Физические методы диагностирования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

А. Н. Трофимов,

А. А. Трофимов,

Б. В. Цыпин

 

 

МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

 

Учебное пособие

 

 

Пенза ИИЦ ПГУ 2006

УДК 621.317.083-088

Т 76

 

 

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой ИТС Пензенской государственной технологической академии

М. Ю. Михеев;

доктор технических наук, заместитель главного конструктора
по направлению Федерального государственного
унитарного предприятия «НИИ ФИ»
А. А. Папко

 

Т 76	Методы технической диагностики: учебное пособие / А. Н. Трофимов, А. А. Трофимов, Б. В. Цыпин. – Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2006. – 124 с.

 

В учебном пособии изложены теоретические основы методов технической диагностики, приведены основные термины и определения, рассмотрены общие схемы постановки и решения диагностических задач, описывается классификация методов диагностики и приводятся общие сведения о них. Рассматриваются основные математические модели, которые используются при решении и при формировании описаний текущего и перспективного диагнозов. В пособии отражены вопросы, связанные с выбором диагностических признаков, оценкой их веса и диагностической ценности. Большое внимание уделяется математическим методам распознавания статистических решений, методу Байеса, методам распознавания в пространстве диагностических признаков. Изложены основные принципы построения диагностических систем и задачи прогнозирования.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 200102 «Приборы и методы контроля качества и диагностики».

 

 

© Трофимов А. Н., Трофимов А. А., Ципин Б. В., 2006

© Информационно-издательский центр ПГУ, 2006

Введение

 

«Диагностика» (от греч. diagnostics – способный распознавать) – учение о методах и принципах распознавания (болезней в медицине) и постановка диагноза (т.е. определение существа и особенностей болезни на основе всестороннего исследования).

В технике в качестве объекта диагностики выступают как отдельные узлы и механизмы, так и более сложные системы и комплексы, например ракета, самолет и т.п.

Техническая диагностика – это молодая наука, которая возникла в связи с возрастающей ролью в народном хозяйстве сложных и дорогостоящих технических систем и предъявлением к ним повышенных требований по безопасности, безотказности и долговечности.

Методы технической диагностики направлены на практическую реализацию этих требований путем определения технического состояния объектов и разработки оперативных рекомендаций по их дальнейшей эксплуатации.

Например, в авиации требование о необходимости иметь систему контроля технического состояния (ТС) воздушного судна содержится в таком основополагающем документе, как Авиационные правила АП-25 «Нормы летной годности самолетов транспортной категории». Согласно этим требованиям, для систем воздушных судов, отказ которых может служить непосредственной причиной возникновения опасной ситуации в полете, должны быть предусмотрены контроль и диагностика их ТС.

Все более широкое внедрение в практику методов и средств технической диагностики предполагает наличие на эксплуатационных предприятиях инженерных кадров, имеющих соответствующую подготовку. Поэтому знание основ технической диагностики является обязательным требованием к специалистам, занимающимся эксплуатацией сложных технических систем.

В данном пособии изложены теоретические основы технической диагностики, дается трактование основных понятий, терминов и определений, рассматривается общая схема постановки и решение диагностических задач, описывается классификация методов диагностики и приводятся общие сведения о них. Рассматриваются основные математические (диагностические) модели, которые используются при решении задач формализованного описания объектов диагностики и формировании описаний текущего и перспективного диагнозов.

В пособии рассмотрены вопросы, связанные с выбором диагностических признаков и оценкой их диагностической ценности.

Большое внимание уделяется математическим методам распознавания технических состояний (диагнозов) объектов. Рассмотрены метод Байеса, методы принятия статистических решений, методы распознавания в пространстве диагностических признаков. Изложены принципы решения прогностических задач диагностирования. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 200102 «Приборы и методы контроля качества и диагностики».

ГЛАВА 1 ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

 

1.1 Основные понятия, термины и определения

 

В технической диагностике используются понятия, термины и определения, значения которых установлены ГОСТ (ГОСТ 20911-89,
ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 27518-87). Кроме того, имеется ряд терминов и понятий, которые не вошли в ГОСТ, но используются в научно-технической литературе [11, 18, 23].

