Обнаружение трещин в крепеже неразрушающим способом | Советы эксперта

В данной статье приводится краткий обзор современного состояния технологий обнаружения трещин, включая их преимущества и ограничения, а также актуальные темы и направления будущего развития. В статье рассматриваются существующие методы обнаружения трещин в крепежных деталях с акцентом на вейвлет-анализ и электромагнитный импульсный неразрушающий контроль. Крепежные изделия широко используются в различных областях техники [...].

Как обнаружить трещины в крепеже

Оглавление

В данной статье приводится краткий обзор современного состояния технологий обнаружения трещин, включая их преимущества и ограничения, а также актуальные темы и направления будущего развития. Она основана на существующих методах обнаружения трещин в крепежных деталях с акцентом на вейвлет-анализ и электромагнитный импульсный неразрушающий контроль.

Трещины в крепежных элементах

Крепеж широко используется в различных областях техники, таких как машиностроение, строительство, мостостроение и нефтедобыча. Являясь основным компонентом крупных конструкций, крепеж подвержен различным дефектам, включая трещины, коррозию, ямы и повреждения, вызванные человеческим фактором в процессе эксплуатации.

Дефекты в виде трещин представляют собой значительную угрозу безопасности и надежности конструкций и учреждений, поэтому обнаружение трещин является важным аспектом оценки конструкций. Обнаружение трещин включает в себя выявление и оценку трещин в механических конструкциях с целью определения их местоположения и протяженности.

С развитием современного машиностроения, электроники и компьютерных технологий неразрушающий контроль (NDT) значительно усовершенствовался, что привело к разработке передовых методов обнаружения трещин.

В данной статье представлен обзор традиционных методов обнаружения трещин и уделено внимание современным методам неразрушающего контроля, основанным на вейвлет-анализе и электромагнитных (вихретоковых) импульсах. Кроме того, в статье освещаются актуальные темы и направления будущего развития методов обнаружения трещин в крепежных изделиях.

1. Традиционный метод обнаружения трещин

Существует множество традиционных методов обнаружения трещин, которые можно разделить на две группы: традиционные и нетрадиционные методы обнаружения.

К традиционным методам обнаружения относятся вихретоковые испытания, испытания пенетрантами, испытания магнитными частицами, радиационные испытания и ультразвуковые испытания. Нетрадиционные методы обнаружения, с другой стороны, включают испытания акустической эмиссией, инфракрасные испытания и лазерные голографические испытания.

(1) Методы рутинного тестирования

В настоящее время традиционные методы испытаний широко используются для простого обнаружения трещин в таких областях техники, как машиностроение, строительство и нефтедобыча. Используемые методы зависят от конкретного учреждения.

Например, ультразвуковой контроль применяется в основном для контроля металлических листов, труб, прутков, отливок, поковок и сварных швов, а также бетонных конструкций, таких как мосты и жилые дома. Рентгеновский контроль используется для контроля отливок и сварных швов в таких отраслях, как машиностроение, производство оружия, судостроение, электроника, аэрокосмическая промышленность, нефтехимия и другие. Испытания на магнитные частицы используются в основном для контроля металлических отливок, поковок и сварных швов. Испытания на проникание в основном используются для контроля отливок, поковок, сварных соединений, деталей порошковой металлургии, а также изделий из цветных и черных металлов, керамики, пластика и стекла. Вихретоковая дефектоскопия в основном используется для обнаружения дефектов и сортировки материалов токопроводящих труб, стержней и проводов.

Для обнаружения трещин в крепеже можно использовать ультразвуковой контроль и вихретоковое обнаружение. Например, в ходе экспериментального исследования были определены наилучшие параметры вихретокового обнаружения мелких трещин в крепежных деталях. Результаты исследования показали, что наилучшие параметры обнаружения имеют линейную зависимость между параметрами вихретокового обнаружения мелких трещин и фазовым сигналом, что важно для повышения точности обнаружения мелких трещин в прутках и выбора параметров вихретокового обнаружения для внешних крепежных элементов. Однако вихретоковое обнаружение имеет больше мешающих факторов и требует специальных методов обработки сигнала.

