Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 56667-2015 "Техническая диагностика. Акустический метод определения технического состояния тормозных дисков скоростного подвижного состава. Общие требования" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 октября 2015 г. N 1618-ст)

Technical diagnostics. Acoustic method for assessing conditions of high-speed wagons. General requirements

Дата введения - 1 июля 2016 г.

Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АО "НИЦ КД") при участии Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева (НГТУ им. Р.Е. Алексеева)

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 "Техническая диагностика"

3 Утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 октября 2015 г. N 1618-ст

4 Введен впервые

Введение

Определение фактического технического состояния материала ответственных деталей подвижного состава железнодорожного транспорта - одна из самых насущных проблем, от решения которой напрямую зависит безопасность эксплуатации любого оборудования, технического устройства или конструкции. К числу таких узлов конструкции железнодорожного подвижного состава, непосредственно влияющих на безопасность движения и требующих повышенного внимания, являются тормозные диски. Для обеспечения безопасной эксплуатации недопустимым является наличие трещин в тормозном диске. Зарождению трещины предшествуют структурные изменения, связанные с внешним воздействием температуры, переменных нагрузок, сил трения. Это приводит к изменению физико-механических характеристик материала, связанному с накоплением рассеянных микроповреждений, не обнаруживаемых традиционными методами неразрушающего контроля.

Настоящий стандарт разработан с целью обеспечения методической основы применения акустического метода для определения технического состояния материала тормозных дисков скоростного подвижного состава с целью оценки возможности их дальнейшей безопасной эксплуатации.

Техническое состояние материала тормозного диска определяется по двум критериям - величине остаточных напряжений и значению уровня эксплуатационной поврежденности, используемой в расчетных методах механики поврежденной среды.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к методу выполнения комплекса акустических измерений для определения технического состояния материала тормозных дисков скоростного подвижного состава с целью возможности их дальнейшей эксплуатации.

Настоящий документ устанавливает:

- содержание и порядок проведения процедур измерений при акустическом контроле технического состояния материала тормозных дисков;

- требования к аппаратуре и программному обеспечению, применяемым в процессе измерений;

- требования к метрологическому обеспечению метода и используемой аппаратуре;

- требования к оформлению результатов контроля.

Примечание - Настоящий стандарт не распространяется на тормозные диски производства фирмы "KNORR-BREMSE".

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.001-89 Система стандартов безопасности труда. Ультразвук. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов

ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.013.3-2002 Машины ручные электрические. Частные требования безопасности и методы испытаний шлифовальных, дисковых шлифовальных и полировальных машин с вращательным движением рабочего инструмента

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 2768-84 Ацетон технический. Технические условия

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 6616-94 Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия

ГОСТ 10587-84 Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия

ГОСТ 17299-78 Спирт этиловый технический. Технические условия

ГОСТ 20415-82 Контроль неразрушающий. Методы акустические. Общие положения

ГОСТ 20799-88 Масла индустриальные. Технические условия

ГОСТ 30489-97 (ЕН 473:1992) Квалификация и сертификация персонала в области неразрушающего контроля. Общие требования

ГОСТ Р 8.563-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений

ГОСТ Р 12.1.019-2009 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ Р 55725-2013 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Общие технические требования

ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения и сокращения

3.1 В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

f	- номинальная частота используемого пьезопреобразователя, МГц;
	- задержки k-х отраженных импульсов продольной волны относительно 1-го отраженного импульса при n повторных измерениях, нс, i = 1,...,n;
	- среднее значение задержки k-го отраженного импульса продольной волны относительно 1-го отраженного импульса, нс;
	- задержки k-х отраженных импульсов продольной волны относительно 1-го отраженного импульса в стандартном образце при n повторных измерениях, нс, i = 1,...,n
	- среднее значение k-го отраженного импульса продольной волны относительно 1-го отраженного импульса в стандартном образце, нс;
	- значение задержки , приведенное к 20°С, нс;
	- значение задержки ,приведенное к 20°С, нc;
	- задержки k-х отраженных импульсов поперечной волны относительно 1-го отраженного импульса при поляризации волны в тангенциальном направлении при n повторных измерениях, нс, i = 1,...,n;
	- среднее значение k-го отраженного импульса поперечной волны относительно 1-го отраженного импульса при поляризации волны в тангенциальном направлении, нс
	- задержки к-х отраженных импульсов поперечной волны относительно 1-го отраженного импульса при поляризации волны в тангенциальном направлении в стандартном образце при n повторных измерениях, нс, i = 1,...,n;
	- среднее значение k-го отраженного импульса поперечной волны относительно 1-го отраженного импульса при поляризации волны в тангенциальном направлении в стандартном образце, нc;
	- значение задержки , приведенное к 20°С, нc;
	- значение задержки , приведенное к 20°С, нc;
	- задержки k-х отраженных импульсов поперечной волны относительно 1-го отраженного импульса при поляризации волны в радиальном направлении при n повторных измерениях, нc, i = 1,...,n;
	- среднее значение k-го отраженного импульса поперечной волны относительно 1-го отраженного импульса при поляризации волны в радиальном направлении, нс;
	- задержки k-х отраженных импульсов поперечной волны относительно 1-го отраженного импульса при поляризации волны в радиальном направлении в стандартном образце при n повторных измерениях, нc, i = 1,...,n;

