Соединения с гарантированным натя­гом довольно широко используются в тех­нике. Например, колесные пары подвиж­ного состава железнодорожного транспор­та (посадка бандажа на колесо, колеса на ось), диски роторов теплоэлектростанций, насаженные на вал, удерживаются в рабо­чем положении благодаря прессовой по­садке. При сборке колесных пар насажи­ваемая деталь нагревается до температуры 110 ... 120°. После ее остывания при пра­вильном подборе диаметров вала и отвер­стия происходит деформация на 35 ... 65 мкм. Анализ показал, что требуемая технология не всегда выдерживается и количество отказов соединений с натягом составляет 90 ... 95 % от общего числа отказов колесных пар на железнодорож­ном транспорте.

Ультразвуковой метод позволяет контролировать величину натяга соедине­ния по амплитудам прошедшего и отра­женного от натяга сигнала. Для исследо­ваний происходящих явлений существен­на работа Н. Т. Манолова (Станкин), в ко-

торой исследовано прохождение продоль­ных волн через границу двух твердых тел в зависимости от приложенного напряже­ния. Использовался метод прохождения.

Коэффициент прохождения К растет почти пропорционально приложенному давлению (рис. 5.111) до значений давле­ния 10 кН/см2. Контактирующая пара сталь-сталь, качество поверхности - Ra = 2,5 мкм, частота ультразвука -

2,5 МГц. При разгрузке наблюдается яв­ление гистерезиса, которое объясняется образованием микроплощадок контакта типа слипания. Для материалов с низким пределом текучести (олово, свинец, пла­стмассы) наблюдалось остаточное прохо­ждение УЗ-волн после снятия нагрузки.

При увеличении времени выдержки под нагрузкой для пары сталь-сталь про­хождение не изменялось, а для пары оло­во-сталь существует время стабилизации порядка 50 мин. Рекомендовано вести из­мерения на постоянной частоте, тем более высокой, чем меньше зазор между контак­тирующими поверхностями.

Болгарские специалисты разработали методику контроля напряжений при сжатии поверхностей двух объектов и, в частности, для контроля прессовой посад­ки на основе использования волн Стоунли [422, с. 1985]. С возрастанием напряжений скорость прохождения волн увеличивает­ся, а амплитуда прошедшего сигнала уменьшается. Рекомендуется использовать последний эффект, но необходимо учиты­вать влияние затухания УЗ в материале и возможность наличия жидкости в кон­тактном зазоре.

Контроль качества соединений в ко­лесной паре подвижного железнодорожно­го состава рекомендуется проводить на частотах 2,5 ... 5 МГц эхометодом. Каче­ство посадки колеса на ось проверяли по­перечными волнами наклонными преобра­зователями с углом ввода 40 .. 50°. Каче­ство посадки бандажа на колесо проверя­ли продольными волнами, вводимыми по нормали (работы А. П. Романова, Чуваш­ский госуниверситет).

Использовали два способа тарировки. Наиболее простой состоял в измерении амплитуды УЗ-сигнала в зависимости от контактного давления, подаваемого на образец сопрягаемых поверхностей. Ме­тодика позволила обнаружить зоны с раз­ной плотностью посадки по площади со­единения и определить среднее значение плотности посадки.

И. Б. Московенко и др. установили эффективность применения низкочастот­ных акустических методов контроля за­прессовки [423, с. 217]. Контролировалась посадка бронзовых втулок на цилиндриче­ские корпуса диаметром 70 мм и посадка втулок на прицепные шатуны. Натяг h при посадке составлял 0,03 ... 0,12 мм. По из­делию наносился механический удар и прибором "Звук-203" измерялась собст­венная частота колебаний /и число перио­дов Гтах колебаний за определенное время (100 мс). На рис. 5.112 показаны результа­ты для первой из исследовавшихся пар. С увеличением натяга h значения / и Гтах увеличивались, причем зависимость Гтах от h носит более ярко выраженный харак­тер.

Сибирский государственный универ­ситет путей сообщения (г. Новосибирск) разработал метод контроля прессовой по­садки внутреннего кольца буксового под­шипника на шейку вагонной оси. В основе метода лежит идея измерения амплитуд­
но-частотной характеристики, времени затухания и интенсивности многократно отраженных ультразвуковых импульсов, излучаемых в соединение кольца с шейкой вагонной оси, в зависимости от входных параметров задающей ультразвуковой посылки [427, докл. С20]. Изменения ве­личины и времени затухания многократно отраженных ультразвуковых импульсов в объекте контроля, как показано далее, за­висят от величины натяга в сопрягаемых поверхностях.

Величина и время затухания много­кратно отраженных ультразвуковых им­пульсов в контролируемом объекте (ось, кольцо, волновод и преобразователь) ха­рактеризуют волновые свойства среды, в которой распространяется волна. Величи­на натяга влияет на толщину граничного слоя, а следовательно, и на прохождение и отражение ультразвуковых импульсов. При накачке энергии звуковой волны в резонансную систему, представляющую собой соединение шейки оси и кольца, происходит преобразование формы ульт­развуковых импульсов вследствие по­глощения и многократного отражения (ре­зонанс системы "кольцо-шейка"). Причем величина натяга меняет амплитуду и час­тоту отраженных импульсов.

Практическая реализация вышеизло­женного способа сводится к следующему. В контролируемый объект датчиком про-

дольной волны посылаются короткие аку­стические импульсы (рис. 5.113, а), кото­рые модулируются по частоте, а также имеют плавающую амплитуду и число импульсов в посылке. Модулирование по амплитуде дает возможность определять качество контакта между пьезоэлектриче­ским преобразователем (ПЭП) и объектом. При сканировании объекта с разными ам­плитудами выходного акустического сиг­нала без отрыва ПЭП от поверхности кон­такта определяется соотношение между зарегистрированными сигналами, которое дает значение, характеризующее прижатие ПЭП. Фактор прижатия необходимо учи­тывать, так как трудно обеспечить одина­ковый контакт между ПЭП и поверхно­стью кольца в реальных промышленных условиях.

Отраженный эхосигнал (рис. 5.113, б) регистрируется ПЭП, преобразуется в по­следовательность импульсов (рис. 5.113, в). Далее импульсы нормируются по ампли­туде и частоте в соответствии с излучен­ным сигналом, на основании чего строит­ся трехмерная спектроэхограмма объекта измерения.

Изображение на спектроэхограмме несет информацию о величине натяга. Спектроэхограмма для свободного датчи­ка представляет собой суммарную ампли - тодно-частотную характеристику пьезо­электрического преобразователя и волно­вода, причем при увеличении энергии ультразвуковых посылок характер спек­трограммы слабо меняется. Резонансные свойства колебательной системы "кольцо - шейка оси" вносят существенные измене­ния в характер спектрограммы. Наблюда­ется увеличение числа резонансных частот и резонансов при больших натягах. Ам­плитуда пиков частот увеличивается, а ширина полосы становится более узкой. Появляются отдельные пики резонансов в небольшой области частот. Этот факт можно объяснить неравномерностью вы­борки размера зазора вследствие конусно­сти и эллипсности контактирующих по­верхностей узла "кольцо-шейка", а также потерями энергии акустической волны в дефектах сопрягаемых деталей. Способ высокопроизводителен, чувствителен не только к величине натяга, но также к де­фектам деталей и структуре материалов.

Контроль гарантированного натяга в заклепочном соединении рассмотрен в разд. 5.6. Контроль прессовой посадки с точки зрения измерения возникающих напряжений рассмотрен в разд. 7.4.