Наиболее употребляются следующие термины и определения.

Техническая диагностика (ТД) – область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта.

В этом определении ключевым понятием является понятие «техническое состояние». В соответствии с ГОСТ 20911 это понятие определяется следующим образом.

Техническое состояние (ТС) объекта – это состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значением параметров, установленных технической документацией на объект.

Процесс определения технического состояния объекта называется техническим диагностированием,или просто диагностированием.

В зависимости от того, для какого времени проводится диагностирование, различают три типа диагностических задач. Первый тип – это задачи определения технического состояния объекта в данный момент времени, которые называются задачами диагностирования. Второй тип – это задачи предсказания технического состояния, в котором окажется объект в некоторый будущий момент времени, - задачи прогнозирования. Третий тип – это задачи определения технического состояния, в котором находился объект в некоторый момент времени в прошлом, – задачи генезиса. Первый тип задач важен при выполнении технического обслуживания и принятии решения о дальнейшей эксплуатации. Второй тип задач важен для предсказания (прогнозирования) остаточного ресурса. Третий тип – для расследования отказов изделий.

Объект технического диагностирования – этоизделие и(или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию. То есть имеется материальный объект, у которого определяется техническое состояние и в результате устанавливается технический диагноз. Для постановки диагноза необходимо оценить соответствие параметров состояния требованиям нормативно-технической документации

Параметр состояния – это величина, количественно характеризующая одно из основных свойств объекта или процесса, протекающего в объекте. В качестве параметров состояния могут приниматься масса, коэффициент трения, геометрические размеры, зазоры, электрическое сопротивление и т.п. Эти параметры еще называют первичными. Часто на практике невозможно произвести непосредственную оценку (измерение) параметров состояния.

В технической диагностике вводится понятие диагностических параметров (ДП), под которыми понимают параметры объекта, используемые в процессе диагностирования. В качестве ДП могут использоваться как параметры технического состояния (первичные), так и параметры, которые характеризуют различные процессы, протекающие в объекте диагностирования и лишь косвенным образом связанные с параметрами состояния. Последние в технической литературе иногда называют вторичными параметрами.

Таким образом, оценка технического состояния выполняется на основе информации о величинах диагностических параметров. Следовательно, должна быть известна связь между диагностическими параметрами и параметрами состояния. Указанная связь устанавливается с помощью так называемых математических (диагностических) моделей.

Математическая модель – формализованное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования.

Математическое описание (модель) объекта диагностирования может быть выполнено как с использованием диагностических параметров, так и с использованием диагностических признаков. Отличие этих двух понятий заключается в следующем. Диагностические признаки формируются (выбираются) на основе диагностических параметров, они образуют дискретное множество, а появление их конкретных значений непосредственно связано с нахождением объекта диагностики в соответствующем классе технического состояния (диагнозе).Например, пусть диагностический параметр выражает температуру подшипников редуктора. Распределение этого параметра непрерывно. Пусть определены три класса технического состояния подшипника, которые характеризуются соответственно пониженной (<80°С), нормальной (80–120°С) и повышенной (>120°С) температурой. Попадание значения температуры масла в один из этих интервалов и есть появление диагностического признака, соответствующего подшипнику с пониженной, нормальной или повышенной температурой. Отметим, что принципиальных отличий при описании объекта с помощью параметров или признаков нет.

Назначение математических (диагностических) моделей (ММ) – не только в установлении связи между параметрами состояния и диагностическими параметрами. ММ позволяют составлять алгоритмы технического диагностирования и выбирать диагностическое обеспечение.

Алгоритм ТД – совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования.

Диагностическим обеспечением (ДО) называется комплекс взаимосвязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла изделия.

Задачи диагностирования на заключительном этапе неразрывно связаны с задачами классификации, поскольку по имеющейся информации необходимо установить диагноз, т.е. указать класс технического состояния, к которому относится наш объект диагностирования. Для классификации необходимо знать классы (диагнозы), которые устанавливаются до начала диагностирования на основе анализа самого объекта, его функций и отказов, возникающих в нем. В принципе, количество классов может быть бесконечно. Но существуют достаточно общие принципы классификации, известные из теории надежности. В теории надежности введены понятия для четырех видов технического состояния [10]:

1) работоспособное;

2) неработоспособное;

3) исправное;

4) неисправное.

