Методы и приборы для контроля параметров резьбы

Введение

В себестоимости нефти, добываемой российскими нефтяными компаниями до 35-40% составляют затраты на поддержание парка насосно-компрессорных труб и муфт для них. Известно, что более 50% аварий трубных подвесок происходит по вине резьбовых соединений.

Принципиально новая технология ремонта и контроля, бывших в эксплуатации, а также новых НКТ и муфт для них, направлена на общее повышение ресурса и перевод ремонта из затратной в доходную составляющую нефтяной компании. Такая технология имеет одну из основных особенностей  автоматизированный контроль геометрических параметров резьбы на 75-80% ее поверхности. Контроль осуществляется специальными устройствами, входящими в состав либо автоматизированного цеха, либо участка и реализующими функции малолюдной технологии.

При этом применение автоматизированных устройств контроля гарантирует:

• высокую надежность, как самого процесса контроля, так и характеристик, оцениваемых на базе объективных критериев отбраковки;
• высокую производительность всего комплекса подготовки муфт и труб, обеспечиваемую автоматизацией всех операций по технологической схеме;
• повышение герметичности резьбовых соединений, что обеспечивает снижение уровня потерь по текущей добычи нефти;
• возможность автоматизированного документооборота по всем операциям и прогнозирование сроков проведения профилактических и ремонтных работ на скважинах, оборудованных подвесками из муфт и труб, прошедших цикл контрольных операций;
• ежегодное сокращение объемов закупок муфт и труб на 30-40% по сравнению с традиционной технологией.

Необходимость автоматизированного контроля резьбовых параметров НКТ и муфт по сравнению с технологией ручного контроля связана со следующим:

• возможностью контроля большого числа геометрических параметров резьбы (6-12) различных типоразмеров изделий на одной измерительной позиции без изменения условий базирования;
• возможностью использования единственной измерительной головки вместо 6-12 специализированных ручных измерительных приборов;
• высокой достоверностью и повторяемостью результатов по сравнению с ручными методами;
• высокой производительностью контроля (не более 1,5 мин. на 1 изделие);
• возможностью документирования и архивирования полученных данных с выдачей паспорта на резьбу;
• высокой окупаемостью устройства за счет непрерывной работы в 1,5-2 смены (окупаемость составляет 2-3 года);
• гибкостью встраивания в технологический процесс за счет использования как ручной, так и автоматизированной загрузки изделий на измерительную позицию;
• возможностью асинхронного (компьютерного) анализа результатов контроля параметров резьбы с целью разбраковки по группам и подбора оптимальных пар муфта  труба.

Измерение среднего диаметра резьбы

Контроль среднего диаметра нарезки выполняется микрометром. Главными комплектующими данного инструмента являются сменяемые наконечники, которые ставятся в отверстие винта. Этот прибор для измерений предоставляет наиболее точные измерения резьбы.

Если для работы нужны лишь усреднённые значения диаметра резьбы, то можно задействовать специализированное устройство – кронциркуль. Его устройство продемонстрировано шариковыми наконечниками, размеры каких должны подходить типу и шагу соединений с резьбой. Наконечники кронциркуля ставят по резьбовому калибру, выдавая усредненный размер диаметра. После чего нужно сделать подобные действия и с боковыми сторонами детали. Для контроля полученных результатов применяются резьбовые скобы. Оценка точности диаметра проходит по принципу сравнение получившейся резьбы с исходным шаблоном.

Если нужно сделать контроль среднего диаметра небольшой длины, состоящей максимум из 2 витков, то мастера пользуются методом, в котором использованы 2 проволочки. Данный вариант измерения резьбы выделяется тем, что на противоположные выступы и впадины резьбы кладутся проволки, диаметр которых считается табличной единицей. Расстояние между концами проволочек показывает число среднего диаметра детали. Для любого класса точности выпускаются некоторые проволки, создающиеся по ГОСТу 2475-88

Во время определения конечных чисел очень важно понимать допустимые неточности, так как 2 проволки не дают возможность получить максимально точные значения

Также такой параметр резьбы может измеряться при помощи микроскопа. Прибор прикладуют к боковым сторонам профиля заготовки. Окуляры микроскопа наводятся на изображение профиля со всех сторон, Чтобы узнать его размер. Полученные значения складываются и разделяют на кол-во сторон. Получившееся усредненное арифметическое считается действительным значением среднего диаметра соединений с резьбой.

