Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов

Показана возможность применения метода твердометрии для определения механических свойств металла. Получены результаты контроля по каждому основному несущему элементу грузоподъемных механизмов с учетом факта изготовления различных элементов из сталей с разными механическими свойствами. Applicabilit...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Datum:2009
Hauptverfasser: Садило, А.В., Макац, В.Г., Рахманный, А.С.
Format: Artikel
Sprache:Russisch
Veröffentlicht: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2009
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103409
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов / А.В. Садило, В.Г. Макац, А.С. Рахманный // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 4. — С. 52-56. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859629459387187200
author Садило, А.В.
Макац, В.Г.
Рахманный, А.С.
author_facet Садило, А.В.
Макац, В.Г.
Рахманный, А.С.
citation_txt Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов / А.В. Садило, В.Г. Макац, А.С. Рахманный // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 4. — С. 52-56. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description Показана возможность применения метода твердометрии для определения механических свойств металла. Получены результаты контроля по каждому основному несущему элементу грузоподъемных механизмов с учетом факта изготовления различных элементов из сталей с разными механическими свойствами. Applicability of hardness measurement method for determination of the metal mechanical properties is demonstrated. Testing results were obtained for each main load-carrying element of hoisting mechanisms allowing for the fact of various elements being made from steels with different mechanical properties.
first_indexed 2025-12-07T13:08:54Z
format Article
fulltext УДК 621.19.14 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ТВЕРДОМЕТРИИ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ А. В. САДИЛО, В. Г. МАКАЦ, А. С. РАХМАННЫЙ Показана возможность применения метода твердометрии для определения механических свойств металла. Получены результаты контроля по каждому основному несущему элементу грузоподъемных механизмов с учетом факта изготовления различных элементов из сталей с разными механическими свойствами. Applicability of hardness measurement method for determination of the metal mechanical properties is demonstrated. Testing results were obtained for each main load-carrying element of hoisting mechanisms allowing for the fact of various elements being made from steels with different mechanical properties. Возможность применения метода твердометрии для определения механических свойств металла рассмотрена рядом авторов [1, 2] и регламенти- рована соответствующей нормативной докумен- тацией [3–6] для ряда объектов повышенной опас- ности, в том числе: объектов атомной энергетики, сосудов, работающих под давлением, котлоагре- гатов, трубопроводов, объектов нефтехимии. С на- чала 1970-х годов метод динамической твердо- метрии широко применяется при экспертном обследовании — для определения механических свойств металла (предела текучести и временного сопротивления на разрыв) как функции твердости по Бринеллю (НВ). В силу актуальности этот воп- рос часто рассматривается в литературе [7]. При экспертном обследовании грузоподъем- ных механизмов (ГПМ) этот метод еще не нашел широкого применения, однако целесообразность его применения обоснована необходимостью: получения информации о механических свойс- твах металла σт, σв основных несущих металло- конструкций при определении возможности даль- нейшей эксплуатации, реконструкции, модерни- зации эксплуатируемых ГПМ; входном контроле импортируемых ГПМ, механические свойства ме- талла которых неизвестны или нуждаются в уточ- нении; определения прочности и пригодности к даль- нейшей эксплуатации ходовых колес кранов мос- тового и башенного типа, для которых норматив- ные значения изложены в работе [8] (HB = = 320…390 МПа) или согласно работе [12] могут быть рассчитаны по формуле: [σ0] = 3,92HBe–HB ⁄ 800, (1) где [σ0] — допустимое значение эффективных нап- ряжений; е — основание натурального логарифма; оценки прочности элементов (рельсов) надзем- ных (наземных) подкрановых путей, необходимая твердость поверхности которых регламентирова- на нормативными документами [2, 9], может быть рассчитана по формуле: HBp ≥ HBк 9√⎯⎯⎯πDz L , (1а) где HBр, HBк, МПа — поверхностная твердость рельса и колеса соответственно; D — диаметр ко- леса; z — количество ходовых колес на концевой балке; L — длина рабочего участка, м. При проведении экспертного обследования оп- ределить твердость HB поверхности катания прак- тически легче, чем измерить нормированные [10] геометрические браковочные показатели, для оп- ределения которых необходимо провести демон- таж колес. Существующие технологии определения σт [σ0,2] и σв, рекомендованные и нормированные [10, 11], имеют определенные недостатки. 