В технической диагностике вводится понятие о еще двух видах технического состояния [11, 18]:

5) состояние правильного функционирования;

6) состояние неправильного функционирования.

Состояние правильного функционирования означает, что объект в текущий момент времени выполняет предписанный ему алгоритм функционирования.

Состояние неправильного функционирования означает, что объект в текущий момент времени не выполняет предписанный ему алгоритм функционирования.

Если в результате процесса диагностирования определяется один из шести видов ТС, то такая операция называется операцией контроля ТС.

Контроль ТС – это проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния (например, если в результате оценки технического состояния делается заключение о том, что объект неисправен).

Термин техническое диагностирование применяется тогда, когда основной задачей процесса диагностирования является поиск места и определение причины отказа, неисправности или неправильного функционирования.

Существует еще ряд терминов, о которых следует упомянуть.

Метод контроля (диагностики) – правила применения к объекту контроля (диагностики) определенных принципов и средств контроля (диагностики). Выбор метода контроля или диагностики базируется на анализе физических особенностей протекания рабочих процессов и развития неисправностей в диагностируемом объекте.

Средства технической диагностики (контроля) – аппаратура и программное обеспечение, с помощью которых осуществляется определение величины диагностических параметров, их обработка и разделение объектов на классы.

Система технической диагностики (контроля) – совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в нормативно-технической документации.

Существует тестовое ТД – это диагностирование, при котором на объект подается тестовое воздействие.

Рабочее (функциональное) ТД – это диагностирование, когда на объект подается только рабочее воздействие, т.е. диагностирование осуществляется в процессе непосредственного использования объекта по назначению.

Объект исправен, если он соответствует всем эксплуатационным показателям, т.е. все его параметры, как основные, так и второстепенные, находятся в заданных пределах.

Объект работоспособен, если все его основные параметры находятся в пределах заданной нормы. Выход любого параметра из пределов нормы означает неисправность.

Объект функционирует, если его основные параметры, характеризующие работу в данном режиме и в данное время, не выходят за допустимые пределы.

В зависимости от полноты определения соответствия параметров объекта заданным эксплуатационным показателям различают несколько задач диагностирования:

1. Проверка исправности. Ее цель – убедиться, что в объекте нет ни одной неисправности и ни один из параметров не выходит за заданные пределы. Это наиболее полный вид контроля. На этапе производства он позволяет узнать, содержит ли объект дефектные компоненты, а их монтаж (сборка) ошибки. На производстве задачи проверки исправности возлагаются на отдел технического контроля (ОТК). В условиях ремонта проверка исправности позволяет убедиться, все ли дефекты устранены.

2. Проверка работоспособности. Она заключается в оценке способности объекта выполнять все функции, предусмотренные его алгоритмом работы. Это менее полный контроль. Он может не обнаружить неисправности, не препятствующие применению объекта по назначению. Например, резервированный объект может иметь неисправности в резервных компонентах. Проверка работоспособности проводится на этапе эксплуатации объекта при профилактике перед применением объекта по назначению.

3. Проверка функционирования. Она проводится также на этапе эксплуатации в процессе работы объекта. Ее задача – следить за тем, не появились ли неисправности, нарушающие работу в данное время. Это еще более упрощенный контроль работы объекта только в одном режиме.

Таким образом, исправный объект всегда работоспособен и правильно функционирует. Неправильно функционирующий объект всегда неработоспособен и неисправен. Правильно функционирующий объект может быть неработоспособен и, следовательно, неисправен. Работоспособный объект правильно функционирует, но может быть неисправен. Например, телевизор, транслирующий одну программу, правильно функционирует, но может не обеспечивать прием необходимого числа каналов, т.е. быть неработоспособным. Работоспособный телевизор, в котором принимаются все необходимые каналы, может не обеспечивать необходимого качества изображения или звука, т. е. иметь неисправности.

1.2 Техническая диагностика в системе технической
эксплуатации изделий

 

В технической эксплуатации различных видов техники существует такое понятие, как стратегия технического обслуживания (ТО). В соответствии с выбранной стратегией ТО определяются принципы и правила назначения сроков и объемов ТО.