Для производственных работ бывает требуется дополнительно произвести контроль среднего диаметра вала. На них размещаются подшипники, муфты, борты и зубчатые колёса, благодаря которым выполняется вращение детали. Его диаметр рассчитывается во время процесса кручения. Конечное значение находится по формуле d=(T/0,2) 1/3 . На итоговый результат могут посодействовать сторонние факторы (размер отверстия и высота бортов).

Сильные и слабые стороны вихретокового метода контроля

• не предполагает контакта с поверхностью. Не остаётся никаких следов. Преобразователи изнашиваются очень медленно;
• не нуждается в подводе и удалении контактной жидкости;
• эффективно выявлять выходящие на поверхности трещины глубиной от 0,1 мм, длиной от 2 мм и с шириной раскрытия 0,01 мм и более;
• отлично подходит для автоматизированного входного и выходного контроля продукции и материалов;
• может проводиться даже при наличии ЛКМ. Вихретоковому контролю, как правило, не мешает наличие немагнитного покрытия толщиной до 2 мм;
• подходит как для основного металла, так и для всевозможных соединений – болтовых, клёпаных и сварных. В последнем случае, правда, нужно предварительно снять валик усиления;
• не нуждается в расходных дефектоскопических материалах;
• безвреден для здоровья оператора;
• может применяться для подвижных объектов. ВК активно используется в условиях поточного трубопрокатного и литейного производства, для проверки цилиндрических поверхностей по мере формирования отверстий и т.д.

• не пригоден для объектов с неоднородными магнитными и электрическими свойствами. Наличие прижогов, наклёпа и местной намагниченности приводит к локальным изменениям, которые, в свою очередь, провоцируют возникновение ложных индикаций;
• не способен выявлять дефекты, заполненные электропроводящими частицами, а также несплошности, плоскость раскрытия которых параллельна исследуемой поверхности (либо образует с ней угол менее 10 градусов);
• может не показать имеющиеся несплошности на объектах с токопроводящими покрытиями. То же самое касается изделий, поражённых коррозией. ВК хорошо распознаёт дефекты, выходящие на поверхность. Если этого не наблюдается, то технология оказывается бессильна;
• обладает сравнительно малой глубиной исследуемой зоны, обычно до 2 мм. Это, конечно, не рентген и не УЗК.

Измерение диаметра внутри резьбы

Диаметр внутри нарезки находится под контролем измерительным устройством с заострёнными ножками – кронциркулем. Для организации вычислительных работ необходимо установить инструмент на шаблонную деталь по резьбовому калибру, и потом сделать сравнивание с исходным внутренним диаметром соединений с резьбой. Кронциркуль должен находиться относительно измеряемой оси под угол.

Также измерение внутренней резьбы может выполняться устройствами для цилиндрической резьбы. Это вызвано тем, что диаметр внутри имеет идеальную поверхность, что замечательно подойдет для формы наконечников, применяемых в данных инструментах. Проверка полученных измерений выполняется при помощи калибров-пробок.

Изъяны соединений с резьбой

При контроле резьбовых поверхностей могут быть выявлены следующие изъяны соединений с резьбой:

1. Рваная нарезка. Такой дефект появляется при отличие диаметров отверстия и стержня от номинального диаметра. Также основой может послужить неудовлетворительная острота инструмента для резки. Для предостережения проблемы следует внимательно проверить значения всех диаметров и заменить затуплённый инструмент на подточенный.
2. Тупая нарезка. Такой дефект вырисовывается, если номинальный диаметр меньше диаметра отверстия, но больше диаметра стержня. В конце концов при нарезании профиль становится неполным. Во избежание аналогичный дефект, необходимо перед нарезанием провести точные измерения диаметров.
3. Конусность резьбы. Основой возникновения этого дефекта выступает неверный размер режущего предмета, зубья которого срезают лишний металл. Единственным вариантом решения данной трудности считается соотнесение установленных размеров детали и режущего прибора.
4. Тугая нарезка. При несоблюдении размерности детали и шероховатости резьбы инструмента процесс нарезания проходит с огромным трудом. Такой дефект предупреждается с помощью корректного измерения показателей заготовки и определения точных размеров режущего инструментов.

