Обнаружение усталостных повреждений коленчатых валов магнитопорошковым методом

Усталостный износ возникает при работе деталей в условиях переменных напряжений. Если значения действующих напряжений в локальном объеме металла превышают определенный уровень, называемый пределом усталости или пределом выносливости, то в металле накапливаются повреждения, возникают трещины, развитие которых в конечном итоге приводит к разрушению детали.

Усталостный износ на стадии микротрещин и начального развития микротрещин может быть обнаружен с использованием физических неразрушающих методов контроля: магнитопорошкового, капиллярных, вихретокового и ультразвукового. Наибольшее распространение для контроля деталей дизелей из ферромагнитных материалов имеет магнитопорошковый метод.

Магнитопорошковый метод контроля предназначен для обнаружения дефектов типа трещин в деталях из ферромагнитных металлов.

Магнитопорошковым методом выявляются в основном поверхностные дефекты, но в отдельных случаях могут быть обнаружены и подповерхностные, залегающие на глубине не более 2 мм от контролируемой поверхности.

Магнитопорошковый контроль заключается в создании магнитного рассеивания над дефектом и выявления этого поля при помощи магнитного порошка, напряженность поля рассеивания над дефектом, а, следовательно, и его выявляемость, зависит в основном от трех факторов:

- ориентации плоскости дефекта к направлению магнитного потока;

- глубины залегания дефекта;

- напряженности намагничивающего поля.

Наилучшая выявляемость дефекта будет в том случае, когда его плоскость расположена перпендикулярно направлению магнитного потока.

Для направления магнитного потока перпендикулярно плоскостям предполагаемых дефектов, применяют продольный, циркулярный и комбинированный способы намагничивания.

Выбор способа намагничивания детали определяется ориентацией предполагаемых дефектов. При неопределенном расположении дефекта контроль производится дважды по двум взаимно перпендикулярным направлениям или при использовании комбинированного намагничивания. В курсовом проекте был использован комбинированный способ намагничивания, поскольку нам не известны расположения предполагаемых дефектов.

Различают два вида контроля:

· контроль в приложенном поле, при котором нанесение магнитного порошка производится в присутствии намагничивающего поля. Этот вид контроля более чувствителен при выявлении подповерхностных дефектов и обязателен при неизвестных магнитных характеристиках материала деталей;

· контроль по остаточной намагниченности, при котором нанесение магнитного порошка производится после прекращения действия приложенного поля. Такой вид контроля возможен только в том случае, если металл детали обладает значительной коэрцитивной силой и рекомендуется для выявления поверхностных дефектов.

После проведения магнитопорошкового контроля детали нужно размагничивать. Детали, подвергаемые после магнитного контроля нагреву выше 600-700 °С, размагничиванию не подвергаются.

Контроль деталей магнитопорошковым методом состоит из четырех основных операций:

1) намагничивание;

2) нанесение на поверхность детали магнитной суспензии;

3) осмотр поверхности детали;

4) размагничивание.

Таблица 2.1. Исходные данные

Марка дизеля

Наименование шейки

Расчетный диаметр

Длина шейки,lд, м

Расположение дефекта на шейке

Режим намагничивания

НВД-36

шатунная

144,555

0.122

Сетка трещин

комбинированный

Поскольку расположение дефекта на шейке вала имеет продольную и поперечную направленность, был выбран комбинированный режим намагничивания.

Магнитные характеристики материала детали неизвестны, поэтому выбираем контроль шейки вала в приложенном поле.

Рисунок 2.1

Комбинированное намагничивание детали

В зависимости от размеров выявляемых поверхностных дефектов установлены 3 уровня чувствительности (таблица 2.2).

Таблица 2.2. Уровни чувствительности при магнитопорошковом контроле

Условный уровень чувствительности

Размеры выявляемых дефектов, мкм

Раскрытие

Глубина

А

2,5

25

В

10

100

С

25

250

При неизвестных магнитных характеристиках металла контролируемой детали напряженность намагничивающего поля может быть определена по таблице 2.3.

Таблица 2.3 Напряженность магнитного поля при магнитопорошковом контроле

Способ контроля

Напряженность поля для уровня чувствительности, А/м

А

В

С

Приложенное поле

6000-7000

3500-4500

2500-5500

После остаточной намагниченности

12000-15000

8000-10000

6000-7000

Расчет значения тока при циркуляционном способе намагничивания производится по формуле:

где =3,14 - постоянное число;

Н - напряженность поля, А/м. Принимаем равным из табл. 2.3 H=6500 А/м;

D - диаметр детали, м.

Значение тока продольного (полюсного) намагничивания рассчитывается с учетом конструктивных параметров магнитопровода конкретного дефектоскопа по следующей формуле:

где =1,25.10-6- магнитная постоянная;

=200 - относительная магнитная проницательность материала детали и магнитопровода;

W=6000 - число витков катушки электромагнита ;

Sм=0,02 м2 - площадь сечения магнитопровода;

=4,5 - длина магнитопровода,м;

=0,122 -длина шейки коленчатого вала ,м ;

- площадь сечения коленчатого вала, м2 ;