Каневский. И. Н. Каневский Е. Н. Сальникова
 Скачать 3.53 Mb.
|
|
Дефекты соединения материалов. Неразъёмные соедине- ния деталей выполняют сваркой, пайкой, склейкой, клёпкой. Разли- чают сварку плавлением и сварку давлением. Для сварки плавле- нием (ГОСТ 2601-84) характерны дефекты литого металла – уса- дочная раковина, включения, а также специфические дефекты сварки – поры, шлаковые включения, непровары, несплавления и трещины. Рис. 2.9. Трещины в кованых заготовках 42 43 Поры в виде полости округлой формы, содержащей газ, образуются обычно при нарушениях технологии режима сварки (увеличенная скорость сварки, завышенная длина дуги, исполь- зование влажного флюса, загрязненность основного металла по свариваемым поверхностям маслом, ржавчиной и т.п.). При сварке в среде углекислого газа, а в некоторых случаях и под флюсом, на больших токах образуются большие поры, так называемые свищи; размеры внутренних пор колеблются от 0,1 до 2-3 мм в диаметре, а иногда и больше. Поры, выходящие на поверхность, могут иметь и большие размеры. Так называемые червеобразованные поры имеют длину до нескольких сантиметров. Шлаковые включения в металле сварного шва – это неболь- шие объемы, заполненные неметаллическими веществами (шла- ками, оксидами). При использовании качественных электродов расплавленный металл дольше находится в жидком состоянии, неметаллические включения успевают всплыть на его поверх- ность, и в теле шва дефекты в виде шлаковых включений отсутст- вуют. При всех видах сварки могут возникать оксидные плёнки. Причины их образования такие же, как и шлаковых включений: загрязненность поверхностей свариваемых элементов, низкое качество электродного покрытия или флюса, низкая квалификация сварщика и т.д. Другие характерные дефекты сварки – это непровары, тре- щины, слипания. Непровар – это дефект в виде местного несплав- ления в сварном соединении из-за неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков шва. Непровары, как правило, возникают из-за нарушения режима сварки или технологии подготовки поверхностей. Трещины – частичные мест- ные разрушения сварного соединения в виде разрыва – возникают из-за повышенных механических напряжений (как вследствие чрезмерного нагромождения швов для усиления конструкции, так и вследствие наличия в сварном соединении других дефектов, являющихся концентраторами напряжений). Сварные соединения проверяют ультразвуковыми и рент- геновскими методами контроля. Основным дефектом пайки является непропай. Он обычно возникает при недостаточно тщательной зачистке припаевыемых поверхностей или из-за нарушения температурного режима. Дефекты клеевого соединения – непроклеи, возникающие в результате некачественной очистки склеиваемых поверхностей или нарушения режима склейки. Дефекты клёпаного соединения – тре- щины в заклёпках и соединяемых деталях – выявляются ультра- звуковыми методами. Паяные, клеевые, клёпаные изделия контролируют ультра- звуковыми методами; герметичные сварные, паяные и клеевые соединения проверяют методом течеискания. Эксплуатационные дефекты. К этому виду дефектов отно- сят механические повреждения, изнашивание, коррозию. Наиболее распространенными дефектами этого типа являются усталостные трещины (рис.2.10). Основная причина усталостных разрушений деталей – действие высоких переменных напряжений. Трещины усталости возникают, как правило, при конструктивной недора- Рис.2.10. Усталостные трещины 44 45 ботке деталей и узлов: по галтелям, в местах с резкими переходами сечений и наличием подрезов, у основания резьбы и зубьев шесте- рен, в углах шпоночных канавок, у отверстий для смазки или в местах других конструктивных или технологических концентра- торах напряжений. Трещины усталости появляются также в местах дефектов металлургического или технологического происхожде- ния или следов грубой механической обработки поверхности (глубоких рисок, следов резцов и т.