RU2641613C2 - Method of quality control of interference fit - Google Patents
Method of quality control of interference fit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641613C2 RU2641613C2 RU2014121583A RU2014121583A RU2641613C2 RU 2641613 C2 RU2641613 C2 RU 2641613C2 RU 2014121583 A RU2014121583 A RU 2014121583A RU 2014121583 A RU2014121583 A RU 2014121583A RU 2641613 C2 RU2641613 C2 RU 2641613C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interference fit
- landing
- quality
- interference
- echo
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 45
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 title description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 12
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 claims 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 10
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001303 quality assessment method Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля и диагностики в машиностроении, в частности, может быть использовано для решения задач создания и построения оптимальных технологий и средств диагностирования изделий машиностроения, создаваемых на основе соединений с гарантированным натягом.The invention relates to the field of non-destructive testing and diagnostics in mechanical engineering, in particular, can be used to solve the problems of creating and constructing optimal technologies and diagnostic tools for mechanical engineering products based on joints with guaranteed interference fit.
Известен способ оценки качества посадок с натягом, принятый за прототип, описанный в работе [1] (Крауткремер, Г. Крауткремер Й. Ультразвуковой контроль материалов. Справочник. - М.: Металлургия, 1991. - С. 569-571), состоящий в использовании акустического метода контроля качества посадок с натягом вследствие способности материалов деталей пропускать или отражать акустические волны. Известно также, что проницаемость или коэффициент отражения акустических волн зависят от качества изготовления поверхностей деталей в соединении с натягом, то есть от остаточной «толщины слоя» воздуха (воды или масла при гидропрессовой сборке соединения) в зазоре на границе раздела между охватывающей и охватываемой деталями соединения, а точнее от отношения «толщины слоя» воздуха (воды или масла при гидропрессовой сборке соединения) в зазоре к длине акустической волны. В этой связи зависимость проницаемости слоя или коэффициента отражения акустических волн на границе раздела между охватывающей и охватываемой деталями соединения можно использовать для измерения локального давления в посадках с натягом через анализ отношения амплитуд эхо-импульсов, регистрируемых акустическим датчиком D, от места посадки и задней стенки поверхности внутреннего отверстия охватываемой детали (для соединений, в охватываемых деталях которых имеется внутреннее отверстие); или через анализ отношения амплитуд эхо-импульсов от места посадки и противоположной по отношению к датчику внешней поверхности охватывающей детали (для соединений со сплошными охватываемыми деталями).A known method for assessing the quality of interference fit, adopted for the prototype described in [1] (Krautkremer, G. Krautkremer J. Ultrasonic control of materials. Reference. - M .: Metallurgy, 1991. - S. 569-571), consisting in using the acoustic method of interference-free landing quality control due to the ability of part materials to transmit or reflect acoustic waves. It is also known that the permeability or reflection coefficient of acoustic waves depends on the quality of the manufacture of the surfaces of the parts in conjunction with the interference fit, that is, on the residual “layer thickness” of air (water or oil during the hydraulic pressing assembly of the joint) in the gap at the interface between the female and covered joint parts more precisely, from the ratio of the “layer thickness” of air (water or oil during hydropressic assembly of the compound) in the gap to the acoustic wavelength. In this regard, the dependence of the permeability of the layer or reflection coefficient of acoustic waves at the interface between the female and male parts of the joint can be used to measure the local pressure in interference fit using an analysis of the ratio of the amplitudes of the echo pulses detected by the acoustic sensor D on the landing site and the rear wall surface the inner hole of the male part (for joints in which the male part has an internal hole); or through an analysis of the ratio of the amplitudes of the echo pulses from the landing site and the outer surface of the female part opposite to the sensor (for connections with solid male parts).
Например, концевые меры («притертые» плитки Иогансона) представляют собой, для ультразвуковой волны, «оптически прозрачные» плоские поверхности. Эксперимент показывает, что при простом наложении «притертых» плиток Иогансона друг на друга и без приложения какого-либо дополнительного внешнего давления их граница раздела оказывается достаточно прозрачной для ультразвука; а для поверхностей худшего качества проницаемость контактирующих поверхностей существенно зависит от давления прижатия.For example, end measures (“ground” Johanson tiles) are, for an ultrasonic wave, “optically transparent” flat surfaces. The experiment shows that with the simple application of "ground" Johannson tiles on top of each other and without any additional external pressure, their interface is transparent enough for ultrasound; and for inferior surfaces, the permeability of the contacting surfaces substantially depends on the pressure of the pressing.
В способе оценки качества посадок с натягом, принятом за прототип, показано, что оценка качества посадки с натягом может, в частности, осуществляться через анализ отношения амплитуд эхо-импульсов, регистрируемых акустическим датчиком D, от места посадки и задней стенки поверхности внутреннего отверстия охватываемой детали (для соединений, в охватываемых деталях которых имеется внутреннее отверстие); через анализ отношения амплитуд эхо-импульсов от места посадки и противоположной по отношению к датчику внешней поверхности охватывающей детали.In the method for assessing the quality of interference fit, adopted as a prototype, it is shown that the assessment of the quality of interference fit can be carried out, in particular, by analyzing the ratio of the amplitudes of the echo pulses recorded by the acoustic sensor D from the fit and the rear wall of the surface of the inner hole of the covered part (for joints in the covered parts of which there is an inner hole); through analysis of the ratio of the amplitudes of the echo pulses from the landing site and the outer surface of the enclosing part opposite to the sensor.
В качестве примера, иллюстрирующего способ оценки качества посадок с натягом, принятый за прототип, на фиг. 1 приведены диаграммы эхо-импульсов, зарегистрированных акустическим датчиком D от места посадки I и поверхности внутреннего отверстия охватываемой детали II [1], гдеAs an example, illustrating a method for assessing the quality of interference fit, adopted as a prototype, in FIG. 1 shows a diagram of the echo pulses recorded by the acoustic sensor D from the landing site I and the surface of the inner hole of the covered part II [1], where
1 - Эхо-импульс от места посадки много меньше эхо-импульса от задней стенки: посадка с натягом очень хорошая.1 - The echo pulse from the landing site is much smaller than the echo pulse from the rear wall: an interference fit is very good.
2 - Эхо-импульс от места посадки с натягом меньше эхо-импульса от задней стенки: посадка с натягом хорошая.2 - An echo pulse from the seat with an interference fit is less than an echo pulse from the rear wall: an interference fit is good.
3 - Эхо-импульс от места посадки больше эхо-импульса от задней стенки: посадка с натягом среднего качества или плохая.3 - The echo pulse from the landing site is greater than the echo pulse from the rear wall: a tight fit of medium quality or poor.
4 - Эхо-импульс от места посадки много больше эхо-импульса от задней стенки: посадка с натягом очень плохая.4 - The echo pulse from the landing site is much larger than the echo pulse from the rear wall: the interference fit is very poor.
Описанная методика позволяет сопоставить качество посадок с натягом для соединений, в охватываемых деталях которых имеется внутреннее отверстие, оценивая качество посадки с натягом по диаграмме, как это и показано на фиг. 1.The described technique allows you to compare the quality of the fit with an interference fit for joints in the covered parts of which there is an internal hole, evaluating the quality of the fit with an interference fit in the diagram, as shown in FIG. one.
Для соединений со сплошными охватываемыми деталями в изделиях с цилиндрической посадочной поверхностью в качестве эхо-импульса от задней стенки можно получить серию эхо-импульсов, зарегистрированных акустическим датчиком D, которые иногда начинаются с эхо-импульса от места посадки I малой амплитуды, но имеют отчетливый максимум (фиг. 2).For connections with solid covered parts in products with a cylindrical seating surface, an echo pulse from the rear wall can be used to obtain a series of echo pulses recorded by the acoustic sensor D, which sometimes begin with an echo pulse from the landing site I of small amplitude, but have a distinct maximum (Fig. 2).