В соответствии с действующей нормативно-технической документацией различают следующие стратегии:

1. ТО по наработке, при котором перечень и периодичность выполнения операций по обслуживанию определяются значением наработки изделия (например, пробег автомобиля или время эксплуатации в годах).

2. ТО по состоянию, при котором перечень и периодичность выполнения операций по обслуживанию определяются фактическим техническим состоянием изделия. Различают ТО по состоянию с контролем параметров и ТО по состоянию с контролем уровня надежности (например, 1000 изделий – 5 отказов, Р = 0,995 при заданной Р = 0,99).

Реализация любой стратегии предполагает использование систем контроля и диагностирования. При ТО по наработке параметром, который необходимо контролировать, является наработка, т.е. требуются счетчики наработки (счетчик пробега автомобиля). Кроме того, при периодическом ТО, выполняемом в соответствии с данной стратегией через определенные интервалы времени, проводится дефектация элементов и систем контролируемой техники. Дефектация проводится с помощью средств ТД.

При ТО с контролем параметров нужны средства измерения параметров и оценки их соответствия нормативным значениям. То есть в этом случае используются подходы, характерные для технической диагностики.

При ТО с контролем уровня надежности необходим первичный материал об отказах для расчета характеристик надежности. Этот материал невозможно получить без регулярного диагностирования технического состояния.

Следовательно, системы контроля и диагностики в современных условиях являются неотъемлемой частью технической эксплуатации изделий при любой стратегии ТО. Поэтому в разработанных в настоящее время сертификационных требованиях к организациям, занимающимся технической эксплуатацией и ремонтом, указывается на необходимость наличия в их составе подразделения, занимающегося технической диагностикой.

Кроме того, эффективность ТО напрямую зависит от эффективности систем контроля и диагностирования. Известно, что 90% времени при ТО занимает процесс обнаружения неисправностей. Чем выше эффективность средств диагностики, тем быстрее проводится ТО.

Внедрение в практику эксплуатации систем технической диагностики и контроля позволяет получить как технико-экономический, так и социальный эффекты.

Технико-экономический эффект достигается за счет:

− сокращения трудоемкости и времени на ТО за счет более быстрого выявления изделий, требующих замены или ремонта;

− обнаружения развивающихся неисправностей, что связано с предотвращением поломок и аварий машин и механизмов, предотвращением простоев и потерь;

− более полного использования ресурса каждого изделия вследствие регулярной оценки его фактического состояния и возможности применения методов эксплуатации по состоянию;

− экономии ГСМ и ресурса за счет сокращения количества и времени предварительного опробования.

Социальный эффект достигается за счет:

− повышения безопасности движения (автомобильный и воздушный транспорт);

− повышения регулярности полетов;

− внедрения систем контроля и диагностики, что способствует повышению квалификации ИТР.

Учитывая важность и актуальность задач, стоящих перед системами контроля и диагностики, сложность их внедрения, к этим системам предъявляется ряд специфических требований:

1. Комплектность:

– система контроля и диагностирования должна охватывать как можно большее количество рабочих систем, действующих на объекте контроля;

– система должна обеспечивать одновременное выполнение функций, связанных с формированием решений по ТО, выдачей команд, обменом информацией с другими системами контроля.

2. Возможность адаптации к различным типам объектов контроля и к их модификациям.

3. Автоматизация обработки информации.

4. Оптимизация распределения функций между различными системами диагностики и контроля.

5. Возможность накопления и хранения информации.

6. Наличие собственного автоматизированного контроля этих систем.

Процесс внедрения систем диагностики от постановки задачи и до получения первых результатов практического использования можно разбить на три этапа:

I – этап физического анализа;

II – этап математического анализа;

III – этап технической реализации.

