определение ЗКН как в поле действующих нагрузок, так и после их снятия (определение остаточных напряжений). Также в процессе контроля возможно проявление заранее неизвестных ЗКН.
Эффективность процесса диагностирования с применением метода МПМ обеспечивается достаточной точностью измерений, возможностью формирования электронных баз данных, большой вероятностью безотказной работы приборов и визуализацией контроля в процессе измерения. Обобщая сказанное, можно сделать вывод, что метод МПМ является перспективным как элемент совокупности методов комплексной оценки сварных соединений.
Наиболее ответственными и часто разрушаемыми сварными швами металлоконструкции, обеспечивающими надежность и долговечность эксплуатации вагонов, являются стыковые односторонние швы со скосом двух кромок. Они сложны в конструктивном и технологическом аспектах, качество их в настоящее время зачастую определяется внешним осмотром, что не позволяет выявлять внутренние дефекты. В процессе сварки в этих швах вероятно возникновение непроваров, пор, трещин, подрезов, шлаков и несплавлений. Поэтому важно еще на стадии изготовления проводить оценку качества сварных соединений для предотвращения возникновения данных дефектов.
Наряду с отмеченными практическими преимуществами и положительными аспектами метода МПМ отмечаются серьезные недостатки в методологии анализа магнитограмм остаточного магнитного поля (ОМП). Оспаривается декларирование представления зон рассеяния единственно зонами концентрации механических напряжений (ЗКН). Такие зоны рассеяния напряженности образуются не только на концентраторах механических напряжений от дефектов. В связи с влиянием большого разнообразия факторов характер распределения магнитодоменной текстуры и уровень напряженности ОМП не имеют прямой зависимости и не повторяются. Это химсостав, класс стали (углеродистые, легированные), вид технологического передела (литье, прокатка, ковка, штамповка, сварка, гибка, вальцовка и др.), термообработка (закалка, нормализация, термоулучшение, т.в.ч), неоднородность по зеренному и фазовому составу, по геометрической и деформационной нестабильности, по физической дефектности и т.п.
Градиент напряженности не позволяет однозначно характеризовать реальное магнитное состояние металла, обезличивая концентраторы напряжений фазной природы. Магнитная память металла интегрально характеризует общую нестабильность собственного магнитного структурно деформированного состояния определенного участка металлического изделия. Поэтому объективность диагностических возможностей метода МПМ для дефектации металлоконструкций и ферромагнитного металла ограничена.
Главная проблема метода МПМ состоит в установлении, какая зона рассеяния (концентрации) напряженности ОМП соответствует зоне концентрации напряжений от дефектов несплошности металла.
Тем не менее, наряду с отмеченными замечаниями отмечается позитивность метода МПМ в возможности определения потенциальных ЗКН на металлоконструкциях при условии конкретизации обнаруженных возможных источников повреждений другими локальными методами НК.
В качестве оснастки для подготовки к ремонту ходовых частей инновационных грузовых вагонов можно применять Измеритель концентрации напряжений ИКН-4М-16 (рис 3.1).
Рисунок 3.1 - Измеритель концентрации напряжений ИКН-4М-16
ИКН - система измерения, регистрации и обработки данных диагностики напряжённо-деформированного состояния оборудования и конструкций с использованием метода магнитной памяти металла.
Свидетельство Росстандарта RU.C.34.003.A №42683.
Приборы типа ИКН выпускаются серийно. По принципу работы они являются специализированными многоканальными феррозондовыми магнитометрами. Напряженность магнитного поля Нр на шкалах приборов проградуирована в А/м (Ампер/метр). Длина регистрируемого перемещения датчика проградуирована в мм (миллиметрах). Приборы типа ИКН являются уникальными средствами измерений и имеют ряд существенных отличий от производимых в России и за рубежом измерителей напряженности магнитного поля (магнитометров) на основе феррозондовых преобразователей. Их уникальность заключается как в функциональном назначении (определение зон концентрации напряжений - основных источников развития повреждений оборудования), так и в конструктивных специфических особенностях, заметно выделяющих их среди известных магнитометров.