1. Метод вырезания проб. 1.1. Необходимость проведения вырезки боль- шого количества заготовок, необходимых для из- готовления образцов, при этом их количество воз- растает с учетом разных напряжений по сечениям; разные марки сталей, использованные для изго- товления металлопроката; отсутствие фактичес- ких сведений о действительном (не минимально гарантированном) значении σт [σ0,2], которое яв- ляется основной расчетной величиной. Ориенти- ровочно количество образцов, согласно требова- ниям [10] по разным типам ГПМ, приведено в табл. 1. Меньшее количество образцов ведет к полу- чению неполной информации о состоянии метал- ла основных несущих металлоконструкций ГПМ в целом и увеличению возможной погрешности при проведении проверочных расчетов. 1.2. Изменение свойств металла в процессе его резки, механической обработки при изготовлении образцов с целью приведения их в соответствие с требованиями ГОСТ 1497;© А. В. Садило, В. Г. Макац, А. С. Рахманный, 2009 52 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2009 1.3. Возможность ошибки работника (челове- ческий фактор), проводящего вырезку металла, изготовление образцов, испытание, а также пог- решность разрывной машины, невозможность точного определения площадки текучести. Суммарная погрешность γ при определении σт [σ0,2] этим методом математически не оценива- лась в полном объеме, но по оценке работы [12] она достигает 10…12 % (данное значение — ори- ентировочное, так как невозможно точно опреде- лить погрешность, обусловленную п. 1.2. и 1.3.) 2. Метод магнитного контроля (коэрцитомет- рия) согласно работе [13] позволяет определять остаточный ресурс металла основных несущих металлоконструкций. Метод не может быть использован для прове- дения проверочных расчетов, так как не опреде- ляет значения σт [σ0,2], необходимые для опреде- ления возможности изменения грузоподъемности и других основных параметров, а значение зоны эксплуатации (состояния металла) определялось, исходя из гарантированного значения σт [σ0,2] сог- ласно нормативной документации (например, для стали Ст3 σт = 2300 кг/см2 (230 МПа), хотя по гра- фику (рис. 1) приведенное согласно работе [9] зна- чение σт (σ0,2) достигает 3300 кг/см2 (330 МПа). По экспериментальным данным, полученным авторами при механических испытаниях образ- цов, вырезанных из 70 ГПМ мостового типа, эк- сплуатирующихся 20 лет и более, среднее значе- ние составляет 454,0 МПа. Преимуществами метода твердометрии явля- ются: возможность получения результата по каждо- му основному несущему элементу ГПМ; при этом имеется возможность учитывать факт изготовле- ния различных элементов из сталей с разными (от- личными на величину до 20 %) механическими свойствами; возможность учета погрешности прибора при обработке результатов измерения нормативными методами. Преимуществом этого метода является невоз- можность его использования при отклонении ре- зультата S/HB > 0,1, где S — среднее квадратичное отклонение следствий испытаний; HB — среднее арифметическое значение твердости (по Бринел- лю). Согласно работе [6], возможное минимальное среднее значение измеренной твердости будет HB0 = HBср – kсΔср, (2) где kс — коэффициент, который определяется с помощью распределения Стюдента; Δср — среднее квадратичное отклонение величины HBср HBср = 1n ∑ i = 1 n HBi, (3) где HBср — среднее значение твердости элемента несущей металлоконструкции ( главная балка, концевая балка, элементы фермы–стойка, раскос, пояс). 3. Практическая легкость подготовки повер- хности перед проведением испытаний. Нужное качество поверхности (Rа 2,5[Rz 20]) легко дости- гается с помощью шлифовальной машинки с обычным кругом. При проведении работ авторами были проанализированы возможные причины по- Т а б л и ц а 1. Ориентировочное количество образцов, необходимых для получения достоверных сведений о механических свойствах металла несущих металлоконструкций ГПМ Тип крана Место вырезки согласно работе [10] Общее количество проб Мостовой однобалочный Главная балка — 2 (по центру и место постоянного подъема–опускания груза) Вертикальная ферма (при наличии) — 3 Концевая балка — 2 7 Мостовой двухбалочный с главны- ми балками