10.14489/td.2022.08.pp.036-043

2022, 08 август (August)

DOI: 10.14489/td.2022.08.pp.036-043

Шляхтенков С. П., Гуляев М. А., Выплавень В. С., Попков А. А., Бехер С. А., Курбатов А. Н., Бобров А. Л.
ВОЗМОЖНОСТИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ В МАССИВНЫХ ЛИТЫХ КОНСТРУКЦИЯХ МЕТОДАМИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
(c. 36-43)

Аннотация. В условиях совершенствования методов и средств неразрушающего контроля (НК) наряду с повышением информативности возникают сложные технические проблемы. Например, при обследовании элементов конструкций со сроком службы 20 – 30 лет современными средствами НК обнаруживаются дефекты, которые не были забракованы предприятием-изготовителем. Оценка влияния таких дефектов на работоспособность конструкции требует проведения комплексного исследования с использованием НК и тензометрии. Целью работы является оценка параметров дефектов литой детали гидравлического штамповочного пресса с наработкой более 60 лет для принятия решения о возможности его дальнейшей эксплуатации. Дефект исследовали с применением магнитопорошкового, вихретокового и ультразвукового методов контроля. Средствами тензометрии измерены механические напряжения непосредственно в процессе эксплуатации. Индикаторный рисунок дефекта магнитопорошкового контроля имеет нехарактерные для усталостных дефектов признаки: ветвления, прерывистый и ломаный (не гладкий) характер. Для количественной оценки степени гладкости индикаторного рисунка предложено использовать фрактальную размерность, которая для исследуемого дефекта составила 1,07. Оценочная глубина дефекта, выявленного вихретоковым методом, составила от 4 до 6 мм, ультразвуковым методом – от 8 до 18 мм. Наличие эхосигнала прямым преобразователем указывает на объемный характер дефекта. После механического удаления поверхностного слоя толщиной 2 мм на отдельных участках ширина дефекта увеличилась до 2 мм, а глубина – до 20 мм. На внутренней боковой поверхности дефекта визуально определяется плотная, темная, характерная для высоких температур окалина. Дефект классифицирован как литейная раковина глубиной 20 мм. Следов усталостного разрушения не обнаружено. Сжимающие механические напряжения с амплитудой не более 41 МПа составили менее 20 % предела усталостной выносливости стали 35Л. В течение года среднее количество рабочих циклов составляет 20 тыс., повторное исследование дефекта пресса рекомендовано через 5 – 10 лет (100 тыс. – 200 тыс. циклов).

Ключевые слова: литейный дефект, усталостная трещина, ультразвуковой контроль, вихретоковый контроль, магнитопорошковый контроль, тензометрия, степень опасности дефекта.

Shlyakhtenkov S. P., Gulyev M. A., Vyplaven V. S., Popkov A. A., Bekher S. A., Kurbatov A. N., Bobrov A. L.
POSSIBILITY OF IDENTIFYING DEFECTS IN MASSIVE CAST STRUCTURES BY NON-DESTRUCTIVE TESTING METHODS
(pp. 36-43)

