Трещины в крепежных элементах могут нарушить целостность конструкции и безопасность инженерных систем. Обнаружение таких трещин на ранней стадии имеет решающее значение. В этой статье рассматриваются как традиционные, так и современные методы неразрушающего контроля (NDT), в частности, вейвлет-анализ и электромагнитные импульсы. Читатели узнают о последних достижениях в области технологий обнаружения трещин и их практическом применении, обеспечивающих надежность и долговечность крепежных изделий в различных отраслях промышленности.
В данной статье приводится краткий обзор современного состояния технологий обнаружения трещин, включая их преимущества и ограничения, а также актуальные темы и направления будущего развития. Она основана на существующих методах обнаружения трещин в крепежных деталях с акцентом на вейвлет-анализ и электромагнитный импульсный неразрушающий контроль.
Крепеж широко используется в различных областях техники, таких как машиностроение, строительство, мостостроение и нефтедобыча. Являясь основным компонентом крупных конструкций, крепеж подвержен различным дефектам, включая трещины, коррозию, ямы и повреждения, вызванные человеческим фактором в процессе эксплуатации.
Дефекты в виде трещин представляют собой значительную угрозу безопасности и надежности конструкций и учреждений, поэтому обнаружение трещин является важным аспектом оценки конструкций. Обнаружение трещин включает в себя выявление и оценку трещин в механических конструкциях с целью определения их местоположения и протяженности.
С развитием современного машиностроения, электроники и компьютерных технологий неразрушающий контроль (NDT) значительно усовершенствовался, что привело к разработке передовых методов обнаружения трещин.
В данной статье представлен обзор традиционных методов обнаружения трещин и уделено внимание современным методам неразрушающего контроля, основанным на вейвлет-анализе и электромагнитных (вихретоковых) импульсах. Кроме того, в статье освещаются актуальные темы и направления будущего развития методов обнаружения трещин в крепежных изделиях.
Существует множество традиционных методов обнаружения трещин, которые можно разделить на две группы: традиционные и нетрадиционные методы обнаружения.
К традиционным методам обнаружения относятся вихретоковые испытания, испытания пенетрантами, испытания магнитными частицами, радиационные испытания и ультразвуковые испытания. Нетрадиционные методы обнаружения, с другой стороны, включают испытания акустической эмиссией, инфракрасные испытания и лазерные голографические испытания.
В настоящее время традиционные методы испытаний широко используются для простого обнаружения трещин в таких областях техники, как машиностроение, строительство и нефтедобыча. Используемые методы зависят от конкретного учреждения.
Например, ультразвуковой контроль применяется в основном для контроля металлических листов, труб, прутков, отливок, поковок и сварных швов, а также бетонных конструкций, таких как мосты и жилые дома. Рентгеновский контроль используется для контроля отливок и сварных швов в таких отраслях, как машиностроение, производство оружия, судостроение, электроника, аэрокосмическая промышленность, нефтехимия и другие. Испытания на магнитные частицы используются в основном для контроля металлических отливок, поковок и сварных швов. Испытания на проникание в основном используются для контроля отливок, поковок, сварных соединений, деталей порошковой металлургии, а также изделий из цветных и черных металлов, керамики, пластика и стекла. Вихретоковая дефектоскопия в основном используется для обнаружения дефектов и сортировки материалов токопроводящих труб, стержней и проводов.
Для обнаружения трещин в крепеже можно использовать ультразвуковой контроль и вихретоковое обнаружение. Например, в ходе экспериментального исследования были определены наилучшие параметры вихретокового обнаружения мелких трещин в крепежных деталях. Результаты исследования показали, что наилучшие параметры обнаружения имеют линейную зависимость между параметрами вихретокового обнаружения мелких трещин и фазовым сигналом, что важно для повышения точности обнаружения мелких трещин в прутках и выбора параметров вихретокового обнаружения для внешних крепежных элементов. Однако вихретоковое обнаружение имеет больше мешающих факторов и требует специальных методов обработки сигнала.
Другим методом, используемым для обнаружения трещин, является метод обнаружения трещин с помощью структуры энергетического спектра распространения волн Лэмба, который известен своей сильной проникающей способностью, высокой чувствительностью, а также скоростью и удобством. Однако у него есть ограничения, такие как слепые зоны и блокировки, которые могут привести к пропуску близких трещин. Метод также сложен для количественной и качественной характеристики обнаруженных дефектов.
Для большинства крепежных изделий используются методы магнитопорошкового контроля и флуоресцентной дефектоскопии. Эти методы относительно эффективны, но они требуют больших затрат трудовых и материальных ресурсов и могут нанести вред здоровью человека. Кроме того, пропуски проверок часто происходят из-за человеческого фактора.
Когда обычные методы испытаний не позволяют обнаружить трещины в крепеже, в качестве альтернативы можно использовать нетрадиционные методы испытаний.
