книги из ГПНТБ / Постников В.И. Исследование и контроль износа машин методом поверхностной активации

В. И. Постников

Исследование и контроль износа машин методом поверхностной активации

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1973

УДК 621. 039. 85

В книге рассмотрен новый и широко внедряемый в народное хозяйство метод непрерывного и периодического контроля износа деталей машин при стендовых испытаниях и в условиях эксплуа­ тации. Активация деталей машин ускоренными заряженными частицами позволяет создать активный слой определенной глу­ бины в зависимости от энергии частиц и осуществлять контроль за износом Р обычных производственных условиях с высокой точностью и чувствительностью.

Изложены основы метода, отражены некоторые вопросы ап­ паратурного обеспечения, способы математической обработки ре­ зультатов измерения и дано технико-экономическое обоснование применения радиоактивных изотопов для контроля износа. Рас­ смотрен опыт использования метода в различных отраслях на­ родного хозяйства.

Таблиц 26. Иллюстраций 41. Библиография — 32 названия.

© Атомиздат, 1973 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

За последние годы вопросам повышения эффективности на­ учных разработок новой техники партия и правительство уде­ ляют все большее и большее внимание.

дальнейшего повышения эффективности общественного произ­ водства, в первую очередь за счет совершенствования новой техники, создания высокопроизводительных, надежных и дол­ говечных машин и механизмов.

Немаловажное место в вопросе повышения долговечности машин занимает отработка их на износостойкость, обеспечи­ вающая не только долговечную и надежную работу машин, но и определяющая высокое качество выпускаемой с их помощью продукции.

Основная сложность отработки деталей машин на износо­ стойкость— необходимость проведения такого рода испытаний за короткий отрезок времени, но с достаточно высокой точ­ ностью и достоверностью получаемых результатов. Необходимо

В определенной мере этим условиям отвечает рассматривае­ мый метод поверхностной активации, получивший также назва­

разработанного МВТУ им. Н. Э. Баумана, принимали участие многие организации, вложившие свою долю в его совершенство­ вание и оказавшие большую помощь промышленности по его внедрению.

К таким организациям в первую очередь относятся Ленин­ градский институт водного транспорта (лаборатория радиоак­ тивных изотопов), НИИЯФ МГУ, Физико-энергетический инсти­ тут (г. Обнинск), Лаборатория радиоактивных изотопов Московского автозавода им. И. А. Лихачева, ГОСНИТИ и ряд других организаций и предприятий.

3

Г Л А В А 1

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА ПОВЕРХНОСТНОЙ АКТИВАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

Ускоренные заряженные частицы для активации деталей ма­ шин применяют с тем, чтобы в дальнейшем излучение образо­ вавшейся наведенной активности использовать для регистрации износа. Этот метод создан впервые в СССР и в настоящее время начинает получать распространение за рубежом [1].

Как показала практика, использование ускоренных заряжен­ ных частиц позволяет на поверхности почти любых деталей из различных металлов создавать активное пятно, которое испу­ скает у-излучение, проникающее через большую толщину ме­ талла, и поэтому можно непрерывно или периодически измерять его активность аппаратурой, находящейся вне данной машины, а следовательно, бесконтактно и без остановки, а тем более без разборки агрегатов машин. Такая возможность открыла пер­ спективу создания устройств, которые должны позволить в даль­ нейшем автоматизировать весь процесс контроля износа на ма­ шинах.

§1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА

1.Характеристика метода

Разработанный метод предназначен для контроля износа де­ талей машин и механизмов в процессе-их стендовых испытаний и'эксплуатации. iM-етод позволяет осуществлять непрерывный или периодический контроль износа основных деталей машин (гильз, цилиндров двигателей, подшипников двигателей и стан1- ков, различных зубчатых (червячных) колес и др.) без их оста-

5

новки и разборки. Метод основан на регистрации уменьшения величины активности исследуемой детали, в которой на задан­ ном участке создано активное пятно путем бомбардировки де­

Износ детали определяют, сопоставляя относительное умень­ шение активности детали и относительное уменьшение активно­ сти образцов, активированных одновременно и в одних условиях с деталью. Таким образом, чтобы измерить износ исследуемой детали, необходимо провести эталонирование износа на об­ разцах.

Глубина активированного слоя должна быть большей или равной по глубине поверхностному слою детали, который изна­ шивается за один цикл исследований. Продолжительность цикла исследования определяют, исходя из конкретных условий, с уче­ том того, что с уменьшением глубины активированного слоя увеличивается чувствительность метода и повышается точность измерения линейных величин износа. Уменьшение глубины акти­ вированного слоя приводит к снижению продолжительности на­ блюдения за изнашивающейся деталью.

Измеряют активность образца в процессе моделирования в тех же геометрических условиях, в которых измеряют актив­ ность изнашивающейся детали.

Наиболее целесообразный метод активации, обеспечивающий стабильное распределение атомов радиоактивных изотопов по глубине поверхностного активированного слоя и глубину акти­ вации в пределах десятых долей миллиметра,-—активация де­

обычных производственных условиях без применения мер радиа­ ционной защиты.

