Каневский. И. Н. Каневский Е. Н. Сальникова
 Скачать 3.53 Mb.
|
|
Преимущества неразрушающих методов контроля 1. Испытания проводятся непосредственно на изделиях, которые будут применяться в рабочих условиях. 2. Испытания можно проводить на любой детали, пред- назначенной для работы в реальных условиях, если это эконо- мически обосновано. Эти испытания можно проводить даже тогда, когда в партии имеется большое различие между деталями. 3. Испытания можно проводить на целой детали или на всех ее опасных участках. Многие опасные с точки зрения эксплуата- ционной надежности участки детали могут быть исследованы одновременно или последовательно, в зависимости от удобства и целесообразности. 4. Могут быть проведены испытания многими НМК, каждый из которых чувствителен к различным свойствам или частям материала или детали. Таким образом, имеется возможность изме- рить столько различных свойств, связанных с рабочими условиями, сколько необходимо. 5. Неразрушающие методы контроля часто можно применять к детали в рабочих условиях, без прекращения работы, кроме обыч- ного ремонта или периодов простоя. Они не нарушают и не изме- няют характеристик рабочих деталей. 6. Неразрушающие методы контроля позволяют применить повторный контроль данных деталей в течение любого периода времени. Таким образом, степень повреждений в процессе экс- плуатации, если ее можно обнаружить, и ее связь с разрушением в процессе эксплуатации могут быть точно установлены. 7. При неразрушающих методах испытаний детали, изго- товленные из дорогостоящего материала, не выходят из строя при контроле. Возможны повторные испытания во время производства или эксплуатации, когда они экономически и практически оправданы. 8. При неразрушающих методах испытаний требуется небольшая (или совсем не требуется) предварительная обработка образцов. Некоторые устройства для испытаний являются портатив- ными, обладают высоким быстродействием, в ряде случаях конт- роль может быть полностью автоматизированным. Стоимость НМК ниже, чем соответствующая стоимость разрушающих методов контроля. 9. Большинство неразрушающих методов испытания кратковременны и требуют меньшей затраты человекочасов, чем типичные разрушающие методы испытаний. Эти методы можно использовать для контроля всех деталей при меньшей стоимости или стоимости, сопоставимой со стоимостью разрушающих мето- дов испытаний лишь небольшого процента деталей в целой партии. Недостатки неразрушающих методов контроля 1. Испытания обычно включают в себя косвенные измерения свойств, не имеющих непосредственного значения при эксплуата- ции. Связь между этими измерениями и эксплуатационной надеж- ностью должна быть доказана другими способами. 2. Испытания обычно качественные и редко – количествен- ные. Обычно они не дают возможности измерения разрушающих нагрузок и срока службы до разрушения даже косвенно. Они могут, однако, обнаружить дефект или проследить процесс разрушения. 3. Обычно требуются исследования на специальных образ- цах и исследование рабочих условий для интерпретации результа- тов испытания. Там, где соответствующая связь не была доказана, и в случаях, когда возможности методики ограничены, наблюда- тели могут не согласиться в оценке результатов испытаний. 30 31 Вопросы для самопроверки 1. В каких случаях необходимо применение НМК? 2. Назовите основные виды НМК. 3. Каковы требования, предъявляемые к НМК? 4. В чем, на ваш взгляд, состоит основная задача системы контроля качества продукции? 5. Дайте определения основных критериев эффектив- ности НМК. 6. Чем определяется надежность системы контроля ка- чества? 7. Какие виды отказов системы контроля качества вы можете назвать? 8. С какой целью введена система классов чувствитель- ности и групп качества? 9. Перечислите основные недостатки НМК. 10. Каковы основные недостатки разрушающих методов контроля? 2. ВИДЫ ДЕФЕКТОВ ПРОДУКЦИИ 2.1. Классификация дефектов Дефектом называют каждое отдельное несоответствие про- дукции требованиям, установленным нормативной документацией (ГОСТ, ОСТ, ТУ и т.