Три широко используемых нетрадиционных метода обнаружения трещин включают в себя:
1) Технология акустической эмиссии.
Технология акустической эмиссии широко признана как самый передовой метод обнаружения трещин в оборудовании, работающем под давлением. Она успешно применяется для оценки безопасности сосудов под давлением и трубопроводов, а также для обнаружения трещин в аэрокосмической промышленности и композитных материалах. В области диагностики трещин во вращающемся оборудовании он используется в основном для обнаружения трещин во вращающихся валах, шестернях и подшипниках.
Одним из ключевых преимуществ акустической эмиссии является то, что это динамический метод обнаружения, использующий энергию, излучаемую тестируемым объектом, а не внешнюю. неразрушающий контроль оборудования, такого как ультразвуковой или радиографический контроль. Это делает его высокочувствительным к дефектам и позволяет обнаруживать и оценивать состояние активных дефектов во всей конструкции.
Однако следует учитывать и некоторые недостатки. На обнаружение акустической эмиссии сильно влияет материал, из которого проводится испытание, и оно может быть нарушено электрическими и механическими шумами в испытательной среде. Кроме того, точность обнаружения может быть ограничена низкой точностью позиционирования, а информация, получаемая при идентификации трещин, часто бывает ограниченной.
2) Инфракрасное обнаружение.
Технология инфракрасного неразрушающего контроля (NDT) широко используется в различных отраслях промышленности, включая энергетическое оборудование, нефтехимическое оборудование, механическую обработку, обнаружение пожаров, анализ урожая и выявление дефектов в материалах и компонентах.
Одним из главных преимуществ инфракрасного неразрушающего контроля является то, что это технология бесконтактного тестирования, безопасная, надежная, безвредная для человека и высокочувствительная. Она имеет широкий диапазон обнаружения, высокую скорость и не оказывает воздействия на тестируемый объект. Кроме того, она обладает высоким пространственным разрешением на больших расстояниях.
Однако следует учитывать и некоторые недостатки. Чувствительность инфракрасного детектора зависит от тепловой излучательной способности испытуемого образца, на нее могут влиять поверхностные помехи и фоновое излучение. Разрешение исходного образца низкое, что затрудняет точное измерение формы, размера и положения дефектов, особенно если они маленькие или глубоко залегают.
Кроме того, интерпретация результатов теста сложна и требует эталонных стандартов, а для эффективного использования технологии операторы должны быть обучены.
3) Лазерное голографическое обнаружение.
Лазерное голографическое обнаружение в первую очередь используется для контроля различных структур, таких как сотовые конструкции, композитные материалы, корпуса твердотопливных ракетных двигателей, изоляционные слои, слои покрытия и интерфейсы зерен ракетного топлива, для обнаружения дефектов. Оно также используется для оценки качества паяных соединений печатных плат и обнаружения усталостных трещин в сосудах под давлением.
Этот метод обладает рядом преимуществ, среди которых простота использования, высокая чувствительность, отсутствие специальных требований к исследуемому объекту и возможность проведения количественного анализа дефектов.
Однако одним из его недостатков является то, что глубоко залегающие дефекты отслоения могут быть обнаружены только при значительной площади отслоения.
Кроме того, для лазерного голографического обнаружения обычно требуется темное помещение и строгая виброизоляция, что делает его менее подходящим для тестирования на месте и накладывает определенные ограничения.
С развитием науки и техники растет потребность в более совершенных методах обнаружения трещин в различных областях техники, таких как машиностроение, строительство и нефтедобыча. Это привело к появлению новых технологий обнаружения трещин.
Обработка сигналов и электромагнитный (вихретоковый) импульсный неразрушающий контроль - две широко используемые и эффективные новые технологии обнаружения трещин. Эти методы предлагают эффективные и надежные решения для выявления трещин в различных областях применения.
С развитием технологий обработки сигналов появилось несколько методов обнаружения трещин, основанных на обработке сигналов, включая методы с временной, частотной и временно-частотной областью, такие как преобразование Фурье, кратковременное преобразование Фурье, распределение Вигнера-Вилля, преобразование Гильберта-Хуанга (HHT) и слепое разделение источников.
Из этих методов наиболее широко используется и является наиболее показательным вейвлет-анализ.
Методы идентификации трещин с помощью вейвлет-анализа можно разделить на две категории:
① Метод анализа отклика во временной области:
Этот метод включает в себя использование сингулярных точек карты разложения во временной области, изменение вейвлет-коэффициентов и изменение энергии после вейвлет-разложения. Цель этого метода - определить момент возникновения трещины.
② Метод пространственного анализа на основе отклика:
В этом методе для вейвлет-анализа используется пространственное положение пространственной оси вместо временной оси сигнала отклика во временной области, а в качестве входного сигнала используется отклик в пространственной области. Этот метод позволяет определить местоположение трещины.
