Исследование и разработка метода неразрушающего контроля качества никелевых и никель-хромовых покрытий узлов жидкостных ракетных двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Калошин, Валентин Александрович

• Калошин, Валентин Александрович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Калошин, Валентин Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТОЛЩИНОМЕТРИИ УЗЛОВ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИНАТЕЛЕЙ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЙ

1.1 Состояние проблемы

1.2 Толщиномеры покрытий жидкостных ракетных двигателей и их основные метрологические характеристики

1.3 Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ И СВОЙСТВ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ НАМАГНИЧИВАНИИ В СРЕДНИХ ПОЛЯХ

2.1 Установление влияния характера намагничивания ферромагнетика на отрывную силу постоянного магнита (средние поля)

2.2 Магнитная толщинометрия в слабых полях (толстые покрытия)

2.3 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ И ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОКАЗАНИЯ МАГНИТНЫХ ТОЛЩИНОМЕРОВ

3.1 Магнитная толщинометрия узлов жидкостных ракетных двигателей в сильных магнитных полях (тонкие покрытия)

3.2 Оценка влияния напряженного состояния гальванических никелевых покрытий на показания магнитных толщиномеров

3.3 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ДВУХСЛОЙНЫХ НИКЕЛЬ-ХРОМОВЫХ И ДВУХСТОРОННИХ ПОКРЫТИЙ НА УЗЛАХ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

4.1 Магнитный пондеромоторный метод определения толщины двухслойных никель-хромовых покрытий узлов жидкостных ракетных двигателей

4.2 Контроль толшины двухсторонних никелевых покрытий узлов жидкостных ракетных двигателей

4.3 Выводы по главе 4

ГЛАВА 5. ТОЛЩИНОМЕРЫ ПОКРЫТИЙ МТП, ИХ ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

5.1 Описание конструкции и принципа работы приборов типа МТП

5.2 Выводы по главе

ГЛАВА 6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ И АТТЕСТАЦИИ КОНТРОЛЬНЫХ МЕР ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЙ

Выводы по главе 6

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРОЕКТ ГОСТ Р МАГНИТНЫЙ ПОНДЕРОМОТОРНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ НИКЕЛЕВЫХ И НИКЕЛЬ-ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА КОНТРОЛЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. МЕТОДИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ. МЕРЫ ТОЛЩИНЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ. СЕЛЕКТИВНО-ВЕСОВОЙ МЕТОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. МЕРЫ ТОЛЩИН ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. МЕТОДИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ. АТТЕСТАЦИЯ МЕР ТОЛЩИН ПОКРЫТИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ СЕЛЕКТИВНО-ВЕСОВЫМ МЕТОДОМ

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. АКТ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ МАГНИТНОГО ТОЛЩИНОМЕРА ХРОМ-НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ МТП-ХН

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. АКТ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ МАГНИТНОГО ТОЛЩИНОМЕРА НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ МТП-ТН

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка метода неразрушающего контроля качества никелевых и никель-хромовых покрытий узлов жидкостных ракетных двигателей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В настоящее время ракетно-космическая техника находит все более широкое применение в различных областях науки и техники. При этом на первый план выходит вопрос повышения надежности и технологичности конструкции, а также снижения стоимости ее изготовления и эксплуатации. Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), являющиеся сегодня основой силовых установок большинства космических ракет, по стоимости разработки и производства составляют (20-40)% стоимости ракеты [1,2]. Поэтому весьма актуальной задачей является снижение затрат на разработку, изготовление и эксплуатационные расходы ЖРД.

Нанесение на поверхность деталей и узлов ЖРД различных металлических и неметаллических покрытий с целью придания им специальных свойств является необходимым условием обеспечения их надежности работы. Поэтому одним их основных показателей качества двигателя является обеспечение необходимой толщины покрытия. В связи с этим весьма актуальным становится разработка приборов и методик для надежного определения толщины таких специфических для ЖРД видов покрытий как толстослойных никелевых, двухслойных никель-хромовых покрытий и двухсторонних никелевых покрытий [3]. Никелевое гальваническое покрытие не является однородным по своим свойствам, а его магнитные свойства во многом зависят от технологических факторов при его нанесении, основными из которых являются внутренние напряжения, загрязнение и температура электролита, скорость его прокачки. Данные факторы зачастую становятся непреодолимым препятствием для неразрушающего контроля толщины данных покрытий. Поэтому разработка и апробация алгоритмов контроля для решения задачи надежного контроля толщин никелевых и никель-хромовых покрытий является актуальной

задачей, направленной на повышение качества ракетной техники. В настоящее время ни один из представленных на мировом рынке неразрушающего контроля толщиномеров не обеспечивает должную точность и функциональность при определении толщины никелевых и никель-хромовых покрытий.

Объектом исследований в работе является магнитный пондеромоторный метод [4,5,6], основанный на автоматическом прецизионном измерении силы притяжения постоянного магнита к поверхности испытуемого покрытия, который, несмотря на значительный прогресс современной измерительной электронно-вычислительной техники, не утратил своей актуальности, а в последнее время начал приобретать исключительно важное значение благодаря новым конструктивным решениям и методикам измерения.

Цель работы

Целью настоящей работы является разработка алгоритмов, методик и средств контроля толщины никелевых, никель-хромовых и двухсторонних никелевых покрытий узлов ЖРД. Для этого в работе проводятся:

- исследования влияния параметров намагничивания ферромагнитного никелевого покрытия, структуры покрытия и его внутренних напряжений на отрывную силу постоянных магнитов, имеющих различную магнитную индукцию;

- теоретическое исследование особенностей магнитного контроля толщины никелевых и никель-хромовых покрытий в сильных и слабых магнитных полях;

- расчет рабочих параметров контроля и оценка прогнозируемой погрешности измерений получаемых в разрабатываемых методиках.

Основные задачи

Основные задачи, которые необходимо решить для достижения указанной цели, состоят в следующем:

1 Исследование влияния параметров намагничивания на эффективность метода магнитного контроля и определение оптимальных диапазонов их использования.

2 Исследование условий применения магнитной толщинометрии в сильных и слабых магнитных полях для контроля никелевых и хромовых покрытий.

3 Разработка алгоритма анализа влияния параметров намагничивания ферромагнетика на отрывную силу постоянного магнита.

4 Исследование возможностей использования магнитных и вихретоковых толщиномеров для контроля никелевых и хромовых покрытий элементов ЖРД.

5 Разработка макетного образца толщиномера для контроля никелевых и хромовых покрытий элементов и деталей сборочных единиц (ДСЕ) ЖРД.

6 Исследование влияния механических напряжений и структуры никелевых покрытий на погрешность измерения толщины покрытий ДСЕ ЖРД магнитными толщиномерами.

Научная новизна

1 Установлено влияние различных способов намагничивания ферромагнетика на отрывную силу постоянного магнита.

2 Предложен, разработан и изготовлен имитатор ЖРД для целей исследования возможностей контроля, по геометрическим параметрам соответствующий требованиям конструкторской документации к камерам сгорания (КС) ЖРД.

3 Установлены зависимости влияния механических напряжений и структуры никелевых покрытий ДСЕ ЖРД на погрешность измерений магнитных толщиномеров.

4 Предложен и разработан алгоритм контроля структуры толстослойных никелевых покрытий элементов ЖРД, в котором реализована компенсация напряжений и учтены особенности структуры покрытий.

5 Разработаны алгоритм и методика контроля двухслойных никель-хромовых и никелевых покрытий КС ЖРД.

6 Теоретически исследованы различные режимы контроля с использованием метода магнитной толщинометрии в сильных магнитных полях.