Каждый из этапов имеет свою специфику. Физический этап предполагает знание объекта и физической сущности процессов, протекающих в нем. Математический этап требует знания формализованных методов построения диагностических моделей, формирования диагностических признаков, разработки алгоритмов и классификации технических состояний. Этап технической реализации (технический этап) требует выбора аппаратурных и методических решений. Перечень наиболее характерных для каждого этапа задач представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Общая схема решения задач ТД

I. Физический этап	II. Математический этап	III. Технический этап
1. Определение объекта контроля и диагностики	1. Разработка диагностической модели, устанавливающей связь между параметрами технического состояния и измеряемыми диагностическими параметрами	1. Выбор или создание средств ТД и контроля
2. Анализ существующих и возможных отказов и неисправностей	2. Выбор или разработка диагностических признаков	2. Разработка метрологического, методического и информационного обеспечения системы ТД
3. Классификация отказов и неисправностей по степени опасности	3. Разработка методик и алгоритмов диагностирования (классификации)
4. Определение отказов и неисправностей, подлежащих диагностированию	4. Разработка требований к диагностической и контрольной аппаратуре

Окончание табл. 1.1

5. Составление логической или словесной модели, устанавливающей связь отказов с параметрами изделия
6. Определение иагностических параметров, подлежащих измерению
7. Выбор метода диагностирования по его физической сущности
8. Определение контролепригодности изделия

 

Несмотря на различия, эти три этапа существенно зависят друг от друга. Весь ход решения диагностической задачи определяется физической сущностью объекта и выбором метода диагностики.

В настоящее время для оценки технического состояния объектов техники используется широкий спектр методов диагностики. Эти методы весьма разнообразны и сильно отличаются друг от друга физической сущностью и своими характеристиками. Знакомство с методами диагностики необходимо проводить с учетом существующей в настоящее время системы их классификации.

1. 3 Контрольные вопросы к главе 1

1. В чем заключается отличие понятий «диагностический параметр» и «диагностический признак»?

2. Назовите виды технического состояния объекта диагностирования.

3. Отличие тестового и функционального диагностирования.

4. Какие две стратегии технического обслуживания используются при эксплуатации различных видов техники?

5. В чем состоят технико-экономический и социальный эффекты технической диагностики?

 

ГЛАВА 2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О МЕТОДАХ ДИАГНОСТИКИ

 

Классификация методов диагностики проводится на основе различных принципов [11, 16, 17]. О некоторых из них говорилось выше. Например, при классификации по глубине выявления отказа или неисправности различают контроль технического состояния (работоспособности) и диагностирование (поиск места и причины неисправности). При классификации по воздействию на объект различают тестовое и функциональное (рабочее) диагностирование.

В зависимости от физической природы диагностических параметров и способа их измерения различают физические и параметрические методы диагностирования [21].

 

Физические методы диагностирования

Физические методы основаны на использовании различных физических явлений, сопутствующих работоспособному или неработоспособному состоянию объекта.

Физические методы делят на две группы:

1. Диагностирование и контроль объектов в нерабочем состоянии. С помощью этих методов, как правило, обнаруживают наличие (отсутствие) скрытых механических повреждений и дефектов (например, сквозных и несквозных микротрещин, внутренних раковин, надломов и т.д.) в материалах, из которых изготовлены объекты. Эти методы в силу своей специфики еще называют методами неразрушающего контроля (МНК).

2. Диагностирование и контроль объектов в рабочем состоянии. Они основаны на анализе характеристик (параметров) физических явлений, сопровождающих работу механизма, но не связанных напрямую с его функциональным назначением. Эти методы обеспечивают, например, выявление повреждений и износов в сопряжениях подвижных деталей
механизмов.

Физические методы неразрушающего контроля

Обзор методов диагностирования начнем с физических методов неразрушающего контроля, поскольку эти методы наиболее широко используются при эксплуатации почти всех видов техники. Дадим краткую характеристику этим методам [11, 13, 18, 20].

Оптико-визуальный метод контроля основан на применении оптических приборов для осмотра наружных и внутренних поверхностей деталей и агрегатов. Этим методом обнаруживают следующие дефекты: коррозия, раковины, трещины, вмятины, местный наклеп, подгары, окисления, электронная эрозия деталей электрических узлов и т.д. Техническими средствами, которые используются для реализации этого метода, являются:

− оптические лупы (налобные, телескопические, обзорные);

− механические управляемые зеркала (с изменяемым углом наклона);

− механические эндоскопы (жесткие и гибкие).

