Техника и технология неразрушающих методов контроля деталей горных машин и оборудования

м о с к о в с к и й 

Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й 
Г О Р Н Ы Й 
У Н И В Е Р С И Т Е Т 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 
ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены редсовета 

И.В.ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

А.П.ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

В.В. КУРЕХИН 
академик 
РАЕН 

М.В. КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В.И. ОСИПОВ 
академик 
РАН 

э.м. 
СОКОЛОВ 
академик 
МАН 
ВШ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В.В. ХРОНИН 
профессор 

В.А. ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

В Ы С Ш Е Е Г О Р Н О Е О Б Р А З О В А Н И Е 

A . M . 
Ч у м и ч е в 

ТЕХНИКА 
И ТЕХНОЛОГИЯ 

НЕРАЗРУШАЮЩИХ 
МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ 
ДЕТАЛЕЙ 
ГОРНЫХ МАШИН 
И ОБОРУДОВАНИЯ 

Издание второе 

Рекомендовано 
Министерством 
образования 
Российской 
Федерации в качестве 
учебного 
пособия для студентов 
высших 
учебных 
заведений, обучающихся 
по направлению 
«Горное 
дело» 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 3 

УДК 620.179:534.86:622 
ББК 34.47 
Ч 11 

Рецензенты: 

• Кафедра горных транспортных машин Санкт-Петербургского государственного горного института (ТУ) (зав. кафедрой проф. А.А. Кулешов) 
• Зав. кафедрой транспортно-технологических роботов МАДИ 
проф. В.Н. Носов 

Чумичев A.M. 

ц 11 
Техника и технология неразрушающих методов контроля деталей горных машин и оборудования: Учеб. пособие. — 
М.: Издательство 
Московского 
государственного 
горного 
университета, 2003. — 379 с. 

ISBN 5-7418-0064-5 (в пер.) 

Кратко рассмотрены технология получения металлоизделий, типы 
дефектов, возникающих при изготовлении и эксплуатации деталей и узлов 
горных машин. Применительно к дефектоскопии деталей горных машин и оборудования дана классификация методов неразрушаюшего контроля, приведена оценка их применимости. Уделено внимание ультразвуковым методам и, в 
частности, эхо-импульсному, как наиболее распространенному и быстро развивающемуся методу неразрушаюшего контроля. Подробно рассмотрены аппаратура и конструкции ультразвуковых преобразователей, изложены теоретические аспекты эхо-импульсного метода. Технологии и методологии ультразвуковой дефектоскопии посвящены последние главы пособия, которые являются наиболее важными с точки зрения практического применения ультразвуковых методов. 

Для студентов горных вузов и факультетов, обучающихся по специальностям «Физические процессы горного производства», «Технология машиностроения и ремонта горных машин». 

УДК 620.179:534.86:622 
ББК 34.47 

ISBN 5-7418-0064-5 
© A.M. Чумичев, 1998, 2003 
© Издательство МГГУ, 1998, 2003 

ПРЕаПСЛОВПЕ 

В
ажнейшая народнохозяйственная проблема повышения 
надежности и долговечности деталей машин и механизмов решается многими методами: применением самых 
современных материалов; использованием новейших антикоррозионных покрытий и различных коррозийно-стойких 
сталей; разработкой и внедрением прогрессивных технологических методов и процессов; созданием оригинальных 
конструкций деталей и узлов и т.п. В решении этой проблемы возрастает роль методов и средств неразрушающего 
контроля материалов и изделий. 

Сплошной неразрушающий контроль изделий, как 
при изготовлении, так и в процессе эксплуатации позволяет 
сэкономить народному хозяйству значительные средства. 

Для неразрушающего контроля применяют различные методы. Среди них наибольшее распространение получили ультразвуковые как высокоэффективные, надежные, 
универсальные, сравнительно простые и недорогие. 

В 
горно-добывающей 
отрасли 
эксплуатируется 
большое число машин, конструкций, оборудования, работающих в условиях воздействия длительных статических и 
динамических нагрузок, резких перепадов температуры, 
агрессивных сред. 

Проблема повышения качества, надежности, долговечности и безопасности работы горно-шахтного оборудования угольных разрезов особенно актуальна в связи с возросшими 
требованиями 
к эффективности 
горно-добывающего производства, и не может быть решена без широкого внедрения дефектоскопии ответственных элементов 
оборудования в процессе его изготовления, ремонта и эксплуатации. 

5 

Область применения дефектоскопии и эффективность ее внедрения в горнодобывающей отрасли имеет 
особенности, определяемые спецификой производства, ремонта и эксплуатации оборудования. 

Неразрушающим 
методам 
контроля 
посвящено 
большое количество изданий. 

Данное пособие является одним из первых, которое 
посвящено технике и технологии дефектоскопии, в частности, ультразвуковой, как получившей наибольшее применение. 

Пособие предназначено для студентов, специализирующихся в области неразрушающих методов и 
средств 
контроля материалов, деталей, машин и оборудования. Оно 
может быть полезным и для инженерно-технических работников, разрабатывающих технологию и средства ультразвукового контроля. 