Практическая ценность и внедрение результатов работы

Практическая ценность работы состоит во внедрении и оптимизации комплекса научно-методических и технических решений, разработке на базе этого комплекса специализированных средств магнитного контроля ЖРД для использования предприятиями ракетно-космической отрасли.

При участии и под руководством автора реализованы и внедрены в конструкторскую документацию (КД) ЖРД методики и технические условия на контроль составных частей ЖРД с нанесенными конструкционными и технологическими покрытиями:

- КС без смесительной головки (имитатор);

- дозвуковой части сопла КС;

- сверхзвуковой части сопла КС;

- внешней силовой оболочки;

- внутренней огневой стенки с оребренной наружной поверхностью. По результатам работы был создан алгоритм контроля, позволивший

решить задачу обеспечения расчетного теплового режима работы двигателя, а, следовательно, и обеспечения необходимого ресурса ЖРД.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1 Аналитические выражения для величины отрывного усилия постоянного магнита от никелевого покрытия заданной толщины, но имеющего различное значение магнитной проницаемости.

2 Методика раздельного определения толщины никелевого покрытия и магнитной проницаемости с помощью приборов, имеющих постоянные магниты с различной намагниченностью.

3 Методика отстройки от влияния напряжений и особенностей структуры покрытий на показания магнитных толщиномеров при контроле толстослойных никелевых покрытий в диапазоне толщин 300-700 мкм.

4 Методика определения толщины хромового покрытия в диапазоне 50-120 мкм на никелевом подслое различной толщины.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на 7 международных и отечественных конференциях и семинарах по методам и средствам неразрушающего контроля:

1 19 Международная конференция и выставка «Современные метода и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (Ялта, 2001);

2 «Международная научно-техническая конференция «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов» (Могилев, 2004).

3 IX Европейская конференция по неразрушающим методам контроля (Берлин, 2008).

4 7-я Международная конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2008);

5 Отраслевая конференция «Актуальные проблемы неразрушающего контроля качества космической техники» (Санкт-Петербург, 2008).

6 XIX Всероссийская научно-техническая конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике (Самара, 2011 г);

7 Отраслевая конференция «Проблемы контроля качества пайки и конструкционных покрытий наносимых на камеры ЖРД РКТ» (Москва, 2012).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 21 печатная работа, в том числе в ведущих рецензируемых ВАК научных журналах - 6 печатных работ. На технические решения, реализованные в разработанных методиках и приборах получены 1 патент на полезную модель, 1 патент на изобретение и 8 авторских свидетельств.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Калошин, Валентин Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На основании теоретических и экспериментальных исследований и результатов длительной практики использования приборов магнитного пондеромоторного метода была решена проблема контроля толстостенных никелевых, двухслойных никель-хромовых и двухсторонних никелевых покрытий камер сгорания жидкостных ракетных двигателей. В ходе решения поставленной проблемы были получены следующие результаты:

1 С использованием метода магнитных зеркальных изображений получены аналитические выражения для величины отрывных усилий постоянного магнита от никелевого покрытия заданной толщины, но имеющим различное значение магнитной проницаемости.

2 Разработана методика раздельного определения толщины никелевого покрытия и магнитной проницаемости, с помощью приборов, имеющих постоянные магниты с различной намагниченностью, величина которой недостаточна для доведения контролируемого участка никелевого покрытия до состояния магнитного насыщения.

3 Проведенные экспериментальные исследования по оценке влияния различных параметров структуры покрытий, полученных с помощью рентгеноструктурного анализа, на точность определения толщины никелевых покрытий, позволили установить соотношение между предельными толщинами никелевых покрытий, подлежащих контролю, и необходимыми для обеспечения заданной точности измерений параметрами постоянного магнита (радиус наконечника и намагниченность).

4 Установлено, что основным мешающим фактором при измерении толщины никелевых покрытий магнитным пондеромоторном методом являются внутренние напряжения в покрытии, обусловленные особенностями конкретных технологических процессов нанесения. Экспериментально показано, что напряжения сжатия в покрытии приводят к занижению измеренных значений толщины покрытия, а напряжения растяжения к завышению показаний приборов, причем величина погрешности прямо пропорциональна абсолютному значению напряжений.

5 Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что надежным способом отстройки от влияния напряжений и особенностей структуры покрытий на показания магнитных толщиномеров при контроле толстослойных никелевых покрытий в диапазоне толщин 300-700 мкм является использование в приборах МТА в качестве чувствительных элементов постоянных магнитов на основе редкоземельных материалов с индукцией не ниже 0,4 Тл, позволяющих создать намагниченность никелевого покрытия близкую к состоянию технического насыщения.

6 Установлено, что наибольшую точность определения толщины хромового покрытия на никелевом подслое можно достичь при условии привязки градуировочных кривых: усилие отрыва - толщина хромового покрытия не к толщине никелевого подслоя, а к его магнитным свойствам, характеризуемым магнитной проницаемостью. Этому условию удовлетворяют постоянные магниты с индукцией порядка 0,1 Тл и минимальным полюсным расстоянием, т.е. с максимальной чувствительностью к изменению зазора между никелевым подслоем и наконечником постоянного магнита.

7 Получены эмпирические соотношения, связывающие показания магнитных толщиномеров с толщинами двухсторонних никелевых покрытий с известной толщиной немагнитной прослойки между ними (практический случай контроля лопаток турбонасосных агрегатов). Разработана методика раздельного определения толщины покрытия по двум показаниям приборов в точках покрытий, расположенных на линии перпендикулярной контролируемым поверхностям.

8 По результатам работы впервые в отрасли разработана конструкторская документация по использованию методов неразрушающего контроля в производстве ЖРД. Созданы специальные методики и технологии неразрушающего контроля. Приборы успешно внедрены на головных предприятиях ракетно-космической отрасли, а также в смежных оборонных отраслях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Калошин, Валентин Александрович, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. В. Анисимов, А. Куценко, В. Малахов, А. Рудаков Матричная методология в теории акустоупругого эффекта // Одесса, Оптимум, 2002, 221 с.

2. Зацепин H.H., Малько И.И. О состоянии и развитии методов и средств толщинометрии / Физика неразрушающего контроля, Академия наук Белорусской ССР, Минск, 1974, с. 115-136.

3. Ю.Н. Макаров, A.A. Лухвич, В.А. Калошин и др. Актуальные проблемы неразрушающего контроля качества космической техники, Монография.,Альтеор, С-Петербург, 2008, ЗЗЗС.

4. В.А. Анисимов, Б.И. Каторгин, А.Н. Куценко, В.П. Малахов, A.C. Рудаков, В.К. Чванов Диагностика механических напряжений на основе акустоупругого эффекта// Одесса, Оптимум, 2003, 198 с

5. Акулов Н. С., Ферромагнетизм, ГИТТЛ, Л.-М. 1939.

6. Венгринович В.Н., Рудницкий В.А. Исследование деформационной зависимости магнитных свойств ферромагнетиков с помощью магнитного отрывного метода / Физика неразрушающего контроля, академия наук Белорусской ССР, Минск, 1974, с. 84-95.

7. Рудницкий В.А. Магнитный толщемер Акулова/ Сборник «Исследования по физике металлов», Мн.1968

8. Рудницкий В.А., Антипенко В.И. //Особенности измерения толщины никелевых покрытий магнитным методом. ДАН БССР, т. XXI, №3, 1977.

9. Рубин А.Л., Пахомов В.Г. Фазовые электромагнитные приборы для контроля толщины гальванических покрытий на деталях из ферромагнитных сплавов / Промышленное применение электромагнитных методов контроля, Общество «Знание», Москва, 1974, с.109-114.