Abstract. In the context of improving methods and means of non-destructive testing (NDT), along with increasing in formativeness, complex technical problems arise. For example, when examining structural elements with a service life of more than 20 – 30 years, modern NC tools detect defects that have not been rejected by the manufacturer. Assessment of the impact of such defects on the operability of the structure requires a comprehensive study using NC and strain gauge. The purpose of the work is to evaluate the parameters of defects in a cast part of a hydraulic stamping press with a service life of more than 60 years in order to make a decision on the possibility of its further operation. The defect was investigated using magnetic powder, eddy current and ultrasonic control methods. By means of strain gauges, mechanical stresses are measured directly during operation. The indicator pattern of the magnetic particle inspection defect has signs uncharacteristic for fatigue defects: branching, intermittent and broken (not smooth) character. To quantify the degree of smoothness of the indicator pattern, it is proposed to use a fractal dimension, which for the defect under study was 1.07. The estimated depth of the defect detected by the eddy current method was from 4 to 6 mm, by ultrasound – from 8 to 18 mm. The presence of an echo signal by a direct converter indicates the volumetric nature of the defect. After mechanical removal of the surface layer with a thickness of 2 mm in some areas, the width of the defect increased to 2 mm, and the depth to – 20 mm. On the inner side surface of the defect, a dense, dark scale characteristic of high temperatures is visually determined.The defect is classified as a casting shell with a depth of 20 mm. No traces of fatigue failure were found. Compressive mechanical stresses with an amplitude of no more than 41 MPa amounted to less than 20 % of the fatigue endurance limit of 35L steel. During the year, the average number of working cycles is 20 thousand, repeated examination of the press defect is recommended in 5 – 10 years (100 – 200 thousand cycles).

Keywords: casting defect, fatigue crack, ultrasonic testing, eddy current testing, magnetic testing, strain measurement, degree of defect hazard.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

С. П. Шляхтенков, М. А. Гуляев, В. С. Выплавень, А. А. Попков, С. А. Бехер, А. Н. Курбатов, А. Л. Бобров (ФГБОУ ВО«Сибирский государственный университет путей сообщения», Новосибирск, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

S. P. Shlyakhtenkov, M. A. Gulyev, V. S. Vyplaven, A. A. Popkov, S. A. Bekher, A. N. Kurbatov, A. L. Bobrov (Siberian transport university, Novosibirsk, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Лепихин А. М., Морозов Е. М., Махутов Н. А. и др. Возможности оценки вероятностей разрушения и допустимых размеров дефектов элементов конструкций по критериям механики разрушения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. № 3(88). С. 41 – 50.
2. Черепанов А. П., Ляпустин П. К. Закономерности снижения ресурса уникальных машин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2019. № 3(63). С. 37 – 45.
3. Watson J. M., Liang C. W., Sexton J., Missous M. Development and optimisation of low-power magnetic flux leakage inspection parameters for mild steel welds // Insight. Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2021. V. 63, No. 2. P. 75 – 81.
4. Wu J., Wu W., Li E. et al. Magnetic Flux Leakage Course of Inner Defects and Its Detectable Depth // Chin. J. Mech. Eng. 2021. V. 34, No. 1. P. 63.
5. Dymkin G. Y., Kurkov A. V., Smorodinskii Y. G. et al. On the Sensitivity of Eddy Current Testing of Parts of Railway Rolling Stock // Russ. J. Nondestruct. Test. 2019. V. 55. P. 610 – 616.
6. Romero-Arismendi N. O., Pérez-Benítez J. A., Ramírez-Pacheco E., Espina-Hernández J. H. Design method for a GMR-based eddy current sensor with optimal sensitivity // Sensors and Actuators. A: Physical. 2020. V. 314. P. 112348.
7. Park J. W., Lee T. G., Back I. C. et al. Rail Surface Defect Detection and Analysis Using Multi-Channel Eddy Current Method Based Algorithm for Defect Evaluation // J. Nondestruct. Eval. 2021. V. 40, No. 3. Article number 83.
8. Муравьев В. В., Гущина Л. В., Казанцев С. Оценка накопленной поврежденности шеек осей колесных пар вагонов ультразвуковым методом с использованием рэлеевских и головных волн // Дефектоскопия. 2019. № 10. С. 14 – 23.
9. Benammar Abdessalem, Chibane Farid. Resolution Improvement of Ultrasonic Signals Using Sparse Deconvolution and Variational Mode Decomposition Algorithms // Russ. J. Nondestruct. Test. 2020. V. 56. P. 479 – 489.
10. Гончаров Н. Г., Колесников О. И., Юшин А. А. и др. Исследование дефектов литых корпусных деталей насосов и разработка технологии их ремонта // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. № 5(25). С. 84 – 89.
11. Муравьев В. В., Степанова Л. Н., Кареев А. Е. Оценка степени опасности усталостных трещин при акустико-эмиссионном контроле литых деталей тележки грузового вагона // Дефектоскопия. 2003. № 1. С. 63 – 68.
12. Степанова Л. Н., Лебедев Е. Ю., Кабанов С. И. и др. Микропроцессорная многоканальная тензометрическая система для прочностных испытаний конструкций // Дефектоскопия. 2001. № 4. С. 82 – 89.
13. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др.; под общ. ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.

