Текущее состояние. Наибольшие потери при транспортировке газа происходят в элементах запорной арматуры, эксплуатационные параметры которой зависят, в том числе, от толщины и твердости о защитного покрытия шаровых пробок.

Было проведено исследование параметров никель-фосфорных и хромовых покрытий на шаровых пробках серийно выпускаемой запорной арматуры, включающее в себя контроль его толщины и твердости. По результатам испытаний были выявлены отклонения фактических параметров покрытий от требований технологической документации и обоснована необходимость их комплексного контроля, сформулированы рекомендации по выбору методов и оборудования, а также сформулированы основные положения методики испытаний.

Решаемая научная проблема. На данный момент представляется возможным проведение входного контроля только в специально оборудованных лабораториях под конкретные типы оснований и покрытий, используя случайный отбор образцов. Для проведения оперативного контроля параметров покрытий на месте производства отсутствуют средства измерения, которые бы позволяли отстраиваться от описанных выше влияющих на результат измерения параметров. Для того чтобы урегулировать проблему контроля в условиях цеха, необходимо решить следующие задачи:

1) Для ENP покрытий – отстройка от влияющих электромагнитных параметров, оказывающих влияние на результат измерения толщины покрытия путем намагничивания покрытия в диапазоне от 0,6 до 1,2 Тл;

2) Для хромовых покрытий – возможность идентификации типа хромового покрытия известной толщины портативными вихретоковыми толщиномерами.

Методы исследования. При исследованиях контроль толщины покрытия выполнялся неразрушающим и разрушающим методами. К группе неразрушающих методов контроля относят методы, которые возможно применить без нарушения целостности покрытия. Такими методами контроля являются магнитоиндукционные, вихретоковые и радиационные. К группе разрушающих методов относится метод шарового истирания.

Классические методы определения основных механических параметров твердых тел на основе экспериментальной зависимости напряжение-деформация неприменимы для покрытий и упрочненных приповерхностных слоев, т.к. требует изготовления специальных образцов для проведения испытаний. Для анализа локальных механических свойств поверхности материалов и изделий традиционно применяются статические методы измерения твердости (Бринелля, Виккерса и Роквелла), которые в силу своих особенностей неприменимы при измерении свойств покрытий и приповерхностных слоев в труднодоступных местах, на поверхности крупногабаритных деталей и деталей сложной геометрии. Эти ограничения привели к распространению различных портативных твердомеров. Однако, результат измерений наиболее распространенных портативных твердомеров (ультразвуковых и твердомеров Либа) зависит от соотношения пластических и упругих свойств (предела текучести и модуля Юнга), что не позволяет напрямую связать их со значениями статических шкал твердости, в частности шкалы Виккерса. Для получения достоверных результатов с помощью портативных твердомеров необходимо проводить их калибровку на мерах, упругие свойства которых близки к свойствам контролируемых объектов.

Детали исследования. Результаты измерений толщины покрытия магнитоиндукционным преобразователем на образце №1 (AD-136 2'') не соответствует фактической толщине покрытия, полученной методом шарового истирания. Это свидетельствует о том, что покрытие обладает ферромагнитными свойствами, приобретаемыми в процессе термической обработки, что влияет на показания магнитоиндукционного толщиномера покрытий. Наличие термической обработки также подтверждается высокой твердостью покрытия.

Результаты измерений толщины покрытия магнитоиндукционным преобразователем на образце № 2 (AD-136 4'') соответствуют результатам измерения толщины покрытия методом шарового истирания. Это свидетельствует об отсутствии ферромагнитных свойств у покрытия, что, в свою очередь, свидетельствует об отсутствии операции термической обработки покрытия.

Результаты измерений толщины хромовых твердых и молочных покрытий индукционным преобразователем соответствуют фактической толщине покрытия, полученной методом шарового истирания. 

По исследованию зависимости кода АЦП вихретокового фазового преобразователя ФД-1 от толщины покрытия на двух видах хрома (рисунок 1), видно, что вышупомянутые виды хромового покрытия имеют различную электропроводность в связи с тем, что электропроводность зависит от режима, выбранного в процессе нанесения покрытия.

 

Заключение. Для комплексного контроля покрытий необходимо учитывать такие параметры, как электрофизические - σп, σосн, 

µосн, так и геометрические – толщины покрытия d, шероховатости Ra, радиуса кривизны поверхности R. Подтверждена возможность использования метода шарового истирания в качестве опорного при измерении толщины покрытия, так как на результат измерения не влияют вышеперечисленные параметры. Портативные толщиномеры следует использовать после предварительной градуировки на образце, который идентичен по свойствам объектам контроля, в силу того что при нарушении технологического процесса возможно изменение электромагнитных свойств. Для контроля твердости предлагается использовать выборочный контроль шаровых пробок, на средствах измерения, реализующих метод измерения твердости, HV. Также, подтверждена возможность использования вихретоковых толщиномеров, реализующих фазовый метод измерения, для проведения оперативного контроля твердости хромовых покрытий с учетом известной толщины.

1. Выполненные исследования подтвердили необходимость операционного и выходного комплексного многопараметрического контроля металлических покрытий шаровых пробок запорной арматуры для обеспечения их гарантированного качества по назначению.

2. Для калибровки и настройки оборудования необходимо подготовить и аттестовать контрольные образцы пробок с покрытиями во всем диапазоне толщин и марок используемых материалов с использованием разрушающих (прямых) методов измерения: метода шарового истирания для аттестации по толщине покрытия и испытанием на твердость с использованием микротвердомера прямого измерения с нагрузкой не более 5 Н для аттестации по твердости.

3. Контроль толщины ENP покрытий следует выполнять магнитоиндукционным методом до операции термообработки, так как после термообработки покрытие становится магнитным с переменными по площади электрофизическими свойствами.

4. Калибровку магнитоиндукционных толщиномеров перед измерениями следует осуществлять на аттестованных по толщине контрольных образцах.

5. С учетом диапазона нормируемых толщин покрытий испытания на твердость (измерение твердости) допустимо выполнять методом UCI с нагрузкой не более 10 Н после калибровки на аттестованных контрольных образцах.

В случае проведения входного контроля необходимо использовать аналогичные приборы, контрольные образцы и методики измерения, также следует учесть, что входной контроль по толщине ENP покрытия неразрушающими методами с необходимой точностью не возможен.