10. Рубин А.Л., Пахомов В.Г., Попович Б.Д. Контроль толщины хромовых покрытий на деталях из титановых сплавов методом вихревых токов / Промышленное применение электромагнитных методов контроля, Общество «Знание», Москва, 1974, с. 118-123.

11. Каталог продукции ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр», «50 ЛЕТ ИННОВАЦИЙ В МИРЕ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ» ,М. 2013

12. Бакунов А. С., Калошин В. А., Рудаков А. С.; Шубочкин С. Е. / Дефектоскопия. - 2004. - N 6. - С. 80-84

13. Дорофеев А.Л., Никитин А.И., Рубин А.Л. Индукционная толщинометрия / 2-е изд., перераб. и доп., М., Энергия, 1978.

14. Вихревой толщиномер ВТ-50 // Информационный листок ВИМИ № 741678.

15. Libby H.L. Многопараметровый контроль методом вихревых токов // Методы неразрушающих испытаний, М., «Мир», 1972, с.359-392.

16. Фастрицкий B.C., Фишкин П.Ш. Особенности работы токовихревого преобразователя в неуравновешенной мостовой схеме // Неразрушающие методы и средства контроля и их применение в промышленности, изд. «Наука и техника», Минск, 1973, с. 221-226.

17. Калошин В.А., Маркович Л.Д., Перфильев В.В., Авторское свидетельство № 540125 Способ измерения толщины покрытия, 1976, Бюлл. изобр. № 47.

18. Зацепин H.H., Малько И.И. Измерение толщины диэлектрического покрытия накладным вихретоковым датчиком при возбуждении периодическим импульсным полем прямоугольной формы / Неразрушающие методы и средства контроля и их применение в промышленности, изд. «Наука и техника», Минск, 1973, с. 247-258.

19. Бакунов A.C., Мужицкий В.Ф., Петров A.A., Калошин В.А., Патент на изобретение №2331841 Толщиномер магнитный, от 20.08.2008, бюлл. №23.

20. Бакунов A.C., Калошин В.А., Мужицкий В.Ф., Онегин М.А., Патент на полезную модель №66545 Толщиномер никелевых покрытий, от 10.09.2007, бюлл. №25.

21. Калошин В.А., Зацепин H.H., Малько И.И., Силюк В.Ф., Перфильев В.В., Авторское свидетельство № 574599 Устройство для измерения толщины, 1977, бюлл. изобр. №36.

22. Калошин В.А., Зацепин H.H., Малько И.И., Силюк В.Ф., Анискович В.М., Науменко H.H., Перфильев В.В., Авторское свидетельство № 892198 Устройство для измерения толщины, 1981, бюлл. изобр. №47.

23. Калошин В.А., Зацепин H.H., Малько И.И., Силюк В.Ф., Рудаков A.C., Авторское свидетельство № 1012012 Толщиномер, 1983, бюлл. изобр. №14.

24. Калошин В.А., Маркович Л.Д., Перфильев В.В., Авторское свидетельство № 540125 Способ измерения толщины покрытия, 1976, бюлл. изобр. №47.

25. Kaloshin V.A., Zatsepin N.N., Malko I.I., Siljuk V.F., Aniskovich V.M., Naumenko N.N., Perfiliev V.V., Patent USA №4255709 Device for providingan electrical signal proportional to the thickness of a measured coating with an automatic range switch and sensitivity control, 10.03.1981.

26. Калошин В.А. Комплексный неразрушающий контроль толстослойных никель-хромовых покрытий ответственных узлов ЖРД. // Тезисы доклада, 7-я Междунар.Конф. «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности. М. Машиностроение. 2008. С. 195

27. Лухвич A.A., Лукьянов А.Л., Калошин В.А., Шукевич А.К., Магнитная толщинометрия слабомагнитных мелкодисперсных покрытий. -Дефектоскопия, 2008, № 10, е.. 35-42.

28. Акулов Н.С., Рудницкий В.А. К теории пондеромоторного магнитного контроля металлов// ДАН БССР, т. XIУ, № 10, 1970

29. Постоянные магниты: Справочник/Под ред. Ю. М. Пятина. М., 1980.

30. Медведевских Н.Г., Рудницкий В.А., Шукевич А.К. Влияние структуры толстых никелевых покрытий на показания магнитных тощиномеров/ Вести АН БССР, сер. физ.-мат. Наук. 1984, №2, с. 121-122

31. Рудницкий В.А., Шукевич А.К. Магнитный метод контроля толстых никелевых покрытий // Тезисы докладов X Всесоюзной науч.-техн. конф. «Неразрушающие физические методы и средства контроля» г.Львов, 1984, с. 113.

32. Рудницкий В.А., Шукевич А.К.,Козлов А.Г. Исследование погрешности измерений толщины никелевых покрытий магнитным методом.// Сб. УШ ВНТК по неразр.физич.методам и ср. контроля,Ч.Па., Кишинёв, 1977.

33. Аркадьев В. К. Электромагнитные процессы в металлах, ч. 1, М., ОНТИ, 1935.

34. Акулов Н.С.. Есилевский В.П. Пондеромоторный магнитный метод определения содержания альфа-фазы в сталях.// Труды НИИХИММАШа, 34, 1960

35. Бабаджанов Л.С. Обеспечение единообразия мер толщины покрытий // «Измерит, техника», 1978, №2, с. 19-20.

36. Шушунов В.Н., Веретенникова И.А., Кухаренко А.И. Установки для поверки толщиномеров покрытий // Новые физические методы и средства контроля промышленных изделий, Минск, 1978, с. 156-160.

37. Бакунов A.C., Шубочкин С.Е., Калошин В.А., Рудаков A.C., Измерение толщины гальванических покрытий на изделиях из металла. // Контроль. Диагностика, 2004. №6. С. 49-51.

38. Методы неразрушающих испытаний // Под ред. Р. Шарпа, изд. МИР, Москва, 1972, 495 с.

39. . Моисеев В. П., Попова О. С. Изв. АН СССР, сер. физ., 1956, 20, 641.

40. Ваграмян А. Г., Соловьева 3. А. Методы исследования электроосаждения металлов, М., Изд. АН СССР, 1960.

41. Вассерман Г., Гревен И. Текстура металлических материалов, М., <Металлургия», 1969.

42. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов, М., Физматгиз, 1961.

43. Иверонова В. И., Ревкевич Г. П. Теория рассеяния рентгеновских лучей, М.,МГУ, 1972.

44. Блохин М.А. Методы рентгеноспектральных исследований, М., Физматгиз, 1959,

45. ВонсовскийС. В., Ш у р Я. С. Ферромагнетизм, М., ОГИЗ, 1948.

46. Вонсовский С. В. Магнетизм, М., «Наука», 1971.

47. Калошин В.А., Зацепин H.H., Малько И.И., Силюк В.Ф., Перфильев В.В. Электромагнитный прибор ПИНТ-3. // Дефектоскопия, 1977. №2. С. 127.

48. Беликов В.Г., Лобашев Г.А., Останин Ю.А. Толщиномер алюминиевой плакировки ТАП-72 / Промышленное применение электромагнитных методов контроля, Общество «Знание», Москва, 1974, с.85-90.

49. Михайловский В.Г., выбор оптимальных параметров электромагнитного прибора при контроле толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании // Электромагнитные методы неразрушающего контроля материалов, полуфабрикатов и деталей, труды научно-технической конф., ВНИИАМ, ОНТИ, 1971, с.37-42.

50. Дорофеев А.Л., Никитин А.И., Рубин А.Л. Индукционная толщинометрия / 2-е изд., перераб. и доп., М., Энергия, 1978.

