неразрушающий контроль валов

Когда говорят про неразрушающий контроль валов, многие сразу представляют себе ультразвуковой дефектоскоп и готовые протоколы. Но на деле всё часто упирается в банальное — доступ к поверхности, качество зачистки и даже температуру в цеху в момент проверки. Самый частый промах — считать, что купил прибор и всё. А потом оказывается, что вал от цинкования покрыт слоем, который маскирует внутренние несплошности, или геометрия шейки под подшипник не позволяет корректно установить датчик. Вот об этих нюансах, которые в учебниках не пишут, и хочется порассуждать.

Где теория расходится с реальностью

Возьмём, к примеру, валы для опорных конструкций или приводные валы в механизмах, которые потом отправляются на горячее цинкование. В теории, контроль нужно проводить до покрытия, чтобы видеть материал в ?чистом? виде. Но на практике заказчик часто привозит уже оцинкованные изделия и требует проверить ?как есть?. И вот тут начинается: отражённый сигнал от цинкового слоя может давать ложные указания, особенно если покрытие неравномерное. Приходится искать компромисс — либо согласовывать контроль до цинкования, либо использовать методы, менее чувствительные к покрытию, например, магнитопорошковый контроль, но он поверхностный и подповерхностные дефекты может не увидеть.

Ещё один момент — это сами валы. Не каждый вал — это идеальный прокат. Часто это кованые или сварные конструкции, особенно в тяжёлом машиностроении. И здесь ультразвук может вести себя непредсказуемо из-за крупнозернистой структуры металла. Сигнал рассеивается, шум повышается. Приходится снижать частоту преобразователя, жертвуя чувствительностью к мелким дефектам, но зато получая хоть какую-то внятную картину. Это решение, которое принимаешь прямо на объекте, глядя на осциллограф и прикидывая риски.

Был случай на одном из предприятий, связанном с металлоконструкциями, когда проверяли большой приводной вал после длительной эксплуатации. По паспорту материал — сталь 40Х. Но при калибровке скорости звука значения уплывали. Оказалось, вал был когда-то ремонтирован наплавкой, и зона наплавки имела другую структуру. Стандартная методика не сработала, пришлось делать выборочные замеры твёрдости и строить поправочные графики. Это к вопросу о том, что документация — не всегда истина в последней инстанции.

Оборудование и ?подводные камни?

Многое упирается в оборудование. Не буду рекламировать бренды, но скажу, что дешёвые китайские толщиномеры-дефектоскопы для сложных задач — это лотерея. Они могут хорошо работать на эталонных образцах, но в полевых условиях, где есть вибрация, запылённость или перепады температур, начинаются сбои. Особенно критично это при контроле валов ответственного назначения, например, в крановом оборудовании или ветроустановках. Тут лучше иметь аппаратуру с возможностью записи полных А-сканов и дальнейшей обработки на компьютере.

Интересный опыт связан с компанией ООО Хэнань Юнгуан Электротехнические Технологии (сайт — https://www.hnyongguang.ru). Они, как предприятие, занимающееся в том числе производством металлоконструкций и антикоррозийной обработкой, сталкиваются с вопросом контроля как собственных изделий, так и поступающих валов для сборки. Их экологичное цинковальное оборудование, соответствующее азиатским стандартам, — это отдельная тема. Но важно вот что: перед цинкованием они тоже заинтересованы в неразрушающем контроле заготовок. Потому что после нанесения покрытия предъявить претензию поставщику металла или кузнечного цеха становится почти невозможно. Поэтому у них, как я понимаю, должен быть встроенный технологический контроль на этапе входного сырья.

Что часто упускают из виду, так это подготовку поверхности. ГОСТ требует определённой шероховатости. Но в цеху, особенно если вал большой и его не снять со станка, добиться идеальной зачистки сложно. Используешь углошлифовальную машинку, остаются круговые риски. Они могут создавать нерегулярные эхо-сигналы, которые неопытный оператор может интерпретировать как трещины. Приходится тратить время на дифференциацию — это дефект или помеха от обработки? Иногда помогает смазка (контактная жидкость), но не всегда.