Другим методом, используемым для обнаружения трещин, является метод обнаружения трещин с помощью структуры энергетического спектра распространения волн Лэмба, который известен своей сильной проникающей способностью, высокой чувствительностью, а также скоростью и удобством. Однако у него есть ограничения, такие как слепые зоны и блокировки, которые могут привести к пропуску близких трещин. Метод также сложен для количественной и качественной характеристики обнаруженных дефектов.

Для большинства крепежных изделий используются методы магнитопорошкового контроля и флуоресцентной дефектоскопии. Эти методы относительно эффективны, но они требуют больших затрат трудовых и материальных ресурсов и могут нанести вред здоровью человека. Кроме того, пропуски проверок часто происходят из-за человеческого фактора.

(2) Нетрадиционные методы испытаний

Когда обычные методы испытаний не позволяют обнаружить трещины в крепеже, в качестве альтернативы можно использовать нетрадиционные методы испытаний.

Три широко используемых нетрадиционных метода обнаружения трещин включают в себя:

1) Технология акустической эмиссии.

Технология акустической эмиссии широко признана как самый передовой метод обнаружения трещин в оборудовании, работающем под давлением. Она успешно применяется для оценки безопасности сосудов под давлением и трубопроводов, а также для обнаружения трещин в аэрокосмической промышленности и композитных материалах. В области диагностики трещин во вращающемся оборудовании он используется в основном для обнаружения трещин во вращающихся валах, шестернях и подшипниках.

Одним из ключевых преимуществ акустической эмиссии является то, что это динамический метод обнаружения, использующий энергию, излучаемую тестируемым объектом, а не внешнюю. неразрушающий контроль оборудования, такого как ультразвуковой или радиографический контроль. Это делает его высокочувствительным к дефектам и позволяет обнаруживать и оценивать состояние активных дефектов во всей конструкции.

Однако следует учитывать и некоторые недостатки. На обнаружение акустической эмиссии сильно влияет материал, из которого проводится испытание, и оно может быть нарушено электрическими и механическими шумами в испытательной среде. Кроме того, точность обнаружения может быть ограничена низкой точностью позиционирования, а информация, получаемая при идентификации трещин, часто бывает ограниченной.

2) Инфракрасное обнаружение.

Технология инфракрасного неразрушающего контроля (NDT) широко используется в различных отраслях промышленности, включая энергетическое оборудование, нефтехимическое оборудование, механическую обработку, обнаружение пожаров, анализ урожая и выявление дефектов в материалах и компонентах.

Одним из главных преимуществ инфракрасного неразрушающего контроля является то, что это технология бесконтактного тестирования, безопасная, надежная, безвредная для человека и высокочувствительная. Она имеет широкий диапазон обнаружения, высокую скорость и не оказывает воздействия на тестируемый объект. Кроме того, она обладает высоким пространственным разрешением на больших расстояниях.

Однако следует учитывать и некоторые недостатки. Чувствительность инфракрасного детектора зависит от тепловой излучательной способности испытуемого образца, на нее могут влиять поверхностные помехи и фоновое излучение. Разрешение исходного образца низкое, что затрудняет точное измерение формы, размера и положения дефектов, особенно если они маленькие или глубоко залегают.

Кроме того, интерпретация результатов теста сложна и требует эталонных стандартов, а для эффективного использования технологии операторы должны быть обучены.

3) Лазерное голографическое обнаружение.

Лазерное голографическое обнаружение в первую очередь используется для контроля различных структур, таких как сотовые конструкции, композитные материалы, корпуса твердотопливных ракетных двигателей, изоляционные слои, слои покрытия и интерфейсы зерен ракетного топлива, для обнаружения дефектов. Оно также используется для оценки качества паяных соединений печатных плат и обнаружения усталостных трещин в сосудах под давлением.

Этот метод обладает рядом преимуществ, среди которых простота использования, высокая чувствительность, отсутствие специальных требований к исследуемому объекту и возможность проведения количественного анализа дефектов.

Однако одним из его недостатков является то, что глубоко залегающие дефекты отслоения могут быть обнаружены только при значительной площади отслоения.

Кроме того, для лазерного голографического обнаружения обычно требуется темное помещение и строгая виброизоляция, что делает его менее подходящим для тестирования на месте и накладывает определенные ограничения.

2. Новые современные технологии обнаружения трещин

С развитием науки и техники растет потребность в более совершенных методах обнаружения трещин в различных областях техники, таких как машиностроение, строительство и нефтедобыча. Это привело к появлению новых технологий обнаружения трещин.