51. 1. Потапов А.И., Сясько В.А. Неразрушающие методы и средства контроля толщины покрытий и изделий: научн., методич. и справ, пособие. - СПб: Спектр, 2009. - 904 с.

52. 2. Бакунов A.C. Толщиномеры защитных покрытий серии МТП // Дефектоскопия. - 2005. - № 9. - С. 79-84.

53. Медведевских Н.Г., Рудницкий В.А., Шукевич А.К. Магнитный метод контроля двухслойных никель-хромовых покрытий //Дефектоскопия, №11, 1984,91-94

54. . Лухвич A.A., Лукьянов А.Л., Калошин В.А. Шукевич А.К. Магнитная толщинометрия слабомагнитных мелкодисперсных покрытий. // Дефектоскопия, 2008. № 10. С. 35-42.

55. Рождественский С.М. Магнитный метод контроля толщины покрытий //Тема № К-901, М.,ИТЭИН, 1956

56. Поливанов К.И. Теоретические основы электротехники. ЧЛП,М.,Энергия, 1969, 182с.

57. Зацепин H.H. Неразрушающий контроль. Минск, Наука и техника, 1979, 190с.

58. Медведевских Н.Г., Рудницкий В.А., Шукевич А.К. Влияние структуры толстых никелевых покрытий на показания магнитных толщиномеров, Извест. АН БССР, 1984,№2,с. 121-12

59. Герасимов В.Г. Электромагнитный контроль однослойных и многослойных изделий /М. Энергия ,160с.

60. Ершов P.E. Лавренов A.A. Определение оптимального поля для контроля структуры электромагнитным методом/ Дефектоскопия, 1071,№3,с.134-135.

61. .Калошин В.А. Неразрушающий контроль функциональных гальванических покрытий, наносимых на составные части ЖРД. // Контроль. Диагностика, 2013. №2. С. 10-18.

62. Калошин В.А. Комплексный неразрушающий контроль толстослойных никель-хромовых покрытий ответственных узлов ЖРД. Тезисы докл. 7-я Междунар. Конф. «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». М.: Машиностроение, 2008. С. 195.

63. Калошин В.А. Измерение толщины гальванических покрытий под пайку. // Контроль. Диагностика, 2013. №3. С. 16-18.

64. Лухвич A.A., Лукьянов А.Л., Калошин В.А. Шукевич А.К. Магнитная толщинометрия слабомагнитных мелкодисперсных покрытий. // Дефектоскопия, 2008. № 10. С. 35-42.

65. Медведевских Н.Г., Рудницкий В.А.,Мелешко А.Л. Контроль .толщины

двусторонних никелевых покрытий//Вести АН БССР,Минск, 1990, с. 7579

66. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М., 1957.

67. Рудницкий В. Л., Антипенко В. И. //Докл. АН БССР. 1977. Т. 21, № 3. с. 202—204.

68. Медведевских Н. Г., Рудницкий В. А., Шукевич А. К. // Дефектоскопия. 1984. № 11. с. 91-94.

69. Постоянные магниты: Справочник//Под ред. Казарновского Л.Ш. М., Госэнергоиздат, 1963.

70. А. с. 1465690 (СССР) //Бюл. изобрет. 1989. №10.

71. Валитов А.М.-З., Шилов Г.И. Приборы и методы контроля толщины покрытий. Машиностроение, Л. 1970

72. Измерительные приборы в машиностроении. Под ред. Бурдука Г.Д. М. 1964

73. Каталог продукции фирмы De FESKO 2010

74. Каталог продукции фирмы Elcometer, 2011

75. Каталог продукции фирмы Electro Physik, 2012

76. Каталог продукции фирмы All Pribors, 2010

77. Каталог продукции фирмы «Квазар» 2012

78. Рудницкий В.А. Методика оценки точности толщиномеров Акулова исследования по физике металлов // Минск, Наука и техника, 1973, с. 277-283.

79. Дегтярев А.П., Сафронов Г.И. К вопросу об оценке погрешностей электромагнитных толщиномеров покрытий // Тезисы докл. II Всесоюзной межвузовской конф. по электромагнитным методам контроля качества материалов и изделий, г. Рига, 1975, ч.1, с. 201-207.

80. Новиков Н.П., Терехова Г.К. Метод определения толщины тонких покрытий // материалы VIII Всесоюзной науч.-техн. конф. по неразрушающим физическим методам и средствам контроля, Кишинев,

81. Никифорова З.С., Леонов И.Г. Некоторые аспекты и особенности метрологического обеспечения средств неразрушающего контроля // Новые физические методы и средства контроля промышленных изделий, Минск, 1978, с. 328-331.

82. Бабаджанов Л.С. Метрологические средства для толщиномеров неэлектропроводящих покрытий // «Измерит, техника», 1978, №2, с.36-37.

83. Артемьев Б.В. «Рентгеновская толщинометрия металлов» Машиностроение, 2002 г. 125 стр.

84. Калошин В.А., Бабаджанов Л.С., Николаишвили Ю.Н., Рудаков A.C., Авторское свидетельство № 1037060 Имитатор толщины покрытия, 1983, бюлл. изобр. №31.

85. Л.С.Бабаджанов, М.Л.Бабаджанова. Меры и образцы для неразрушающего контроля. - М.: ИПК ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 2008.

86. Авторское свидетельство № 1186937, МКИ G01B 5/06. Бюллетень изобретений, 1985, № 39, с.168. Способ изготовления меры толщины покрытия. Р.А.Лаанеотс.

87. Артемьев Б.В. Рентгеновские толщиномеры. Контроль.Диагностика, №4, 2009 г., стр.22-25

88. Лаанеотс P.A. Методы и средства для поверки толщиномеров покрытий. - Таллинн: Валгус, 1989.

89. МИ 187-86 «ГСИ. Критерии достоверности и параметры методик поверки»

90. Неразрушающий контроль. Россия. 1900-2000 гг.: Справочник/ В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, СВ. Румянцев и др.; Под ред. В.В. Клюева. - 2-ое изд., исправ. и доп. М.: Машиностроение, 2002. - 632 с, ил.

91. Федосенко Ю.К. Вопросы теории вихретоковой дефектоскопии накладными преобразователями. Строгое математическое решение двумерных задач. - Дефектоскопия, 1982, №2, с. 1-10.

92. Клюев B.B. Методы, приборы и комплексные системы для неразрушающего контроля качества продукции заводов черной металлургии. - М.: Машиностроение, 1975. - 76 с.

93. Герасимов В.Г., Клюев В.В., Шатерников В.Е. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 272 с.

94. Покровский А.Д. Исследование и создание многофункциональных вихретоковых приборов и устройств для контроля изделий из ферромагнитных материалов. - Докт. дисс. -М., 1982.

95. Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Г. Электромагнитная дефектоскопия. - М.: Машиностроение, 1980. - 232 с.

96. Шелихов Г.С. Магнитопорошковая дефектоскопия деталей и узлов. -М.: Научно-технический центр «Эксперт», 1995. -221 с.

97. Мужицкий В.Ф., Кудрявцев Д.А. Некоторые вопросы определения оптимальных размеров намагничивающих систем на постоянных магнитах. - Дефектоскопия, 2004, №2, с. 67-75.

98. Шубочкин А.Е., Ефимов А.Г., "Средства вихретоковой дефектоскопии для ручного и автоматизированного контроля изделий различных отраслей промышленности" - 13-я Международная Деловая встреча «Диагностика - 2003» в Сочи, с. 69.

