Стилоскопирование металлов¶

Стилоскопирование — метод неразрушающего контроля качества металлов и сплавов, основанный на визуальном сравнении спектра искр, образующихся при сухом трении или ударе образца материала по вращающемуся абразивному кругу, с эталонными спектрами. Метод относится к классу спектральных методов контроля и широко применяется в металлургии и машиностроении для определения химического состава и сорта стали, а также для выявления перепутов и дефектов заготовок.

¶Принцип действия

При соприкосновении образца с абразивным кругом, вращающимся с окружной скоростью 15–25 м/с, происходит интенсивное снятие металла в виде мельчайших частиц — искр. Температура частиц в зоне резания достигает температуры плавления и даже испарения металла. При остывании в воздухе расплавленные частицы окисляются и испускают свет, спектр которого определяется химическим составом сплава.

Характеристики искрового спектра — цвет, форма, длина, ветвление, наличие «головок» и «хвостов» — зависят от содержания углерода, легирующих элементов (хрома, никеля, марганца, ванадия, вольфрама, молибдена и др.), а также от температуры и скорости окисления частиц. По этим признакам опытный оператор различает сорта сталей и сплавов, а также отклонения в химическом составе.

¶История

Метод был предложен в 1920-х годах. В СССР стилоскопирование получило широкое распространение в 1930-е годы, когда в металлургической промышленности возникла потребность в быстром контроле сортамента проката и заготовок. Ведущую роль в развитии метода сыграл Институт чёрной металлургии АН УССР (Днепропетровск), где были разработаны основные приёмы искровой диагностики, а также составлены эталонные атласы искровых спектров для большинства промышленных сталей и сплавов.

В 1940–1950-е годы в СССР были стандартизированы основные приёмы стилоскопирования, определены оптимальные режимы работы кругов и требования к квалификации операторов. Метод стал обязательным элементом входного и приёмочного контроля на металлургических заводах.

¶Устройство и оборудование

Для стилоскопирования применяются стилоскопы — специальные станки, состоящие из следующих основных узлов:

• Электродвигатель с абразивным кругом диаметром 150–300 мм, вращающимся с постоянной скоростью;
• Приёмный столик с упорами для фиксации образца под определённым углом к кругу;
• Кожух с окном для наблюдения за искрением и защиты оператора от искр и пыли;
• Осветительная лампа и светофильтры для наблюдения спектра в удобных условиях;
• Водяная или воздушная система охлаждения круга для предотвращения перегрева.

В ряде конструкций предусмотрено устройство для автоматической подачи образца с постоянным усилием прижима, что повышает воспроизводимость искрового спектра.

¶Методика проведения

Образец (образец проката, поковка, отливка, сварной шов) подводят к вращающемуся кругу с определённым усилием прижима и удерживают до получения устойчивого искрового потока. Наблюдение ведут в затемнённом помещении на расстоянии 30–50 см от зоны искрения. Сравнение спектра с эталонными образцами проводят по заранее разработанным таблицам и атласам, где для каждого сорта стали указаны характерные признаки искрения.

Для повышения точности применяют методику «парного» сравнения: одновременно искрят контролируемый образец и эталонный образец известного сорта, что позволяет заметить даже незначительные различия в спектре.

¶Применение и ограничения

Основные области применения стилоскопирования:

• Сортировка и идентификация сортамента проката и заготовок на металлургических заводах;
• Контроль химического состава стали перед плавкой и в процессе плавки;
• Выявление перепутов — случайного попадания заготовок другого сорта в партию;
• Контроль сварных швов и наплавленных слоёв;
• Быстрый экспресс-контроль в полевых условиях.

К достоинствам метода относятся: быстрота (определение занимает 1–2 минуты), дешевизна, отсутствие необходимости в сложном оборудовании и химических реактивах, возможность работы с крупногабаритными изделиями.

К ограничениям метода относятся: субъективность оценки (результат зависит от квалификации и опыта оператора), невозможность точного количественного определения содержания элементов, необходимость предварительной зачистки поверхности образца, ограниченность применения для сплавов с высоким содержанием никеля и кобальта, спектр которых трудно различить визуально.

¶Развитие метода

С середины XX века стилоскопирование постепенно дополняется более точными методами — спектральным анализом с помощью спектрометров, рентгенофлуоресцентным анализом, портативными спектрометрами, позволяющими получать количественные данные о составе. Тем не менее стилоскопирование сохраняет практическое значение как дешёвый и быстрый метод предварительной сортировки и контроля, особенно в условиях ограниченного оснащения производственных участков.

В России методика стилоскопирования регламентируется рядом отраслевых стандартов и технических условий на приёмку металлопродукции, а подготовка операторов-стилоскопистов ведётся в системе профессионального образования металлургического профиля.

¶Источники

• ГОСТ 10243-75. Сталь. Методы испытаний и определения механических свойств.
• Справочник по стилоскопированию металлов и сплавов / под ред. А. П. Гуляева. — М.: Металлургия.
• Справочник металлурга: в 3 т. — М.: Металлургия, 1962.
• Постников И. С. Стилоскопирование металлов. — М.: Металлургия.