д.). К несоответствиям относятся нарушение сплошности материалов и деталей, неоднородность состава мате- риала: наличие включений, изменение химического состава, нали- чие других фаз материала, отличных от основной фазы, и др. Дефектами являются также любые отклонения параметров мате- риалов, деталей и изделий от заданных, таких, как размеры, ка- чество обработки поверхности, влаго- и теплостойкость и ряд дру- гих физических величин. Дефекты подразделяются на явные (те, что выявляются гла- зами) и скрытые (внутренние, подповерхностные, неразличимые глазом). В зависимости от возможного влияния дефекта на служеб- ные свойства детали дефекты могут быть: - критическими (дефекты, при наличии которых использова- ние продукции по назначению невозможно или исключается по соображениям безопасности и надёжности); - значительными (дефекты, существенно влияющие на использование продукции и/или на её долговечность, но не являю- щиеся критическими); - малозначительными (не оказывают влияния на работо- способность продукции). По происхождению дефекты изделий подразделяют на производственно-технологические (металлургические, возникаю- щие при отливке и прокатке, технологические, возникающие при изготовлении, сварке, резке, пайке, клепке, склеивании, механи- ческой, термической или химической обработке и т.п.); экс- плуатационные (возникающие после некоторой наработки изделия в результате усталости материала, коррозии металла, изнашивания трущихся частей, а также неправильной эксплуатации и техни- ческого обслуживания) и конструктивные дефекты, являющиеся следствием несовершенства конструкции из-за ошибок конструктора. 32 33 С целью выбора оптимальных методов и параметров конт- роля производится классификация дефектов по различным признакам: по размерам дефектов, по их количеству и форме, по месту расположения дефектов в контролируемом объекте и т.д. Размеры дефектов a могут изменяться от долей миллиметров до сколь угодно большой величины. Практически размеры дефек- тов лежат в пределах 0,01 мм ≤ a ≤ 1 см. В ультразвуковой дефектоскопии, например, величина а влияет на выбор рабочей частоты. При количественной классификации дефектов различают три случая (рис. 2.1): а – одиночные дефекты, б – групповые (мно- жественные) дефекты, в – сплошные дефекты (обычно в виде газо- вых пузырей и шлаковых включений в металлах). При классификации дефектов по форме различают три основ- ных случая (рис. 2.2): а – дефекты правильной формы, овальные, близкие к цилиндрической или сферической форме, без острых краёв; б – дефекты чечевицеобразной формы, с острыми краями; в – дефекты произвольной, неопределённой формы, с острыми краями – трещины, разрывы, посторонние включения. Форма дефекта определяет его опасность с точки зрения раз- рушения конструкции. Дефекты правильной формы, без острых краёв, наименее опасны, т.к. вокруг них не происходит концентра- ции напряжений. Дефекты с острыми краями, как на рис. 2.2, б и в, являются концентраторами напряжений. Эти дефекты увеличи- ваются в процессе эксплуатации изделия по линиям концентрации механических напряжений, что, в свою очередь, приводит к разру- шению изделия. а) б) в) Рис. 2.1. Количественная классификация дефектов: а – одиночные; б – групповые; в – сплошные а) б) в) Рис. 2.2. Классификация дефектов по форме: а – правильная форма; б – чечевицеобразная форма с острыми краями; в – произвольная, неопределённая форма с острыми краями При классификации дефектов по положению различают четыре случая (рис. 2.3): а – поверхностные дефекты, расположен- ные на поверхности материала, полуфабриката или изделия, – это трещины, вмятины, посторонние включения; б – подповерхност- ные дефекты – это дефекты, расположенные под поверхностью контролируемого изделия, но вблизи самой поверхности; в – объёмные дефекты – это дефекты, расположенные внутри изделия. Наличие фосфовидных и нитридных включений и прослоек может привести к образованию дефектов четвертого вида – сквозных. По форме поперечного сечения сквозные дефекты бывают круглые (поры, свищи, шлаковые включения) и щелевидные (трещины, непровары, дефекты структуры, несплошности в местах расположения оксидных и других включений и прослоек). По величине эффективного диаметра (для дефектов округ- лого сечения) или ширине раскрытия (для щелей, трещин) сквоз- ные дефекты подразделяются на обыкновенные (>0,5мм), макро- капиллярные (0,5…2·10 -4 мм) и микрокапиллярные (<2·10 -4 мм). а) б) в) Рис. 2.3. Классификация дефектов по положению в контролируемом объекте: а – поверхностные; б – подповерхностные; в – объёмные 34 35 По характеру внутренней поверхности сквозные дефекты подразделяются на гладкие и шероховатые. Относительно гладкой является внутренняя поверхность шлаковых каналов. Внутренняя поверхность трещин, непроваров и вторичных поровых каналов, как правило, шероховатая. Положение дефекта влияет как на выбор метода контроля, так и на его параметры. Например, при ультразвуковом контроле положение дефекта влияет на выбор типа волн: поверхностные дефекты лучше всего определяются рэлеевскими волнами, под- поверхностные – головными волнами, а объёмные – объёмными (продольными) волнами. Опасность влияния дефектов на работоспособность зависит от их вида, типа и количества. Классификация возможных дефектов в изделии позволяет правильно выбрать метод и средства контроля. 