Eng

1. Lepihin A. M., Morozov E. M., Mahutov N. A. et al. (2022). Possibilities for assessing the probability of destruction and the permissible size of defects in structural elements according to the criteria of fracture mechanics. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov, 88(3), pp. 41 – 50. [in Russian language]
2. Cherepanov A. P., Lyapustin P. K. (2019). Patterns of decreasing the resource of unique machines. Sovremennye tekhnologii. Sistemniy analiz. Modelirovanie, 63(3), pp. 37 – 45. [in Russian language]
3. Watson J. M., Liang C. W., Sexton J., Missous M. (2021). Development and optimisation of low-power magnetic flux leakage inspection parameters for mild steel welds. Insight. Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, Vol. 63, (2), pp. 75 – 81(7).
4. Wu J., Wu W., Li E. et al. (2021). Magnetic Flux Leakage Course of Inner Defects and Its Detectable Depth. Chinese Journal of Mechanical Engineering, Vol. 34, (1).
5. Dymkin G. Y., Kurkov A. V., Smorodinskii Y. G., et al. (2019). On the Sensitivity of Eddy Current Testing of Parts of Railway Rolling Stock. Russian Journal of Nondestructive Testing, Vol. 55, pp. 610 – 616.
6. Romero-Arismendi N. O., Pérez-Benítez J. A., Ramírez-Pacheco E., Espina-Hernández J. H. (2020). Design method for a GMR-based eddy current sensor with optimal sensitivity. Sensors and Actuators. A: Physical, Vol. 314.
7. Park J. W., Lee T. G., Back I. C. et al. (2021). Rail Surface Defect Detection and Analysis Using Multi-Channel Eddy Current Method Based Algorithm for Defect Evaluation. Journal of Nondestructive Evaluation, Vol. 40, 83(3).
8. Murav'ev V. V., Gushchina L. V., Kazantsev S. (2019). Evaluation of the accumulated damage of the necks of the axles of the wheel pairs of cars by the ultrasonic method using Rayleigh and bow waves. Defektoskopiya, (10), pp. 14 – 23. [in Russian language]
9. Benammar Abdessalem, Chibane Farid. (2020). Resolution Improvement of Ultrasonic Signals Using Sparse Deconvolution and Variational Mode Decomposition Algorithms. Russian Journal of Nondestructive Testing, Vol. 56, pp. 479 – 489.
10. Goncharov N. G., Kolesnikov O. I., Yushin A. A. et al. (2016). Investigation of defects in cast housing parts of pumps and development of technology for their repair. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov, 25(5), pp. 84 – 89. [in Russian language]
11. Murav'ev V. V., Stepanova L. N., Kareev A. E. (2003). Assessing the degree of danger of fatigue cracks during acoustic emission testing of cast parts of a freight car bogie. Defektoskopiya, (1), pp. 63 – 68. [in Russian language]
12. Stepanova L. N., Lebedev E. Yu., Kabanov S. I. et al. (2001). Microprocessor multichannel tensometric system for strength testing of structures. Defektoskopiya, (4), pp. 82 – 89. [in Russian language]
13. Sorokin V. G. (Ed.), Volosnikova A. V., Vyatkin S. A. et al. (1989). Grader of steels and alloys. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/td.2022.08.pp.036-043

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/td.2022.08.pp.036-043

and fill out the form