CC BY
6УДК 621.41:621.822.1
Р.М. Трибунская, С.А. Жуков
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НЕРАЗРУШАЮЩИМ МЕТОДОМ МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА
Рассматриваются диагностика вкладышей подшипников скольжения неразрушающим методом контроля - методом магнитной памяти металла, особенности вычисления магнитного показателя деформационной способности и выявления зон максимальной концентрации остаточных напряжений.
Ключевые слова: подшипники, антифрикционный слой, магнитодислокационный гистерезис, магнитная память металла, концентрация остаточных напряжений, остаточная намагниченность, предельное состояние металла.
R.M. Tribunskaya, S.A. Zhukov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: [email protected]
ANALYSIS OF THE STATE OF SLIDING BEARINGS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES BY THE NON-DESTRUCTIVE METHOD OF METAL MAGNETIC MEMORY
The diagnostics of sliding bearing shells by the non-destructive method of testing the metal magnetic memory, the features of calculating the magnetic index of deformation capacity and identifying the zones of maximum concentration of residual stresses are considered.
Key words: earrings, antifriction layer, magnetic dislocation hysteresis, metal magnetic memory, concentration of residual stresses, residual magnetization, limiting state of metal.
Подшипники скольжения в процессе эксплуатации подвергаются воздействию постоянных и переменных по модулю и направлению нагрузок. Антифрикционный слой вкладышей должен обладать достаточно высокими механическими свойствами, при рабочих температурах - хорошими технологическими свойствами (прочной сцепляемостью с основанием, обрабатываемостью резанием). Основа вкладыша подшипника, на которую наносится подшипниковый материал, обеспечивает ему требуемую прочность и жесткость. Сплавом основы вкладыша является углеродистая сталь 10. Антифрикционные сплавы, наносимые на основу: на основе олова и свинца (специальный сплав Sn 10%, Cu 2,5-3%, Pb - остальное), на основе меди: бронза БрС30, БрОС1-22 (рис. 1). Не существует единого унифицированного неразрушающего метода определения прочности сцепления антифрикционного слоя со стальной основой.
В период ремонта судна после снятия рабочих нагрузок в процессе дефектации подшипников скольжения предлагается применять метод магнитной памяти металла (МПМ). В процессе эксплуатации под воздействием рабочих нагрузок формируется структура сплава корпуса подшипника.
После их снятия она не изменяется и характеризуется магнитодислокационным гистерезисом. Естественная намагниченность сплава формируется в результате воздействия магнитного поля Земли, а также может изменяться при регулярном влиянии электромагнитных полей оборудования, входящего в конструкцию (структурно-технологическая наследственность). Для оборудования, находящегося в эксплуатации, магнитная память проявляется в необратимом изменении намагниченности металла в направлении действия максимальных напряжений от рабочих
Четвертая международная научно-техническая конференция
нагрузок, т. е. в зоне повышенной концентрации напряжения происходит инверсия - скачкообразное изменение магнитного поля Нр. Это место и является зоной концентрации напряжений (ЗКН) [1]. Принцип метода технической диагностики - магнитной памяти металла (МПМ), применяемый в металлических конструкциях, основан на взаимосвязи дислокационнных процессов с физикой магнитных явлений. Методика основана на измерении магнитного поля рассеяния Нр, характеризующего распределение остаточной намагниченности в корпусе подшипника. Измерение поля Нр может производиться через слой антифрикционного сплава толщиной до 20 мм. Участок с потенциально неплотным прилеганием антифрикционного слоя определяется по максимальной концентрации остаточных напряжений (зона КН). Для количественной оценки уровня концентрации остаточных напряжений определяют коэффициент интенсивности Кин изменения магнитного поля Нр по формуле:
Кин = |ДНр|/ ьх,
где ДНр - разность поля Нр между двумя точками контроля, Ьх - расстояние между точками контроля (ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009). Зоны максимальной концентрации остаточных напряжений соответствуют максимальному градиенту нормальной или тангенциальной составляющей поля Нр. Результаты контроля записывают в блок памяти прибора и затем, используя соответствующее программное обеспечение, определяют ЗКН с максимальным значением Кинтах и считывают среднее значение Кинср для всех зон КН, выявленных на объекте контроля. После определения Кинтах и Кинср для всех зон, выявленных при контроле, выделяют две-три ЗКН с самыми большими значениями и вычисляют магнитный показатель деформационной способности т по формуле:
т = Кинтах
/ К сР
/ Кин .
ВхяоЗыш
1=1
6к/!вдыш
шшй
Рис. 1. Конструкции: а - вкладыша упорного подшипника (1, 2 - антифрикционный слой, 3 - корпус подшипника); б - подшипника опорного концевого (1 - корпус подшипника, 2 - антифрикционный слой)
Отношение т рассчитывают отдельно для градиентов нормальной и тангенциальной составляющих поля. Если т превышает предельное значение тПр, то делают вывод о предельном состоянии металла, предшествующем повреждению [2]. Методику целесообразно использовать в сочетании с ультразвуковой дефектоскопией. Первоначально с помощью специализированных магнитометров (ИКНМ-2ФПМ или типа ИКН) определяются зоны максимальной концентрации
а
б
напряжений. Затем путем сканирования вдоль линий КН датчиком ультразвукового прибора (например, толщиномером) определяется зона неплотного прилегания специального сплава на основе олова и свинца. На рис. 2 показан пример расположения линий КН, выявленных через слой сплава: 8п - 10%, Си - 2,5-3%, РЬ - остальное.
По результатам контроля каждой зоны выявляются зоны максимальной концентрации напряжений, которые характеризуются максимальным градиентом величины | АНр | по длине контролируемого участка Ьк (рис. 3).
Рис. 2. Расположение линий КН, выявленных через слой специального сплава Бп 10%, Си 2,5-3%, РЬ - остальное, толщиной 10 мм на вкладыше подшипника упорного: 1 - места неплотного прилегания, 2 - линии КН
0 50 100 150 200 250 300 350
. . . | . . ц . | . . . | . . д . | . . . |
0 50 100 150 200 250 300 350 LxfMM
Рис. 3. Результаты контроля участка вкладыша подшипника в зоне неплотного прилегания
После выполнения контроля всех участков производится контроль в зонах концентрации напряжений на предмет выявления в них возможных дефектов методом УЗД.
Анализ напряженно-деформированного состояния проводится по результатам построенных эпюр распределения величины Нр. Места совпадения зон концентрации напряжений с концентрацией напряжений от рабочих нагрузок будут наиболее опасным для развития повреждения.
Метод магнитной памяти металла применительно к диагностике элементов и конструкций судового оборудования, основанный на считывании информации с помощью специализированных приборов, оценивает фактическое напряженно-деформированное состояние оборудования и выявляет на раннем этапе зоны максимальной поврежденности металла, является перспективным методом неразрушающего контроля, применяемым в судоремонте. Этот метод позволит прогнозировать надежность и ресурс оборудования, своевременно выполнить ремонт или замену отдельных элементов механизмов и конструкций и продлить ресурс объекта контроля как минимум до очередного капитального ремонта или обследования.
Литература
1. Власов В.Т., Дубов А.А. Физические основы метода магнитной памяти металла. - М.: ЗАО «ТИССО», 2004. - С. 256-312.
2. РД 102-008-2002 Инструкция по диагностике технического состояния трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом.
