Способ неразрушающего контроля качества деталей

СОК)3 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 96985 9) Н 1) РЕСПУЛ 183 3 5 ). ТВЕННОЕ ПАТЕНВО СССРНТ СССР). ГОСУДАР .ВЕДОМС (ГОСПАТ ЗОБРЕТ ОП НИ ТЕЛЬСТВУ РСКОМУ .СВ АВТ(71) Уральскоеотделение Всесоюзного научно.-исследовательского института железнодорожного транспорта(56) Авторское свидетельство СССРМ 1302174, кл, 6 01 й 13/00, 1987.(54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ(57) Изобретение относится к исследованию прочностных свойств и может бытьиспользовано для неразрушающего контроля качества деталей,. Цель изобретения Изобретение относитспрочностных свойств издеиспользовано для нераэруля качества деталей; преитых несущих деталей жподвижного состава,ию ыть роя к исследова лий и может шающего кон мущественно елезнодорож и о Известен способ кон ных вагонных деталей пу на растяжение по эксплуа. приложения нагрузки. Он проведение испытаний в деформаций при нагрузка из расчета получения нап(16 кгс/мм ) в наиболее сл нако он не дает исчерпыва стики прочности деталей их работоспособности прроля .ответственем испытания их тационной схеме предусматривает .области упругих х, определяемых ряжения 157 МПа бом сечении. Одющей характериаследовательно упругопластиче-. 2заключается в повышении точности при контроле литых деталей путем снижения погрешностей, связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния. Сущность изобретения заключается в том, что подвергают статическому нагружению эталонную деталь усилием, превышающим в 1,1-1.4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, определяют в качестве параметра упругопластического деформирования ее общую деформацию в направлении приложения нагрузки, по величине последней аналогично эталонной нагружают контролируемые детали и определяют значения их максимальных статических нагрузок, с учетом которых судят об усталостном параметре годности. 2 табл. ских деформациях, имеющих место в условиях перегрузки при эксплуатации,Известен также способ неразрушающего контроля качества деталей, по которому эталонную деталь подвергают статическому нагружению за пределом упругости, разгружают эталонную деталь и измеряют ее остаточную деформацию, нагружают аналогично все остальные детали и об их качестве судят путем сравнения остаточной деформации с остаточной деформацией эталонной детали. Однако область его применения ограничивается контролем деталей из точного профиля проката с незначитвльным рассеянием механических свойств в пределах выборки, У литых деталей сложной конфигурации режим упругопластического деформирования опре 1796985деляется влиянием многих факторов (разностенностью, степенью дефектности, механическими свойствами металла и пр.), в связи с чем имеет место большое рассеяние остаточной деформации, что затрудняет прогнозирование ресурса деталей.Наиболее близким по технической сущности к разработанному техническому решению является способ йеразрушающего контроля качества деталей, по которому при нагружении эталонной детали измеряют работу ее упругопластического деформирования, а остальные детали нагружают исходя из условия затраты указанной работы и о их качестве судят путем сравнения остаточной деформации с оСтаточной деформацией эталонной детали, Этот способ позволяет при оценке качества деталей учитывать упругопластические свойства, однако, как и предыдущий способ базируется на оценке качества по Величине остаточной деформации. Кроме этого он требует определения работы упругопластического деформирования, затрачиваемой выше нагрузки предела упругости, тагда как величина нагрузки предела упругости является условной характеристикой и устанавливается по допуску на остаточную деформацйю. При неравномерности распределения пластической деформации, имеющей место в литых деталях, часто бывает трудно выделить какую-то наиболее нагруженную зону,по которой определяется величина предела упругости.Существенное значение для эксплуатации представляет трудность точного иэмеренйя малых упругопластических деформаций в условиях массового производства, что характерно для данного технического решения, И, наконец, известное технйческое решение не предусматривает оценку годности литых несущих деталей по усталостному параметру применительно к реальным условиям эксплуатации,Целью изобретения является повышение точности при контроле литых деталей путем снижения погрешностейсвязанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния. Ожидаемый положительный эффект от использования изобретения образуется эа счет Снижения трудоемкости операций контроля и уменьшения параметра отказов деталей в эксплуатации,Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа нагружение эталонной детали, осуществляют усилием, превышающим в 1.1-1,4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, в качестве параметра упругопластического деформирования определяют ее общую деформацию в направлении приложения нагрузки; а при нагружении деталей определяют значения максимальных статических нагрузок. с учетом которых судят об.