Оценка состояния материалов и изделий при НК их физико-механических свойств

Об авторах

Сотрудники ООО «ЗВУК», Санкт-Петербург

Необходимо войти для просмотра
Коварская Елена Зеликовна
Зам. генерального директора

Необходимо войти для просмотра
Московенко Игорь Борисович
Генеральный директор, д. т. н.

При использовании методов и средств НК для оценки физико-механических свойств различного рода материалов и изделий важной задачей является оценка состояния объекта контроля и возможности его дальнейшей эксплуатации и использования. Примером выбора параметров контроля, использование которых позволяет решать эту задачу, в ряде случаев являются скорость распространения акустических волн C1 и звуковой индекс (ЗИ), определяемые с помощью акустических методов, основанных на измерении частот собственных колебаний (ЧСК) контролируемых изделий. Эти параметры нашли достаточно широкое применение при определении физико-механических свойств абразивных изделий с помощью измерителей частот собственных колебаний типа «Звук» различных модификаций в соответствии с действующим ГОСТ Р 52710-2007 «Инструмент абразивный. Акустический метод определения твердости и звуковых индексов по скорости распространения акустических волн» [1]. Указанные параметры позволяют производить количественную оценку физико-механических свойств, могут маркироваться на изделии и применяться для оценки работоспособности абразивных инструментов при их использовании на конкретных операциях шлифования. Отличие фактического значения этих параметров от замаркированных может приводить к появлению существенных дефектов на обрабатываемых этими инструментами поверхностях деталей и изделий, препятствующих их дальнейшему использованию. В отдельных случаях существенное снижение этих показателей может приводить к возникновению опасности разрушения инструмента, например, крупногабаритных кругов, и, соответственно, созданию аварийных ситуаций.

С появлением современных акустических приборов открываются возможности более широкого использования методов и средств НК непосредственно в условиях производства. Результаты, полученные при применении акустического метода контроля для оценки физико-механических свойств огнеупорных изделий, используемых для сифонной разливки стали, показали возможность и целесообразность этого метода НК [2]. В условиях завода-изготовителя таких изделий был проведен выборочный акустический контроль партии изделий типа ШС-28 75 х 300. Полученные данные подтвердили возможность значительного разброса ЗИ в партии. Из проконтролированных изделий были отобраны три изделия с ЗИ 27, 33 и 41. На этих изделиях по принятой на заводе методике были определены значения открытой пористости П, %. Результаты контроля приведены в табл. 1.


Приведенные в таблице данные представлены на рис. 1 в виде графической зависимости, из которой следует, что изделия с ЗИ 27 имеют открытую пористость, ориентировочно соответствующую верхнему допустимому пределу в соответствии с ГОСТ 11586-69. При этом следует предполагать возможность попадания в партии изделий с более низкими значениями ЗИ и, соответственно, с более высокой пористостью, которые должны быть отбракованы даже по действующей нормативно-технической документации.


Применение изделий с пониженными значениями ЗИ может приводить к снижению их эксплуатационных характеристик, а в отдельных случаях снижение физико-механических свойств, например, прочности ниже допустимых пределов может приводить к созданию аварийных ситуаций. На основании результатов, полученных при акустическом контроле огнеупорных изделий для сифонной разливки стали, может быть сделан вывод о том, что количественная оценка физико-механических свойств огнеупорных изделий с помощью звуковых индексов ЗИ позволяет производить сравнение огнеупорных изделий различных производителей и изделий из разных партий и упаковок. Приведенные результаты также свидетельствуют о необходимости введения акустического контроля качества огнеупорных изделий, в первую очередь, для сифонной разливки стали, как при их изготовлении, так и при их эксплуатации.

Результаты, полученные в ходе опробования акустического метода контроля в условиях производства огнеупорных изделий, показали также возможность оценки состояния технологического процесса (мониторинг технологии производства) по результатам НК выборки изделий из партии экспрессным акустическим методом. На рис. 2 приведены распределения периклазохромитовых изделий ПХП-187 в выборках из различных технологических партий по звуковым индексам, определенным с помощью прибора «Звук-203М» [2]. Из анализа этих данных видно, что внутри одной технологической партии разброс составляет, как правило, 2 - 3 звуковых индекса, в то же время разброс ЗИ в различных технологических партиях может составлять 10 - 15 ЗИ. Ширина кривой распределения изделий в выборке характеризует стабильность технологического процесса, а смещение кривой распределения по шкале звуковых индексов свидетельствует об изменении физико-механических свойств изделий из партии, в первую очередь, их прочности и пористости. Такое наблюдение за состоянием технологического процесса (его мониторинг) может обеспечить возможность своевременного выявления его отклонений от действующего регламента и позволит корректировать технологический процесс до появления выявляемых дефектов. Это может способствовать повышению качества и надежности выпускаемой продукции и, соответственно, позволит уменьшить количество отбракованных изделий при выходном контроле.

Одним из перспективных направлений использования неразрушающих акустических методов контроля является контроль физико-механических свойств изделий в процессе их эксплуатации. Мониторинг подобного рода изделий позволяет в ряде случаев прогнозировать их поведение в работе и исключать возникновение аварийных ситуаций. Примером использования акустического метода контроля, основанного на измерении частот собственных колебаний, могут служить результаты, полученные при контроле углеродных тиглей диаметром 710 мм, используемых при рафинирующих плавках урана [3]. Следует отметить, что в ходе эксплуатации тигля значение С, понижается, что позволяет прогнозировать его поведение и определять момент вывода тигля из технологического процесса с целью предотвращения аварийных плавок. В процессе исследований осуществляли определение частоты собственных колебаний тиглей из графита марки ГТС-1 приборами типа «Звук-203М» до начала плавок, а также после каждой плавки урана в тиглях. В процессе измерений определяли две частоты собственных колебаний: частоту собственных плоских колебаний с двумя узловыми диаметрами fd и частоту собственных плоских колебаний с тремя узловыми диаметрами fd(3). В итоге после набора и анализа статистических данных были установлены граничные значения частот, при достижении которых тигель опасно эксплуатировать далее, и он должен выводиться из эксплуатации. Для моды колебаний с двумя узловыми диаметрами критическая величина ЧСК fd составляет примерно 120 Гц, а для моды с тремя узловыми диаметрами соответствующая величина fd(3) составляла 260 Гц.

С помощью этой методики проводился контроль тиглей как после их изготовления, так и в процессе эксплуатации. По значению ЧСК производилось определение скорости распространения акустических волн С, в материале тиглей в зависимости от количества плавок. При этом было установлено, что в тиглях, имеющих низкое исходное значение С, (1540 - 1730 м/с), наблюдалось резкое снижение С, уже после первой плавки (1340 - 1550 м/с, соответственно), и появлялись видимые трещины, что приводило к необходимости выведения тиглей из технологического процесса во избежание аварийных плавок. Тигли, имеющие более высокие исходные значения С, (1730 - 1890 м/с) выдерживали не менее пяти плавок без видимых дефектов, при этом значения С, понизились до 1590 - 1630 м/с, соответственно. Приведенные результаты подтверждают наличие связи стойкости тиглей с исходной скоростью распространения акустических волн С1 измеренной на вновь изготовленном тигле. Следует отметить низкое значение С1, на исследованных тиглях по сравнению со значениями С1 определенными ранее на заготовках в процессе отработки технологии их изготовления. Для качественных заготовок этот параметр достигал 2500 м/с, и соответствующая стойкость в этом случае составляла 12 - 13 плавок. Как следует из полученных данных, в ходе эксплуатации тиглей значение С1, понижается, что позволяет прогнозировать поведение тигля и определять момент его вывода из технологического процесса с целью предотвращения аварийных плавок.

Таким образом, использование неразрушающего акустического контроля физико-механических свойств и качества огнеупорных и углеграфитовых изделий как при их производстве, так и в условиях их эксплуатации открывает, с одной стороны, возможность контроля за соблюдением технологического процесса производства изделий (мониторинг технологического процесса) и соответствующего повышения качества выпускаемой продукции и, с другой стороны, позволяет в ряде случаев производить контроль изделий в процессе их эксплуатации с целью оценки текущего ресурса их работоспособности и своевременной замены их на новые во избежание аварийных ситуаций в результате возникновения потенциально опасных дефектов.

Литература

1. Коварская Е. З., Московенко И. Б., Чудакова С. М., Цывьян А. М. О введении ГОСТ Р 527102007. - В мире НК. 2007. № 4(38). С. 52-53.
2. Московенко И. Б. Неразрушающий контроль физико-механических свойств и мониторинг технологии производства огнеупорных изделий. - Новые огнеупоры. 2005. № 11. С. 38-40.
3. Коварская Е. З., Московенко И. Б., Чернявец А. Н. Акустический метод контроля физико-механических свойств углеграфитовых изделий в процессе их производства и эксплуатации. - В мире НК. 2005. № 2(28). С. 12-14.

Коварская Е.З., Московенко И.Б. Оценка состояния материала и изделий при НК их физико-механических свойств. − В мире НК. – Декабрь 2010 г. − № 4 (50). − С. 30−31. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.