Чем дальше располагается этот максимум в последовательности эхо-импульсов, тем выше отражательная способность места посадки с натягом и, следовательно, тем хуже качество посадки. Очевидно, что в этом случае надежность оценки качества соединения резко снижается.The farther this maximum is located in the sequence of echo pulses, the higher the reflectivity of the interference fit and, consequently, the worse the fit. Obviously, in this case, the reliability of evaluating the quality of the connection decreases sharply.
В случаях гидропрессовой сборки соединений с натягом (CcH) проникшее в зоны сопряжения деталей масло резко повышает проницаемость соединения, так что по соотношению амплитуд последовательных эхо-импульсов в серии легко получить ошибочные результаты, поэтому для более надежного контроля качества CcH масло или пластичную смазку рекомендуется удалить путем нагрева изделия до проведения контрольной операции. При проведении контрольной операции необходимо также учитывать, что оба эхо-импульса зависят от радиуса кривизны сопрягаемых поверхностей и от пути прохождения импульса и т.д.In cases of hydropressic assembly of tightened joints (CcH), the oil penetrating into the mating zones of the parts sharply increases the permeability of the joint, so that it is easy to get erroneous results by the ratio of successive echo pulses in a series, therefore it is recommended to remove oil or grease for more reliable quality control of CcH by heating the product before the control operation. When conducting the control operation, it is also necessary to take into account that both echo pulses depend on the radius of curvature of the mating surfaces and on the path of the pulse, etc.
Таким образом, в способе оценки качества посадок с натягом принятом за прототип показано, что оценка качества посадки с натягом может, в частности, осуществляться:Thus, in the method for assessing the quality of tight fit adopted as a prototype, it is shown that the tight fit quality assessment can, in particular, be carried out:
- через анализ отношения амплитуд эхо-импульсов, регистрируемых акустическим датчиком D от места посадки и задней стенки поверхности внутреннего отверстия охватываемой детали, для соединений, в охватываемых деталях которых имеется внутреннее отверстие;- through analysis of the ratio of the amplitudes of the echo pulses recorded by the acoustic sensor D from the landing site and the rear wall of the surface of the inner hole of the covered part, for connections in the covered parts of which there is an inner hole;
- через анализ отношения амплитуд эхо-импульсов от места посадки и противоположной по отношению к датчику внешней поверхности охватывающей детали.- through analysis of the ratio of the amplitudes of the echo pulses from the landing site and the outer surface of the enclosing part opposite to the sensor.
Данный способ контроля качества посадок с натягом основан на способности соединения пропускать или отражать акустические волны. Способности, зависящей от величины действующего давления в посадках с натягом и качества изготовления поверхностей деталей в соединении с натягом, то есть от остаточной «толщины слоя» воздуха (воды или масла при гидропрессовой сборке соединения) в зазоре на границе раздела между охватывающей и охватываемой деталями соединения, а точнее от отношения «толщины слоя» воздуха (воды или масла при гидропрессовой сборке соединения) в зазоре к длине акустической волны.This method of controlling the quality of interference fit is based on the ability of the connection to transmit or reflect acoustic waves. The ability, depending on the value of the operating pressure in the interference fit and the quality of the manufacture of the surfaces of the parts in conjunction with the interference fit, that is, on the residual “layer thickness” of air (water or oil during the hydraulic assembly of the joint) in the gap at the interface between the female and male parts of the joint more precisely, from the ratio of the “layer thickness” of air (water or oil during hydropressic assembly of the compound) in the gap to the acoustic wavelength.
К недостаткам ближайшего аналога (прототипа) следует отнести то, что предлагаемый авторами [1] способ оценки качества посадок с натягом позволяет сопоставлять качество посадок с натягом только в изделиях цилиндрической формы, способ оценки качества ненадежен и практически нереализуем, в особенности при посадке кольца на сплошной вал, поскольку в этих случаях отсутствуют эхо-импульсы от внутренней поверхности отверстия в охватываемой детали, с которыми авторы предлагают сравнивать эхо-импульсы от места посадки.The disadvantages of the closest analogue (prototype) include the fact that the proposed method [1] for assessing the quality of fit with an interference fit allows you to compare the quality of fit with an interference fit only in cylindrical products; the quality assessment method is unreliable and practically unrealizable, especially when fitting the ring on a solid shaft, since in these cases there are no echo pulses from the inner surface of the hole in the covered part, with which the authors propose to compare the echo pulses from the landing site.
Задачей изобретения является разработка ультразвукового способа получения количественных данных о локальной величине натяга и характере напряженно-деформированного состояния деталей в зоне сопряжения посадок с натягом, в том числе и для подтверждения расчетных характеристик и реальной нагрузочной способности посадок с натягом, прогнозирования их долговечности.The objective of the invention is to develop an ultrasonic method for obtaining quantitative data on the local magnitude of the interference fit and the nature of the stress-strain state of parts in the mating zone of the interference fit, including to confirm the design characteristics and the actual load capacity of the interference fit, predicting their durability.
Поставленная задача достигается тем, что в разработанном способе получения количественных данных о локальной величине натяга и характере напряженно-деформированного состояния (НДС) деталей в зоне сопряжения посадок с натягом, включающем в себя возможности ближайшего аналога (прототипа) по оценке качества посадок с натягом, основанном на способности соединения с натягом пропускать или отражать акустические волны, вводимые через контактную жидкость в наружную боковую поверхность охватывающего кольца соединения с натягом, способности, зависящей от качества исполнения соприкасающихся поверхностей деталей соединения, и величины действующего давления в посадках с натягом, поскольку известно, что проницаемость соединения на границе раздела между материалами зависит от остаточной толщины слоя (воздуха, воды, масла и т.п.) и его отношения к длине волны, предусмотрены следующие отличия.The problem is achieved in that in the developed method for obtaining quantitative data on the local value of the interference fit and the nature of the stress-strain state (VAT) of parts in the interface between the fit and tight fit, which includes the capabilities of the closest analogue (prototype) for assessing the quality of tight fit based on the ability of the interference fit to transmit or reflect acoustic waves introduced through the contact fluid into the outer side surface of the female ring of the interference fit, depending on the quality of the execution of the contacting surfaces of the parts of the connection, and the magnitude of the effective pressure in the interference fit, since it is known that the permeability of the connection at the interface between materials depends on the residual layer thickness (air, water, oil, etc.) and its relationship to wavelength, the following differences are provided.
Так же как и в прототипе, зондирующий ультразвуковой импульс вводится через контактную жидкость в наружную боковую поверхность охватывающего кольца соединения с натягом, но оценка качества соединения с натягом осуществляется с помощью численной оценки отношения, измеряемых амплитуд эхо-импульсов, регистрируемых акустическим датчиком D, от места посадки и поверхности стенки внутреннего отверстия охватываемой детали для соединений, в охватываемых деталях которых имеется внутреннее отверстие; или с помощью численной оценки измеряемых отношения амплитуд эхо-импульсов от места посадки и противоположной по отношению к датчику внешней поверхности охватывающей детали, для соединений со сплошными охватываемыми деталями.As in the prototype, a probe ultrasonic pulse is introduced through the contact fluid into the outer side surface of the female ring of the interference fit, but the quality of the interference fit is evaluated by numerically evaluating the ratio of the measured amplitudes of the echo pulses recorded by the acoustic sensor D from the fit and wall surface of the inner hole of the male part for joints in which the male part has an internal hole; or by numerically evaluating the measured ratios of the amplitudes of the echo pulses from the landing site and the outer surface of the female part opposite to the sensor, for connections with solid male parts.