Глубина активированного слоя, составляющая 0,05—0,4 мм, обеспечивает проведение исследований, различных как по дли­ тельности, так и по получаемой чувствительности.

2. Основные особенности метода

Если сравнить вновь созданный метод с существующим ме­ тодом радиоактивных индикаторов, то следует отметить следую­

6

замеряют всю активность детали, это и позволяет на три и бо­ лее порядка снизить применяемые активности источников.

Точность измерения активности препарата при определенном времени ее измерения снижается с уменьшением отношения квадрата скорости счета, вызванной излучением препарата, к скорости счета фона. Скорость счета фона снижается, если при­ меняют защитные домики, но из-за жесткой постоянной косми­ ческого излучения возможности сильного снижения фона огра­ ниченны. Поэтому точность измерения зависит от скорости счета измеряемого препарата, в данном случае от активности детали. Следовательно, снижение активности при определенной продол­ жительности измерений, которая определяется технико-эконо­ мическими соображениями, ведет к уменьшению точности изме­ рения износа. В связи с этим необходимо выбрать определен­ ную границу снижения активности. Такой границей является предельно допустимая на рабочем месте активность радиоизо­ топных источников, приведенная в последней графе табл. 1 «Норм радиационной безопасности»*.

При использовании разработанного метода обычно приме­ няют следующие радиоактивные изотопы: Со5 6 , Со5 7 , Со5 8 и Мп 5 4 (образуется в процессе исследований Ре5 9 ),для которых суммар­ ная активность на рабочем месте не должна превышать 10 мккюри. В связи с этим активность детали в начале испы­ таний, связанных с возможностью распыления радиоактивных материалов, не должна превосходить 10 мккюри. (Предельно допустимая на рабочем месте активность указанных источников (10 мккюри) не требует регистрации или получения разреше­ ния санитарно-эпидемиологической службы.)

Активированную деталь до испытания можно рассматривать как источник ^-излучения, и ее активность, согласно «НРБ—69»,

* Нормы радиационной безопасности (НРБ—69). Изд. 2-е. М., Атомиздат, 1972.

7

Исключение мер радиационной защиты, обусловленное малой активностью, позволяет проводить исследования по дифферен­ циальному методу радиоактивных индикаторов в обычных ус­ ловиях стойкостных испытаний на стенде или в условиях экс­ плуатации, что практически до разработки данного метода осу­ ществить не удалось.

Глубину активированного слоя, получаемого при активации ускоренными заряженными частицами, можно заранее устано­ вить в указанных пределах, в то время как при обычном ме­ тоде радиоактивных индикаторов деталь активируется на всю глубину. Нейтронами трудно активировать крупногабаритные

тронами активируется с наибольшим выходом стабильный изо­ топ Fe5 6 , содержание которого в природной смеси стабильных изотопов составляет 91,65%. Это позволяет активировать сталь­ ную или чугунную деталь до активности, определяемой «Нор­ мами радиационной безопасности», за 20—30 мин при мощности бомбардирующего пучка около 1 мка-сек. Всю активацию, включая время, необходимое для установки детали и спада

Таким образом, активация заряженными частицами не толь­ ко позволяет вести работы по непрерывному контролю за изно­ состойкостью детали в обычных производственных условиях, но и позволяет снизить затраты времени и средств на активацию деталей.

На рис. 1 дана схема активации выведенным пучком уско­ ренных заряженных частиц цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Детали могут активироваться под различными угла-

8

ми, а при наличии специальных устройств и при непрерывном вращении.

Разработанная МВТУ им. Н. Э. Баумана совместно с НИИЯФ МГУ вакуумная камера позволяет вести активацию непосредственно в вакууме, без вывода пучка на воздух.

Узел Л

Пучок заряженных' частиц

Узел Л

Место установки

Рис. I. Схема активации цилиндра двигателя внутреннего сгорания пучком заряженных частиц, выведенных на воздух:

/ — цилиндр; 2 — наконечник с диафрагмой; 3 — активированное пятно.

§ 2. АКТИВАЦИЯ МЕТАЛЛОВ УСКОРЕННЫМИ ЗАРЯЖЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ

Исследования, связанные с подтверждением теоретических расчетов глубины активации различными ускоренными заря­ женными частицами с неодинаковой энергией, а также иденти­ фикация образующихся радиоактивных изотопов и исследование их распределения по глубине поставили вопрос о разработке методики эталонирования на образцах, что и было положено в дальнейшем в основу разработанного метода.

Исследования, начатые в 1959 г. по активации твердых спла­ вов, продолжаются и в настоящее время, ведутся на различных металлах не только на образцах, но и на разных деталях (зуб­ чатых колесах, цилиндровых втулках, подшипниках и т. п.) и на инструменте.

Исследования по активации образцов и различных деталей проводятся по методике, разработанной под руководством ав­ тора.

9