СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ТРЕЩИН В МАТЕРИАЛЕ ДЕТАЛИ Российский патент 2011 года по МПК G01N29/04 G01N21/91 

Изобретение относится к области производства, ремонта и дефектации деталей и может быть использовано при ремонте двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен электромагнитный способ обнаружения трещин [1, стр.46], заключающийся в том, что при пропускании магнитного потока через деталь, имеющую трещины, происходит изменение величины и направления магнитного потока вследствие неодинаковой по сечению магнитной проницаемости. Изменение величины и направления магнитного потока регистрируется нанесением на поверхность испытуемой детали магнитного порошка после ее намагничивания или при присутствии намагничивающего поля. Порошок оседает по кромкам трещины, копируя формы трещины, и тем самым обнаруживает ее. Положительной стороной способа является то, что он позволяет обнаруживать трещины малых размеров на поверхности детали. Недостатком является то, что для осуществления способа требуется сложное и дорогостоящее оборудование, приобретать которое не всегда под силу малым предприятиям, если имеется возможность их приобретения, то они имеют очень низкую эффективность из-за малой загрузки в течение года - это, во-первых. Во-вторых, магнитный порошок после определения трещины необходимо удалить с поверхности детали, а также деталь необходимо размагничивать. В противном случае, деталь в процессе работы будет к себе притягивать продукты износа, металлические стружки, и в процессе эксплуатации может произойти форсированный износ детали, например шеек коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является метод [2, стр.111] определения микротрещин (скрытых дефектов) в материале детали, заключающийся в том, что поверхность детали предварительно очищают от маслянисто-грязевых и других загрязнений, наносят пенетрант (проникающая жидкость), выявляют дефект, если он имеется, и производят окончательную зачистку поверхности детали. При этом методе важно то, чтобы жидкость, которая проникла (втянулась) в микротрещины, впоследствии быстро вышла из трещины на поверхность детали и растекалась вдоль трещины, показывая тем самым наличие трещины на поверхности детали. Для интенсификации выхода жидкости на поверхность применяют различные способы, например деталь нагревают. Данный способ прост в осуществлении, его можно применять в малых предприятиях, недостатком является то, что деталь необходимо нагреть, что увеличивает продолжительность и трудоемкость операции, может быть пожароопасным.

Сущность изобретения заключается в следующем. Трещина на поверхности детали представляет собой полость - капилляр, куда проникает жидкость при нанесении ее на поверхность детали. Для более точного определения наличия трещины желательно, чтобы жидкость заполнила ведь объем капилляра. При имеющемся объеме трещины заполнение зависит от вида пенетранта, который, например, представляет собой раствор на основе керосина или просто керосин, а также от времени выдержки и расположения поверхности в пространстве. Необходимо определить наличие трещины по всей поверхности детали, так как определение наличия трещины на ограниченном участке поверхности недостаточно. Может случиться так, что именно на непроверенном участке поверхности оказалась трещина, которую не заметили (не проконтролировали). Эта трещина в процессе работы может привести к разрушению детали с вытекающими отсюда отрицательными последствиями. Например, разрушение (поломка) шатуна ДВС в процессе работы может привести к разрушению двигателя в целом, который уже не подлежит восстановлению. Поэтому деталь, которую необходимо проверить на наличие трещины, необходимо полностью погрузить в емкость с пенетрантом и выдержать определенное время. Чем больше время выдержки, тем полнее и глубже успевает проникнуть пенетрант в материал детали. Под понятием «определенное время» авторы не имеют в виду погрузить деталь в жидкость и просто ждать, это было бы нерационально и имело бы низкую производительность. Операцию погружения необходимо согласовать с рабочим днем, то есть погружение необходимо выполнить в конце очередного рабочего дня и до начала следующего рабочего дня. То есть, по такой схеме продолжительность нахождения детали в жидкости будет не менее пятнадцати часов, что вполне достаточно, даже с избытком, для полного проникновения жидкости в капилляры трещины по всей поверхности детали. Или же, погрузив деталь в жидкость, рабочий будет выполнять другие операции. При таком подходе на кажущуюся длительность процесса нахождения детали в жидкости практически не тратится рабочее время, а заполнение трещин (капилляров) жидкостью будет гарантированным. Или же продолжительность нахождения детали в жидкости необходимо согласовать с тактом производства, что особенно эффективно при массовом и серийном производстве. Следующим этапом является зачистка поверхности от жидкости. После зачистки основной задачей является то, что необходимо вынуждать жидкость выходить из капилляра (трещины) на поверхность детали, которая, растекаясь по поверхности, копирует форму трещины, тем самым указывая о наличии трещины на поверхности детали. Известно довольно много способов, позволяющих жидкости выходить на поверхность детали из капилляра: это нагрев детали, нанесение на поверхность детали специального покрытия и т.п. В предложенном способе для интенсификации подъема жидкости из капилляра (трещины) предлагается создать вибрацию в материале детали, например, установив деталь на вибрационный стол. Вариантов наведения вибрации в материале испытуемой детали может быть много. При испытании деталей небольших размеров, например шатунов ДВС, вибрацию можно наводить путем нанесения вручную несильных ударов, но с большой частотой с помощью молотка. Лабораторные, а также производственные испытания, проведенные на шатунах ДВС КамАЗ, показали осуществимость и эффективность способа выявления микротрещин с помощью наведения вибрации в материале шатуна с помощью обычного медного молотка. Причем испытания проводились в двух вариантах: нанесением на поверхность шатуна в сборе с крышкой керосина, и через 1-2 минуты удаляли с поверхности керосин, и протирали поверхность насухо. Затем с помощью медного молотка наносили по нижней головке несильные удары высокой частоты (наводили вибрацию) в материале шатуна. На очищенной поверхности наглядно выступал керосин, копируя форму трещины. Второй вариант заключался в том, что этот же шатун после полной просушки (чтобы в трещине не оставалось керосина) при комнатной температуре в течение 24 часов погружался в ванну с керосином. Затем шатун доставали из ванны с керосином, зачистили поверхность и наводили вибрацию, как и при первом варианте. При этом след выступившего керосина был явно шире и длиннее, чем при первом варианте. Таким образом, погружение детали в ванну с жидкостью (вместо простого нанесения жидкости на поверхность детали) в сочетании с наведением вибрации в материале испытуемой детали позволяет определять более мелкие трещины, чем при применении известных способов. Увеличение продолжительности нахождения детали в жидкости позволяет проникнуть жидкости по капиллярам глубже и полностью заполнить их объем, тем самым повышая надежность определения микротрещин на поверхности детали. Кроме того, предложенный способ позволяет определить трещины на всей поверхности детали, а не только на ограниченном участке поверхности, как это происходит при применении известных способов.