	- среднее значение k-го отраженного импульса поперечной волны относительно 1-го отраженного импульса при поляризации волны в радиальном направлении в стандартном образце, нс;
	- значение задержки , приведенное к 20°С, нc;
	- значение задержки , приведенное к 20°С, нc;
, , ,	- упругоакустические коэффициенты, МПа;
, ,	- термоакустические коэффициенты, °:
	- относительное изменение скорости сдвиговой волны при изменении температуры на 1°С;
	- то же для продольной волны;
	- то же для рэлеевской волны.
	- тангенциальное остаточное напряжение, МПа;
	- радиальное остаточное напряжение, МПа;
	- предел текучести материала объекта контроля, МПа;
	- задержки импульсов рэлеевской волны при распространении волны в тангенциальном направлении при n повторных измерениях, нc, i = 1,...,n;
	- среднее значение задержка импульса рэлеевской волны при распространении волны в тангенциальном направлении, нc;
	- задержки импульсов рэлеевской волны при распространении волны в радиальном направлении при n измерениях, нс, i = 1,...,n;
	- среднее значение задержка импульса рэлеевской волны при распространении волны в радиальном, нc;
	- значения задержки импульса рэлеевской волны относительно для стандартного образца при n повторных измерениях, нс, i = 1,...,n;
	- среднее значение импульса рэлеевской волны для стандартного образца, нс;
	- значение задержки , приведенное к 20°С, нс;
	- значение задержки , приведенное к 20°С, нс;
	- значение задержки , приведенное к 20°С, нс;
T	- температура поверхности диска, °С;
	- температура поверхности стандартного образца, °С;
	- размахи импульсов рэлеевской волны, распространяющихся в тангенциальном направлении при n повторных измерениях, i = 1,...,n;
	- среднее значение размахов импульсов рэлеевской волны, распространяющихся в тангенциальном направлении;
	- размахи импульсов рэлеевской волны, распространяющейся в радиальном направлении при n повторных измерениях, i = 1,...,n;
	- среднее значение размахов импульсов рэлеевской волны, распространяющихся в радиальном направлении;
	- размахи импульсов рэлеевской волны, распространяющейся в стандартном образце при n повторных измерениях, i = 1,...,n;
	- среднее значение размахов импульсов рэлеевской волны, распространяющихся в стандартном образце;
, ,	- характеристики поврежденности материала диска;
N	- пробег вагона на момент диагностирования материала тормозного диска, тыс. км;
	- фактический ресурс тормозного диска - пробег вагона до момента появления опасного макродефекта в материале тормозного диска, тыс. км.

3.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

	ТД	- тормозной диск;
	СК	- средство контроля;
	ПЭП	- пьезоэлектрический преобразователь;
	УИ	- ультразвуковой импульс;
	ПАВР	- поверхностные акустические волны Рэлея;
	РЭ	- руководство по эксплуатации;
	СОП	- стандартный образец предприятия;
	ЦТС	- цирконат титанат свинца.

4 Общие положения

4.1 Метод основан на существующей зависимости между параметрами распространения упругих поверхностных и объемных волн и уровнем микроповреждений и остаточных напряжений в структуре материала ТД, возникающих в процессе их эксплуатации.