коробчатого сечения Главная балка — 4 (по центру и место постоянного подъема–опускания груза) Концевая балка — 2 (по центру, полка, стенка) Тележка грузовая — 1 7 Мостовой двухбалочный фермен- ной конструкции Главная балка — 4 (раскосы, пояса) Концевая балка — 2 Тележка грузовая — 1 7 Козловой Главная балка (ригель) — 5...7 в зависимости от типа Стойки — 4 11 Рис. 1. Распределение значений σт (σ0,2) для стали Ст.3 по результатам экспериментальных испытаний ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2009 53 явления погрешностей согласно табл. 2.12 [14, 15]. Анализ представлен в табл. 2. Таким образом, вероятность появления основ- ных причин погрешности довольно мала, единс- твенно возможным ее источником может быть не- посредственно прибор. Но последние его модификации (например, ТДМ- 1(2) производства НПФ «Ультракон- сервис») значительно усовершенство- ваны и обеспечивают разброс значений твердости HB 1…2 %, т. е. допустимый при практическом использовании. С целью определения практической возможности применения метода твер- дометрии авторами проведены: 1. Сравнительные испытания ре- зультатов, полученных на стационар- ном твердомере ТШ-2М и приборах ТДМ-2 производства НПФ «Ультра- кон-сервис». Расхождение между результатами, полученными на стационарном твердо- мере ТШ-2М и с помощью ТДМ-2, сос- тавили, %: низкоуглеродистая сталь Ст.3 (всех модификаций — сп, псп, кп) — 8; низколегированная сталь 09Г2С — 5. 2. Сравнительные испытания для определения σ0,2[σт] методом твердо- метрии по схеме: проведение поэлементной твердо- метрии приборами ТДМ-2 по схеме рис. 2, а; определение среднего значения HB по каждому элементу несущей метал- локонструкции; определение σ0,2 по формулам: σ0,2 = 0,37HB – 240 при HB > 1500 МПа, (4) σ0,2 = 0,2HB при HB < 1500 МПа, (5) Т а б л и ц а 2. Анализ возможных причин возникновения погрешностей при проведении твердометрии Источник погрешности Проявление погрешности Причина Примечание Испытанный объект Повышенный разброс значений твердости Крупное зерно* — Неплотное прилегание к опоре — Степень и направление клеветы Устраняется шлифовальной машинкой Значительная шершавость поверхности Наличие окалины Прибор Повышенный разброс значений твердости Низкое качество индентора Качество индентора, гарантированное изго- товителем на определенное количество ис- пытаний Отклонение действующей силы от нормали до контролируемой поверхности Маловероятно в связи с прямолинейностью поверхности проката (кроме трубы) Наблюдатель Перекручивание ре- зультатов измерений Настройка прибора В связи с простотой настройки прибора — маловероятно Вибрация прибора Маловероятно Ошибка при отсчете на приборе Недостаточная подготовка наблюдателя Маловероятно в связи с простотой настрой- ки прибора * Погрешность при измерении твердости по Бринеллю и Роквеллу для крупного зерна — M – , в остальных случаях — не определено. Рис. 2. Схема измерения твердости на мостовом однобалочном кране (а) и по перерезам мостового однобалочного крана (б): I — главная балка (в зоне наклепа измерения не проводились); II — концевая (опорное сечение) 54 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2009 либо по имеющимся справочным таблицам (нап- ример, табл. 13 [17], ГОСТ 22761) с последующим переводом σв в σт(0,2); – определение σ0,2 классическим способом (вырезка проб), которое было проведено по 70 объектам-кранам мостового типа. Вырезка осу- ществлена по схемам, приведенным на рис. 2, 3. При сравнительном анализе результатов испы- тания образцов на разрывной машине УГ-20 и ре- зультатов твердометрии по каждому элементу (главная и концевые балки по каждому ГПМ от- дельно) среднее отклонение составило 7,3 % или Δσ0,2 ср = 14 МПа. На взгляд авторов, это расхождение является удовлетворительным и результаты твердометрии могут быть использованы в реальной инженерной практике. Сейчас авторами готовится и проводится пов- торный эксперимент с использованием усовер- шенствованного прибора ТДМ-2 2008 г. выпуска (рис. 4), который включает: – сравнительные испытания с определением σ0,2 как функции твердости HB на основных эле- ментах, применяемых в конструкциях ГПМ металлопроката (двутавр, швеллер, уголок, труба) указанным выше прибором и стационарным твердомером ТШ-2М; – повторную твердометрию металло- конструкций кранов, по которым прове- дено определение σ0,2 классическим спо- собом со сравнительным анализом значе- ний σ0,2, полученных ранее на разрывной машине УГ-20 и описанным зависимос- тями (4), (5). Выводы 1. Суммарная погрешность при опреде- лении σ0,2 методом динамической твер- дометрии не превышает 10 % результа- тов, полученных классическим методом согласно требованиям ГОСТ 1497, что де- лает возможным применение значений, полученных этим методом, в инженерных расчетах при определении возможностей дальнейшей эксплуатации, а также модер- низации и реконструкции ГПМ (с изменением ос- новных параметров). При вычислении σ0,2 как функции HB получены меньшие значения, чем классическим способом, и таким образом, опре- деление прочности, полученное с применением динамических твердомеров, идет «в запас». 