В то время как вейвлет-метод сам по себе может определить только момент возникновения повреждения или его местоположение, первый метод имеет больше применений. Для выявления небольших трещин вейвлет-анализ следует сочетать с другими методами.
Электромагнитная технология сочетает в себе множество функций, таких как ультразвуковое обнаружение, вихретоковая визуализация, вихретоковая решетка и импульсное вихретоковое обнаружение, образуя новые передовые технологии для электромагнитного контроля.
К распространенным технологиям обнаружения трещин относятся импульсный вихретоковый контроль, импульсный вихретоковый тепловизор, двухзондовый неразрушающий контроль с использованием импульсного вихретокового и электромагнитного акустического преобразователя (EMAT), а также технология тестирования с использованием магнитной памяти металла.
Импульсное вихретоковое испытание включает в себя возбуждение катушки импульсным током, анализ сигнала переходного процесса во временной области, индуцированного датчиком, и количественное обнаружение трещин путем выбора пикового значения, времени пересечения нуля и времени пика сигнала.
Исследования Яна Бинфэна и других специалистов из Национального университета оборонных технологий показали, что импульсные вихревые токи могут количественно обнаруживать трещины различной глубины всего за одно сканирование. Некоторые исследователи используют гармонические катушки в качестве альтернативной технологии для импульсного вихретокового тестирования.
Однако на пиковое значение импульсного вихретокового сигнала легко влияют другие факторы, такие как эффект подъема, а способность обнаружения импульсного вихретокового зонда также может влиять на обнаружение трещин.
Импульсные приборы вихретоковой визуализации используют катушки в качестве датчиков контроля, а некоторые - датчики Холла. В последние годы в области неразрушающего контроля начали применяться приборы суперквантовой интерференции.
Импульсная вихретоковая тепловизионная технология устраняет эффект подъема, характерный для других методов обнаружения, и обеспечивает точность результатов визуализации. Некоторые исследователи используют лазерные лучи YNG с гауссовой формой пучка на поверхности металлические листыВ них используются импульсные вихретоковые и электромагнитные акустические преобразователи. Они выявляют трещины, обнаруживая внезапное изменение формы ультразвуковой волны или резкое увеличение частотных составляющих при облучении трещины лазерным лучом.
Современные исследования в области обнаружения трещин в крепежных деталях в основном опираются на традиционные методы. Для совершенствования технологии обнаружения и решения практических прикладных задач фокус идентификации повреждений трещин смещается в две ключевые области: статистические методы идентификации, учитывающие неопределенность, и обнаружение микротрещин в крепежных деталях.
Неопределенность, присущая обнаружению повреждений в трещинах, обусловливает необходимость применения методов статистического вывода для решения проблем идентификации систем. По мере развития исследований в области идентификации повреждений все большее внимание уделяется вероятностным методам, основанным на теории статистики, особенно в приложениях, связанных с идентификацией систем и распознаванием образов.
Хотя существует несколько методов обнаружения микротрещин в крепеже, таких как промышленная компьютерная томография (ICT) и лазерная ультразвуковая проекция с лазерным нагревом, каждый из них имеет свои недостатки. При обнаружении микротрещин с помощью ИКТ может возникнуть проблема с качеством изображения и разрешением деталей, если контрастность серого между трещиной и фоном недостаточна. Кроме того, точное определение пространственного диапазона, содержащего все микротрещины, с помощью программы VG Studio MAX остается сложной задачей. Метод лазерно-ультразвуковой проекции, несмотря на его перспективность, сложен в эксплуатации и не подходит для работы в жестких условиях, что указывает на необходимость его дальнейшего совершенствования.
По мере того как промышленные требования меняются по мере экономического развития, требования к методам обнаружения трещин в крепежных деталях становятся все более жесткими. Будущие системы обнаружения должны обеспечивать:
Для удовлетворения этих требований используются новые технологии, такие как алгоритмы машинного обучения для распознавания образов, передовые методы неразрушающего контроля (NDT), например ультразвук с фазированной решеткой, и новые сенсорные технологии. Интеграция этих технологий с традиционными методами может привести к созданию более надежных и универсальных систем обнаружения трещин в крепежных элементах в различных промышленных областях.
Были проведены обширные исследования по идентификации повреждений крепежных деталей, но существующие методы и индикаторы идентификации повреждений ограничены традиционными методами обнаружения. Учитывая стоимость испытательного оборудования, условия, в которых оно используется, и человеческий фактор, обнаружение многочисленных трещин и микротрещин в крепежных деталях является актуальной областью исследовательского интереса.
Направление развития системы обнаружения трещин в крепежных деталях заключается в обеспечении быстрого позиционирования, точной количественной оценки, повышении точности и надежности обнаружения, а также в быстром и эффективном обнаружении трещин.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO