Введение к работе
1.1. Актуальность.
Размеры дефектов сплошности типа трещин в значительной степени определяют необходимость замены или возможность ремонта различных металлических деталей и узлов оборудования. Наиболее вероятно развитие поверхностных трещин, возникающих, преимущественно, на участках с повышенными значениями механических напряжений. Как правило, такие участки имеют сложнопрофильную поверхность, что затрудняет как выявление трещин, так и оценку их параметров. Для выявления поверхностных трещин используются различные методы неразрушающего контроля: капиллярный, магнитный, ультразвуковой, вихретоковый и др. Для измерения глубины трещин, после их выявления, успешно применяется электропотенциальный метод контроля. Он достаточно прост в реализации и обеспечивает приемлемую погрешность измерения глубины поверхностных трещин на плоских участках. Вместе с тем, регистрируемые электропотенциальным преобразователем (ЭПП) сигналы зависят от кривизны поверхности. Степень этого влияния исследована недостаточно. Из-за этого влияние кривизны поверхности либо игнорируется, либо приводит к необходимости изготовления специальных контрольных образцов с искусственными дефектами, выполненными на участках с заданной кривизной поверхности. Таким образом, современные электропотенциальные измерители глубины трещин (ИГТ) не позволяют достоверно оценить глубину поверхностных трещин на сложнопрофильных участках без дополнительных исследований. Кроме того, используемые на практике ЭПП плохо приспособлены для измерения на сложнопрофильных участках. В связи с этим измерение глубины трещин на сложнопрофильных участках с приемлемой для практики погрешностью - весьма актуальная задача.
1.2. Состояние проблемы.
В настоящее время в известных электропотенциальных ИГТ влияние кривизны поверхности на результаты измерения глубины трещин не учитывается. Не существует зависимостей, позволяющих оценить погрешность измерения, возникающую за счет кривизны поверхности на дефектном участке. Для уменьшения соответствующей погрешности приходится изготавливать контрольные образцы, имеющие такую же форму поверхности, что и на контролируемом участке. Это достаточно трудоемко и не всегда возможно.
1.3. Цель работы и задачи исследования.
Цель данной работы - обеспечение приемлемой погрешности измерения электропотенциальным методом глубины поверхностных трещин на сложнопрофильных участках.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
провести компьютерное моделирование электрического взаимодействия электропотенциального преобразователя с поверхностными трещинами на типичных криволинейных участках;
разработать способ оперативного измерения влияния кривизны поверхности на регистрируемый сигнал электропотенциального преобразователя;
выбрать конструкцию и рациональные параметры специализированного электропотенциального преобразователя, обеспечивающего возможность измерения на вогнутых и выпуклых цилиндрических поверхностях с высокой кривизной;
на основе компьютерного моделирования получить выходные характеристики
классического и специализированного электропотенциальных преобразователей при измерениях глубины трещин различной ориентации и формы на характерных сложнопрофильных участках;
провести оценку дополнительной погрешности, связанной с кривизной контролируемого участка;
разработать и реализовать алгоритм измерения глубины поверхностных трещин с учетом кривизны поверхности на сложнопрофильных участках.
1.4. Методы исследования:
Для компьютерного моделирования применялся метод конечных элементов. Экспериментальные исследования проводились с помощью сертифицированного электропотенциального измерителя глубины трещин «ЗОНД ИГТ-98» и специально изготовленных контрольных образцов с различной кривизгной поверхности и искусственными дефектами в виде прорезей, выполненных электроэрозионным методом.
1.5. Научная новизна работы заключается в следующем:
на основе метода конечных элементов (МКЭ) проведено компьютерное моделирование электрического взаимодействия электропотенциального преобразователя с металлическими объектами с выпуклой и вогнутой цилиндрической поверхностью и трещинами различной ориентации и формы;
получены оценки дополнительной погрешности измерения электропотепнциаль-ным методом глубины поверхностных трещин, связанная с изменением кривизны поверхности;
разработан способ оперативного измерения влияния кривизны поверхности на регистрируемый сигнал электропотенциального преобразователя;
определены рациональные параметры специализированного электропотенциального преобразователя, предназначенного для измерения глубины поверхносных трещин на участках с высокой кривизной поверхности.
1.6. Практическая ценность работы заключается в том, что:
Получены оценки погрешности при измерении электропотенциальным методом глубины поверхностных трещин на цилиндрических поверхностях различной кривизны;
Реализовано измерение глубины поверхностных трещин с помощью специализированного электропотенциального преобразователя;
разработан и реализован на основе электропотенциального измерителя глубины трещин «ЗОНД ИГТ-98» алгоритм измерения глубины поверхностных трещин с автоматической коррекцией влияния кривизны поверхности.
1.7. Реализация и внедрение результатов работы:
На базе установки, состоящей из измерителя глубины трещин «ЗОНД ИГТ-98» и ПК, реализовано измерение глубины поверхностных трещин с коррекцией влияния кривизны поверхности. Установка внедрена на предприятии ООО «АКА-Скан».
1.8. Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на XXI Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации».- Алушга-2012 г , XV Международной конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информатики», г.
Лорнака, 2012 г., 2-ой Международной научной конференции «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении», г. Москва, 2012 г., на конференции МГУПИ «Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук», Москва, 2013 г.
1.9. Публикации.
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 4 без соавторов, 2 в журналах из перечня ВАК ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук. Список работ приведен в автореферате.
1.10. Структура и объем диссертации.