Для контроля недостатков резьбы применяются калибры. Они делятся на следующие разновидности:

1. Калибр расположения. Такой вид калибров образовывается по средне допускаемым габаритам контролируемой детали. Проверка выполняется при помощи вхождения калибра расположения в заготовку. Если нарезание исполнено подобающим образом, то вход должен совершиться с большей или небольшой плотностью медленно и гладко.
2. Калибры с пределами. Данный тип калибров производится в согласии с предельными размерами исходной заготовки. Он разделён на 2 стороны. Одна из них отвечает самому большому размеру детали, иная – очень маленькому. Одна сторона должна не идти в измеряемое отверстие, чтобы специалист смог определить подлинные размеры детали.
3. Контрольные калибры. Такой вид калибров предназначается для проверки показателей отверстий конкретно во время процесса работы.
4. Приемные калибры. Эти калибры являются специальными инструментами, являющихся первоочередными рабочими устройствами для служащих отделения технического контроля (ОТК), которые выполняют собственные действия на проверочных пунктах.

Измерение среднего диаметра резьбы

Контроль среднего диаметра нарезки осуществляется микрометром. Главными комплектующими этого инструмента являются сменные наконечники, которые вставляются в отверстие винта. Этот измерительный прибор предоставляет наиболее точные измерения резьбы.

Если для работы необходимы лишь усреднённые значения диаметра резьбы, то можно применить специальное приспособление – кронциркуль. Его устройство представлено шариковыми наконечниками, размеры которых должны соответствовать типу и шагу резьбовых соединений. Наконечники кронциркуля ставятся по резьбовому калибру, выдавая средний размер диаметра. После этого необходимо проделать аналогичные действия и с боковыми сторонами детали. Для проверки полученных результатов используются резьбовые скобы. Оценка точности диаметра проводится по принципу сравнения полученной резьбы с исходным шаблоном.

Если требуется произвести контроль среднего диаметра маленькой длины, состоящей максимум из 2 витков, то мастера пользуются методом, в котором задействованы 2 проволочки. Этот способ измерения резьбы отличается тем, что на противоположные выступы и впадины резьбы накладываются проволоки, диаметр которых является табличной единицей. Расстояние между концами проволочек показывает число среднего диаметра детали. Для каждого класса точности выпускаются отдельные проволоки, создающиеся по ГОСТу 2475-88. Во время определения конечных чисел необходимо учитывать возможные погрешности, потому что 2 проволоки не позволяют получить максимально точные значения.

Также этот параметр резьбы может измеряться посредством микроскопа. Прибор прикладывается к боковым сторонам профиля заготовки. Окуляры микроскопа наводятся на изображение профиля с каждой стороны, чтобы определить его размер. Полученные значения складываются и делятся на количество сторон. Получившееся среднее арифметическое является действительным значением среднего диаметра резьбовых соединений.

Для производственных работ часто требуется дополнительно произвести контроль усреднённого диаметра вала. На них размещаются подшипники, муфты, бортики и зубчатые колёса, с помощью которых осуществляется вращение детали. Его диаметр рассчитывается во время процесса кручения. Конечное значение находится по формуле d=(T/0,2)1/3 . На конечный результат могут повлиять посторонние факторы (размер отверстия и высота бортиков).