Способ реализуется следующим образом. С поверхности детали, у которой необходимо проверить наличие (или отсутствие) микротрещин на поверхности, удаляют поверхностные загрязнения. То есть поверхность детали перед контролем должна быть чистой. Затем деталь полностью погружают в ванну с пенетрантом и выдерживают в ванне не менее восьми часов для полного проникновения пенетранта в поры (микротрещины) на поверхности детали. Эту операцию выполняют или в конце, или в начале рабочей смены с тем, чтобы время выдержки было по возможности больше. Такой подход особенно эффективен при серийном производстве ремонта, например, ДВС, а также при единичном производстве. После выдержки детали в ванне с поверхности детали полностью удаляют (очищают) от следов пенетранта и протирают насухо. Наводят в материале детали вибрацию, например, путем постукивания по поверхности детали тяжелым предметом (например, молотком). Причем масса предмета, сила и частота ударов должны быть такими, чтобы в материале детали возникли колебания на резонансной частоте. Место удара выбирается в том районе поверхности детали, где наиболее вероятно появление трещины, например, для шатуна это район поверхности около нижней головки, куда устанавливается шатунный вкладыш. После постукивания визуально проверяют поверхность на наличие следа пенетранта, который выходит наружу из микротрещины на поверхность детали под действием вибрации, показывая тем самым наличие микротрещины. Отсутствие следов пенетранта на поверхности после постукивания говорит об отсутствии микротрещин, и деталь можно передать на сборку изделия.

Применение предложенного способа определения трещин в материале детали по сравнению с известными способами позволяет повысить производительность и вероятность выявления микротрещин на поверхности детали, тем самым повышая надежность работы конкретной детали в собранном изделии.

Источники информации

1. Ремонт машин. М., изд-во «Колос». 1967. 504 с. (Уч-ки и учеб. пособия для с.-х. техникумов) Авт: И.Е.Ульман, И.М.Герштейн, B.C.Насонов и др. УДК 631.3.004.67 (075.8).

2. Надежность и ремонт машин / В.В.Курчатуин, Н.Ф.Тельнов, К.А.Ачкасов и др.; Под ред. В.В.Курчаткина. - М.: Колос, 2000. - 776 с.: ил. (Учебники и учебные пособия для высших учебных заведений).

ISBN 5-10-003278-2.

Использование: для определения наличия трещин в материале детали. Сущность изобретения заключается в том, что деталь полностью погружают в жидкость и выдерживают в жидкости определенное время, не менее восьми часов, равное такту производства, затем деталь достают из жидкости, удаляют жидкость со всей поверхности детали, наводят вибрацию в материале детали, например, постукиванием по поверхности детали тяжелым предметом или же расположив деталь на вибрационном столе, по появлению следов жидкости на поверхности детали судят о наличии микротрещины, причем материал тяжелого предмета имеет твердость, меньшую, чем деталь, масса предмета, сила и частота ударов, а также место нанесения ударов выбирают в зависимости от материала и конфигурации детали, чтобы в материале детали возникли колебания резонансной частоты, интенсифицирующие выход жидкости на поверхность детали. Технический результат: повышение надежности определения микротрещин на поверхности детали.

Способ определения микротрещин на поверхности детали, заключающийся в том, что предварительно смачивают поверхность детали легкопроникающей жидкостью, по истечении некоторого времени очищают поверхность детали насухо и по появлению на очищенной поверхности следа жидкости судят о наличии микротрещины, отличающийся тем, что деталь полностью погружают в жидкость и выдерживают в жидкости определенное время не менее восьми часов, равное такту производства, затем деталь достают из жидкости, удаляют жидкость со всей поверхности детали, наводят вибрацию в материале детали, например, постукиванием по поверхности детали тяжелым предметом или же расположив деталь на вибрационном столе, по появлению следов жидкости на поверхности детали судят о наличии микротрещины, причем материал тяжелого предмета имеет твердость меньшую, чем деталь, масса предмета, сила и частота ударов, а также место нанесения ударов выбирают в зависимости от материала и конфигурации детали, чтобы в материале детали возникли колебания резонансной частоты, интенсифицирующие выход жидкости на поверхность детали.