2.2. Дефекты металлических заготовок Дефекты в металлах образуются главным образом при плавлении, при обработке металла давлением (ковка, штамповка и прокат) и при шлифовании. Дефекты плавки и литья. Одним из основных дефектов плавки является несоответствие металла заданному химическому составу, которое обусловливается ошибками при расчёте шихты, неправильным ведением плавления или выгоранием отдельных компонентов сплава (рис. 2.4). Из-за неправильного питания отливки в процессе кристал- лизации образуются усадочные раковины и рыхлоты (рис. 2.5). Усадочные раковины – это сравнительно большие открытые или закрытые полости произвольной формы с грубой шероховатой, иногда окисленной, поверхностью, находящиеся в теле отливки. Усадочные раковины расположены обычно в утолщенных местах отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Рыхлота – местное скопление мелких усадочных раковин при крупно- зернистой структуре металла. Эти дефекты уверенно обнаружи- ваются акустическими и радиационными методами контроля. Рис. 2.4. Структурные неоднородности в слитках Рис. 2.5. Усадочные раковины в слитках 36 37 Рис. 2.6. Газовые поры в слитках Общими дефектами для слитка и отливки являются неметал- лические включения. Это могут быть песчаные или шлаковые рако- вины, включения частиц окислов, сульфидов, силикатов, нитридов, образующихся внутри металла вследствие взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке сплава, как правило, расположенные в виде цепочки или сетки. При превышении опре- делённых размеров перечисленные дефекты недопустимы. При обработке давлением они лишь деформируются (расплющиваются, раскатываются), но не устраняются. Неметаллические включения обнаруживаются радиацион- ными и акустическими методами, а в случае выхода включений на поверхность – методами поверхностной дефектоскопии. Наружные дефекты в виде пленов, неслитин и неспаев обна- руживаются поверхностными методами дефектоскопии, внутрен- ние – акустическим контролем. При обработке слитка давлением эти дефекты не устраняются, а удаляются зачисткой поверхности или вырубанием. Наиболее опасным дефектом отливок являются горячие и холодные трещины. Характерными признаками горячих трещин являются их неровные (рваные) края и значительная ширина (рис. 2.7). Рис. 2.7. Трещины в сутунках Некоторые сорта металлов, например, кипящую сталь, варят так, чтобы растворённые в металле газы выделялись не полностью. Это уменьшает размеры усадочной раковины, но может привести к образованию газовой пористости (рис. 2.6). Пористость – местное скопление газовых пузырей или уса- дочных раковин. Если поры и газовые пузыри в слитке имеют неокисленную поверхность, то она заваривается в процессе обработки давлением. В высококачественной отливке пузыри и поры недопустимы, для их обнаружения используются методы радиационного контроля. Специфическим дефектом литого металла является ликвация – неоднородность химического состава по скелету дендрита и объёму зерна. Ликвация по плотности металла проявляется в обогащении нижней части слитка или отливки компонентами с большей плотностью в результате плохого перемешивания жидкого металла. Зональная ликвация проявляется в обогащении легкоплав- кими составляющими центральной части слитка. 38 39 Внутренние трещины выявляются радиационным и акусти- ческим контролем. Трещины исправляются вырубкой и подваркой металла с обязательным последующим контролем на отсутствие трещин в местах ремонта. Наличие графитных включений затрудняет дефектоскопию всех типов чугуна (кроме белого, который применяют сравни- тельно редко). При радиационном методе контроля скопления графитных включений могут быть ошибочно классифицированы как дефекты. Акустический контроль в этом случае проводится при пониженных частотах и также затруднён наличием ложных сигналов от графитных включений. Для контроля и формы графит- ных включений измеряют скорость и затухание ультразвука. Чем меньше средний размер графитных включений и больше их форма, тем выше скорость ультразвука и меньше его затухание. Алюминиевым отливкам свойственны те же дефекты, что и стальным. Труднообнаруживаемыми дефектами являются оксид- ные плёны, поскольку по плотности и акустическим свойствам они близки к алюминию. В то же время алюминий обладает малой анизотропией, поэтому мало рассеяние ультразвука и в три раза меньше поглощение рентгеновского излучения. На