99. Бакунов A.C., Ефимов А.Г. «Вихретоковый неразрушающий контроль в дефектоскопии металлоизделий» Контроль. Диагностика, Москва, Машиностроение, №04, 2009, с.21-22.

100. Махутов H.A., Гаденин М.М. «Техническая диагностика остаточного ресурса и безопасности». ИД «СПЕКТР», 2011 г.

101. Муравская Н.П. «Метрология в неразрушающем контроле» ИД «СПЕКТР», 2011 г. Стр. 139 - 199.

102. Федосенко Ю.К., Шкатов П.Н., Ефимов А.Г. «Вихретоковый контроль» ИД «СПЕКТР», 2011 г. Стр. 224.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРОЕКТ ГОСТ Р МАГНИТНЫЙ ПОНДЕРОМОТОРНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ НИКЕЛЕВЫХ И НИКЕЛЬ-ХРОМОВЫХ

ПОКРЫТИЙ

Первая редакция

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТР

Х.ХХ-

2013

СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИЕ

КОНТРОЛЬ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МАГНИТНЫЙ ПОНДЕРОМОТОРНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ НИКЕЛЕВЫХ И НИКЕЛЬ-ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ

Общие требования. Методы и средства поверки

Издание официальное

Москва 2012

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральными законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0 -2004 «Стандартизация в Российской федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1. РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «НПО Энергомаш им. акад. В.П. Глушко» и Институтом прикладной физики НАН Беларуси

2. ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК-321

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом от_№_

4. Настоящий стандарт реализует программу «Разработка интегрированной системы стандартизации космической техники, создаваемой в рамках программ и проектов Союзного государства на 2011-2014 гг.» Мероприятие 2.3 НИР «Стандартизация СГ»

5. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячных издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются так же в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет.

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

1 Область применения.............................................................................................125

2 Нормативные ссылки.............................................................................................125

3 Термины и определения........................................................................................126

4 Обозначения..........................................................................................................126

5 Требования к средствам контроля.......................................................................127

5.1 Основные требования к средствам контроля................................................127

6 Определение толщины никелевого покрытия, нанесенного на немагнитное основание...................................................................................................................127

6.1 Физическая сущность метода контроля толщины никелевого покрытия ....127

6.2 Градуировка прибора для контроля толщины никелевого покрытия..........129

6.3 Порядок подготовки и проведения контроля.................................................129

7 Определение толщины двухслойных никель-хромовых покрытий....................130

7.1 Физическая сущность метода контроля никель-хромовых покрытий..........130

7.2 Требования к построению номограммы для определения толщины хромового покрытия, нанесенного на никелевое покрытие....................................133

7.3 Порядок подготовки и проведения контроля.................................................134

8 Методы и средства поверки..................................................................................136

8.1 Операции и средства поверки........................................................................136

8.2 Условия поверки и подготовка к поверке.......................................................136

8.3 Проведение поверки.......................................................................................137

Приложение А (рекомендуемое). Форма протокола контроля толщины никелевого

покрытия.....................................................................................................................139

Приложение Б (справочное). Конструкция и размеры образцовых мер толщины

никель-хромовых покрытий.......................................................................................140

Приложение В (рекомендуемое). Форма протокола контроля толщины хромового

покрытия.....................................................................................................................141

Приложение Г (рекомендуемое) Форма протокола поверки................................142

Введение

К одной из основных задач неразрушающего контроля относится проблема определения толщины теплозащитных покрытий, использующихся для камер сгорания жидкостных ракетных двигателей. В качестве таких покрытий обычно используются однослойные гальванические никелевые покрытия толщиной до 700 микрометров и двухслойные никель-хромовые покрытия, общая толщина которых может достигать более 800 микрометров. Сложность проблемы контроля таких толщин связана со спецификой технологических процессов их нанесения, в результате которых никелевые покрытия могут иметь различные внутренние напряжения, оказывающих сильное влияние на магнитные свойства покрытия. А поскольку контроль толщины никелевых покрытий возможен только магнитными методами, неоднозначность в магнитных свойствах должна быть сведена к минимуму.

Гальванические никелевые покрытия, особенно толстослойные (толщиной более 200 мкм), и двухслойные никель-хромовые покрытия являются одним из наиболее распространенных видов покрытий, наносимых на детали с целью защиты изделий от влияния агрессивных сред и повышенной температуры. В настоящем стандарте рассматривается магнитный пондеромоторный или магнитоотрывной метод, основанный на автоматическом прецизионном измерении отрывной силы (силы притяжения) постоянного магнита к поверхности испытуемого покрытия. Отличительные признаки рассматриваемого метода заключается в том, что информацию о толщине никелевого покрытия дает в основном участок покрытия, непосредственно прилегающий к точке контакта постоянного магнита с изделием, вследствие чего влияние кривизны контролируемой поверхности и краевого эффекта минимально. Кроме того применение высококоэрцитивных постоянных магнитов на основе редкоземельных металлов сводит к минимуму влияние остаточных напряжений в никелевом покрытии на показания приборов.

В основе контроля толщины никелевых покрытий магнитным пондеромоторным метода лежит близкая к линейной пропорциональная зависимость отрывной силы постоянного магнита от толщины никелевого покрытия и линейно убывающая зависимость от толщины немагнитного хромового покрытия.

Настоящий стандарт послужит методической основой применения неразрушающего магнитного пондеромоторного метода для достоверной количественной оценки толщины защитных никелевых и никель-хромовых покрытий при изготовлении изделий ракетной техники.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОНТРОЛЬ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МАГНИТНЫЙ ПОНДЕРОМОТОРНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ НИКЕЛЕВЫХ И НИКЕЛЬ-ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ

Общие требования. Методы и средства поверки

Non-destructive testing magnetic ponderomotive testing method of Ni, NiCr platings General requirements. Methods and means of verification.

Дата введения - хххх-хх-хх

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на магнитный пондеромоторный метод измерения толщины толстослойных гальванических никелевых покрытий, нанесенных на немагнитное основание, в диапазоне толщин покрытий 200-700 мкм, и толщины наружного хромового покрытия, нанесенного на никелевое покрытие, в диапазоне толщин покрытий 50-200 мкм.

Стандарт устанавливает основные требования к порядку проведения измерений толщины защитных никелевых и никель-хромовых покрытий на предприятиях, изготавливающих космическую технику, прежде всего камеры сгорания жидкостных ракетных двигателей в технологическом цикле производства.

Регламентированный стандартом метод может быть использован как при отладке технологического процесса нанесения покрытий, так и при проведении приемо-сдаточных контрольных испытаний изделий с никелевыми или никель-хромовыми покрытиями.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.002-71 Государственная система обеспечения единства измерений. Организация и порядок проведения поверки, ревизии и экспертизы средств измерений.

ГОСТ 8.362-79 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение толщин покрытий. Термины и определения.

ГОСТ 9.302-88 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля.

ГОСТ 8050-73 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.

ГОСТ 8.502-84 Толщиномеры покрытий. Методы и средства поверки.

Издание официальное

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения.

ГОСТ 8.395-80 Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования

МИ1903-97 ГСИ Эталоны толщины покрытий. Методика поверки.

ГОСТ 18353-79 Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов.

3 Термины и определения

Термины и определения в настоящем стандарте соответствуют ГОСТ 8.362-79. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение толщин покрытий. Термины и определения.

В стандарте используются три специальных термина:

«Никелевый» прибор - прибор, предназначенный для определения толщины никелевых покрытий, нанесенных на немагнитную основу,

«Хромовый» прибор - прибор, предназначенный для определения толщины хромового покрытия, нанесенного на никелевое покрытие.