Предложенный способ отличается тем, что с целью получения количественных данных о локальной величине натяга и характере напряженно-деформированного состоянии деталей соединения в зоне сопряжения, в том числе и для подтверждения расчетных характеристик и реальной нагрузочной способности соединения, анализ отношения амплитуд эхо-импульсов, регистрируемых акустическим датчиком D, осуществляется путем измерения амплитуд двух соседних эхо-импульсов на свободном кольце, затем на контролируемой посадке, и путем подстановки отношения измеренных амплитуд двух соседних эхо-импульсов на свободном кольце и контролируемой посадке в формулу (6), которая будет получена ниже, производится вычисление действительного значения коэффициента отражения от места посадки Rпосадки, численно характеризующее величину натяга и, следовательно, качество конкретной посадки с натягом.The proposed method is characterized in that in order to obtain quantitative data on the local value of the interference fit and the nature of the stress-strain state of the connection parts in the interface, including to confirm the design characteristics and the actual load capacity of the connection, analysis of the ratio of the amplitudes of the echo pulses recorded by the acoustic sensor D, is carried out by measuring the amplitudes of two adjacent echo pulses on a free ring, then on a controlled landing, and by substituting the ratio ennyh amplitudes of the two neighboring echoes at the free ring, and a controlled landing in formula (6), which will be obtained below, calculate the actual values of the reflection coefficient on landing R planting places numerically characterizing the magnitude of interference and therefore the quality of the particular interference fit.
Сущность предложенного способа заключается в следующем: зондирующий ультразвуковой импульс вводится через контактную жидкость в наружную боковую поверхность охватывающего кольца соединения с натягом. Распространяясь в радиальном направлении, ультразвуковая волна отражается от места посадки (поверхности сопряжения) и, достигая контактной площадки объекта контроля и пьезопреобразователя, регистрируется дефектоскопом как первый эхо-импульс и, вместе с этим, отражаясь от наружной поверхности кольца первый эхо-импульс уходит в объект по той же траектории (вслед за зондирующим импульсом), вновь отражается от места посадки (поверхности сопряжения) и дает второй эхо-импульс (см. фиг. 3) и т.д. В частности, на рисунке (фиг. 3, а) показаны эхограммы, полученные на «свободном» кольце, то есть без натяга (Δ=0); и от места посадки с натягом Δ=50 мкм (фиг. 3, б). Эхограммы получены с выхода ультразвукового дефектоскопа на цифровом осциллографе GDS-840°C. При толщине кольца: h = (d2-d1)/2<d1 ', где d1 ' - диаметр вала, на экране дефектоскопа будем наблюдать серию затухающих эхо-импульсов, содержащую не менее 3-х «переотражений» от места посадки (фиг. 3, б). А на свободном кольце наблюдается простая серия многократных «переотражений» зондирующего импульса (фиг. 3, а).The essence of the proposed method is as follows: a probe ultrasonic pulse is introduced through the contact fluid into the outer side surface of the female ring of the interference fit. Propagating in the radial direction, the ultrasonic wave is reflected from the landing site (interface) and, reaching the contact area of the test object and the piezoelectric transducer, is detected by the flaw detector as the first echo pulse and, together with this, the first echo pulse is reflected from the outer surface of the ring into the object along the same trajectory (following the probe pulse), is again reflected from the landing site (interface surface) and gives a second echo pulse (see Fig. 3), etc. In particular, the figure (Fig. 3, a) shows the echograms obtained on the “free” ring, that is, without interference (Δ = 0); and from the place of landing with an interference fit Δ = 50 μm (Fig. 3, b). Echograms were obtained from the output of an ultrasonic flaw detector on a GDS-840 ° C digital oscilloscope. With the thickness of the ring: h = (d 2 -d 1 ) / 2 <d 1 ' , where d 1 ' is the shaft diameter, on the flaw detector screen we will observe a series of damped echo pulses containing at least 3 “reflections” from the spot landing (Fig. 3, b). And on the free ring there is a simple series of multiple “reflections” of the probe pulse (Fig. 3, a).
Определить точное значение величин отраженных эхо-импульсов, ни от «свободного кольца», ни от соединения с натягом, практически невозможно, так как они зависят от целого ряда совокупно влияющих факторов:It is practically impossible to determine the exact value of the reflected echo pulses, neither from the “free ring” nor from the interference fit, since they depend on a number of cumulatively influencing factors:
1. Коэффициента отражения от места посадки - Rпосадки.1. The reflection coefficient from the landing site - R landing .
2. Поглощения энергии волн в металле - коэффициент поглощения δп = a1⋅f⋅(1/M).2. Absorption of wave energy in a metal — absorption coefficient δ p = a 1 ⋅f⋅ (1 / M).
3. Рассеяния волн на микроструктуре поликристаллических металлов - коэффициент рассеяния δр = a2⋅f4⋅(1/M).3. Scattering of waves on the microstructure of polycrystalline metals — scattering coefficient δ p = a 2 ⋅ f 4 ⋅ (1 / M).
4. Расхождения волн за счет конечных размеров излучателей, то есть видом диаграммы направленности при излучении и приеме.4. Wave discrepancies due to the finite dimensions of the emitters, that is, the type of radiation pattern during radiation and reception.
5. Ослабления сферической волны с расстоянием, проходимым волной в объекте контроля - u~1/r.5. Attenuation of a spherical wave with the distance traveled by the wave in the control object is u ~ 1 / r.
6. Коэффициента отражения и прозрачности акустического контакта между преобразователем и объектом (Rк и Dк), зависящими от геометрических размеров и чистоты обработки поверхности ввода, от свойств контактной жидкости.6. The reflection coefficient and transparency of the acoustic contact between the transducer and the object (R to and D to ), depending on the geometric dimensions and cleanliness of the input surface treatment, on the properties of the contact fluid.
Известно, что при распространении ультразвуковых волн в упругом полупространстве ослабление волн с удалением от преобразователя, можно представить в видеIt is known that during the propagation of ultrasonic waves in the elastic half-space, the attenuation of waves with distance from the transducer can be represented as
где r - расстояние от поверхности ввода на оси преобразователя до точки наблюдения; a - расстояние от поверхности до мнимого фокуса; U(0) - амплитуда смещений ультразвуковой волны на поверхности ввода при возбуждении; δ - коэффициент затухания δ=δп+δр=a1⋅f+a2⋅f4.where r is the distance from the input surface on the axis of the transducer to the observation point; a is the distance from the surface to the imaginary focus; U (0) is the amplitude of the displacements of the ultrasonic wave on the input surface upon excitation; δ is the attenuation coefficient δ = δ p + δ p = a 1 ⋅ f + a 2 ⋅ f 4 .
Формула (1) отражает зависимость амплитуды ультразвуковых волн от расстояния, проходимого волной в металле с учетом факторов 2, 3, 4, 5, из 6-ти, перечисленных выше и характерных для соединений с натягом.Formula (1) reflects the dependence of the amplitude of ultrasonic waves on the distance traveled by a wave in a metal, taking into
При зондировании свободного кольца ультразвуком амплитуда эхо-импульсов определяется только факторами 2, 3, 4, 5, 6. Первый фактор не оказывает влияния на результирующую амплитуду, поскольку место будущей посадки свободно, а коэффициент отражения от свободной границы R ≈ -1.When probing a free ring with ultrasound, the amplitude of the echo pulses is determined only by
Теперь запишем выражение для амплитуды 1-го эхо-импульса в свободном кольце, используя формулу (1):Now we write the expression for the amplitude of the 1st echo pulse in a free ring using formula (1):
где r1 - полное расстояние, проходимое ультразвуком в кольце первым эхо-импульсом; A=a⋅Uзонд; Uзонд - амплитуда зондирующего импульса на внешней поверхности кольца в месте ввода (r1=0); R - коэффициент отражения от свободной внутренней поверхности кольца; Dк - коэффициент прозрачности контакта «преобразователь-кольцо».where r 1 is the total distance traveled by ultrasound in the ring by the first echo pulse; A = a⋅U probe ; U probe - the amplitude of the probe pulse on the outer surface of the ring at the input point (r 1 = 0); R is the reflection coefficient from the free inner surface of the ring; D to - the transparency coefficient of the contact "Converter-ring".
