Шестерни ударных механизмов работают в условиях повышенных динамических нагрузок, вибраций и циклических напряжений. Даже небольшой дефект в зоне зуба или переходного радиуса может стать причиной развития усталостной трещины и последующего разрушения детали в процессе эксплуатации.
В нашу лабораторию поступила шестерня ударного механизма для проведения неразрушающего контроля перед вводом оборудования в работу. Основной задачей было подтвердить отсутствие дефектов, способных повлиять на надежность узла, или выявить их.
Задача и её особенности
Объектом контроля являлась шестерня диаметром 220 мм, материал — 40Х, масса 18 кг.
Особенность подобных деталей заключается в том, что наиболее опасные дефекты часто располагаются в местах концентрации напряжений:
- в основании зубьев;
- в переходных радиусах;
- в зоне сопряжения зубчатого венца со ступицей.
При визуальном осмотре поверхность детали не имела видимых повреждений. Однако практика показывает, что усталостные трещины на ранней стадии развития зачастую невозможно обнаружить без применения специальных методов неразрушающего контроля.
С учетом материала детали и требований к чувствительности контроля было необходимо выявить не только поверхностные, но и приповерхностные дефекты.
Наше решение и обоснование
Для обследования был выбран магнитопорошковый метод контроля (ГОСТ Р 55673–2013). Данный метод является одним из наиболее эффективных способов обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов в ферромагнитных материалах. Сталь 40Х обладает необходимыми магнитными свойствами, что позволяет получать высокую чувствительность контроля даже при поиске небольших трещин.
Перед проведением контроля специалисты выполнили:
- очистку поверхности от загрязнений и следов масла;
- визуально-измерительный контроль;
- разметку зон повышенного внимания.
Для обеспечения максимальной вероятности обнаружения дефектов было применено комбинированное намагничивание:
- круговое намагничивание для выявления продольных дефектов, ток I=800 А, длительность импульса — 0,5 с;
- продольное — для выявления поперечных дефектов, поле H≥2000 А/м.
Контроль проводился по двум взаимно перпендикулярным направлениям магнитного поля, что позволило исключить вероятность пропуска дефектов различной ориентации.
В качестве индикаторной среды использовался черный магнитный порошок на белом контрастном фоне. Намагничивание выполнялось с использованием переносного магнитопорошкового дефектоскопа.
Результаты
В ходе контроля на одном из зубьев шестерни была обнаружена четкая линейная магнитная индикация. Дополнительная проверка при изменении направления намагничивания подтвердила наличие дефекта.
По результатам контроля на 12-м зубе шестерни, со стороны переходного радиуса к ступице, обнаружена магнитная индикация, соответствующая продольной усталостной трещине.
• Форма индикации: чёткая, линейная, с небольшим расширением в центре.
• Повторная проверка при изменённом направлении намагничивания — индикация сохранилась.
• Дефект локализован в зоне концентрации напряжений.
Несмотря на небольшие размеры, подобный дефект представляет серьезную опасность для детали, работающей в условиях ударных нагрузок. При дальнейшей эксплуатации трещина могла развиваться и привести к разрушению зуба либо выходу из строя всего механизма.
Вывод
Проведенный магнитопорошковый контроль позволил своевременно выявить опасный дефект, который невозможно было обнаружить при обычном визуальном осмотре.
По результатам обследования шестерня была признана непригодной к дальнейшей эксплуатации и выведена из оборота до возникновения аварийной ситуации.
Заказчик получил заключение с фотофиксацией всех дефектов, объективную оценку технического состояния шестерни, подтвержденный факт наличия недопустимого дефекта,самое главное — возможность своевременно заменить деталь без аварийной остановки оборудования.