Автор выражает искреннюю благодарность 
заведующему кафедрой горных транспортных машин 
СПГГИ (ТУ) проф. Кулешову А.А. и заведующему 
кафедрой 
транспортно-технологических 
роботов 
МАДИ проф. Носову В.Н. за замечания, высказанные 
при рецензировании рукописи. 

Автор с благодарностью примет замечания и пожелания читателей, направленных на улучшение учебного пособия. 

Гпава 1 

ОСНОВНЫЕ 
СВЕДЕНИЯ 

О ТЕХНОЛОГИИ 
ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА. 
ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЕТАЛЕЙ 
ГОРНЫХ МАШИН 
И ОБОРУДОВАНИЯ 

1.1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ 
ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ 

• 

1.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ 
И СПЛАВОВ 

• 

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА 
УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ 

• 

1.4. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛЬНОГО ПРОКАТА, 
ПОКОВОК И ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ 

• 

1.5. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРКА 

1.1. 
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ 
ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ 

1.1.1. 
пропзвоаство ЧУГУНА 

ырьевыми материалами для производства чугуна в до
^-^менньгх печах служат: железные и марганцевые руды; топливо; флюсы. 

Железная руда состоит из рудного вещества и пустой 
породы. 

Рудным веществом называются находящиеся в руде 
природные химические соединения железа, чаще всего его 
окислы. В доменных печах железо восстанавливается из его 
химических соединений и практически полностью (на 98¬
99 %) переходит в состав выплавляемого чугуна. 

Пустая порода железной руды имеет различный химический состав. Чаще всего она состоит из кварца или 
песчаника с примесью глинистых веществ, реже из известняка или доломита Пустая порода в доменной печи ошлаковывается (переходит в состав шлака) и отделяется от чугуна. 

Для выплавки чугуна используются лишь твердые 
сорта топлива. 

Более 88 % чугуна выплавляется на коксе. 
Топливо выполняет очень важную роль в д о менной печи: 

- при его горении развиваются высокие температуры, необходимые для восстановления руды, плавления и перегрева образующихся чугуна и шлака; 

- часть находящегося в топливе углерода принимает непосредственное участие в реакциях восста
8 

новления руды, т.е. является источником получения чугуна. 

Флюса применяются для понижения температуры 
плавления пустой породы и сплавления ее с золой топлива. 
В качестве флюсов в доменном производстве чаще всего 
используют известняк и реже доломит. 

Если железная руда содержит недостаточное количество железа, то перед доставкой на металлургический завод 
ее подвергают обогащению. 

Очень перспективным способом подготовки пылеватых руд и тонко измельченного рудного концентрата к 
плавке является изготовление округлых комков или окатышей. 

Выплавка чугуна производится в доменной печи. 
Доменная печь является шахтной печью, которую выкладывают в стальном корпусе шамотным кирпичом. Печь 
содержит различные устройства для загрузки шихты, накопления и выпуска чугуна, выпуска шлака. 

Сущность доменной печи состоит в восстановлении 
железа из окислов в руде, науглероживании железа и ошлаковании пустой породы. Эти процессы требуют определенных весовых соотношений между рудой, флюсами, топливом и кислородом дутья, а также соответствующих температур. 

В доменной печи непрерывно движутся: вниз — поток шихты, а снизу вверх — поток газов, образующихся 
при горении топлива и при реакциях с составляющими 
шихты. 

Углерод в чугуне может содержаться в виде свободного графика и в составе химического соединения с железом — карбида железа или цементита. Чугуны, содержащие 
свободный графит, имеют в изломе серый или темно-серый 
цвет и крупнозернистое строение. Эти чугуны применяют в 
литейном производстве, так как они хорошо заполняют 

9 

формы и легко поддаются обработке режущими инструментами. Поэтому такие чугуны называют литейными или серыми. 

Чугуны, содержащие углерод в составе цементита, 
очень твердые, хрупкие и имеют белый цвет в изломе. Для 
отливок они мало пригодны и трудно обрабатываются режущим инструментом. Эти чугуны преимущественно перерабатывают на сталь и называют белыми или передельными 
чу гунами. 

Кроме литейных и передельных чугунов в доменных 
печах выплавляют специальные чугуны, или ферросплавы. 
Ферросплавы имеют повышенное содержание одного или 
нескольких элементов, например, марганца и др. 

Передельные чугуны разделяются по способу их 
дальнейшей переработки на сталь на мартеновские (М), 
бессемеровские (Б) и томасовские (Т). 

1.1.2. 
пропзвоаство СТАЛИ 

Сталь по сравнению с чугуном прочнее и обладает 
пластичностью. Ее можно прокатывать, ковать, обрабатывать давлением и режущими инструментами. 

В расплавленном состоянии сталь достаточно жидкотекуча для литья. 

При переделе чугуна в сталь из него удаляют избыток углерода, кремния, марганца и особенно вредные примеси — серу и фосфор. При окислении чугуна углерод, соединяясь с кислородом, превращается в окись углерода, 
которая в виде газовых пузырьков удаляется из металла. 
Другие примеси переводятся в окислы и другие соединения, 
не растворимые или малорастворимые в стали. Эти соединения вместе с флюсом образуют на поверхности металла 
шлак. 

10