Амплитуда 2-го эхо-импульса в свободном кольце:The amplitude of the 2nd echo pulse in the free ring:
где r2 - расстояние, проходимое ультразвуком в кольце вторым эхо-импульсом; Rк - коэффициент отражения контакта «преобразователь-кольцо», R=1.where r 2 is the distance traveled by ultrasound in the ring by the second echo pulse; R to - the reflection coefficient of the contact "Converter ring", R = 1.
Рассчитать действительные значения u1 и u2 практически невозможно, так как они зависят от ряда вышеуказанных факторов (в частности 2÷6). Именно поэтому, способ контроля качества посадок с натягом основан на способности соединения пропускать или отражать акустические волны, описанный в прототипе, не позволяет получить количественную оценку каких-либо технологических параметров, характеризующих качество посадок с натягом. В то время как, разработанный способ предусматривает их экспериментальное измерение и вычисление отношенияIt is practically impossible to calculate the actual values of u 1 and u 2 , since they depend on a number of the above factors (in particular, 2–6). That is why, the method of controlling the quality of interference fit is based on the ability of the connection to transmit or reflect acoustic waves, described in the prototype, does not allow to obtain a quantitative assessment of any technological parameters characterizing the quality of interference fit. While, the developed method provides for their experimental measurement and calculation of the ratio
и для свободного кольца, и отношениеand for the free ring, and the ratio
для соединения с натягом (посадки).for connection with interference fit (fit).
Нетрудно видеть, что различие (4) и (5) лишь в том, что в уравнение (4) входит коэффициент отражения от свободной поверхности R=1, а в (5) коэффициент отражения от области посадки Rпосадки. А отношение (4) к (5) и дает, собственно, коэффициент отражения от области посадки:It is easy to see that the difference (4) and (5) is only in that equation (4) includes the reflection coefficient from the free surface R = 1, and in (5) the reflection coefficient from the landing region R of the landing . And the ratio of (4) to (5) gives, in fact, the reflection coefficient from the landing area:
Таким образом, способ контроля качества соединения с натягом заключается в измерении амплитуд двух соседних эхо-импульсов на свободном кольце, затем на контролируемой посадке и вычислении по формуле (6) действительного значения коэффициента отражения от места посадки Rпосадки, численно характеризующего качество соединения. В частности, значение Rпосадки, вычисленное по формуле (6) для осциллограмм эхо-импульсов, приведенных на фиг. 3, как отношение измеренных амплитуд эхо-импульсов, регистрируемых акустическим датчиком, на свободном кольце, затем на контролируемой посадке, численно характеризует качество посадки при величине натяга Δ=50 мкм.Thus, the method of controlling the quality of the interference fit is to measure the amplitudes of two adjacent echo pulses on a free ring, then on a controlled landing and calculate, according to formula (6), the actual value of the reflection coefficient from the landing site R of the landing , numerically characterizing the quality of the connection. In particular, the landing value R calculated by the formula (6) for the echo pulse waveforms shown in FIG. 3, as the ratio of the measured amplitudes of the echo pulses recorded by the acoustic sensor, on the free ring, then on the controlled landing, numerically characterizes the landing quality with an interference fit Δ = 50 μm.
Преимущество данного изобретения перед прототипом заключается в том, что если предлагаемый авторами [1], способ оценки качества посадок с натягом позволяет сопоставлять качество посадок с натягом только в изделиях цилиндрической формы, способ оценки качества ненадежен и практически нереализуем, в особенности при посадке кольца на сплошной вал, поскольку в этих случаях отсутствуют эхо-импульсы от внутренней поверхности отверстия в охватываемой детали, с которыми авторы предлагают сравнивать эхо-импульсы от места посадки, то заявляемый автором способ контроля качества соединения с натягом, заключается в измерении амплитуд двух соседних эхо-импульсов на свободном кольце, затем на контролируемой посадке и вычислении по формуле (6) действительного значения коэффициента отражения от места посадки Rпосадки, численно характеризующего качество соединения.The advantage of this invention over the prototype is that if the proposed method [1], the method of assessing the quality of fit with an interference fit allows you to compare the quality of fit with an interference fit only in cylindrical products, the method of assessing quality is unreliable and practically unrealizable, especially when planting rings on a solid the shaft, since in these cases there are no echo pulses from the inner surface of the hole in the covered part, with which the authors propose comparing echo pulses from the landing site, the claimed the second method of controlling the quality of connections with interference, consists of measuring the amplitudes of the two neighboring echoes at the free ring, then to a controlled landing and calculating by the formula (6) the actual value of the reflection coefficient R of the landing site landing numerically characterizing the quality of the connection.
Заметим, что при слабом натяге Δ→0, Rпосадки→1, а при слишком большом натяге, когда за счет пластической деформации неровностей воздушный зазор в месте посадки стремится к нулю Rпосадки→0. То есть предельные значения коэффициента отражения от места посадки: 0<Rпосадки<1. Если для учета нелинейности амплитудной характеристики усилителя дефектоскопа использовать аттенюатор, то входящие в (6) отношения амплитуд эхо-импульсов могут быть найдены экспериментально с достаточно высокой точностью.Note that with a slight interference fit Δ → 0, R fit → 1, and with too much interference, when due to plastic deformation of irregularities, the air gap at the fit site tends to zero R fit → 0. That is, the limiting values of the reflection coefficient from the landing site: 0 <R landing <1. If an attenuator is used to take into account the nonlinearity of the amplitude characteristics of the flaw detector amplifier, then the ratios of the amplitudes of the echo pulses included in (6) can be found experimentally with fairly high accuracy.
Основные результаты исследований соединений с натягом разработанным способом представлены на фиг. 4.The main results of studies of interference fit by the developed method are presented in FIG. four.
По оси абсцисс отложены значения коэффициентов отражения от места посадки, полученные на соединениях с натягом: Δ=30 мкм, Δ=50 мкм, Δ=80 мкм, Δ=100 мкм, Δ=140 мкм. По оси ординат - натяг Δ мкм, а также значения нормальных σn и касательных στ механических напряжений на контактной поверхности соединений с натягом, рассчитанные с учетом пластической деформации вершин неровностей контактирующих поверхностей кольца и вала при Rz=20 мкм, а также с учетом деформации в месте посадки. Кроме этого отложены предельные значения крутящего момента для каждого образца.The abscissa axis represents the values of the reflection coefficients from the landing site obtained on the interference fit: Δ = 30 μm, Δ = 50 μm, Δ = 80 μm, Δ = 100 μm, Δ = 140 μm. On the ordinate axis is the interference Δ μm, as well as the values of normal σ n and tangential σ τ mechanical stresses on the contact surface of the interference fit, calculated taking into account the plastic deformation of the vertices of the uneven contact surfaces of the ring and shaft at R z = 20 μm, and also taking into account deformations at the landing site. In addition, the torque limit values for each sample are plotted.
В расчетах величины натяга коэффициент трения покоя для границы сталь-сталь взят равным ~0,3. Расчет предельной относительной погрешности δRпосадки, обусловленной неточностью измерения амплитуд эхо-импульсов на свободном конце и на образцах соединений с натягом с помощью аттенюатора серийного ультразвукового дефектоскопа ДУК-66 показал, что при Δ=100 мкм предельная относительная погрешность вычисления Rпосадки составляет: δRпосадки=±0,1, а максимальная абсолютная погрешность ΔRпосадки=0,05.In the calculations of the preload, the coefficient of rest friction for the steel-steel interface was taken to be ~ 0.3. The calculation of the limiting relative error δR of the landing due to the inaccuracy of measuring the amplitudes of the echo pulses at the free end and on the samples of the interference fit with the attenuator of a serial ultrasonic flaw detector DUK-66 showed that at Δ = 100 μm the limiting relative error in calculating R landing is: δR of the landing = ± 0.1, and the maximum absolute error ΔR of landing = 0.05.
