Внедрение того или иного метода неразрушающего контроля (НК) массовых деталей (например, деталей железнодорожных вагонов) в территориально разнесенных пунктах НК обычно распадается на два этапа. На первом этапе происходит единичное внедрение дефектоскопа (устройства, реализующего метод), на втором — массовое внедрение. Подобный переход — от единичного внедрения к массовому внедрению — сопровождается рядом специфических организационных и технических мероприятий. Одно из них — реализация принципа единства контроля.
Термин 'единство контроля' означает одинаковость процедур и средств НК, которая реализуется ради повышения достоверности НК. В процедурах и средствах НК значительное место занимают измерения и средства измерений. Одинаковость измерений и средств измерений обеспечивается единством измерений. Следовательно, единство контроля включает в себя как составляющую (опирается на) единство измерений. Как на практике реализуется принцип единства контроля, показано ниже на примере перехода от единичного к массовому внедрению феррозондовых дефектоскопов при контроле боковой рамы тележек грузовых вагонов на сети железных дорог.
Обозначим количество внедренных дефектоскопов через m. Единичное (m=1) или массовое внедрение (m>>1) дефектоскопов считается завершенным, если каждый из них реализует критерий достоверности, сформулированный в [1].
ИСХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ (m=1)Это состояние в железнодорожной отрасли при контроле феррозондовым методом боковой рамы тележек грузовых вагонов при их плановом ремонте наблюдалось в начале 90-х годов. К этому времени была создана дефектоскопная установка ДФ-1 (дефектоскоп ДФ-1 плюс намагничивающее устройство) и сформулирован критерий годности боковой рамы.
Дефектоскоп ДФ-1 имеет функциональную схему 'преобразователь градиента G напряженности магнитного поля в электрический сигнал (напряжение U) — компаратор — индикатор дефекта' (см. рис. 1 в работе [1]). Преобразователь градиента в напряжение U содержит феррозондовый преобразователь (ФП) и обслуживающие устройства — генератор возбуждения, фильтр, амплитудный детектор и т. п. На входы компаратора подаются напряжение U и опорное напряжение Е. Индикатор дефекта начинает работать, когда U>Е. При настройке дефектоскопа с помощью плавного регулятора изменяется коэффициент К=U/G. Встроенным вольтметром измеряется напряжение U.
Алгоритм работы дефектоскопа имеет вид
=sgn(G-S); S=E/K, (1)где — выходной сигнал компаратора; G — значение градиента в точке расположения ФП; S — порог.
Перед работой посредством изменения K устанавливается порог S, равный максимальному значению градиента над искусственным дефектом настроечного образца. Критерий годности рамы: если феррозондовый контроль проводится в определенных зонах (зонах контроля) на ее поверхности и тангенциальная составляющая напряженности поля намагничивания в зоне контроля равна некоторому (номинальному) значению, боковая рама считается годной при выполнении неравенства
(G-S0)<0где S0 — номинальное значение порога.
Зоны контроля и номинальные значения тангенциальной составляющей напряженности поля намагничивания и порога занесены в руководящий отраслевой документ по технологии контроля боковой рамы.
МАССОВОЕ СОСТОЯНИЕ (m>>1)где S0 — номинальное значение порога.
Массовое внедрение феррозондового метода НК началось в начале 90-х годов. Представим градиент G на входе дефектоскопа в виде суммы
G=Gд+Gп+Go,где Gд — слагаемое, обусловленное дефектом (в отсутствие дефекта Gд=0); Gп — помеха (случайное центрированное число); Go — детерминированное число.
Как следует из [1], критерии достоверности контроля выполняется, если среднеквадратическое значение помехи не превышает определенного уровня. Следовательно, невыполнение критерия достоверности тем или иным дефектоскопом связано с высоким уровнем помех на его входе. (Если помеха генерируется внутри дефектоскопа, она может быть пересчитана к его входу. К такой помехе относится, в частности, разность между действительным — выставленным в дефектоскопе — номинальным значениями порога).
Разобьем помеху на компоненты Gпi (i - номер компоненты), дадим определение наиболее весомым из них и опишем, как уменьшался их вес.
- Gп1 - помеха, обусловленная погрешностью измерения тангенциальной составляющей намагничивающего поля рамы и, как следствие, неточной корректировкой намагничивающего тока. При намагничивании конечной по размерам детали в отсутствие дефекта в зоне контроля наблюдается конечный по величине градиент. Этот градиент зависит от намагниченности детали и представляет собой сумму детерминированного и случайного слагаемых. Детерминированное слагаемое — это Go. Случайное слагаемое - это Gп1.
До определенного времени помеха Gп1 имела большой вес несмотря на то, что каждое намагничивающее устройство было оснащено достаточно точным полемером (измерителем напряженности магнитного поля), который должен был измерять и удерживать внутри некоторого интервала тангенциальную составляющую напряженности поля намагничивания. Объясняется это тем, что полемеры на сеть железных дорог поставлялись различными фирмами-производителями и имели различные по конструкции входные преобразователи. Эти полемеры, будучи поверенными в однородном поле (в катушках Гельмгольца), измеряют точно только однородные поля. В неоднородных полях их показания зависят от геометрии рабочего пространства преобразователя. На поверхности рамы поле неоднородно и поэтому использование полемеров, безупречных в метрологическом отношении, но с различными по конструкции преобразователями, приводит к неодинаковым результатам измерений. Это и предопределяет у некоторых дефектоскопов большой вес составляющей Gп1.
Вес Gп1 был существенно снижен, когда: а) был организован серийный выпуск одинаковых по конструкции (более точно — по конструкции входного преобразователя) полемеров; б) в состав обязательного оборудования феррозондового контроля рам были включены только эти полемеры.