Обработка сигналов и электромагнитный (вихретоковый) импульсный неразрушающий контроль - две широко используемые и эффективные новые технологии обнаружения трещин. Эти методы предлагают эффективные и надежные решения для выявления трещин в различных областях применения.

(1) Метод обнаружения трещин на основе вейвлет-анализа

С развитием технологий обработки сигналов появилось несколько методов обнаружения трещин, основанных на обработке сигналов, включая методы с временной, частотной и временно-частотной областью, такие как преобразование Фурье, кратковременное преобразование Фурье, распределение Вигнера-Вилля, преобразование Гильберта-Хуанга (HHT) и слепое разделение источников.

Из этих методов наиболее широко используется и является наиболее показательным вейвлет-анализ.

Методы идентификации трещин с помощью вейвлет-анализа можно разделить на две категории:

① Метод анализа отклика во временной области:

Этот метод включает в себя использование сингулярных точек карты разложения во временной области, изменение вейвлет-коэффициентов и изменение энергии после вейвлет-разложения. Цель этого метода - определить момент возникновения трещины.

② Метод пространственного анализа на основе отклика:

В этом методе для вейвлет-анализа используется пространственное положение пространственной оси вместо временной оси сигнала отклика во временной области, а в качестве входного сигнала используется отклик в пространственной области. Этот метод позволяет определить местоположение трещины.

В то время как вейвлет-метод сам по себе может определить только момент возникновения повреждения или его местоположение, первый метод имеет больше применений. Для выявления небольших трещин вейвлет-анализ следует сочетать с другими методами.

(2) Электромагнитный (вихретоковый) импульсный неразрушающий контроль

Электромагнитная технология сочетает в себе множество функций, таких как ультразвуковое обнаружение, вихретоковая визуализация, вихретоковая решетка и импульсное вихретоковое обнаружение, образуя новые передовые технологии для электромагнитного контроля.

К распространенным технологиям обнаружения трещин относятся импульсный вихретоковый контроль, импульсный вихретоковый тепловизор, двухзондовый неразрушающий контроль с использованием импульсного вихретокового и электромагнитного акустического преобразователя (EMAT), а также технология тестирования с использованием магнитной памяти металла.

Импульсное вихретоковое испытание включает в себя возбуждение катушки импульсным током, анализ сигнала переходного процесса во временной области, индуцированного датчиком, и количественное обнаружение трещин путем выбора пикового значения, времени пересечения нуля и времени пика сигнала.

Исследования Яна Бинфэна и других специалистов из Национального университета оборонных технологий показали, что импульсные вихревые токи могут количественно обнаруживать трещины различной глубины всего за одно сканирование. Некоторые исследователи используют гармонические катушки в качестве альтернативной технологии для импульсного вихретокового тестирования.

Однако на пиковое значение импульсного вихретокового сигнала легко влияют другие факторы, такие как эффект подъема, а способность обнаружения импульсного вихретокового зонда также может влиять на обнаружение трещин.

Импульсные приборы вихретоковой визуализации используют катушки в качестве датчиков контроля, а некоторые - датчики Холла. В последние годы в области неразрушающего контроля начали применяться приборы суперквантовой интерференции.

Импульсная вихретоковая тепловизионная технология устраняет эффект подъема, характерный для других методов обнаружения, и обеспечивает точность результатов визуализации. Некоторые исследователи используют лазерные лучи YNG с гауссовой формой пучка на поверхности металлические листыВ них используются импульсные вихретоковые и электромагнитные акустические преобразователи. Они выявляют трещины, обнаруживая внезапное изменение формы ультразвуковой волны или резкое увеличение частотных составляющих при облучении трещины лазерным лучом.

3. Горячие точки для исследования трещин

В настоящее время исследования в области обнаружения трещин в крепежных деталях ограничиваются традиционными методами обнаружения. В целях развития технологии обнаружения и решения практических задач идентификация повреждений трещин в основном сосредоточена на двух аспектах: статистических методах идентификации с учетом влияния неопределенности и идентификации микротрещин крепежа.