Поле экспериментальных точек на фиг. 4 аппроксимировано сплошной кривой, отклонения отдельных точек от которой не превышает ΔR=0,03, то есть измерения и расчеты выполнены с погрешностью, не превышающей предельных величин.The field of experimental points in FIG. 4, the solid curve is approximated, the deviations of individual points from which does not exceed ΔR = 0.03, that is, the measurements and calculations were performed with an error not exceeding the limiting values.
Из кривой на фиг. 4 также следует, что максимальная абсолютная погрешность определения натяга при Δ=100 мкм составляет ±16 мкм (точки а и б) или Δ=(100±16) мкм, а при Δ=30 мкм (точки c и d) ±10 мкм, или Δ=(30±10) мкм.From the curve in FIG. 4 it also follows that the maximum absolute error in determining the interference fit for Δ = 100 μm is ± 16 μm (points a and b) or Δ = (100 ± 16) μm, and for Δ = 30 μm (points c and d) ± 10 μm , or Δ = (30 ± 10) μm.
Реальные отклонения составили: при Δ=100 мкм Δ=(100±8) мкм, относительная погрешность δΔ=0,08; при Δ=30 мкм Δ=(30±4) мкм, относительная погрешность δΔ=0,13. Такие же относительные погрешности имеют место и при определении нормальных напряжений σr и крутящего момента М: при Δ=100 мкм δσr=δM=0,08, а при Δ=30 мкм δσr=δM=0,13.Actual deviations were: at Δ = 100 μm Δ = (100 ± 8) μm, relative error δΔ = 0.08; at Δ = 30 μm Δ = (30 ± 4) μm, the relative error is δΔ = 0.13. The same relative errors occur when determining normal stresses σ r and torque M: at Δ = 100 μm, δσ r = δM = 0.08, and at Δ = 30 μm, δσ r = δM = 0.13.
Важно отметить, что в экспериментальных исследованиях определялись локальные значения коэффициентов отражения от мест посадки, то есть значения Rпосадки на небольшой площадке соединения, определяемой шириной ультразвукового луча, составившего на данных образцах ~(0,5÷1,0) см2. Так как общая площадь контактной поверхности посадки Sпосадки=2πr⋅L, а для исследуемых образцов равна 78,5 см2, поэтому наблюдался разброс значений коэффициента отражения от области сопряжения - Rпосадки при сканировании изделия, как по длине соединения, так и по окружности.It is important to note that in the experimental studies, local values of the reflection coefficients from the landing sites were determined, i.e., the R landing values on a small site of the joint, determined by the width of the ultrasound beam, which was ~ (0.5 ÷ 1.0) cm 2 on these samples. Since the total area of the landing contact surface, S, landing = 2πr⋅L, and for the studied samples is 78.5 cm 2 , therefore, there was a scatter in the values of the reflection coefficient from the conjugation area — R landing during scanning of the product, both along the joint length and around the circumference .
Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показано в таблице.The presence of a causal relationship between the set of essential features of the claimed object and the achieved technical result is shown in the table.
«Раскрытие изобретения»"Disclosure of inventions"
Изобретение обеспечивает возможность определения локальных численных значений величины натяга в соединении по экспериментальной зависимости натяга от коэффициента отражения от места посадки соединения - Δ(Rпосадки), что создает существенные практические преимущества перед ближайшим аналогом (прототипом), так как основным способом получения требуемой величины нормального - σr, и тангенциального напряжений - στ в сопряжении, а также для обеспечения заданного момента вращения - Mвр,, является увеличение натяга - Δ. Однако при этом необходимо учитывать следующее:The invention provides the ability to determine the local numerical values of the interference pressure in the connection according to the experimental dependence of the interference pressure on the reflection coefficient from the connection fit - Δ (R fit ), which creates significant practical advantages over the closest analogue (prototype), since the main way to obtain the required normal value is σ r , and tangential stresses - σ τ in conjugation, and also to ensure a given rotation moment - M BP,, is an increase in interference - Δ. However, the following should be considered:
Во-первых, с увеличением натягонагрузочная способность соединения (прочность) возрастает только до определенного предела, после которого статическая несущая способность узла остается практически постоянной. Это явление объясняется тем, что материал сопрягаемых деталей в упругой зоне обладает ограниченной величиной сопротивления, после которой деформации переходят в пластическую зону. Поэтому метод повышения прочности с помощью увеличения натяга можно применять лишь в пределах, ограниченных допустимым уровнем напряженно-деформированного состояния.Firstly, with an increase in the load-carrying capacity of the joint (strength), it increases only to a certain limit, after which the static bearing capacity of the assembly remains almost constant. This phenomenon is explained by the fact that the material of the mating parts in the elastic zone has a limited resistance value, after which the deformations pass into the plastic zone. Therefore, the method of increasing strength by increasing the interference fit can be applied only to the extent limited by the permissible level of stress-strain state.
Во-вторых, при сборке соединения необходимо как-то контролировать процесс сборки, чтобы максимально возможный натяг не только не превышал предела упругости материала собираемых деталей, но и был несколько меньше этого предела. Поэтому при формировании соединений с гарантированными натягами необходимо так рассчитывать технологические параметры процесса сборки, чтобы они обеспечивали минимально допустимый сборочный зазор в течение всего процесса формирования соединения, поскольку при недостаточной его величине может происходить взаимное разрушение сопрягаемых поверхностей. Стабильный и минимальный зазор, обеспечивающий деформацию собираемых деталей в допустимых пределах, является необходимым условием получения качественного соединения, например, и при гидропрессовой сборке.Secondly, when assembling the connection, it is necessary to somehow control the assembly process so that the maximum possible interference not only does not exceed the elastic limit of the material of the assembled parts, but is also somewhat less than this limit. Therefore, during the formation of joints with guaranteed interference, it is necessary to calculate the technological parameters of the assembly process so that they provide the minimum allowable assembly gap during the entire process of forming the joint, since if its size is insufficient, mutual destruction of the mating surfaces can occur. A stable and minimal clearance, ensuring the deformation of the assembled parts within acceptable limits, is a prerequisite for obtaining high-quality joints, for example, during hydropress assembly.
Практические преимущества перед ближайшим аналогом (прототипом)Practical advantages over the closest analogue (prototype)
При исследовании соединений с натягом изобретение обеспечивает возможность получить такие технические результаты, которые невозможно получить с помощью ближайшего аналога (прототипа), так как разработанный автором способ эхо-импульсного ультразвукового контроля, с одной стороны, основывается на хорошо разработанном и широко известном способе оценки качества посадок с натягом, реализуемом с доступными штатными приборами дефектоскопии (прототипе), а с другой стороны, позволяет получить совершенно новый технический результат, осуществить принципиально новый подход в диагностике и оценке рабочего ресурса соединений с натягом, поскольку в основе разработанного автором способа лежит возможность измерения отклика (коэффициента отражения) на механическую нагрузку, зависящую от величины натяга, полученного при сборке соединения.In the study of interference fit the invention provides the opportunity to obtain technical results that cannot be obtained using the closest analogue (prototype), since the method developed by the author for echo-pulse ultrasonic testing, on the one hand, is based on a well-developed and well-known method for assessing the quality of landings with an interference fit, implemented with available standard flaw detectors (prototype), and on the other hand, it allows you to get a completely new technical result, take a fundamentally new approach in the diagnosis and assessment of the working life of tightened joints, since the method developed by the author is based on the ability to measure the response (reflection coefficient) to a mechanical load, which depends on the magnitude of the tightness obtained during assembly of the joint.