С помощью эндоскопов производится осмотр внутренних поверхностей емкостей, трубопроводов, проточной части авиационных двигателей.

Капиллярные методы [20]предназначены для обнаружения поверхностных дефектов и основаны на проникновении специальных индикаторных жидкостей в несплошности объектов контроля (трубопроводы, корпусные детали, лопатки компрессоров и турбин авиационных двигателей и т.п.). Сущность метода заключается в следующем:

− контролируемая поверхность детали очищается от покрытий или загрязнений и обезжиривается;

− на обработанную поверхность наносят слой индикаторной жидкости, которая проникает в полость дефекта;

− через некоторое время избыток индикаторной жидкости удаляется;

− на поверхность наносят специальный проявитель;

− проявитель обладает свойством вытягивать индикаторную жидкость из полости дефекта (индикаторная жидкость сорбируется проявителем);

− в результате на поверхности возникает рисунок дефекта.

В зависимости от применяемой индикаторной жидкости или проявителя повреждение видно невооруженным глазом или под воздействием ультрафиолетового излучения.

Метод обеспечивает обнаружение поверхностных трещин глубиной от 0,01 мм и шириной раскрытия от 0,001 мм [18].

Метод магнитного контроля применяется для обнаружения повреждений в деталях из ферромагнитных сплавов. Это наиболее распространенный метод, суть которого в следующем. Деталь, которая подвергается дефектации, намагничивается. Если на пути магнитных силовых линий детали имеется дефект (трещина, раковина, немагнитное включение), то в этом месте силовые линии искривятся, огибая место дефекта. На поверхности детали создаются локальные магнитные полюса с соответствующими полями рассеивания. Это локальное рассеивание магнитного поля над дефектом можно обнаружить с помощью магнитного порошка. Искажение магнитных силовых линий вызывает соответствующую концентрацию порошка в месте расположения дефекта. При этом образуется рисунок дефекта – магнитограмма. Метод позволяет выявить трещину глубиной от 0,005 мм и шириной раскрытия от 0,0001 мм.

Метод вихревых токов позволяет обнаружить повреждения в деталях магнитных и немагнитных токопроводящих материалов. Повреждения могут обнаруживаться под слоем окислов и лакокрасочных покрытий. Глубина расположения дефектов (трещин, пустот, неметаллических включений) 1–3 мм. Физическая сущность метода состоит в изменении характера распределения вихревых токов в контролируемом объекте в зависимости от его сплошности. На контролируемый участок поверхности детали изделия воздействуют переменным магнитным полем. Источником этого поля является катушка, помещенная в измерительную головку и питаемая током высокой частоты. Под действием этого поля в детали возникают вихревые токи, образующие свое магнитное поле. В результате суммарный магнитный поток (Ф_S) получается как разность магнитных потоков, создаваемых, соответственно, измерительной головкой (Ф_и.г) и вихревыми токами (Ф_в.т):

Ф_S = Ф_и.г – Ф_в.т.

Уменьшение суммарного магнитного потока вызывает изменение индуктивной составляющей суммарного сопротивления катушки и, следовательно, величины тока, протекающего через катушку. Если имеет место дефект Ф_в.т, уменьшается и Ф_S, изменяется, вызывая изменение тока в катушке. Сравнивая величину тока в катушке измерительной головки, настроенной на бездефектном участке поверхности, с величиной тока в катушке, помещенной на дефектный участок, можно обнаружить наличие дефекта. Метод позволяет обнаружить трещины шириной раскрытия от 0,01 мм и длиной от 0,5 мм и широко применяется при выявлении дефектов в газо- и нефтепроводах.

У льтразвуковые методы основаны на способности ультразвуковых колебаний распространяться в материале детали в виде направленных пучков и отражаться от границ раздела сред. В качестве границ раздела могут выступать границы детали и дефектов.