2. Для окончательного определения возмож- ностей метода твердометрии при определении значения σ0,2 необходимо проведение дополни- тельных испытаний: – по каждому из основных типов проката от- дельно (швеллер, двутавр, уголок, замкнутое трубчатое сечение, листовой прокат); – на ферменных конструкциях отдельно для растянутых (сжатых) стрежней; – прочности ходовых колес, элементов (рельсов) подкрановых путей, в том числе при предельных отклонениях их геометрических параметров для оп- ределения возможности дальнейшей эксплуатации. 3. Возможности последней версии прибора ТДМ-2 производства ООО «Промприлад» при не- которой его доработке позволяют получить дос- таточно точный результат, который может быть применен для проведения расчетов при модерни- зации (реконструкции) ГПМ, а также при прове- дении расчетно-аналитической процедуры с целью определения возможности их дальнейшей безопасной эксплуатации; входном контроле ме- таллоконструкций импортируемых ГПМ. 4. Наличие отработанного в производстве и эк- сплуатации парка приборов, низкая трудоемкость, возможность применения методов математичес- кой статистики для обработки результатов делает этот метод возможным для легитимизации и при- менения при: Рис. 3. Место фиксированного подъема–опускания груза (I) и места от- бора проб (II) на мостовом кране (а), из главной балки (монорельса) (б) и концевой (в) Рис. 4. Прибор ТДМ-2 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2009 55 – проведении расчетов, выполняемых для оп- ределения возможности реконструкции (модерни- зации), в том числе с изменением основных па- раметров; – определении возможности дальнейшей безо- пасной эксплуатации, в том числе в случаях уменьшения толщины прокатных элементов вследствие равномерной коррозии — в соответс- твии с требованиями [10] и других методических документов; – определение возможности дальнейшей безо- пасной эксплуатации колес кранов, элементов (рельсов) подкрановых путей; – входном контроле импортируемых ГПМ; – входном контроле металлопроката на пред- приятиях краностроения и организациях, которые выполняют работы по ремонту и реконструкции ГПМ. При этом необходима разработка и согласова- ние с надзорными инстанциями соответствующей нормативной документации. 5. Применение твердометрии в комплексе с другими современными методами неразрушающе- го контроля (в том числе коэрцитометрией [13]) позволяет получить полнообъемную информацию о состоянии металла основных несущих металло- конструкций. 1. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностики сварных конструкций / Под ред. Б. Е. Патона. — Киев: ИНД- ПРОМ, 1998. — 620 с. 2. ДСТУ 2484–94. Рельсы крановые. Технические требова- ния. 3. Инструкция по экспертному обследованию (техническо- му диагностированию). Котлы паро- и водогрейные про- мышленных предприятий / Мин-во пром. политики Ук- раины. — Утв. Приказом № 87 от 09.03.2006 г. — Харь- ков, 2006. 4. Инструкция по экспертному обследованию (техническо- му диагностированию). Трубопроводы пары и горячей воды промышленных предприятий / Мин-во пром. поли- тики Украины. — Утв. Приказом № 87 с 09.03.2006 г. — Харьков, 2006. 5. Инструкция по экспертному обследованию (техническо- му диагностированию). Сосуды, которые работают под давлением на промышленных предприятиях / Мин-во пром. политики Украины. — Утв. Приказом № 87 с 09.03.2006 г. — Харьков, 2006. 6. ДСТУ 4046–2001. Оборудование технологическое неф- теперерабатывающих, нефтехимических и химических производств. Техническое диагностирование. Общие технические требования. 7. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справоч- ник по сопротивлению материалов. — Киев: Наук. дум- ка, 1988. — 700 с. 8. ГОСТ 28648–90. Колеса крановые. Технические условия. 9. Гайдамака В. Ф. Грузоподъемные машины. — Киев: Ви- ща шк., 1989. — 320 с. 10. ОМД 001.20253.01–2005. Методика проведения эксперт- ного обследования кранов мостового типа. 11. НПАОП 0.00-1.01–07. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. 