В том числе в частных случаях, или при особых условиях его использования. Например, при применении разработанной методики контроля, основанной на разработанном способе оценки качества посадок с натягом, применительно к диагностике нагрузочной способности гидропрессовых соединений с натягом в раздвижных колесных парах (РКП), подвергающихся периодическому усталостному нагружению. Апробация разработанного способа оценки качества посадок с натягом, применительно к изделиям, полученным на основе гидропрессовой сборки, подтвердила его работоспособность.Including in special cases, or under special conditions of its use. For example, when applying the developed control methodology, based on the developed method for assessing the quality of interference fit, as applied to the diagnosis of the load capacity of hydraulically pressed joints in sliding wheel pairs (RCP) subjected to periodic fatigue loading. Testing the developed method for assessing the quality of interference fit, with respect to products obtained on the basis of hydropress assembly, confirmed its performance.
Выше показано, что в процессе исследования можно установить однозначную зависимость коэффициента отражения от нормального напряжения σr при исследовании гидропрессовых соединений, реализуемых в колесных парах, R*=f(σr). Разработанная методика вполне отражает всю глубину проблемы, поскольку структурные изменения, происходящие на контактной поверхности, в том числе и вызванные разогревом РКП в процессе эксплуатации, или деформацией, приводят к малым, но измеримым изменениям коэффициента отражения. Несомненно, что относительная простота и универсальность метода, позволит внедрить его для проведения неразрушающего контроля (НК) раздвижных колесных пар и других различных деталей и узлов подвижного состава.It has been shown above that in the course of the study, it is possible to establish an unambiguous dependence of the reflection coefficient on the normal stress σ r in the study of hydraulic presses realized in wheelsets, R * = f (σ r ). The developed technique fully reflects the entire depth of the problem, since structural changes occurring on the contact surface, including those caused by heating of the RCP during operation, or by deformation, lead to small, but measurable changes in the reflection coefficient. There is no doubt that the relative simplicity and universality of the method will allow it to be implemented for non-destructive testing (NDT) of sliding wheelsets and other various parts and assemblies of the rolling stock.
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующими примерамиThe possibility of carrying out the claimed invention is shown by the following examples
Эхо-импульсный способ ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии является наиболее распространенным. Способ основывается на излучении в контролируемое изделие коротких импульсов упругих колебаний (длительностью 0,5-10 мксек) и регистрации времени прихода и интенсивности (амплитуды) эхо-сигналов, отраженных от дефектов-отражателей.An echo pulse method of ultrasonic (US) flaw detection is the most common. The method is based on the emission of short pulses of elastic vibrations (duration 0.5-10 μs) into the controlled product and registration of the arrival time and intensity (amplitude) of the echo signals reflected from defect-reflectors.
Для упругих волн, распространяющихся в твердом теле, справедливы законы геометрической оптики, если длина звуковой волны мала по сравнению с размерами волнового поля, т.е. с размерами поверхностей и препятствий в звуковом поле или по сравнению с поперечным сечением УЗ-луча. Именно поэтому при исследованиях с помощью ультразвука соединений с натягом существует возможность обнаружения и оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) соединения в связи с резким изменением акустических свойств материала на границе раздела контактирующих поверхностей и возникающих при этом явлениях отражения, преломления и дифракции.For elastic waves propagating in a solid, the laws of geometric optics are valid if the sound wavelength is small in comparison with the dimensions of the wave field, i.e. with the dimensions of surfaces and obstacles in the sound field or in comparison with the cross section of the ultrasound beam. That is why, when researching with interference an ultrasound of compounds, it is possible to detect and evaluate the stress-strain state (SSS) of a compound due to a sharp change in the acoustic properties of the material at the interface between the contacting surfaces and the phenomena of reflection, refraction and diffraction that arise in this case.
Локальное изменение НДС, структуры образцов на границе радела контактирующих поверхностей, обусловленное неточностью их обработки и шероховатостью, влияют на характер рассеяния, поглощения, отражения ультразвуковых волн, поскольку прозрачность границы раздела между двумя одинаковыми веществами без соединяющего средства между ними зависит от остаточной толщины воздушного слоя и ее отношения к длине волны.A local change in the SSS, the structure of the samples at the interface between the contacting surfaces, due to the inaccuracy of their processing and roughness, affects the nature of scattering, absorption, and reflection of ultrasonic waves, since the transparency of the interface between two identical substances without connecting means between them depends on the residual thickness of the air layer and her relationship to the wavelength.
Следовательно, при известном значении шероховатости поверхности проницаемость соединения с натягом и его способность отражать ультразвук могут быть использованы для измерения давления на границе раздела, например для измерения давления в посадках с натягом, что соответствует контролю качества соединения.Therefore, with a known value of the surface roughness, the permeability of the interference fit and its ability to reflect ultrasound can be used to measure pressure at the interface, for example, to measure the pressure in interference fit, which corresponds to the quality control of the connection.
Принцип действия метода эхо-импульсной локации дефектов в твердых телах основывается на том, что определенная часть энергии ультразвуковой волны, излученный источником ультразвука, прямолинейно распространяясь в контролируемом изделии при встрече с «препятствием», то есть с неоднородностью среды распространения, частично отражается и улавливается приемником. Другая часть энергии ультразвуковой волны, прошедшая через «препятствие», проходит до «отражателя» (задней стенки контролируемого изделия), отражается и распространяется в обратном направлении. По истечении некоторого времени этот эхо-сигнал также регистрируется тем же приемником ультразвука. Принятые эхо-сигналы регистрируются прибором и отображаются на экране катодно-лучевой трубки (ЭЛТ) в виде вертикального импульса на горизонтальной развертке ЭЛТ. Время горизонтальной развертки ЭЛТ подбирается пропорциональным времени прохождения ультразвуковой волны до отражателя и обратно так, чтобы получить неподвижное изображение обеих эхо-сигнала. То есть, горизонтальную развертку необходимо синхронизировать с частотой зондирующего излучения.The principle of operation of the method of echo-pulse location of defects in solids is based on the fact that a certain part of the energy of the ultrasonic wave emitted by an ultrasound source, propagating rectilinearly in a controlled product when it encounters an “obstacle”, that is, with inhomogeneity of the propagation medium, is partially reflected and captured by the receiver . Another part of the energy of the ultrasonic wave that has passed through the "obstacle" passes to the "reflector" (the back wall of the controlled product), is reflected and propagates in the opposite direction. After some time, this echo is also recorded by the same ultrasound receiver. Received echoes are recorded by the device and displayed on the screen of the cathode ray tube (CRT) as a vertical pulse on a horizontal scan of the CRT. The CRT horizontal scan time is selected proportional to the travel time of the ultrasonic wave to the reflector and vice versa so as to obtain a still image of both echo signals. That is, the horizontal scan must be synchronized with the frequency of the probe radiation.
Как правило, толщина контролируемого изделия известна. В таком случае аппаратура должна настраиваться путем изменения горизонтальной скорости развертки с таким расчетом, чтобы отражение (эхо) от задней стенки находилось бы справа на экране. Отражение от дефекта будет расположено между началом временной шкалы и отражением от задней стенки на том же временном расстоянии, что и местонахождение дефекта между передней и задней сторонами (стенками) испытываемого образца. Поэтому без каких-либо специальных точных измерений времени прохождения сигнала можно сразу же увидеть, во-первых, имеются ли дефекты и, во-вторых, указать, где они находятся [1].Typically, the thickness of the item being tested is known. In this case, the equipment should be adjusted by changing the horizontal sweep speed so that the reflection (echo) from the back wall is on the right side of the screen. The reflection from the defect will be located between the beginning of the timeline and the reflection from the back wall at the same time distance as the location of the defect between the front and rear sides (walls) of the test sample. Therefore, without any special accurate measurements of the signal transit time, you can immediately see, firstly, whether there are defects and, secondly, indicate where they are [1].