Методы, которые работают (и которые не очень)

Ультразвуковой контроль — это, конечно, классика для контроля объёмных дефектов в теле вала. Но для контроля поверхностных слоёв, особенно после термообработки или для выявления закатных трещин, часто эффективнее капиллярный контроль (пенетрантный). Он прост, нагляден, но требует очень тщательной очистки и обезжиривания. И он абсолютно бесполезен, если нужно оценить глубину дефекта или состояние металла на глубине 10-20 мм.

Магнитопорошковый контроль — наш спаситель для ферромагнитных сталей. Хорош для контроля шпоночных пазов, галтелей, мест перехода диаметров — тех самых концентраторов напряжений, где любят зарождаться трещины усталости. Но здесь своя головная боль — это намагничивание. Для валов большого диаметра или сложной формы нужно правильно выбрать метод (циркулярный, продольный) и силу тока. Случалось недомагнитить — и пропускали трещину. Перемагнитить — потом сложно размагнитить вал, и он начинает собирать всю металлическую стружку в округе, что для последующей сборки в узлы катастрофа.

В последнее время много говорят про вихретоковый контроль, особенно для автоматизированных линий. Он хорош для сортировки, контроля твёрдости поверхностного слоя или толщины покрытия. Но для глубокого неразрушающего контроля валов на предмет внутренних расслоений или волосовин он малопригоден. Глубина проникновения мала. Так что это скорее вспомогательный метод.

Организация процесса и человеческий фактор

Самая совершенная методика разваливается на глазах, если нет чёткой системы. Кто проводит контроль? Оператор с удостоверением НК — это хорошо. Но если он один на весь завод и у него кроме валов ещё двадцать позиций в день, то о какой тщательности может идти речь? Он будет работать по упрощённой схеме, проверяя только ?проблемные? зоны по чертежу, и может пропустить дефект в неожиданном месте.

Документирование — отдельная песня. Фотография индикации на экране дефектоскопа — это не доказательство. Нужна привязка к эскизу вала, запись настроек прибора, описание дефекта. Был у меня печальный опыт, когда из-за спешки не задокументировал точно координаты подозрительного сигнала. Вал отправили на механическую обработку, сняли слой металла, и сигнал пропал. Дефект ли это был или помеха — осталось загадкой. Пришлось перепроверять всю партию.

Внедрение систем управления, о которых говорится в описании ООО Хэнань Юнгуан, наверняка касается и этого аспекта. Когда данные о контроле заносятся в общую цифровую систему, их труднее потерять, и можно строить статистику: на каких этапах производства или от каких поставщиков чаще появляются дефекты. Это уже переход от точечного контроля к системе управления качеством.

Выводы, которые напрашиваются сами

Так что неразрушающий контроль валов — это не просто пункт в технологической карте. Это постоянный баланс между требованиями нормативов, возможностями оборудования, условиями на объекте и квалификацией персонала. Идеального рецепта нет. Есть понимание, что каждый вал — немного уникальная задача.

Главное — не бояться отступать от шаблонной методики, если этого требует ситуация, но при этом фиксировать все свои действия и решения. И всегда помнить, что цель контроля — не просто выдать бумажку, а реально предотвратить отказ механизма. Особенно когда речь идёт о валах, которые будут работать в мостах, кранах или силовых узлах роботизированных комплексов, подобных тем, что разрабатывает упомянутая компания.

В конце концов, опыт приходит с ошибками. И самая ценная штука в этом деле — не самый дорогой дефектоскоп, а накопленная папка с фотографиями дефектов, своими пометками и записями о том, в каких условиях тот или иной метод сработал, а в каких — подвёл. Этакая полевая база знаний, которую ни в одном стандарте не найдёшь.