Как пользоваться инструментом

Правила использования таких инструментов зависит от их назначения. Пользоваться им допускается только с соблюдением определённых правил и установленного класса точности, указанного в маркировке. Применение калибров-пробок для контроля точности изготовленных отверстий допускается только с помощью инструмента близкого к параметрам самого отверстия. Основным условием точности измерения служит свободное прохождение вставки калибра через измеряемое отверстие. Правильное использование таких устройств, предполагает соблюдение следующих правил:

• проходная сторона должна входить в отверстие только под воздействием собственного веса;
• запрещается применять дополнительные методы внешнего воздействия (дополнительное нажатие, удары);
• перед проверкой необходимо очистить детали от грязи, механических остатков обработки;
• следует удалить любые виды смазывающих материалов, способных повлиять на проникновения калибра в отверстие;
• проверка должна производиться без вращения измерителя относительно исследуемой детали;
• обязательным условием является соблюдение температурного режима (проводить проверку деталей следует только при естественной температуре);
• должна соблюдаться периодичность проверок самого инструмента и правила занесения результатов в установленные документы;
• каждый калибр должен храниться в соответствие с установленным порядком хранения (они не должны соприкасаться с другими металлическими деталями и подвергаться внешним воздействиям).

Для контроля внешней резьбы достаточно приложить сам инструмент к резьбе и определить степень совпадения. Внутренняя резьба проверяется методом ввинчивание головки в готовое отверстие с резьбой. Процесс должен проходить легко без усилий и перекосов.

Для контроля поверхности конического вала используют соответствующий гладкий инструмент. Качество определяется совмещением поверхности детали и поверхности калибра. Сравнение внутреннего конуса производится погружением насадки в подготовленное отверстие.

Калибрами осуществляют оперативный контроль параметров изделий большого количества деталей. Для этого не требуются специальные знания и навыки использования сложного метрологического инструмента. Операция осуществляется оперативно. Одновременно можно сравнить несколько параметров.

Виды приборов

Существуют следующие виды калибров:

1. Пробки.
2. Скобы.
3. Щупы.
4. Конусные калибры.
5. Для проверки взаимного расположения поверхностей.
6. Для контроля цилиндрической резьбы.

Калибры-пробки

Представляют собой стержень, на обоих концах которого расположены цилиндрические элементы. Один из них имеет наибольший предельный размер отверстия и называется непроходной пробкой (НЕ), а второй наименьший и зовется проходной (ПР). Непроходная пробка заметно короче проходной, благодаря чему рабочий или контролер быстро и правильно определяет пригодность деталей.

Гладкие калибры-пробки изготовляют составными, ручки стальные или пластмассовые, в которых крепятся вставки с коническими хвостовиками или цилиндрические насадки. Для проверки отверстий в интервале от 2 до 50 мм изготавливаются конические хвостовики, а для отверстий в границах 30-100 мм – цилиндрические насадки. Если вставка только с одной стороны ручки, то такие калибры-пробки называются односторонними.

Калибры-скобы

Применяются для контроля диаметров валов, по конструкции бывают односторонние и двухсторонние. так же, как и в случае с пробками, скоба ПР должна проходить, а скоба НЕ должна не проходить по валу. Иначе вал считается негодным, причем брак будет исправимым, только в том случае, если для достижения нужного результата потребуется снять лишний металл.

Применяя скобы, их ни при каких обстоятельствах нельзя силой заталкивать на вал, так как скоба может «раскрыться» и увеличить расстояние между измерительными поверхностями по причине податливости, обусловленной ее конструкцией. Чтобы не допустить этого, следует надевать скобу на горизонтально расположенный вал только под действием ее собственного веса. При этом вал еще и вращают, что позволяет заодно проконтролировать отклонения от круглого профиля в поперечном сечении.

Калибры-щупы

Это наборы стальных пластин толщиной от 0,02 до 1 мм и длиной 100 или 200 мм. Их используют для контроля величины зазора между поверхностями при сборке различных механизмов. При этом в зазор вставляют один или несколько щупов в наборе, чтобы подобрать нужную величину.

Пользуясь щупами, важно соблюдать определенные правила:

• при измерении щуп должен двигаться плавно с незначительным усилием, а не свободно проваливаться;
• для плавности движения пластины рекомендуется слегка смазать;
• не следует прикладывать больших усилий к щупу, чтобы не повредить его;
• размер зазора определяется суммированием толщин всех щупов из набора, которые полностью вошли в зазор.