Для возбуждения упругих колебаний в контролируемом объекте используются пьезоэлектрические преобразователи. Они представляют из себя пластины из пьезоэлектрических материалов (кварц, титанат бария и др.), размещенные в измерительной головке [18, 21]. Под действием приложенного переменного электрического напряжения пластина совершает вынужденные механические колебания. Частота колебаний составляет 1,5...15 МГц. Если измерительную головку приложить к поверхности контролируемой детали, то в детали будут возбуждаться и распространяться упругие волны (рис. 2.1). Если на пути распространения ультразвуковых волн отсутствует дефект, то отражение этих волн будет происходить только от передней и задней поверхностей детали. Соответственно регистрирующий прибор зафиксирует два эхосигнала (рис. 2.1).

 

а) б)

Рис. 2.1 Схема обнаружения дефекта ультразвуковым методом:
а) при отсутствии дефекта; б) при наличии дефекта

 

Если на пути распространения ультразвуковых волн будет находиться дефект, то регистрирующий прибор зафиксирует три эхосигнала, один из которых соответствует дефекту (рис. 2.1,б). По величине интервала времени между эхосигналами можно судить о глубине расположения дефекта, а по интенсивности пика – о его величине.

Метод позволяет работать с любыми материалами, обнаруживать поверхностные и внутренние дефекты, дефекты пайки и склеивания. В ряде случаев приемник и излучатель могут размещаться в отдельных измерительных головках.

Радиационные методы основаны на использовании проникающих излучений: рентгеновских, гамма-лучей, бета-лучей. Дефекты материалов определяются путем оценки степени ослабления излучения при его прохождении через деталь. Излучение, прошедшее сплошной материал, имеет меньшую интенсивность по сравнению с лучами, встретившими на своем пути раковины, трещины, рыхлоты. Для регистрации результатов контроля используют рентгеновские пленки и экраны. Радиационные методы весьма сложны в практическом применении и используются только тогда, когда оказываются неэффективными более простые методы.

К физическим методам диагностирования объектов в нерабочем состоянии можно отнести и такой специфический метод, как метод диагностирования узлов трения по накоплению продуктов износа в масле.

Из опыта эксплуатации различных видов авиационной, автомобильной, военной техники известно, что часть отказов связана с нарушением работы узлов трения из-за недопустимых износов. Процесс разрушения трущихся деталей начинается, как правило, с разрушения поверхностного слоя материала под действием высоких контактных напряжений, что проявляется в виде отрыва частиц материала. Эти частицы уносятся маслом, и по их наличию и концентрации можно судить о возникновении и развитии неисправности. Для реализации этого метода эксплуатирующие организации должны быть оснащены регистрирующими и анализирующими устройствами, позволяющими обнаруживать и улавливать продукты износа, а также проводить количественную оценку содержания, структуры и химический анализ этих продуктов. Для этой цели используются: магнитные пробки для улавливания частиц; электрические сигнализаторы, срабатывающие при замыкании их электродов частицами; спектральный анализ масла; анализ изменения формы частиц, их поверхности; рассеивание и ослабление пучка света при прохождении через поток масла; анализ изменения вязкости масла. Наиболее часто этот метод применяется для диагностирования узлов трения различного вида двигателей (автомобильных, авиационных, газотурбинных и др.).

Вторая группа физических методов – это физические методы контроля и диагностирования объектов, находящихся в рабочем состоянии. Рассмотрим некоторые из них.

Тепловые методы основаны на анализе теплового (инфракрасного) излучения элементов, деталей или всего объекта. Работоспособное (исправное) изделие имеет определенную картину теплового излучения. Изменение этой картины свидетельствует об изменении режима работы или технического состояния изделия. Увеличение интенсивности излучения может быть следствием перегрева, связанного с дефектом. Тепловые методы разделяют на контактные и бесконтактные (таблица 2.1).

Таблица 2.1

Тепловые методы контроля

Контактные	Бесконтактные
1. Измерение температуры с датчиков (термопары, терморезисторы). Этот метод широко используется для измерения температуры различных сред, температуры головок цилиндров поршневых двигателей, температуры подшипников	1. Использование специальных жидкостей, испаряющихся под действием теплового излучения детали с последующей конденсацией пара на специальных тонких мембранах с целью получения визуальной карты теплового поля
2. Использование температурно- чувствительных красок и составов, которые меняют цвет при достижении предельной температуры. Например, для контроля дисков колес, электрических резис 1234567Следующая ⇒ Поделиться: Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...