усталостном параметре годности, 5 Существенность отличительных признаков йзобретения подтверждается следующим. Сопротивление усталости литыхнесущих деталей зависит от концентрациинапряжений в окрестности вероятных ли- "0 тейных дефектов, При нагружечии деталейв области упругих деформаций величина статической нагрузки не коррелируется со степенью опасности дефекта как концентратора, потому по ее значению нельзя су дить об усталостном параметре годности,Однако в случае нагружения детали выше нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности,в окрестности концентраторов возникают остаточные пластические дефор мации, которые при разгрузке детали формируют остаточные напряжения. обратные познаку напряжениям от внешней нагрузки, Чем опаснее дефект, как концентратор, темвыше в его окрестности будет величина 25 остаточных напряжений обратного знака, Следовательно, при упругопластическом деформировании детали поэксплуатационной схеме нагружения прояв.ляется избирательность снижения суммарЗ 0 ных напряжений в местах расположениялитейных дефектов,На поддерживающих балочках .авто сцепки из стали 20 ФТЛ определяли влияниепредварительного статического нагружения З 5 в области упругопластических деформацийна сопротивление усталости при цикличе- ском поперечном изгибе с коэффициентом асимметрии 0,29 на базе 5 10 циклов. Испытаниям подвергались две партии .бало чек; практически бездефектные и сискусственно внесенными надрезами. вызывающими концентрацию напрякений с теоретическим коэффициентом концентрации аг=З, Статическое нагруженив балочек производилось при значениях отношения максимальной статической нагрузки к нагрузке предела пропорциональности (Ртах/Рпц) равных 1,0: 1,1; 1,2; 1,3; 1,4 и 1,5, Пределы выносливости определялись по ре.- зультатам испйтаний б деталей при каждом варианте упругопластического деформирования и приведены в табл, 1,у Они показывают, что в интервале значенийгРтах 7 Рпц = 1,0 1,4) наблюдается практически пропорциональное увеличение среднего значения предела выносливости Ри, а при РаахРпц1,4 приращение Р.м заметно снижается, Это позволяет по значениям максимальных статических нагрузок в ин5 1796985 бтервале 1,1 ( в ва в "1 4 б Определения необходима регистрация проРтервале, - , судить о усталоРпццесса разгрузки.стном параметре годности деталей. Изобретение осуществляется следующим образом. Эталонная деталь, удовлетвоТочность определения долговечности 5 ряющаятребованиямтехническихусловийлитых деталей по результатам испытаний на по отсутствию в наиболее напряженныхстатическую. нагрузку оценивалась пО вари- зонах недопускаемых дефектов и соответации чисел до разрушения поддерживаю- ствию геометрических размеров номинальщих балочек автосцепки с краевым ным чертежным размерам, механическиенадрезом. Усталостные испытания прово свойства металла которой удовлетворяютдилиСь при одном режиме нагружения с марочным свойствам, подвергается статимаксимальной нагрузкой цикла 110 кН и ко- ческому нагружению по эксплуатационнойэффициентом асимметрии 0,29. Иснытыва.- схеме приложения нагрузки до появлениялись 5 партий деталей по б шт. в каждой, упругопластическихдеформаций, В процесотличавшимся между собой значениями 15 се нагружения подиаграммедеформироваРвах/Рпцв интервале(1,0 - 1,4). Средниезна- ния в координатах "натрузка - общаячения чисел циклов до разрушения Ир, ихдеФоРмация" определяются значения насреднеквадратичныеотклонейия Яир, вари- грузки предела пропорциональности (Рпц),аЦИЯ )ЧрИ ДОВЕРИТЕЛЬНЫЕ ГРаНИЧНЫЕ Зна- МаКСИМаЛЬНОй СтатИЧЕСКОй НаГРУЗКИ (Рвах)чения при вероятности 0,95 приведены в 20 при эадаНном отношении Рвах/Рпц из интабл, 2, Результаты статистической обра- тервала 1,1Рвах/Рлц1,4 и общей деботки денных усталостных испытаний пока- формации (Рвах) при нагрузке Рвах взывают, что пРи величине Р /Рц й 10 направлении ее пРиложениЯ. После ста(вариант 1) имеет место существенное рас- тических испытаний эталонная детальсеяние чисел. циклов до разрушения ха 25 подвергается усталостным испытаниям дляРактеризуемое коэффициентом вариации .Определения усталостного параметраУйР=53,483%. Однако, Уже пРи Р,/Рц - -1 1 годности, напРимеР, числа циклов до Раз(вариант 2) коэффициент уМ снижается до Рушения (йр), Статическое нагружение кон 20%. Такое различие объясняется тем, чтотролируемых деталей осуществляют30. аналогично эталонной детали по параметрулитая деталь не обладает строгой геомет- у руупругоппастического деформирования, зарической симметрией .и однородностьюкоторый принимается ее общая деформа-.