Как упоминалось выше, из-за неточностей обработки и шероховатости фактические давления на отдельных участках сопрягаемых поверхностей соединений с натягом могут оказаться значительно выше расчетных. Следовательно, на отдельных участках на границе раздела контактирующих поверхностей деформации могут проникать на глубину, соизмеримую с величиной натяга и приводить к локальным, но вполне измеримым, изменениям коэффициента отражения УЗ-волны и, следовательно, установить закономерное влияние величины натяга на характер отражения УЗ-волны при прохождении импульса через соединение с натягом.As mentioned above, due to inaccuracies in processing and roughness, the actual pressures on individual sections of the mating surfaces of the interference fit may turn out to be significantly higher than the calculated ones. Consequently, in separate sections at the interface between the contacting surfaces, deformations can penetrate to a depth commensurate with the interference value and lead to local, but quite measurable, changes in the reflection coefficient of the ultrasonic wave and, therefore, establish the regular effect of the interference value on the reflection nature of the ultrasonic wave when the pulse passes through the interference fit.
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана на примере, когда в качестве объекта исследования было избрано соединение цилиндрической формы, имеющее следующие габаритные размеры:The possibility of carrying out the claimed invention is shown in an example when a cylindrical joint having the following overall dimensions was selected as the object of study:
Соединения с различной величиной натяга получали методом термической (или поперечной) запрессовки, осуществляемой за счет увеличения диаметра охватывающей детали перед сборкой вследствие нагрева. Шероховатость сопрягаемых поверхностей вала и отверстия в соединениях с натягом, составляла: Rz=6,3 мкм; Ra=1,6 мкм. Отклонения от «круглости»: до 12 мкм.Compounds with different preloads were obtained by thermal (or transverse) pressing in by increasing the diameter of the female part before assembly due to heating. The roughness of the mating surfaces of the shaft and the holes in the interference fit was: R z = 6.3 μm; R a = 1.6 μm. Deviations from roundness: up to 12 microns.
В соответствии с планом проведения эксперимента измерения проводились эхо-импульсным методом, на свободном кольце и пяти идентичных образцах, отличающихся только величиной натяга: Δ=30 мкм, 50 мкм, 80 мкм, 100 мкм, 140 мкм с помощью дефектоскопа ДУК-66 (фиг. 5).In accordance with the plan of the experiment, the measurements were carried out by an echo-pulse method, on a free ring and five identical samples, differing only in the interference fit: Δ = 30 μm, 50 μm, 80 μm, 100 μm, 140 μm using a DUK-66 flaw detector (Fig. . 5).
Теоретически предполагается, что максимальный натяг (отрицательная разность диаметров охватываемой и охватывающей детали) для заданных геометрических параметров соединениями котором реализуется максимально допустимая нагрузочная способность в пределах упругих деформаций, равен Δмакс=100 мкм.It is theoretically assumed that the maximum interference (negative difference between the diameters of the male and female parts) for given geometric parameters by compounds which realize the maximum allowable load capacity within the limits of elastic deformations, is Δ max = 100 μm.
В эксперименте используется совмещенный прямонаправленный (прямой) пьезопреобразователь П111-5-КН, применяемый при контроле материалов из стали, который выполнен так, что возбуждаемые звуковые волны при хорошем акустическом контакте с деталью вводятся в изделие перпендикулярно к его поверхности. Определялись локальные значения коэффициентов отражения от мест посадки, то есть значения Rпосадки на локальной площади соединения, определяемой шириной ультразвукового луча, составившего на данных образцах ~(0,5÷1,0) см2. Так как общая площадь контактной поверхности посадки Sпосадки=2πr⋅L, а для исследуемых образцов равна 78,5 см2, то наблюдается разброс значений коэффициента отражения (Rпосадки) от области сопряжения при сканировании изделия как по длине соединения, так и по окружности.The experiment uses a combined direct-directed (direct) piezoelectric transducer P111-5-KN, used in the control of steel materials, which is designed so that the excited sound waves are brought into the product perpendicular to its surface with good acoustic contact with the part. The local values of the reflection coefficients from the landing sites were determined, that is, the R landing values on the local area of the joint, determined by the width of the ultrasound beam, which amounted to ~ (0.5 ÷ 1.0) cm 2 on these samples. Since the total area of the contact surface of the landing S landing = 2πr⋅L, and for the studied samples is 78.5 cm 2 , there is a spread in the values of the reflection coefficient (R landing ) from the interface area when scanning the product along the length of the connection and around the circumference .
При проведении эксперимента учитывались также следующие обстоятельства.During the experiment, the following circumstances were also taken into account.
Во-первых, с увеличением натяганагрузочная способность соединения (прочность) возрастает только до определенного предела, после которого статическая несущая способность узла остается практически постоянной. Это явление объясняется тем, что материал сопрягаемых деталей в упругой зоне обладает ограниченной величиной сопротивления, после которой деформации переходят в пластическую зону. Поэтому метод повышения прочности с помощью увеличения натяга можно применять лишь в пределах, ограниченных допустимым уровнем напряженно-деформированного состояния.First, with an increase in the load-bearing capacity of the joint (strength), it increases only to a certain limit, after which the static bearing capacity of the assembly remains almost constant. This phenomenon is explained by the fact that the material of the mating parts in the elastic zone has a limited resistance value, after which the deformations pass into the plastic zone. Therefore, the method of increasing strength by increasing the interference fit can be applied only to the extent limited by the permissible level of stress-strain state.
Во-вторых, при сборке соединения необходимо контролировать процесс сборки, чтобы максимально возможный натяг не только не превышал предела упругости материала собираемых деталей, но и был несколько меньше этого предела. Поэтому при формировании соединений с гарантированными натягами необходимо так рассчитывать технологические параметры процесса сборки, чтобы они обеспечивали минимально допустимый сборочный зазор в течение всего процесса формирования соединения, поскольку при недостаточной его величине может происходить взаимное разрушение сопрягаемых поверхностей. Стабильный и минимальный зазор, обеспечивающий деформацию собираемых деталей в допустимых пределах, является необходимым условием получения качественного соединения, например, и при гидропрессовой сборке.Secondly, during the assembly of the joint, it is necessary to control the assembly process so that the maximum possible tightness not only does not exceed the elastic limit of the material of the assembled parts, but also is slightly less than this limit. Therefore, during the formation of joints with guaranteed interference, it is necessary to calculate the technological parameters of the assembly process so that they provide the minimum allowable assembly gap during the entire process of forming the joint, since if its size is insufficient, mutual destruction of the mating surfaces can occur. A stable and minimal clearance, ensuring the deformation of the assembled parts within acceptable limits, is a prerequisite for obtaining high-quality joints, for example, during hydropress assembly.
В результате проведения эксперимента получены объективные данные и проведены соответствующие оценки качества соединений с натягом, реализованных методом термической (или поперечной) запрессовки, способом, принятым в данной области техники к которой относится заявленное изобретение.As a result of the experiment, objective data were obtained and corresponding assessments of the quality of the tightened joints realized by the method of thermal (or transverse) pressing in by the method adopted in the art to which the claimed invention relates are carried out.
Установлено, что изобретение обеспечивает возможность определения локальных численных значений величины натяга в соединении по экспериментальной зависимости натяга от коэффициента отражения от места посадки соединения (фиг. 4), что создает существенные практические преимущества перед ближайшим аналогом (прототипом), так как основным способом получения требуемой величины нормального - σr, и тангенциального напряжений - στ в сопряжении, а также для обеспечения заданного момента вращения - Mвр,, является увеличение натяга - Δ.It was found that the invention provides the ability to determine local numerical values of the interference fit in the joint by the experimental dependence of the interference fit on the reflection coefficient of the joint fit location (Fig. 4), which creates significant practical advantages over the closest analogue (prototype), since the main way to obtain the required value normal - σ r , and tangential stresses - σ τ in conjugation, and also to ensure a given torque - M BP,, is an increase in interference - Δ.