В данном случае единство измерений (которое обеспечивается поверкой полемеров) явилось необходимым, но недостаточным условием реализации единства контроля. Достаточным условием стало применение полемеров с одинаковыми входными преобразователями.
- Gп2 — помеха, обусловленная разбросом характеристик настроечных образцов. Разброс образцов был неизбежен до тех пор, пока они изготавливались в различных местах. Частично проблема была решена, когда начался централизованный выпуск образцов, которые получили наименование стандартных образцов предприятия (СОП). Предприятием-изготовителем в каждый СОП закладывается информация о номинальном пороге S0 и при настройке в дефектоскопе с помощью СОП устанавливается это значение порога.
Почему с помощью централизованно выпускаемых СОП проблема Gп2 была решена частично? Дело в том, что параметры СОП случайным образом меняются во время транспортирования, хранения и эксплуатации, поскольку СОП представляет собой пластину (с искусственным дефектом), к которой прикреплены магнитопровод и постоянные магниты. Как известно, тряска, вибрации и другие механические воздействия меняют намагниченность постоянных магнитов.
Решающий шаг в решении проблемы Gп2 был сделан, когда: а) был налажен серийный выпуск градиентометров с одинаковыми по конструкции феррозондовыми преобразователями (ФП); б) эти градиентометры были включены в состав обязательного оборудования феррозондового контроля; в) с помощью градиентометров начали контролировать и корректировать намагниченность СОП после транспортирования, хранения и периодически в процессе эксплуатации.
Контроль СОП сводится к измерению и сравнению с допусками градиента напряженности магнитного поля над искусственным дефектом. Применение градиентометров с одинаковыми ФП и одинаковых СОП — еще один шаг в реализации принципа единства контроля.
- Gп3 — помеха, обусловленная непреднамеренной перестройкой порога оператором. Феррозондовые дефектоскопы выпускаются как универсальные приборы и поэтому в них предусмотрены средства для установки порога (ручки, кнопки и т. и). Во время контроля оператор может непреднамеренно повернуть ручку настройки или нажать определенную комбинацию кнопок управления и изменить порог. После этого контроль до ближайшей регламентной (с помощью СОП) настройки дефектоскопа будет проводиться в присутствии помехи Gп3, то есть недостоверно.
Уменьшить (а во многих случаях и исключить) помеху Gп3 удалось за счет введения в дефектоскоп размерной шкалы порога [1] и некоторого расширения функций оператора — ему предписывалось не только следить за индикатором дефекта, но и эпизодически контролировать величину порога по шкале.
- Gп4 — помеха, обусловленная погрешностью шкалы порога. Эта помеха была снижена после того, как дефектоскоп с размерной шкалой порога прошел испытания на тип, был занесен в госреестр средств измерений и стал периодически поверяться.
При изготовлении дефектоскопа, как средства измерений, шкала порога калибруется с помощью меры градиента, в рабочее пространство которой помещается ФП. Так как реализованный в дефектоскопе порог зависит в соответствии с выражением (1) от Е и К, эти величины подбирают так, чтобы показания шкалы и воспроизводимый мерой градиент совпадали. В процессе эксплуатации Е и К самопроизвольно изменяются (дрейфуют) и у шкалы появляется погрешность. Эта погрешность в процессе поверки градиентометра с помощью меры градиента проверяется на соответствие допуску. Если погрешность больше допустимой, шкала корректируется. Допуск на погрешность шкалы подбирается так, чтобы помеха Gп4 при контроле рамы имела сравнительно малый вес.
Снижение уровня помех Gп3 и Gп4 (реализация принципа единства контроля) достигнуто за счет превращения порогового дефектоскопа (средства допускового контроля) в средство измерений, реализующего принцип единства измерений.
Еще одна помеха была уменьшена после того, как в дефектоскопе и градиентометре начали использовать один и тот же ФП. В частности, был налажен выпуск приборов, имеющих один ФП, но выполняющих сразу две функции — дефектоскопа и градиептометра. Эти приборы получили название дефектоскопов-градиентометров.
К настоящему времени массовое внедрение феррозондовых дефектоскопов для контроля боковой рамы тележек грузовых вагонов на сети железных дорог практически закончилось. Это означает, что перечисленные выше и некоторые другие составляющие помехи в должной мере уменьшены и все используемые в отрасли дефектоскопы выполняют критерий достоверности. Эти же дефектоскопы достоверно контролируют надрессорную балку тележки, автосцепное устройство и другие детали вагона.
ЗАКЛЮЧЕНИЕМассовое внедрение феррозондовых дефектоскопов для контроля боковой рамы тележек (и других деталей) грузовых вагонов на сети железных дорог успешно завершено благодаря реализации принципа единства контроля и одного из весомых слагаемых этого единства — единства измерений. Авторы полагают, что использование принципа единства контроля может ускорить массовое внедрение и других методов НК.
Единство измерений, как известно, реализуется с помощью метрологического оборудования (эталонов, мер, и т. п.). Описание этого оборудования, которое предназначено для поверки средств измерений, используемых для феррозондового контроля деталей вагонов, содержится в работе [2].
ЛИТЕРАТУРА- Шанаурнн А. М., Кравченко Г. И. Достоверность феррозондового контроля.-Дефектоскопия, 2000, № 1, с. 58-63.
- Шанаурин А. М., Кравченко Г. И., Векслер А. 3., Гусев Б. В. Метрологическое обеспечение средств измерений, применяемых в магнитном неразрушающем контроле.-Дефектоскопия, 2001, №4, с. 67-73.
Скачать в формате 
MS Word 4_2001.rar
© ООО Микроакустика. При использовании материалов ссылка на эту станицу обязательна.