структуры металла. При нагрузках близких ция боах, с определением у контролируемыхк пределу пропорциональности из-за нерав- -Ра - деталей максимальной статической нагрузномерности напряженного состояния в Ок бщ д Ь р ц апр лени прио ки и общей деформации в направлении прирестности некоторых дефектов остаточныетато"ные ложения последней, По величинепластические деформации могут не возни- отклонения значения Рвах контролируемойкать и их влияние на снижение выносливодетапи от максимальной статической насти, останется прежним. Поэтом лям. Поэтому для грузки эталонноЙ детали, судят Об усталост.повышенияточностиопределения сталостно- ри Уст л. тно 40 ном параметре годности,го параметра годности необходимо умень- Пример конкретного выполнения.шить влияние литейных дефектов за счетустановления при статических испытанияхПартия надрессорных балок из сталиы " Я" 20 Л, соответствующих требованиям технинижней границы отношения Рвах/Рпц = 1 1 ческих условий ОСТ 24.153.08-84, контролиВ отличие от прототипа. предусматривающего статическое нагружение контроР Р ду три 45 Ровалась по разработанному техническомурешению с целью оценки их годности полируемой детали до заданной работыРа Оты усталостному параметру. В.качестве эталонрой отсутствовали недопускаемые литейническое решение обеспечивает меньшее 50 рой отсутствова е оп аРассеЯние Усталостного параметРа годно- . н,сти. Кроме этого, разработанное техниче- э л - лные де екты. При статическом нагруженииэталонной детали по схеме поперечного изгиба за пределом упругости вертикальнаяское решение отличается меньшей по гиба за преде омсравнению с прототипом трудоемкостьюсравнению с р рудоемкостью нагрузка Рац, соответствующая пределуемые параметры определяются.непос едстопераций контроля, поскольку контролиру пропорциональности, СОСтавила 1350 кН,известном техническом решении работа уп- Р 1630 кН Вотношения Рвах пц = 1, была равнавах к, качестве параметра упруется рассчитываемым параметром и для ееРУгопласти ес о Д фор РованиЯ ЯвлЯ гоплвстического деформирования определвли общий прогиб При нагРУзке Рвах,1796985 8 7который составил для эталонной детали 1 вах = 6,0 мм. При усталостных испытаниях эталонной детали по режиму со средней нагрузкой цикла 450 кН и амплитудной нагрузФормула изобретения Таблица 1Результаты усталостных испытаний поддерживающих балочек автосцепки иэ стали 20 ФТЛ тистической обработки усталастных испытаний додд из стали 20 ФТЛ.с краевым надрезом Результаты с Таблица 2.ающих балочек бпах Вариант на груженияах мм аборат номе ета.кой 250 кН ее долговечность составила 3,14 510 в циклов, что удовлетворяет усталостному параметру годности. Контролируемые детали подвергали статическому нагружению аналогично эталонной 10Способ неразрушающего контроля качества деталей, заключающийся в том, что подвергают статйческому нагружению эталонную деталь за пределом упругости, измеряют параметр ее упругопластического деформирования, по величине указанного параметра аналогично эталонной нагружают контролируемые детали и определяют усталостный параметр их годности, о т л ич в ю щи й с я тем; что, с целью повышения точности при контроле литых деталей путем детали до общего прогиба Ьва = 6,0 мм, измеряемом в направлении приложения вертикальной нагрузки, при котором определяли значения максимальных статических нагрузок. Детали, у которых значения максимальных статических нагрузок превышали 0,9 Рвах эталонной детали, признавались соответствующими усталостному параметру Годности . снижения погрешностей. связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния, нагружение эталонной детали осуществляют усилием, превышающим в 1,1-1,4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности; в качестве параметра упругопластического деформирования определяют ее общую деформацию в направленйи приложения нагрузки, а при нагружении деталей определяют значения максимальных статических нагрузок, с учетом которых судят об усталостном параметре годности,,х, мм Вариант нагружен ия3 - 1 3 - 2 3 - 3 3-4 3 - 5 3-6 очные значения 4 - 1 4 - 2 4-3 4-.4 4-5 4-6 очные значения 5-1 5 - 2 . 5 - 3 ,5 - 4 5 - 5 5 - 6 очные значения 6-1 6-2 6-3 .6-4 6-5 6-6 очные значения 7-1 7-2 7-3 7-4 7-5 7-6 С невцбо очные значения 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 12 1,3 1,3 1,3 1,3 1;31,3 1,41,4 .1,41,41,41,41,141,00 1,12 1,08 1,15.1;14 1,38 1,43 1,35 1,39 1,41 .1,37 152 147 155143 145 149 164 160 1.56 166 157 162 . 16916617517217917417969851:( Примечан- выборочное среднее квадратичное от .клонение количества циклов до разру шения;- выборочное среднее квадратичное отклонение прогиба ли - 1 100 ициент .вариации количества о разрушениячноесреднее значениеколичеов до разрушения,рочное среднее значение максипрогиба балочек в центральной ижнего пояса при нагрузке Рвах. йр 2 Н 1 п 1=1