4.2 В методе используется ручной способ ультразвукового эхо-импульсного контактного прозвучивания с применением приемо-передающих (совмещенных или раздельно-совмещенных) ПЭП волн различных типов по ГОСТ Р 55725.

4.3 Контроль осуществляется по технологической документации, разработанной в соответствии с требованиями ГОСТ 20415.

4.4 Схема прозвучивания соответствует эхо-методу ультразвукового контроля. Способ возбуждения упругих колебаний - контактный. Вид излучаемого сигнала - радиоимпульс с высокочастотным (ультразвуковым) заполнением, с плавной огибающей и эффективной длительностью (на уровне 0,6 от максимальной амплитуды) от 2 до 4 периодов основной частоты.

4.5 Измеряемые механические напряжения являются усредненными по толщине материала и площади ультразвукового пучка.

4.6 Измеряемые характеристики поврежденности являются усредненными по объему распространения поверхностной волны, определяемому базой преобразователя (расстоянием между излучателем и приемником), номинальной частотой и размерами его активных элементов.

4.7 Непосредственно измеряемыми величинами являются задержки (время распространения в материале) и размахи акустических сигналов.

4.8 Влияние температуры на точность измерения информативных акустических параметров учитывают с помощью соответствующих термоакустических коэффициентов, имеющих размерность °.

Их значения содержатся в базе данных СК или могут быть получены экспериментально в соответствии с приложением А.

4.9 Характеристики поврежденности определяют на основании обработки массивов информативных акустических параметров с использованием результатов предварительных экспериментов.

4.10 Оценка остаточного ресурса материала ТД в зоне измерений проводится на основе использования кривых, аппроксимирующих зависимости характеристик накопленной поврежденности от относительного пробега, полученных в ходе предварительных экспериментов.

4.11 Рекомендуемый настоящим стандартом метод может служить основой для составления методики выполнения измерений по ГОСТ Р 8.563.

4.12 При разработке методики выполнения измерений необходима ее верификация на основании представительной базы испытанных ТД.

5 Требования безопасности

5.1 К выполнению измерений допускают персонал, прошедший обучение, повышение квалификации в установленные сроки сертифицированный в системе добровольной сертификации на соответствующий уровень квалификации по ГОСТ 30489 согласно [1].

5.2 При контроле технического состояния ТД оператор должен руководствоваться ГОСТ 12.1.001, ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.3.002 и правилами безопасности при эксплуатации электроустановок по ГОСТ Р 12.1.019 и ГОСТ 12.1.038.

5.3 Измерения проводят в соответствии с требованиями безопасности, указанными в инструкции по эксплуатации аппаратуры, входящей в состав используемых СК.

5.4 Помещения для проведения измерений должны соответствовать требованиям норм [2], [3].

5.5 При организации работ по контролю технического состояния ТД должны быть соблюдены требования пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004.

6 Требования к средствам измерений

6.1 В качестве СК используют установки, скомпонованные из серийной аппаратуры, или специализированные ультразвуковые приборы, сертифицированные и поверяемые в установленном порядке.

6.2 В своем составе СК должны содержать следующие ПЭП:

- раздельно-совмещенный преобразователь ПАВР типа П122-3.0 по ГОСТ Р 55725 или специализированные преобразователи, приведенные в [4], [5];

- прямой совмещенный преобразователь продольных волн типа П111-5,0 по ГОСТ Р 55725;

- прямой совмещенный преобразователь поперечных волн типа П111-5,0 по ГОСТ Р 55725, например, преобразователи типа V 155-RB, V155-RM, V156-RM или специально изготовленные по технологии, приведенной в приложении Б.

6.3 Вспомогательные устройства и материалы

6.3.1 Шлифовальный инструмент для подготовки поверхности по ГОСТ 12.2.013.3.

6.3.2 Термопреобразователь поверхностный типа ТПП 13 или ТПП 10 по ГОСТ 6616 для измерения температуры поверхности ТД.

6.3.3 Обезжиривающая жидкость (спирт по ГОСТ 17299 или ацетон по ГОСТ 2768) для подготовки поверхности.

6.3.4 Контактная жидкость (индустриальное масло марок И-30А, И-40А, И-50А по ГОСТ 20799, вода).

6.3.5 Контактная жидкость для ввода поперечных колебаний (эпоксидная смола по ГОСТ 10587, жидкость SWC, мед), вязкость которой при температуре измерения должна соответствовать вязкости эпоксидной смолы при температуре 25°С: от 12 до 25  по ГОСТ 10587.