Отличительные особенности приборов типа ИКН:
- многоканальность (одновременно производится измерение поля Hp по нескольким каналам);
- наличие специализированных сканирующих устройств для контроля различного оборудования (18 типов), позволяющих со скоростью до 0,5 м/сек снимать показания напряженности поля и длины объекта контроля (все сканирующие устройства защищены российскими и международными патентами);
- возможность проведения автоматической обработки результатов контроля непосредственно на объекте (используя установленное на приборе программное обеспечение);
- наличие энергонезависимой памяти (flash-памяти) для записи результатов контроля на объекте и возможность передачи данных на компьютер;
- возможность записи параметров контроля с заданной частотой в единицу времени (режим «таймера»), что позволяет выполнять контроль при движении изделий относительно датчиков (контроль вращающихся элементов, движущихся тросов и канатов, контроль рельс при движении вагона-дефектоскопа и т.д.);
- наличие в комплекте поставки программного обеспечения «ММП-Система 3.0», предназначенного для углубленной обработки результатов контроля на компьютере под Windows XP/Vista/7/8/10.
ИКН-4М-16 имеет следующие конструктивные и функциональные отличия от других приборов типа ИКН:
- от 2 до 16 феррозондовых преобразователей;
- микропроцессор 16 бит;
- ёмкость оперативной памяти 1 Мб;
- блок flash-памяти 32 Мб для записи результатов контроля на объекте в течение 10-15-х дней без сброса информации на компьютер;
- специальная клавиатура (45 кнопок), позволяющая не только управлять процессом контроля, но и делать необходимые записи и комментарии в память прибора;
- большой электролюминесцентный экран с разрешением 320х240 точек, позволяющий обрабатывать информацию по методикам во многих случаях без использования компьютера;
- расширенные функции программы обработки данных непосредственно на приборе (изображение круговой магнитограммы, изолиний магнитного поля, характеризующих распределение деформации на объекте контроля);
- возможность использования для контроля изделий как в заводских (стационарных), так и в полевых условиях;
- габаритные размеры 230х105х40 мм;
- масса с аккумуляторными батареями 2,0 кг;
- питание от восьми встроенных аккумуляторов DC 9,6В.
Общие технические характеристики приборов типа ИКН представлены в таблице 3.1
Таблица 3.1 - Общие технические характеристики приборов типа ИКН
| Диапазон измерения величины Н р | ± 2000 A/м |
| Основная относительная погрешность измеряемого магнитного поля для каждого канала, не более | 5% |
| Относительная погрешность измеряемой длины, не более | 5% |
| Минимальный / максимальный шаг сканирования (расстояние между двумя соседними точками измерений поля и длины) | 1 / 128 мм |
| Рабочий температурный диапазон | -15°С...+55°С |
| Диапазон относительной влажности | 45% - 85% |
Внедрение данной установки в моечную автоматическую машину позволит сократить площадь данной машины, шумность и сложность изготовления. Чертеж машины представлен на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Модернизированная установка для лазерной очистки поверхности
Список используемой литературы
1. Современные средства обеспечения комплексной безопасности движения поездов» / Международное информационно-аналитическое обозрение «Евразия вести» / адрес в интернете: https://www.eav.ru/publ1.php?publid=2011-01a12
2. Техническая диагностика вагонов [Текст]: учебник. В 2 ч. Ч. 1. Теоретические основы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей вагонов /. - М.: ФГБОУ «УМЦ ЖДТ», 2013. - 403 с. https://www.informio.ru/publications/id3298/Osnovnye-vidy-i-metody-nerazrushayushego-kontrolja-detalei-i-uzlov-zheleznodorozhnogo-podvizhnogo-sostava
3. Сероштан В.И., Хабаров В.Н., Шубин А. А. Перспективное направление в технической диагностике // Известия ТулГУ. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып.7.
4. ФИПС – Федеральный институт промышленной собственности. Электронный ресурс: https://www1.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ru/ru
5. Патентный поиск, Поиск патентов и изобретений РФ и СССР. Электронный ресурс: https://www.findpatent.ru/
6. USPTO – United States Patent and Trademark Office (Американское бюро патентов и торговых марок). Электронный ресурс: https://www.uspto.gov
7. Сеть Espace. Поиск по патентам Электронный ресурс: https://worldwide.espacenet.com
8. Методическое указание Современный патентный поиск: использование традиционных источников и возможностей сети Интернет. Омск 2017 – 48с.