Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Лебедева Татьяна Николаевна. Разработка методов акустического контроля прутков из инструментальной стали : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 : Ижевск, 2004 151 c. РГБ ОД, 61:05-5/329

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СТАЛЬ.

МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ (обзор литературы) 12

1 Л.Прутки из быстрорежущей инструментальной стали 12

1.1 А Технология производства 16

1. 1.2 Дефекты макроструктуры прутков 20

1.2. Приборы и методы контроля прутков 28

1.2.1 Визуальный контроль 28

1\2.2 Магнитный контроль 29

  1. Ультразвуковой контроль 30

  2. Бихретоковый контроль 32

  1. Выявление дефектов с помощью волн в волноводах 34

  2. Новая технология акустического контроля протяженных объектов 39

Выводы к главе 1 42

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН
ПОХГАММЕРА И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ДЕФЕКТАМИ 43

2.1. Основные закономерности распространения стержневых

и крутильных волн \... 44

2.2. Экспериментальные исследования скорости и затухания

волн Похгаммера 51

2.3. Исследование взаимодействия волн Похгаммера

с дефектами пруткового проката 56

2.4. Эффективность использования стержневых и крутильных волн

при контроле прутков 61

2-5, Отражение стержневой волны от периодического изменения

диаметра прутка по длине 68

Выводы к главе 2 76

з
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПРУТКОВ ИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ
СТАЛИ ! 78

3.1. Эхо-импульсный метод контроля прутков и установка

для его реализации 79

  1. Расчет и проектирование контрольных образцов 83

  2. Метод контроля с использованием многократных отражений 93

  3. Метод контроля протяженных дефектов прутков

типа остатков усадочной раковины 102

Выводы к главе 3 107

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ
ТЕХНОЛОГИИ КОНТРОЛЯ 109

  1. Отбор партии для контроля 109

  2. Организация акустического контроля прутков 110

  3. Организация и результаты металлографических исследований 113

  4. Сопоставление результатов акустического контроля и металлографических исследований 119

  5. Внедрение в производство 128

Выводы к главе 4 135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 139

ПРИЛОЖЕНИЯ 143

Введение к работе:

Среди продукции предприятий черной металлургии и машиностроения большой объем занимает стальной прутковый прокат» нашедший широкое применение в качестве заготовок при производстве режущего и измерительного инструмента. Такой инструмент как режущие полотна, резьбонарезной инструмент, сверла» зенкеры, дисковые фрезы, долота, метчики и др. производятся из прутков - заготовок быстрорежущей инструментальной стали Р6М5, занимающей доминирующее положение среди марок быстрорежущих сталей (более 70% от общего выпуска).

Важнейшим условием производства инструментов высокого качества является отсутствие в прутках — заготовках различных дефектов, возникающих при нарушении отдельных этапов технологического процесса производства прутков.

К таким дефектам относят;

  1. Внутренние дефекты - пятнистая ликвация, центральная пористость, подкорковые пузыри, межкристаллические трещины, неметаллические включения, грубые раскатанные поры, остатки усадочной раковины, подусадочная рыхлота, свищи (газовые пузыри), расслоение, шлифовочные трещины, закаты и заковы, флокены и др.

  2. Поверхностные дефекты - риски (от шлифования, полирования), отпечатки, заусенцы, коррозия, царапины, трещины напряжения и др.

В соответствии с ГОСТ 19265-73 [4] для прутков D<80 мм допускаются дефекты (риски, царапины, трещины) с глубиной зачистки, не превышающей Vi допуска на размер (в зависимости от квалитета).

Наличие внутренних дефектов в прутке - заготовке, расположенных преимущественно в осевой зоне и, являющихся протяженными вдоль всего прутка, из-за невозможной идентификации их при визуальном осмотре, может повлечь поломку инструмента как при его производстве, так и при его эксплуатации и как следствие, к излишним производственным затратам.

Прутки - заготовки, в которых выявлены подобные дефекты, должны быть отнесены к бракованным и подлежат изъятию из процесса производства инструмента.

При обнаружении локализованных в прутке дефектов и определении их координат, дефектные участки могут быть изъяты, а бездефектная часть заготовки использована для дальнейшего производства инструмента.

На многих предприятиях — изготовителях продукции черной металлургии для контроля пруткового проката и изделий из него используют вихретоковый, магнитный и ультразвуковой методы контроля. Все они имеют один общий недостаток - необходимость сканирования тела прутка, что требует соответствующего механизированного оборудования.

Кроме того, ультразвуковые методы с использованием высоких ультразвуковых частот требуют тщательной обработки поверхностей контролируемых объектов и применения контактной жидкости, что отрицательно сказывается на производительности установок. При малых диаметрах прутков использование ультразвуковых методов также неприемлемо из-за наличия мертвой зоны. Вихретоковый метод контроля, несмотря на преимущество бесконтактной работы, позволяет выявить лишь поверхностные и приповерхностные дефекты.