рентгенограмме плёны видны как светлые полосы, потому что они сильнее погло- щают рентгеновское излучение, чем алюминий. Дефекты обработки давлением. Существуют различные способы обработки металлов давлением: свободная ковка (ударное воздействие), прессование (статическое воздействие), штамповка (ковка или прессование в штамп-форму), высадка (продавливание через отверстие), волочение (протяжка металла через отверстие для получения прутка или проволоки), прокатка и др. При этом возникают следующие специфические виды дефектов. Из-за значительных напряжений при деформации разви- ваются трещины и разрывы. При обработке давлением материал неоднократно подвергают нагреву и охлаждению, создающиеся при этом внутренние напряжения способствуют образованию внутрен- них разрывов и трещин. Растягивающие напряжения могут привести к появлению разрывов в зонах, ослабленных дефектами слитков, а иногда и к разрушению в зонах, не поражённых дефектами. Разрывы, возник- шие в начальной стадии прокатки, волочения, при дальнейшей деформации могут образовать расслоения (рис. 2.8). При холодной объёмной штамповке из-за малой пластич- ности исходных материалов на поверхности деталей возникают скалывающие трещины, распространяющиеся под углом 45 0 к направлению действующего усилия. В результате попадания мелких частиц возникают риски на поверхности проката в виде открытых царапин глубиной 0,2-0,5 мм. При избытке металла в валках возникают закаты в виде зау- сенцев глубиной более 1 мм, закатанных в противоположных на- правлениях. На кромках листов, профилей образуются рванины – разрывы или подрывы металла разнообразных очертаний с рваными краями. Волосовины являются результатом деформации малых неметаллических включений и газовых пузырей. Эти дефекты имеют вид тонких прямых линий размерами от долей миллиметров до нескольких сантиметров. Волосовины встречаются во всех видах конструкционных сталей. Рис. 2.8. Дефект прутка: расслоение. (Увеличение в 100 раз) 40 41 Флокены появляются наиболее часто в среднеуглеродистых и среднелегированных сталях при повышенном содержании в них водорода, обычно в центральной зоне кованых или катаных загото- вок крупных сечений, имеют вид тонких извилистых трещин, представляющих в изломе пятна с поверхностью характерного серебристого цвета округлой формы. Поковки, отштампованные из металла, пораженного флокенами, иногда растрескиваются с отделением куска металла. Соединение металла с водородом – гид- рид вызывает повышенную хрупкость металла. Дефекты термообработки. Перегрев или пережог возни- кают при термической обработке из-за несоблюдения температур- ного режима, времени выдержки, скорости нагрева и охлаждения детали. Перегрев приводит к образованию крупнозернистой структуры оксидных и сульфидных выделений по границам зёрен, пережог вызывает образование крупного зерна и оплавление гра- ниц зёрен, что способствует в дальнейшем разрушению металла. При нагреве стальных изделий в среде, содержащей избыток паров воды, водорода, углекислого газа наблюдается обезугле- роживание. Происходит выгорание углерода в приповерхностных слоях, что снижает прочность стали; возникают трещины глубиной 1-2,0 мм. Эти трещины – следствие растягивающих напряжений, вызванных тем, что в обезуглероженном слое при закалке обра- зуется низкоуглеродистый мартенсит с меньшим объемом, чем в сердцевине. При нагреве стальных изделий в среде с избыточным содер- жанием оксида углерода наблюдается науглероживание – насы- щение поверхностных слоёв углеродом, повышающим хрупкость и склонность к трещинообразованию. К образованию трещин приводит также насыщение поверхностного слоя водородом под воздействием щелочей, кислот и специальных растворов при травлении и электрохимической обработке. Для обнаружения дефектов термообработки чаще всего при- меняют вихретоковый, магнитный и реже ультразвуковой методы контроля. Наиболее частый дефект механической обработки – несо- блюдение геометрических размеров детали и требований качества поверхности. Такой дефект обычно определяют механическими измерительными средствами и оптическими методами контроля. Дефекты типа несплошностей при механической обработке возни- кают сравнительно редко; например, при обработке резанием в металле, имеющем большие поверхностные напряжения, могут возникнуть трещины. При шлифовании происходит резкий нагрев поверхности, в результате может появиться сетка мелких трещин и прижоги (ло- кальные перезакаленные участки). Поверхностные трещины обнаруживают капиллярным, магнитным и ТВ контролем, прижоги – магнитным и термоэлектрическим методами. |