«Пондеромоторный» метод - метод неразрушающего контроля по ГОСТ 18353-79 основанный на регистрации силы отрыва (притяжения) постоянного магнита или сердечника электромагнита от контролируемой поверхности.

4 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения: F/v/ - значение отрывной силы постоянного магнита «никелевого» прибора при измерении толщины никелевого покрытия,

FNiq - значение отрывной силы «хромового» прибора на непокрытой

поверхности никелевого покрытия,

FCr - значение отрывной силы постоянного магнита «хромового» прибора на поверхности хромового покрытия, нанесенного на никелевое покрытие,

Fer, зад~ значение отрывной силы постоянного магнита «хромового» прибора на поверхности никелевого покрытия с нанесенным на него хромовым покрытием заданной толщины h3ad,

Fu,.,-значение отрывной силы «хромового» прибора на имитаторе толщины покрытия при проверке работоспособности, hNi-толщина никелевого покрытия, her- толщина хромового покрытия

her, зад - заданное минимальное значение толщины хромового покрытия, взятое в качестве начального значения для отсчета действительного значения толщины хромового покрытия,

hNi, ном- номинальная толщина меры никелевого покрытия her, ном- номинальная толщина меры хромового покрытия

5 Требования к средствам контроля

5.1 Основные требования к средствам контроля

5.1.1 Для контроля толщин никелевых и хромовых покрытий следует использовать приборы, содержащие постоянный магнит и механизм для автоматического измерения его силы притяжения к испытуемой поверхности со случайной составляющей погрешности не более чем 2%.

5.1.2 В приборе, предназначенном для измерения толщины никелевого покрытия («никелевом» приборе) постоянный магнит должен иметь индукцию не менее 0,5Тл и коэрцитивную силу не менее 800 кА/м.

5.1.3 В приборе, предназначенном для измерения толщины хромового покрытия («хромовый» прибор) постоянный магнит должен иметь индукцию не более 0,04 Тл и коэрцитивную силу не менее 800 кА/м.

5.1.4 Магнитные характеристики постоянных магнитов должны быть стабильными и не меняться в течение эксплуатации.

5.1.5 Диаметр полусферического контактного наконечника постоянного магнита в «никелевом» приборе должен быть 4 мм.

5.1.6 Диаметр полусферического контактного наконечника постоянного магнита в «хромовом» приборе должен быть 1,5 мм.

5.1.7 Показания приборов при измерении толщины никелевых и хромовых покрытий на горизонтальных и вертикально расположенных участках контролируемых изделиях не должны отличаться более чем на 2%.

5.1.8 Для проверки работоспособности «никелевого» прибора должна использоваться рабочая мера толщины никелевого покрытия, размещенная в кондукторе, входящим в комплект поставки, и обеспечивающая попадание постоянного магнита прибора в заданную точку рабочей меры. На кондукторе должен маркироваться номер «никелевого» прибора, в комплект которого он входит и номинальное значение толщины рабочей меры.

5.1.9 Для проверки работоспособности «хромового» прибора должен использоваться контрольный образец, размещенный в кондукторе, входящем в комплект поставки, и обеспечивающий попадание постоянного магнита прибора в заданную точку контрольного образца. На кондукторе должен маркироваться номер «хромового» прибора и значение отрывного усилия постоянного магнита «хромового» прибора.

6 Определение толщины никелевого покрытия, нанесенного на немагнитное основание

6.1 Физическая сущность метода контроля толщины никелевого покрытия

Основная проблема контроля толстослойных никелевых покрытий (толщиной более 200 мкм) заключается в сильной зависимости магнитных свойств от внутренних напряжений. В данном стандарте рассматривается магнитный пондеромоторный метод, основанный на автоматическом прецизионном измерении силы притяжения постоянного магнита к поверхности испытуемого покрытия, значение которой зависит не только от толщины никелевого покрытия, но и от его магнитных свойств. Решение проблемы отстройки от этого влияния отражено в настоящем стандарте.

Отличительной особенностью магнитного пондеромоторного метода является незначительная зависимость показаний от ряда влияющих факторов.

Если сопоставлять магнитный пондеромоторный метод с другими магнитными методами, то преимущество рассматриваемого метода заключается в том, что здесь информацию о толщине дает в основном участок покрытия, непосредственно прилегающий к точке контакта магнита с изделием, размер которого зависит от диаметра полусферического наконечника постоянного магнита. На практике это обуславливает достижение минимального краевого эффекта, т.е. возможности без подстройки контролировать изделия сложной формы, в галтелях или вблизи края изделий.

Физическая сущность метода заключается в нормальном намагничивании никелевого покрытия и учете вторичного магнитного поля, являющегося функцией толщины никелевого покрытия посредством измерения отрывной силы постоянного магнита. Намагничивающее поле постоянного магнита в процессе эксплуатации прибора неизменно, поэтому вторичное поле, характеризуемое силой притяжения, будет являться только функцией толщины контролируемого никелевого покрытия при условии отстройки от влияния магнитных свойств.

Как показывает практика, магнитные свойства никелевого покрытия далеко не всегда постоянны. Причиной этому является нестабильность технологических процессов нанесения гальванического покрытия, выражающаяся в различных температурах нанесения, составе и загрязненности электролита, плотности тока, скорости прокачки электролита. Но поскольку все эти факторы оказывают влияние на внутренние напряжения в покрытии, то можно считать, что магнитные свойства никеля определяются внутренними напряжениями. Для того, что бы свести это влияние внутренних напряжений к минимуму, в качестве чувствительного элемента прибора используют постоянные магниты, величина намагниченности которых достаточна до доведения участка покрытия, контактирующего с магнитом, до состояния близкого к техническому насыщению.

На рисунке 1 представлена характерная графическая зависимость отрывной силы постоянного магнита /=л/л. выраженной в относительных единицах, от толщины никелевого покрытия Л7л// в микрометрах.

, отн. ед.

100 ■ 8060 -4020 -

О -,-1-,-,-,-,-

200 300 400 500 600 700 800 h м, МШ

Рисунок 1 - Характерная зависимость отрывной силы постоянного магнита от толщины никелевого покрытия

6.2 Градуировка прибора для контроля толщины никелевого покрытия

6.2.1 Градуировка прибора осуществляется на образцовых мерах толщины никелевых покрытий, состоящих из плоскопараллельного немагнитного металлического основания с равномерно нанесенным гальваническим никелевым покрытием. Каждая мера толщины должны иметь область свободную от покрытия для проверки прямыми методами данных о номинальной толщине покрытия.

6.2.2 Для градуировки приборов в диапазоне от 200 до 700 мкм должен использоваться набор образцовых мер с дискретными значениями толщины покрытия, различающихся не более чем на 50 мкм.

6.2.3 На каждой мере должно производиться не менее пяти измерений отрывного усилия с последующим определением среднего арифметического значение отрывной силы. Среднее арифметическое значение отрывной силы Р№ в относительных единицах (отн. ед.) вычисляют по формуле:

1 "

(1)

пм

где п - количество проведенных измерений;

Ялл-у— отрывная сила при у'-том измерении, отн. ед.

6.2.4 Путем сопоставления для каждой образцовой меры рассчитанного по формуле (1) значения измеренной отрывной силы Р№ и номинального значения толщины никелевого покрытия образцовой меры ИМ, строится градуировочная зависимость прибора Р^^ИМ).

6.2.5 Полученная градуировочная зависимость Р№=^1пМ1) отображается в графическом виде на циферблате прибора или заносится в цифровом виде в электронную память прибора.