Как правило, на предприятиях - изготовителях инструмента отсутствует входной контроль на наличие внутренних и поверхностных нарушений прутков-заготовок инструментальной стали (исключение составляет визуальный контроль на поверхностные дефекты), что зачастую приводит к браку производимой продукции.

В Ижевском государственном техническом университете под руководством профессора Буденкова Г\А. разработана новая прогрессивная технология акустической дефектоскопии протяженных объектов, основанная на использовании волн в стержнях (волн Похгаммера). Технология предполагает использование при контроле симметричной моды So волны

Похгаммера в области минимальной дисперсии скорости, либо нулевой крутильной моды То, дисперсия скорости которой вообще отсутствует.

Ввиду того, что некоторые виды режущего инструмента (пилы, долота, метчики) в процессе эксплуатации испытывают растягивающие и сжимающие нагрузки, а, например, сверла - действие момента вращения относительно оси симметрии, представляется целесообразным проводить контроль прутков-заготовок из инструментальной стали с использованием нулевой симметричной моды So волны Похгаммера или крутильной волны.

Прутки из инструментальной стали малых диаметров (от 1,8 до 30 мм) при длине 500 - 6000 мм рассматриваются как протяженные объекты, в которых могут распространяться волны Похгаммера.

Характерной особенностью используемых типов волн является чрезвычайно низкое затухание, позволяющее прозвучивать достаточно протяженные объекты, в идеале - длиной в несколько сотен метров- При незначительной дисперсии скорости (или ее отсутствии) практически не искажаются импульсы, распространяющиеся в объекте контроля. Распределение смещений вдоль оси в волне So является практически равномерным по всему сечению прутка, что позволяет обеспечить одинаковую чувствительность к дефектам в любой области сечения.

Разработка методов акустического контроля прутков из инструментальной стали, основанные на использовании стержневых волн, представляется перспективным направлением исследований, поскольку технология и аппаратура, реализующая ее, эффективно используется для входного контроля прутков-заготовок при производстве насосных штанг D= 17-25 мм.

При разработке технологи акустического контроля прутков из инструментальной стали необходимость дополнительных исследований диктуется существенными различиями в технологических процессах производства прутков-заготовок насосных штанг и прутков из инструментальной стали, различием их прочностных свойств и значительным отличием по диаметрам и квалитетам.

При существенной конкуренции на рынке инструмента, необходимым является повышение качества продукции, выпускаемой предприятием. Поэтому дефектоскопия прутков—заготовок из инструментальной стали на наличие поверхностных и внутренних дефектов является актуальной-Помимо входного контроля пруткового проката на наличие внутренних и поверхностных дефектов, необходим текущий контроль прутков, хранимых на складе, в связи с возможностью возникновения дефектов из-за нарушений условий хранения и транспортировки со склада в цех, где производится инструмент.

Внедрение новой технологии акустического контроля пруткового проката на предприятии повысит качество выпускаемой продукции, одновременно способствуя снижению затрат на ее производство.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка прогрессивной технологии акустического контроля прутков из инструментальной стали малого диаметра с использованием волн Похгаммера, обеспечивающей качество инструмента и уменьшение производственных затрат.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Обоснование целесообразности использования волн Похгаммера для неразрушающего контроля протяженных прутков малого диаметра;

  1. Исследования процессов распространения волн Похгаммера и их взаимодействия с дефектами;

  2. Разработка контрольных образцов и акустических методов контроля прутков (метод с использованием волн Похгаммера, PC датчика, эхо-сквозной метод, основанный на многократных отражениях);

  3. Испытание разработанных методов и аппаратуры в производственных условиях и сопоставление результатов неразрушагощего контроля с металлографическим, визуальным и измерительным контролем.

На защиту выносятся:

  1. Результаты исследования процессов распространения симметричной моды Sq волны Похгаммера и крутильной волны и их взаимодействия с дефектами прутков.

  2. Рекомендации по проектированию контрольных образцов для настройки параметров аппаратуры с учетом диаметра прутка и его квалитета.

  1. Методы контроля пруткового проката инструментальной стали (эхо-импульсный метод, с использованием моды 5л и крутильных волн, эхо-сквозной метод, основанный на многократных отражениях).

  2. Рекомендации по проектированию аппаратуры акустического контроля прутков из инструментальной стали малых диаметров.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 68 наименований и 6 приложений. Диссертация изложена на 151 листе, содержит 11 таблиц, 59 иллюстраций.

Краткое содержание работы. Поставленная цель и задачи определили

структуру диссертации.

*

В первой главе-«Инструментальная сталь. Методы контроля прутков»

описаны: марки и химический состав быстрорежущих инструментальных сталей, технологические процессы проката и производства режущего инструмента.