6.3.6 Емкости для хранения контактной жидкости, кисти для нанесения контактной жидкости на поверхность изделий, ветошь для протирки ультразвуковой аппаратуры и рук оператора, линейка металлическая 500 мм по ГОСТ 427 для разметки ТД, маркер или мел для нанесения меток на проконтролированные изделия, журнал для ведения протокола контроля.

6.4 СК должны обеспечивать проведение измерений эхо-методом с использованием УИ с плавной огибающей.

6.5 СК должны обеспечивать дискретизацию ультразвукового сигнала с частотой, превосходящей не менее чем в 10 раз максимальную эффективную частоту используемого ПЭП.

6.6 СК должны содержать аналого-цифровые преобразователи с разрядностью не менее 12.

6.7 Первичная акустическая информация для каждого измерения должна постоянно храниться на внешних носителях, защищенных от несанкционированного доступа.

6.8 Документация СК должна содержать методику выполнения измерений, а также документы, устанавливающие:

- назначение и область применения СК;

- состав и основные характеристики средств аппаратного и программного обеспечения, включающие погрешность измерения параметров УИ;

- методы и средства достижения совместимости СК, в том числе информационной, электрической, энергетической, программной, конструкторской, эксплуатационной.

6.9 Описание функциональных возможностей СК в эксплуатационных, конструкторских и программных документах должно содержать характеристики аппаратного и программного обеспечения.

6.10 Эксплуатационные характеристики СК должны соответствовать требованиям технических условий и настоящего стандарта.

6.11 При определении уровня эксплуатационной поврежденности применяют СОП с исходной структурой материала ТД. Каждый СОП должен быть аттестован и иметь свидетельство об аттестации и паспорт. СОП должны проходить периодическую, а также в специальных случаях внеочередную аттестацию (ведомственную поверку) в установленном в отрасли порядке.

6.12 Расстояние l от центра СОП до боковых граней должно быть не менее значения, вычисляемого по формуле

,

(1)

где r - радиус излучателя ПЭП;

- скорость упругих продольных волн в материале ТД;

h - толщина венца ТД.

7 Требования к объектам контроля

7.1 Материал ТД не должен содержать недопустимых расслоений, включений и других видимых дефектов.

7.2 Контролю подлежат рабочие поверхности (поверхности трения) венца ТД.

7.3 Зоны контроля выбирают равномерно вдоль отрезков радиусов в пределах рабочих поверхностей с угловым интервалом 45°. Количество зон контроля на каждом радиусе не менее трех.

7.4 Шероховатость поверхности Ra ТД в зонах измерений - не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789.

Примечание - Метод не гарантирует требуемую точность определения остаточных напряжений и поврежденности, если шероховатость поверхности ТД К в зонах измерений Ra превышает 2,5 мкм.

7.5 Температура поверхности ТД должна быть в пределах от 5°С до 40°С.

7.6 Перед установкой ПЭП поверхность ТД очищают от грязи, окалины, ржавчины и обезжиривают.

7.7 Расстояние l от точки ввода акустической волны до боковых граней ТД должно быть не менее значения, вычисляемого по формуле (1).

8 Порядок подготовки к проведению контроля

8.1 Подготовка к контролю должна включать в себя следующие организационно-технические мероприятия:

а) подготовка (при необходимости) поверхности металла к контролю согласно 7.2;

б) обеспечение безопасности работы персонала, осуществляющего контроль, в соответствии с инструкциями по технике безопасности;

в) подготовка к работе СК.

8.2 Подготовка к работе СК должна включать в себя:

а) основные работы по подготовке СК после транспортировки или хранения в соответствии с эксплуатационной документацией на СК;

б) основные работы по монтажу и наладке СК перед проведением контроля в соответствии с эксплуатационной документацией на СК;

в) прокладку (при необходимости) кабельных линий связи между датчиками и измерительным блоком СК;

г) установку параметров СК в исходное состояние;

д) измерение температуры поверхности ТД с пределом допускаемой погрешности 1°С.

8.3 При отсутствии в базе данных СК необходимых функциональных или регрессионных связей между акустическими параметрами и характеристиками поврежденности перед проведением контроля проводят комплекс п