Источники информацииInformation sources
1. Крауткремер Г., Крауткремер Й. Ультразвуковой контроль материалов. Справочник. - М.: Металлургия, 1991. - С. 569-571. (прототип)1. Krautkremer G., Krautkremer J. Ultrasonic control of materials. Directory. - M .: Metallurgy, 1991 .-- S. 569-571. (prototype)
Перечень графических и иных материалов, необходимых для понимания сущности изобретения и приведенных в разделе описания возможностей осуществления заявляемого изобретения.The list of graphic and other materials necessary for understanding the essence of the invention and given in the section describing the possibilities of implementing the claimed invention.
Фиг. 1. Схематическое изображение поперечного сечения посадки с натягом для соединений с отверстием в охватываемой детали (а) и эпюры эхо-сигналов (б), зарегистрированных акустическим датчиком D от места посадки I, и поверхности внутреннего отверстия охватываемой детали II [1] при различной величине натяга.FIG. 1. Schematic diagram of the interference fit cross section for connections with an aperture in the male part (a) and the echo signal plot (b) recorded by the acoustic sensor D from the landing site I, and the surface of the internal hole of the male part II [1] with different sizes tightness.
Фиг. 2. Схематическое изображение поперечного сечения посадки с натягом для соединений со сплошной охватываемой деталью и датчика на внешней поверхности охватывающей детали (а); - эпюры полученных эхо-сигналов на экране регистрирующего прибора (б) для «хорошего» (1) и плохого (2) соединения [1].FIG. 2. Schematic representation of the cross-section of the interference fit for joints with a continuous male part and a sensor on the outer surface of the female part (a); - plots of the received echo signals on the screen of the recording device (b) for “good” (1) and poor (2) connections [1].
Фиг. 3. Осциллограммы эхо-импульсов от внутренней поверхности «свободного» кольца - а) и от соединения с натягом - б).FIG. 3. Oscillograms of echo pulses from the inner surface of the "free" ring - a) and from the connection with an interference fit - b).
Фиг. 4. Экспериментальная зависимость натяга Δ, нормального и тангенциального напряжений σr/στ и момента вращения Mвр от коэффициента отражения от места посадки соединения - Rпосадки.FIG. 4. The experimental dependence of the interference Δ, normal and tangential stresses σ r / σ τ and the rotation moment M BP on the reflection coefficient from the seat of the joint - R fit .
Фиг. 5. Экспериментальная установка: ДУК-66, объекты контроля и пьезопреобразователь П111-5-КН.FIG. 5. Experimental setup: DUK-66, control objects and piezoelectric transducer P111-5-KN.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014121583A RU2641613C2 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Method of quality control of interference fit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014121583A RU2641613C2 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Method of quality control of interference fit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014121583A RU2014121583A (en) | 2015-12-10 |
| RU2641613C2 true RU2641613C2 (en) | 2018-01-18 |
Family
ID=54843071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014121583A RU2641613C2 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Method of quality control of interference fit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2641613C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719276C1 (en) * | 2018-11-24 | 2020-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Method of investigating compounds with interference using ultrasonic tomography |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1728782A1 (en) * | 1990-05-05 | 1992-04-23 | Специальное конструкторско-технологическое бюро "Недра" | Method of ultrasonic testing of tensed joint quality |
| JPH058304A (en) * | 1991-02-15 | 1993-01-19 | Kyodo Printing Co Ltd | Method and apparatus for inspection of cylinder section of tube |
| RU2045059C1 (en) * | 1993-08-10 | 1995-09-27 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Method of ultrasonic quality controlling of mounting of tension connections |
| RU2063027C1 (en) * | 1993-08-24 | 1996-06-27 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Method of ultrasound inspection of quality of assembly of joints with interference fit |
| JP2001183352A (en) * | 1999-12-22 | 2001-07-06 | Daido Steel Co Ltd | Quality inspection method of metal joint pipe |
-
2014
- 2014-05-27 RU RU2014121583A patent/RU2641613C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1728782A1 (en) * | 1990-05-05 | 1992-04-23 | Специальное конструкторско-технологическое бюро "Недра" | Method of ultrasonic testing of tensed joint quality |
| JPH058304A (en) * | 1991-02-15 | 1993-01-19 | Kyodo Printing Co Ltd | Method and apparatus for inspection of cylinder section of tube |
| RU2045059C1 (en) * | 1993-08-10 | 1995-09-27 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Method of ultrasonic quality controlling of mounting of tension connections |
| RU2063027C1 (en) * | 1993-08-24 | 1996-06-27 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Method of ultrasound inspection of quality of assembly of joints with interference fit |
| JP2001183352A (en) * | 1999-12-22 | 2001-07-06 | Daido Steel Co Ltd | Quality inspection method of metal joint pipe |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Крауткремер, Г, Крауткремер Й, Ультразвуковой контроль материалов, Справочник, М.: Металлургия, 1991, с. 569-571. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719276C1 (en) * | 2018-11-24 | 2020-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Method of investigating compounds with interference using ultrasonic tomography |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014121583A (en) | 2015-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hernandez-Valle et al. | Stress corrosion cracking detection using non-contact ultrasonic techniques | |
| Alobaidi et al. | Applications of ultrasonic techniques in oil and gas pipeline industries: A review | |
| Montinaro et al. | Laser ultrasonics inspection for defect evaluation on train wheel | |
| US9127998B1 (en) | Active ultrasonic method of quantifying bolt tightening and loosening | |
| KR101163549B1 (en) | Calibration block for phased-array ultrasonic inspection | |
| Neuenschwander et al. | Application of air-coupled ultrasonics for the characterization of polymer and polymer-matrix composite samples | |
| KR101163554B1 (en) | Calibration block for phased-array ultrasonic inspection and verification | |
| Lévesque et al. | Inspection of thick welded joints using laser-ultrasonic SAFT | |
| Ma et al. | The reflection of guided waves from simple dents in pipes | |
| JP2011027571A (en) | Piping thickness reduction inspection apparatus and piping thickness reduction inspection method | |
| US20090249879A1 (en) | Inspection systems and methods for detection of material property anomalies | |
| KR101163551B1 (en) | Sensistivity calibration referece block for phased-array ultrasonic inspection | |
| Murav’eva et al. | Sensitivity of electromagnetic-acoustic multiple shadow method using Rayleigh waves in inspection of oil country tubular goods | |
| RU2641613C2 (en) | Method of quality control of interference fit | |
| MacLeod et al. | Advanced nondestructive evaluation for welded joints | |
| JP2009058238A (en) | Defect inspection method and apparatus | |
| Kapoor et al. | On parameters affecting the sensitivity of ultrasonic testing of tubes: experimental and simulation | |
| RU2394235C1 (en) | Method for ultrasonic inspection of welded joints of small-diametre pipes | |
| Khazanovich et al. | Quantitative ultrasonic evaluation of concrete structures using one-sided access | |
| JP7427532B2 (en) | Corrosion testing method and corrosion testing device for laminates | |
| Turcu et al. | In-Service Corrosion Mapping—Challenges for the Chemical Industry | |
| JP6953953B2 (en) | A method for evaluating the soundness of oblique ultrasonic flaw detection, and a method for oblique ultrasonic flaw detection using this method. | |
| Puchot et al. | Inspection technique for above ground storage tank floors using MsS technology | |
| KR101163552B1 (en) | Sensistivity calibration referece block of stainless steel/duplex steel for phased-array ultrasonic inspection | |
| Rossi Ciampolini et al. | Ultrasonic Inspection Using Time-of-Flight Diffraction (TOFD) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180528 |
|
| RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20190821 |