Дан подробный литературный обзор по различным видам дефектов, встречающиеся в прутках - заготовках на различных технологических этапах, а также их опасность.

Рассмотрены существующие методы неразрушающего контроля (визуальный, магнитный, вихретоковый, ультразвуковой). Сделано обоснование целесообразности использования волн Похгаммера для контроля прутков из быстрорежущей инструментальной стали малых диаметров с целью получения информации о наличии в них опасных внутренних и поверхностных дефектов.

Во второй главе — «Исследования процессов распространения волн Похгаммера и их взаимодействия с дефектами» рассмотрены основные закономерности процессов распространения стержневых (So) крутильных 0) волн, используемых при контроле прутков - заготовок их инструментальной стали, система дисперсионных кривых фазовых скоростей волн Похгаммера. Исследованы взаимодействия данных типов волн с искусственными и естественными дефектами пруткового проката из инструментальной стали-

Описана методика и результаты экспериментальных исследований по определению скорости распространения и коэффициентов затухания волн Похгаммера ^ и крутильной волны То.

Рассмотрены процессы взаимодействия стержневых и крутильных волн с дефектами пруткового проката и обоснована эффективность их использования при контроле. Теоретически и экспериментально определены коэффициенты отражения от искусственных моделей дефектов.

Представлена модель дефекта пруткового проката в виде периодического изменения диаметра по длине прутка и выработаны рекомендации по увеличению чувствительности аппаратуры при наличии этих изменений для выявления мелких внутренних и поверхностных

дефектов.

В третьей главе - «Методы контроля прутков из инструментальной стали» представлен эхо-импульсный метод контроля прутков с использованием стержневой волны, а также установка, реализующая данный метод контроля, с применением разработанных низкочастотных электроакустических преобразователей.

Предложен эхо-сквозной метод контроля пруткового проката на наличие малых дефектов, с использованием стержневой волны Похгаммера, основанный на многократных отражениях зондирующего импульса от дефектов и от торцов объекта контроля.

Проведены расчеты коэффициентов отражения от искусственных дефектов с площадью 5d, эквивалентной отклонению по площади прутка в соответствии с его диаметром и квалитетом для проектирования контрольных образцов, предназначенных для настройки параметров акустического дефектоскопа.

Описан метод контроля протяженных дефектов типа остатков
усадочной раковины, с использованием высокочастотного

электроакустического преобразователя (PC ПЭП), работающем на частоте 5 МГц, с малой мертвой зоной (1 -2 мм). Результаты контроля по предложенным методам представлены в виде эхограмм.

В четвертой главе - «Результаты производственных испытаний технологии контроля» представлены результаты акустических и металлографических исследований.

Описан процесс контроля на предприятии ДОАО «Ижевский инструментальный завод»: отбор партии прутков из инструментальной стали, место проведения контроля и акустическая установка, с помощью которой производился контроль.

Проведены металлографические исследования макроструктуры металла на наличие внутренних дефектов. Результаты металлографических исследований представлены в таблице и фотоснимками темплетов, содержащие поверхностные дефекты и поперечных шлифов с дефектами макроструктуры.

Описан переносной акустический дефектоскоп прутков ПАДП для неразрушающего контроля пруткового проката из" быстрорежущей инструментальной стали, разработанный на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертации.

Подобные работы
Филинова Анна Владимировна
Разработка метода и средств, основанных на использовании магнитных и магнитно-акустических шумов, для контроля механических напряжений в высокопрочных сталях
Мальцева Ольга Ивановна
Разработка метода контроля вин с применением многопараметровой и мультикорреляционной техники анализа
Осипов Константин Юрьевич
Разработка методов неразрушающего контроля строительных материалов, основанных на явлении механоэлектрических преобразований
Бизюлев Александр Николаевич
Исследование электромагнитных методов контроля и разработка средств дефектоскопии с повышенной разрешающей способностью
Данилов Юрий Валентинович
Исследование и разработка методов и средств контроля процессов гальванической металлизации печатных плат
Вдовин Александр Александрович
Разработка метода и средств контроля показателя ослабления слабомутных сред по изменению контраста в изображении тест-объекта в виде двух штрихов
Завгородний Алексей Владимирович
Разработка метода и средств контроля пространственно-временного распределения оптических характеристик взвеси инфузорий для биотестирования водных сред
Сычев Сергей Николаевич
Разработка методов и средств контроля состава сложных смесей органических соединений на основе диполь-полевой теории удерживания нормальной и обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии
Гурская Анастасия Александровна
Разработка методов и средств контроля высокочистого синтетического корунда и технологических сред для его получения
Швецов Александр Александрович
Разработка метода и средств контроля поверхностных полей биоэлектрических потенциалов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net