12. Ярошевич В. Д. Рывкина Д. Г. Влияние способа получе- ния проб для механических испытаний на их результаты // Физика металлов и металловедение. — 1958. — № 2. 13. МВ 0.00-7.01–05. Методические указания для проведе- ния магнитного контроля напряженно-деформированно- го состояния металлоконструкций подъемных сооруже- ний. 14. Должанский П. Р. Контроль надежности металла объек- тов котлонадзора. Справ. пособие. — М.: Недра, 1985. — 380 с. 15. Неразрушающие методы контроля механических свойс- тв металла энергооборудования в процессе длительной эксплуатации по твердости с использованием современ- ных переносных твердомеров / Э. Я. Векслер, И. В. За- мекула, В. Ю. Толстов, Э. В. Семешко // Техн. диагнос- тика и неразруш. контроль. — 2008. — № 1. — С. 39–42. Дорожный экспертно-техн. центр ЮЖД, Харьков НТУ «ХПИ» Поступила в редакцию 02.10.2008 15-а Міжнародна науково-технічна конференція ЛЕОТЕСТ-2010 ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ТА АКУСТИЧНІ МЕТОДИ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ МАТЕРІАЛІВ ТА ВИРОБІВ 15–20 лютого 2010 р. c. Славське Тематика конференції: • теорія і практика методів неруйнівного контролю матеріалів та виробів; • діагностичні аспекти застосування методів неруйнівного контролю відповідальних конструкцій в експлуатації; • електромагнітні та акустичні первинні перетворювачі та методи обробки сигналів, питання метрологічного забезпечення методів НК; • автоматичні системи та прилади контролю якості виробів; • науково-організаційні та економічні проблеми, питання акредитації лабораторій, сертифікації продукції, підготовки та атестації персоналу з методів НК. Тел.: (032) 275-08-69, моб.: 067-9998834 (Учанін Валентин Миколайович). E-mail: uchanin@ipm.lviv.ua або leotest@org.lviv.net. 56 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2009
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103409
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0235-3474
language Russian
last_indexed 2025-12-07T13:08:54Z
publishDate 2009
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format dspace
spelling Садило, А.В.
Макац, В.Г.
Рахманный, А.С.
2016-06-16T10:21:31Z
2016-06-16T10:21:31Z
2009
Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов / А.В. Садило, В.Г. Макац, А.С. Рахманный // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 4. — С. 52-56. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
0235-3474
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103409
621.19.14
Показана возможность применения метода твердометрии для определения механических свойств металла. Получены результаты контроля по каждому основному несущему элементу грузоподъемных механизмов с учетом факта изготовления различных элементов из сталей с разными механическими свойствами.
Applicability of hardness measurement method for determination of the metal mechanical properties is demonstrated. Testing results were obtained for each main load-carrying element of hoisting mechanisms allowing for the fact of various elements being made from steels with different mechanical properties.
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Производственный раздел
Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов
Application of the method of hardness measurement in examination of hoisting mechanisms
Article
published earlier
spellingShingle Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов
Садило, А.В.
Макац, В.Г.
Рахманный, А.С.
Производственный раздел
title Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов
title_alt Application of the method of hardness measurement in examination of hoisting mechanisms
title_full Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов
title_fullStr Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов
title_full_unstemmed Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов
title_short Применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов
title_sort применение метода твердометрии при обследовании грузоподъемных механизмов
topic Производственный раздел
topic_facet Производственный раздел
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103409
work_keys_str_mv AT sadiloav primeneniemetodatverdometriipriobsledovaniigruzopodʺemnyhmehanizmov
AT makacvg primeneniemetodatverdometriipriobsledovaniigruzopodʺemnyhmehanizmov
AT rahmannyias primeneniemetodatverdometriipriobsledovaniigruzopodʺemnyhmehanizmov
AT sadiloav applicationofthemethodofhardnessmeasurementinexaminationofhoistingmechanisms
AT makacvg applicationofthemethodofhardnessmeasurementinexaminationofhoistingmechanisms
AT rahmannyias applicationofthemethodofhardnessmeasurementinexaminationofhoistingmechanisms