6.3 Порядок подготовки и проведения контроля

6.3.1 К выполнению измерений и обработке их результатов допускают операторов, обладающих навыками работы с оборудованием неразрушающего контроля, умеющих пользоваться нормативными и техническими документами и прошедших инструктаж и обучение работе с применяемыми средствами измерений.

6.3.2 Условия измерений толщины покрытий должны соответствовать ГОСТ 8050-73. ГСИ. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.

Измерения проводятся в диапазоне температур от 10 до 35°С. Испытуемые изделия должны иметь температуру окружающей среды. Перед испытаниями температура окружающей среды должна быть зафиксирована. Все возможные изменения температуры в течение испытаний также должны быть зафиксированы и учтены в протоколе испытаний. Относительная влажность должна быть не более 75%.

6.3.3 Для определения отрывной силы (силы притяжения постоянного магнита к никелевому покрытию) Р№ отрывное усилие должно прикладываться к магниту с постепенным возрастанием без рывков и вибраций вплоть до момента отрыва магнита от испытуемой поверхности. При этом должно фиксироваться величина усилия, соответствующего моменту отрыва.

Скорость приложения отрывного усилия должна быть минимальной, чтобы она не оказывала влияние на результаты измерения усилий отрыва.

6.3.4 Перед измерениями толщины покрытия на изделиях в соответствии с инструкцией по эксплуатации должна быть проверена работоспособность прибора путем измерения рабочей меры покрытия, размещенной в кондукторе, входящем

в комплект поставки прибора. Если отклонение среднего по трем измерениям значения рабочей меры от номинального значения меры, указанного в паспорте, не превышает величину допустимой погрешности, прибор готов к дальнейшей эксплуатации.

Результаты проверки работоспособность заносятся в протокол, форма которого приведена в Приложении А.

6.3.5 Измерение толщины никелевого покрытия на изделиях производится путем установки без дополнительных зазоров полусферического наконечника постоянного магнита перпендикулярно к испытуемому участку поверхности покрытия (особенно это важно при измерениях на криволинейных участках изделий) и автоматического приложения увеличивающего отрывного усилия до момента отрыва.

6.3.6 Результат измерения толщины никелевого покрытия в микрометрах считывается либо с циферблата прибора, либо с дисплейного индикатора.

6.3.7 За измеренное значение берется среднее из не менее трех измерений. Среднее арифметическое значение толщины покрытия в микрометрах вычисляют по формуле:

п ]=\

где п - количество проведенных измерений;

/7л//;— толщина покрытия при у'-том измерении, отн. ед.

Расстояние между точками замеров не должно быть не менее 2 мм.

6.3.8 Результаты измерений заносятся в протокол, форма которого приведена в Приложении А.

7 Определение толщины двухслойных никель-хромовых покрытий

7.1 Физическая сущность метода контроля никель-хромовых покрытий

В настоящее время значительное распространение получают многослойные гальванические покрытия. В космической технике, в частности при изготовлении камер сгорания ракетных двигателей, широко используются защитные гальванические никель-хромовые покрытия, когда на неферромагнитное основание наносится слой никеля, а на никель - слой хрома. При этом задача заключается в контроле толщины как никелевого, так и хромового покрытия.

На рисунке 2 показаны зависимости отрывной силы постоянного магнита ^ от толщины никель-хромового покрытия (Ь=Ь№+1*|Сг). Кривая 1 представляет зависимость отрывной силы Р от толщины никелевого покрытия ИМ, которая характеризуется ростом отрывной силы с увеличением толщины никелевого покрытия при условия отсутствия хромового покрытия. Кривые 2-7 представляют зависимости силы притяжения постоянного магнита от различных значений хромового покрытия, нанесенного на никелевое покрытие различной толщины.

Г, отн. ед.

100-

40 -

60 -

80 -

2

20 -

0

Т-1-1-г

200 300 400 500 600 700 800 ЛА//+Сг>

МКМ

Рисунок 2 - Зависимость отрывной силы постоянного магнита от толщины никелевого покрытия при отсутствии хромового покрытия (кривая 1) и от суммарной толщины двухслойного покрытия (кривые 2-7) при различной исходной

толщине никелевого покрытия.

Как видно из рисунка 2, сила притяжения постоянного магнита с увеличением толщины немагнитного хромового покрытия падает. Причем интенсивность уменьшения отрывной силы различна и зависит от исходного значения никелевого покрытия, а значит от отрывного усилия на никелевом покрытии. При использовании постоянных магнитов с высокой намагниченностью и коэрцитивной силой при контроле толщины никелевых покрытий градуировочная зависимость Р^М) независимо от состояния структуры покрытия описывается однозначной функцией (кривая 1). В то же время зависимость отрывной силы магнита от толщины суммарного никель-хромового покрытия Р^ИМ+ИСг) неоднозначна и не может быть описана одной зависимостью.

Основной вывод, который следует из рисунка 2, заключается в том, что зависимости силы притяжения постоянного магнита от толщины хромового покрытия независимо от исходного значения никелевого покрытия имеют вид прямых, но с различным углом наклона у Для различной толщины никелевого покрытия.

Наклон прямых 2-7 имеет тенденцию уменьшаться с толщиной исходного никелевого покрытия и при некотором относительно малом значении ИМ < 200 мкм отрывное усилие постоянного магнита от двухслойного покрытия практически не зависят от толщины хромового покрытия в довольно широком диапазоне изменений ИСг.

Из данных, приведенных на рисунке 2, следует, что тангенс угла наклона прямых 2-7, с ростом толщины никелевого покрытия увеличивается, причем прямо пропорционально толщине.

Практика показывает, что используемый для контроля толщины никелевого покрытия постоянный магнит с большой внешней индукцией, величина которой выбиралась из условия подавления влияния внутренних напряжений и несовершенства никелевого покрытия, не является оптимальным для определения толщины хромового покрытия.

Для практического решения задачи определения толщины двухслойных никель-хромовых покрытий и обеспечения наибольшей чувствительности и точности необходимым условием является использование двух различных приборов с постоянными магнитами, имеющими различные магнитные свойства. Один прибор с постоянным магнитом, имеющим индукцию порядка 500 кА/м и диаметр полусферического наконечника 4 мм, который в дальнейшем будем называть «никелевым», будет предназначен для измерения толщины никелевого покрытия.

Второй прибор для измерения толщины хромового покрытия или «хромовый» прибор должен иметь индукцию порядка 100 кА/м и диаметр полусферического наконечника 1,5 мм. Коэрцитивная сила, определяющая стабильность магнитных свойств при воздействии сторонних полей, должна быть максимальной для постоянных магнитов как «никелевого» так и «хромового» прибора.

Особенность «хромового» прибора состоит в том, что он использует постоянный магнит, обладающий наивысшей чувствительностью к изменению немагнитной толщины хрома, но при этом относительно небольшая его индукция не позволяет отстраиваться от влияния внутренних напряжений в никелевом покрытии. Поэтому связь между показаниями «никелевого прибора» и «хромового прибора» на непокрытой поверхности никелевого покрытия будет неоднозначной.

Вследствие этого целесообразно привязку к исходному нулевому значению хромового покрытия производить не к истинной толщине никелевого покрытия, определенной «никелевым» прибором, а непосредственно к показанию «хромового» на непокрытой поверхности никелевого покрытия.

Как вариант, привязка зависимостей Р(ЬСг) к никелевому покрытию может быть сделана не к непокрытому никелевому покрытию, а к некоторой постоянной начальной толщине ГЮг.зад например 50 мкм, если значение ИСг.зад является начальным значением требуемого диапазона контроля.

На рисунке 3 схематично представлена номограмма для определения толщины хромового покрытия, нанесенного на никелевое покрытие.

