Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Января 2014 в 16:41, курсовая работа
В работе представлены результаты исследований по выявлению несплошностей металла бандажей колесных пар подвижного состава железных дорог, залегающих вблизи донной поверхности, способом высокочастотных эхо-сигналов. Исследования производились на образцах из фрагментов бандажей с искусственными отражателями в виде сверления с плоским дном диаметром 3 мм и20 мм. Установлены новые дополнительные признаки для выявления крупных несплошностей вблизи донной поверхности при диагностической операции ультразвукового контроля бандажей по сравнению с выявлением мелких несплошностей.
ВВЕДЕНИЕ
1.Актуальность исследований……………………………………….4
2.Постановка проблемы………………………………………………5
3.Теоретический анализ исследований………………………………7
4.Целью………………………………………………………………12
5.Задачи исследования………………………………………………13
6.Основной материал исследования……………………….………14
7.Вывод……………………………………………………………….21
Литература.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
5.Задачи исследования.
Для достижения поставленной цели необходимо:
- изготовить образцы из фрагментов бандажей с искусственными отражателями вблизи посадочной поверхности;
- экспериментально определить минимальную глубину выявления несплошностей вблизи посадочной поверхности с помощью высокочастотных сигналов;
- экспериментально проверить признаки выявления малых несплошностей вблизи посадочной поверхности;
- произвести экспериментальное исследование выявления крупных несплошностей вблизи посадочной поверхности бандажа высокочастотными сигналами;
- разработать новые признаки для выявления крупных несплошностей вблизи посадочной поверхности бандажа высокочастотными сигналами.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
6.Основной материал исследований.
Для изучения и разработки предложений по совершенствованию технологии контроля из фрагментов двух бандажей были изготовлены образцы с плоскодонными цилиндрическими отражателями.
На одном образце были выполнены цилиндрические плоскодонные отражатели диаметром 3 мм. Глубина залегания отражающей поверхности плоского дна от посадочной поверхности бандажа соответствует 4λ, 2λ, λ, 0,5λ ультразвуковой продольной волны для частоты 2,5 МГц (рис. 4). В этом же образце для контроля в осевом направлении с внутренней боковой поверхности были выполнены аналогичные искусственные отражатели.
Рис. 4. Фото образца с плоскодонными цилиндрическими отражателями диаметром 3 мм для проведения экспериментальных исследований.
На этом образце экспериментально определялось выявление плоскодонных отражателей на указанных глубинах на частотах 2,5 и 5 МГц прямыми пьезоэлектрическими преобразователями П111-2,5-К12-003 и П111-5-К6-003, П111-5-К12-003 продольными волнами с помощью детектированных и высокочастотных эхо-сигналов. Работы выполнялись ультразвуковым дефектоскопом УД4-Т. Ультразвуковой дефектоскоп с преобразователем настраивался на предельную чувствительность 7,1 мм2 на глубине 15 мм от посадочной поверхности.
В процессе эксперимента
было установлено, что искусственный отражатель
на глубине 0,5λ2,5 от посадочной поверхности
бандажа на частоте 2,5 МГц не выявляется
детектированным, и неуверенно выявляется
высокочастотным эхо-сигналом. На частоте
2,5 МГц уверенно выявлялся искусственный
отражатель на глубине λ2,5 с помощью
высокочастотного эхо-сигнала и не выявляется
детектированным сигналом (рис. 5).
а
Рис. 5. Вид детектированного - а и высокочастотного эхо-сигнала - б от искусственного отражателя диаметром 3 мм на экране дефектоскопа при Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
контроле на частоте 2,5 МГц прямым преобразователем, глубина залегания отражателя - λ2,5.
Экспериментально определено, что при контроле на частоте 5 МГц удается выявлять высокочастотным эхо-сигналом искусственный отражатель на глубине 0,5λ2,5, при этом с помощью детектированного сигнала выявление не уверенное. Эксперименты на частоте 5 МГц проводились с диаметрами пьезоэлемента 6 мм и 12 мм. Было установлено, что более уверенное выявление искусственного отражателя на глубине 0,5 λ2,5ультразвуковым преобразователем с диаметром преобразователя 6 мм (рис. 6).
а
Рис. 6. Вид детектированного - а и высокочастотного - б эхо-сигнала от дефекта на экране дефектоскопа при контроле на частоте 5 МГц прямым преобразователем, глубина залегания отражателя - 0,5λ2,5.
Исследования выявления плоскодонных отражателей диаметром 3 мм на наружной боковой поверхности на глубинах 4λ, 2λ, λ, 0,5λ ультразвуковой продольной волны для частоты 2,5МГц с помощью детектированных и высокочастотных эхо-сигналов частотой 2,5 и 5 МГц показали аналогичные результаты.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
Учитывая, что на 5 МГц с помощью высокочастотного эхо-сигнала уверенно выявляется искусственный отражатель на глубине 0,5 λ2,5, эксперименты по выявлению искусственных отражателей большего размера проводились для глубины 0,5 λ2,5.
Во втором фрагменте бандажа был изготовлен цилиндрический плоскодонный искусственный отражатель диаметром 20 мм (рис. 7).