Конусные калибры

Служат для контроля конических поверхностей, например, конусов инструментов. С помощью калибра-кольца проверяется годность наружных поверхностей, а пробкой – пригодность внутренних. Деталь считается годной, если ее торец находится в зоне между рисками или между плоскостями уступа. Это расстояние равно допуску.

Калибры для проверки расположения поверхностей

Могут быть самых разных конструкций. С их помощью контролируют:

• соосность двух или более отверстий, а также шеек вала;
• расстояния между осями отверстий;
• параллельность, перпендикулярность или величину наклона поверхностей или осей;
• расстояния между осью отверстия и плоскостью;
• глубину различных пазов и уступов.

Калибры для контроля цилиндрической резьбы

Применяют для комплексной проверки среднего диаметра, угла профиля, а также наибольшего внутреннего диаметра наружной резьбы или наименьшего внешнего диаметра внутренней резьбы. С помощью этих устройств проверяют метрические, дюймовые, трапецеидальные, упорные и круглые резьбы диаметром от 1 до 600 мм.

Контрольный комплект состоит из рабочих проходного (ПР) и непроходного (НЕ) калибров, а также из контрольных, которые служат для проверки рабочих калибров-колец и пробок.

Проходные калибры должны свободно свинчиваться с контролируемой резьбой, а непроходные не должны свинчиваться с ней. Допускается навинчивание непроходных калибров до 2 оборотов, при этом количество оборотов определяют при развинчивании калибра и контролируемого изделия. Если резьба проверяемой детали короткая (менее 3 витков), то навинчивание непроходного калибра не допускается.

Резьбовой калибр ПР имеет длину порядка 80% от длины свинчивания, то есть длины соприкосновения резьбы болта и гайки, измеренной вдоль их оси.

У непроходного – длина не меньше 3 витков.

Дефекты резьбовых соединений

При контроле резьбовых поверхностей могут быть выявлены следующие дефекты резьбовых соединений:

1. Рваная нарезка. Этот дефект возникает при отличии диаметров отверстия и стержня от номинального диаметра. Также причиной может послужить недостаточная острота режущего инструмента. Для предупреждения проблемы необходимо тщательно проконтролировать значения всех диаметров и заменить затуплённый инструмент на подточенный.
2. Тупая нарезка. Этот дефект проявляется, если номинальный диаметр меньше диаметра отверстия, но больше диаметра стержня. В итоге при нарезании профиль становится неполным. Чтобы избежать подобный дефект, нужно перед нарезанием провести точные измерения диаметров.
3. Конусность резьбы. Причиной появления этого дефекта выступает неправильный размер режущего предмета, зубья которого срезают лишний металл. Единственным способом решения этой проблемы является соотнесение установленных размеров детали и режущего прибора.
4. Тугая нарезка. При несоблюдении размерности детали и шероховатости резьбы инструмента процесс нарезания проводится с трудом. Этот дефект предупреждается при помощи корректного измерения параметров заготовки и определения правильных размеров режущего инструментов.

Для контроля дефектов резьбы используются калибры. Они подразделяются на следующие разновидности:

1. Калибр расположения. Этот вид калибров создаётся по средне допускаемым размерам контролируемой детали. Проверка происходит посредством вхождения калибра расположения в заготовку. Если нарезание выполнено надлежащим образом, то вход должен совершиться с большей или меньшей плотностью плавно и гладко.
2. Калибры с пределами. Этот тип калибров изготавливается в соответствии с предельными размерами исходной заготовки. Он разделён на 2 стороны. Одна из них соответствует максимальному размеру детали, другая – минимальному. Одна сторона должна не проходить в измеряемое отверстие, чтобы мастер смог определить подлинные размеры детали.
3. Контрольные калибры. Этот вид калибров предназначен для проверки параметров отверстий непосредственно во время рабочего процесса.
4. Приемные калибры. Эти калибры являются специализированными инструментами, являющихся первостепенными рабочими приспособлениями для сотрудников отделения технического контроля (ОТК), которые осуществляют свою деятельность на проверочных пунктах.