По оси абсцисс отложены значения отрывной силы (показаний) «хромового» прибора в относительных единицах на непокрытой поверхности никелевого покрытия.

7.2 Требования к построению номограммы для определения толщины хромового покрытия, нанесенного на никелевое покрытие

7.2.1 Для построении номограммы должны использоваться 5 комплектов образцовых мер толщин никель-хромовых покрытий по 3 меры в каждом комплекте. Образцовая мера состоит из немагнитного металлического основания с равномерно нанесенным сначала гальваническим никелевым покрытием, а поверх него - хромовым покрытием. Каждая мера толщины должны иметь непокрытую часть основания и часть непокрытого никелевого покрытия для проверки прямыми методами данных о номинальных толщинах покрытий

Конструкция и размеры образцовых мер толщины никель-хромовых покрытий представлены в Приложении Б.

7.2.2 Образцовые меры должны иметь никелевое покрытие с толщинами 200, 300, 400, 500 и 600 мкм. Допускается величина отклонения каждой меры ±40 мкм от ее номинала.

7.2.3 На каждую из пяти образцовых мер с указанными в п. 7.2.2 толщинами никелевого покрытия должно быть нанесено хромовое покрытие с тремя различными значениями толщины: 50, 100 и 150 мкм. Допускается величина отклонения толщины: ±15 мкм от ее номинала.

Параметр шероховатости поверхностей покрытий Rz (ГОСТ 8.502-84) по пунктам 7.2.2 и 7.2.3 не должен превышать Rz 3,2, а поверхности основания -Rz1,6.

7.2.4 Производятся измерения «хромовым» прибором отрывной силы на никелевом покрытии каждой меры. За измеренное значение берется FNi среднее

из не менее пяти измерений. Среднее арифметическое значение отрывной силы в относительных единицах вычисляют по формуле:

1 "

=~HFNi0j ■ (3)

nJ=1

где п - количество проведенных измерений;

FNi j- отрывная сила при /-том измерении, отн. ед.

7.2.5 Производятся измерения «хромовым» прибором отрывной силы на хромовом покрытии каждой меры. За измеренное значение FCr берется среднее из не менее пяти измерений, аналогично определению среднего значения FNI по формуле (3).

Для каждого комплекта мер строятся графические зависимости изменения отрывной силы Fer от толщины хромового покрытия, как показано на рисунке 3, и вычисляются тангенсы угла наклона прямых, значения которых однозначно связаны с величиной отрывного усилия на никелевом покрытии свободном от хромового покрытия.

7.2.6 Строится зависимость тангенса углов наклона прямых от начальных значений отрывного усилия tgy = f(FNi). Зависимость tgy = f{FMçj) имеет вид прямой, как показано на рисунке 4.

40 60 80 100 FM0' 0TH- еД'

Рисунок 4 - Зависимость тангенса наклона прямых F{hcr) от значений отрывного усилия «хромового» прибора на никелевом покрытии без хромового

покрытия

7.2.7 С помощью зависимости tgy = f{FNiQ) строится номограмма, показанная на рисунке 3 или семейство прямых FCr = f(hcr), для равномерно распределенных исходных значений отрывного усилия FNio на никелевом покрытии без хромового покрытия.

Конкретное число прямых Fcr = f(hcr) выбирается для практического использования так, чтобы обеспечить не превышение допустимой погрешности измерений толщины хромового покрытия. Номограмма позволяет по значению отрывного усилия на непокрытом никелевом покрытии FNio выбрать необходимую

рабочую прямую, и, используя ее, по показанию прибора FCr после нанесения хромового покрытия определить его толщину her с погрешностью не превышающей 8%.

Для облегчения использования номограмма может быть представлена в графическом или цифровом виде.

7.3 Порядок подготовки и проведения контроля

7.3.1 Перед измерением толщины двухслойных никель-хромовых покрытий следует выполнить требования пунктов настоящего стандарта 6.2.1-6.2.4, относящиеся и к процедуре контроля толщины никелевых покрытий.

7.3.2 Толщина никелевого покрытия hNi в никель-хромовом покрытии измеряется на непокрытой поверхности никелевого покрытия (до нанесения хромового покрытия) «никелевым» прибором в соответствии с пунктами стандарта 6.2.5-6.2.8, используя градуировочную кривую 1 (рис.1).

7.3.3 На контролируемом изделии после нанесения никелевого покрытия намечаются координаты точек (локальных участков), в которых должна быть измерена толщина хромового покрытия hCr.

7.3.4 Проверяется работоспособность «хромового» прибора путем измерения отрывной силы Fhm на имитаторах толщины покрытия, размещенных в кондукторах, входящих в комплект поставки прибора. Если отклонение среднего по трем измерениям значения отрывной силы Fhm от номинального значения

имитатора, не превышает величину допустимой погрешности, «хромовый» прибор допускается к проведению дальнейшей работы.

Результаты проверки работоспособности измерений заносятся в протокол, форма которого приведена в Приложении В.

7.3.5 В намеченных точках контролируемого изделия производятся

измерения отрывной силы Fnîq на никелевом покрытии «хромовым» прибором.

7.3.6 За результат измерения отрывного усилия принимают среднее арифметическое значение не менее трех измерений. Среднее арифметическое значение отрывного усилия FNio в относительных единицах вычисляют по формуле:

(4)

П j=1

где п - количество проведенных измерений;

FNid-отрывная сила при /-том измерении, отн. ед.

Результаты измерений заносятся в протокол, форма которой приведена в Приложении В.

7.3.7 После нанесения хромового покрытия на никелевое покрытие в намеченных ранее точках изделия (п. 7.2.3) производится измерение отрывной силы FCr «хромовым прибором». За результат измерения принимают среднее арифметическое значение не менее трех измерений. Среднее арифметическое значение отрывного усилия Fer в относительных единицах вычисляют по формуле:

FCr =-tFCrj , (5)

П j-\

где п - количество проведенных измерений;

FCr у - отрывная сила при /-том измерении, отн. ед.

Результаты измерений отрывной силы FCr заносятся в протокол, форма которого приведена в Приложении В.

7.3.8 По номограмме, входящей в комплект поставки приборов по значениям Fmq и FCr определяется значение толщины хромового покрытия her.

7.3.9 Результаты измерений толщины хромового покрытия hcr заносятся в протокол, форма которого приведена в Приложении В.

8 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

В соответствии с требованиями ГОСТ 8.002-71 приборы для измерения толщины гальванических покрытий, выпускаемые в обращение из производства и ремонта, подвергаются первичной поверке. Приборы, находящиеся в эксплуатации и хранении, подвергаются периодической поверке. Время между очередными поверками не должно превышать один год.

8.1 Операции и средства поверки

8.1.1 При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства поверки, приведенные в табл.1.

Таблица 1 - Операции и средства поверки

Наименование операций Номера пунктов стандарта Средства поверки и их нормативно-технические характеристики

Внешний осмотр 4.1 Визуально.

Опробование 4.2 Рабочая мера толщины никелевого

«никелевого» прибора покрытия. Кондуктор, обеспечивающий

попадание постоянного магнита в

заданную точку рабочей меры.

Опробование 4.3 Имитатор толщины хромового покрытия.

«хромового» прибора Кондуктор, обеспечивающий попадание

постоянного магнита в заданную точку

имитатора

Определение основной 4.4 Образцовые меры толщины

погрешности гальванических никелевых покрытий.

«никелевого» прибора

Определение основной 4.5 Образцовые меры толщины

погрешности гальванических никелевых покрытий с

«хромового» прибора нанесенным хромовым покрытием.

Основные параметры и размеры мер