Рис. 7. Фото образца с плоскодонным цилиндрическим отражателем диаметром 20ммдля проведения экспериментальных исследований
Экспериментально изучался высокочастотный эхо-сигнал от искусственного отражателя диаметром 20мм в различных положениях преобразователя относительно искусственного отражателя. На рис. 8 представлен вид высокочастотного эхо-сигнала в положении преобразователя против центральной части отражателя.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
Рис. 8. Вид высокочастотного эхо-сигнала от исскуственного отражателя 20мм на экране дефектоскопа при контроле прямым преобразователем с диаметром пьезоэлемента 6 мм на частоте 5 МГц
По виду такого высокочастотного сигнала согласно признакам предложенного в [8] способа определить наличие несплошности невозможно, так как амплитуда высокочастотных колебаний от несплошности и дна приблизительно одинакова, и выделить слева дополнительные колебания от несплошности невозможно, что не позволяет обнаружить отражатель.
Если несплошность будет иметь значительные размеры, то донный эхо-сигнал на ее фоне не будет регистрироваться и произойдет только смещение высокочастотного эхо-сигнала влево, а вид высокочастотных колебаний эхо-сигнала от несплошности останется как у донного эхо-сигнала. А так как у бандажа толщина переменная, то по этому признаку можно пропустить недопустимую несплошность металла.
Эксперименты показали, что при перемещении преобразователя на начало отражателя происходит изменение амплитуды и количества высокочастотных колебаний в эхо-сигнале. При этом дополнительные высокочастотные колебания эхо-сигнала слева возрастают, а колебания донного эхо-сигнала справа – снижаются. При перемещении преобразователя с отражателя на бездефектный участок происходит снижение амплитуды колебаний слева эхо-сигнала и возрастание амплитуды колебаний справа.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
Признаком начала несплошности предлагается считать противоположное изменение амплитуд высокочастотных колебаний эхо-сигнала слева и справа и изменение их количества. Определив края несплошности можно оценить и ее условные размеры.
На рис. 9 представлен вид высокочастотного сигнала при перемещении преобразователя с бездефектного участка на начало искусственного отражателя.
Рис. 9. Вид высокочастотного
сигнала при перемещении
Глубину залегания крупной несплошности предлагается определять так же как и в [8] по количеству колебаний слева эхо-сигнала и по дополнительному новому признаку - по количеству колебаний эхо-сигнала слева, имеющих амплитуду высокочастотных колебаний значительно меньших амплитуды эхо-сигналов от дна с одинаковой динамикой возрастания колебаний вначале или убывания в конце несплошности.
Экспериментально изучалось изменение высокочастотного эхо-сигнала от дна при перемещении преобразователя поперек поверхности катания, в процессе которого изменялась толщина бандажа.
Установлено, что при перемещении преобразователя поперек поверхности катания происходит смещение эхо-сигнала из-за изменения толщины, но количество высокочастотных колебаний в эхо-сигнале не изменяется. В Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
процессе перемещения
преобразователя изменяется местами
амплитуда высокочастотных
На рис. 10 показаны различные положения преобразователя при перемещении его поперек поверхности катания и соответствующие ему виды высокочастотных донных эхо-сигналов на экране дефектоскопа при отсутствии в металле несплошностей.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
а
б
Рис. 10. Положения преобразователя при перемещении его поперек поверхности катания – а, и смещение высокочастотного донного эхо-сигнала при ультразвуковом контроле переменной толщины бандажа - б
Выводы.
1. На изготовленных образцах определено, что способ выявления несплошностей металла с помощью высокочастотных колебаний эхо-сигналов при диагностической операции ультразвукового контроля бандажей позволяет уменьшить неконтролируемую зону вблизи посадочной поверхности бандажа до 0,5λ2,5 (1,2 мм) при контроле на частоте 5 МГц и до λ2,5 (2,4 мм) при контроле на частоте 2,5 МГц.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
2. Экспериментально подтверждено, что при диагностической операции ультразвукового контроля с помощью высокочастотных колебаний эхо-сигнала признаками выявления малых несплошностей вблизи посадочной поверхности бандажа является появление дополнительных высокочастотных колебаний малой амплитуды перед высокочастотным донным эхо-сигналом большой амплитуды. Глубина залегания такой несплошности определяется по количеству дополнительных высокочастотных колебаний, появившихся слева от высокочастотного донного эхо-сигнала.
3. Экспериментально установлено, что по признакам выявления малых несплошностей способом высокочастотных колебаний эхо-сигнала определить наличие крупной несплошности вблизи посадочной поверхности бандажа невозможно, потому что при положении преобразователя над крупной несплошностью по амплитуде дополнительные высокочастотные сигналы не отличаются от высокочастотных колебаний донного эхо-сигнала.
4. По результатам исследований разработаны новые признаки для выявления крупных несплошностей вблизи посадочной поверхности бандажа при диагностической операции ультразвукового контроля бандажей колесных пар:
- началом несплошности является появление дополнительных высокочастотных колебаний слева перед высокочастотным донным эхо-сигналом при одновременном возрастании амплитуды дополнительных высокочастотных эхо-сигналов и уменьшении амплитуды донного высокочастотного сигнала.
- концом несплошности является одновременное уменьшение амплитуды высокочастотных колебаний эхо-сигнала слева и увеличение справа.
- глубина залегания несплошности определяется на ее крае, когда амплитуда высокочастотных колебаний эхо-сигнала слева значительно меньше амплитуды высокочастотных колебаний донного эхо-сигнала справа, что дает возможность посчитать количество дополнительных высокочастотных колебаний слева от высокочастотного донного эхо-сигнала.
Информация о работе Ультразвуковой контроль колесных пар локомотива