Неопределенность при обнаружении повреждений в виде трещин требует использования методов статистического вывода для решения проблемы идентификации системы. С развитием исследований в области идентификации повреждений углубляется изучение методов идентификации повреждений, основанных на теории вероятностной статистики, и в настоящее время основными областями их применения являются идентификация систем и распознавание образов.

В настоящее время существуют методы обнаружения микротрещин в крепежных деталях, такие как обнаружение микротрещин на основе ИКТ-технологий и лазерно-ультразвуковое литье на основе лазерного нагрева, но оба метода имеют свои ограничения. Например, обнаружение микротрещин на основе ИКТ-технологии может быть затруднено, если значение серого цвета в собранном изображении не сильно отличается от значения серого цвета фона, что влияет на качество изображения и затрудняет получение изображения. Кроме того, при использовании программного обеспечения VG Studio MAX не удается выделить пространственный диапазон, содержащий все микротрещины. Ограничением метода лазерного нагрева на основе лазерно-ультразвуковой проекции является то, что он сложен в эксплуатации и не может использоваться в жестких условиях, поэтому он нуждается в дальнейшем развитии.

По мере развития социальной экономики требования к методам обнаружения трещин в крепежных деталях становятся все более жесткими. Эти методы должны отвечать требованиям онлайнового обнаружения в режиме реального времени, быть высокочувствительными, простыми в эксплуатации, устойчивыми к внешним воздействиям и работать в жестких условиях. Кроме того, они должны быстро и точно определять местоположение, размер, ширину, глубину и тенденцию развития трещин, отображать результаты испытаний в виде изображений, которые можно анализировать, и обеспечивать высокую скорость обнаружения, высокую эффективность и интуитивно понятные результаты.

4. Cзаключение

Были проведены обширные исследования по идентификации повреждений крепежных деталей, но существующие методы и индикаторы идентификации повреждений ограничены традиционными методами обнаружения. Учитывая стоимость испытательного оборудования, условия, в которых оно используется, и человеческий фактор, обнаружение многочисленных трещин и микротрещин в крепежных деталях является актуальной областью исследовательского интереса.

Направление развития системы обнаружения трещин в крепежных деталях заключается в обеспечении быстрого позиционирования, точной количественной оценки, повышении точности и надежности обнаружения, а также в быстром и эффективном обнаружении трещин.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Электрический и гидравлический листогибочный пресс - какой из них подходит для вашего бизнеса?

I. Введение С развитием технологий современная обработка листового металла, особенно процесс гибки, требует все более высоких стандартов. Существуют различные технические требования к оборудованию и обработке...

Размеры и вес двутавровых балок

Вы когда-нибудь задумывались о скрытом мире стальных двутавровых балок? В этой увлекательной статье мы раскроем тайны, скрывающиеся за этими важнейшими строительными компонентами. Наш эксперт, инженер-механик, проведет...
Калькулятор коэффициента K

Калькулятор коэффициента K для гибки листового металла (онлайн и бесплатно)

Вы испытываете трудности с проектированием точных деталей из листового металла? Раскройте секреты коэффициента K, важнейшего понятия в производстве листового металла. В этой статье наш эксперт, инженер-механик, объясняет...

Диаграмма веса двутавровой балки, размеры и онлайн-калькулятор

Вы когда-нибудь задумывались о том, как выбрать идеальную двутавровую балку для вашего строительного или производственного проекта? В этом блоге наш эксперт, инженер-механик, проведет вас через весь процесс...

Медные и алюминиевые кабели: Всестороннее сравнение

I. Преимущества кабелей с медными жилами перед кабелями с алюминиевыми жилами: 1. Низкое удельное сопротивление: Удельное сопротивление кабелей с алюминиевыми жилами примерно в 1,68 раза выше, чем у кабелей с медными жилами.....

Как правильно выбрать предохранительный клапан: Пошаговое руководство

Ввиду разнообразия предохранительных клапанов, а также разнообразия и сложности систем, работающих под давлением, при выборе предохранительного клапана необходимо учитывать влияние таких факторов, как температура, давление и среда...

Советы по использованию предохранительных клапанов: Повышение безопасности вашей системы

Исследователь провел проект системы горячего водоснабжения гостиницы, обеспечивающей круглосуточное снабжение паром (0,3 МПа) в качестве источника тепла, температурой подачи воды 60-55 градусов, с использованием...
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.