п.). Трещины усталости различаются по внешнему виду. Попе- речные или кольцевые трещины развиваются на цилиндрических деталях по окружности в сечении, перпендикулярном к оси детали. Часто встречаются также трещины, расположенные под углом к оси детали. В зоне усталостного разрушения отсутствуют какие- либо признаки пластической деформации даже у самых пластич- ных материалов. Ширина раскрытия усталостных трещин у выхода их на поверхность в начальной стадии разрушения не превышает нескольких микрон. Коррозионные поражения встречаются на различных деталях. Степень коррозионного поражения зависит от наличия агрессив- ных сред, качества защитных покрытий, неблагоприятного сочета- ния материалов в узле и др. В эксплуатации коррозией часто пора- жены внутренние полости, труднодоступные для контроля. При резких сменах температур, а также недостаточной смазке трущихся деталей возможно появление термических тре- щин. Эти трещины часто наблюдаются на поверхности азотирован- ных, цементированных или поверхностно закаленных деталей, работающих при высоких удельных давлениях. Трещины и надрывы в поверхностном слое возникают в ре- зультате одноразово приложенных напряжений (растяжение, изгиб, кручение), когда нагрузка превышает прочность детали, например, при монтаже или демонтаже деталей с хрупкими поверхностями или при перегрузке детали (работа в нерасчетном режиме). Механические повреждения поверхности – забоины, вмя- тины, надиры, риски, местный наклеп – могут возникать по самым разным причинам. Для дефектоскопии используются визуально-оптические, капиллярные, магнитные методы. Для обнаружения внутренних трещин любого происхождения используют ультразвуковые методы контроля. 2.3. Дефекты в неметаллических деталях Дефекты стекла – нарушения физической однородности и сплошности стекла – могут быть структурными, технологичес- кими, эксплуатационными. Это могут быть разрывы, субмикротре- щины и микротрещины, технологические пузыри размерами от 0,8 до 3 мм, газовые включения до 0,8 мм, инородные включения, неровности поверхности. В процессе эксплуатации возможны физико-механические повреждения, коррозия, помутнения, точеч- ные каверны, микротрещины, царапины, сколы. Дефекты керамики возникают вследствие нарушения техно- логии изготовления изделий из керамической массы. Различают дефекты, связанные с искажением размеров и формы изделия (коробление, деформации); с изменением структуры материала (трещины, прыщи, посечки и свищи); дефекты поверхности (пузыри, мушки, выплавки, вскипы, наколы, металлический блеск). Трещины возникают из-за недостаточной обработки кера- мической массы, неодинаковой плотности различных мест полу- фабриката, резкого изменения температуры во время наибольшей усадки или в процессе охлаждения, неправильной укладки изделий и т.п. Дефекты керамики, полученной методом спекания и горя- чего прессования, – пористость, коррозионное растрескивание, поверхностные и приповерхностные трещины. Возможно наруше- ние связей между кристаллитами, инородные включения, анома- лии в размерах кристаллов, оксидные фазы, наличие зон аномаль- ных механических деформаций и напряжений в связях между кристаллитами, зон, свободных от твердых фаз (пор), а также зон предельных механических напряжений, переходящих в разрыв связей композиционной структуры (трещины); аномалии в разме- рах указанных зон и неравномерность распределения структурных элементов. 46 47 Существенным дефектом в структуре керамики является су- ществование больших аномальных зон с минимальной энергией связи. Возникновение дефектов в полимерных композиционных материалах во многом определяется вязкостью связующего, степенью пропитки армирующего материала, температурой техно- логического оборудования, температурой входящего армирующего материала, скоростью протягивания арматуры, ее напряжением, давлением обжатия армирующего материала, сушкой армирую- щего материала, липкостью, содержанием летучих и растворимых веществ, плотностью полуфабриката, скоплением связующего армирующего наполнителя и способом его укладки. Характерными дефектами для методов открытого форми- рования являются пористость, расслоения, участки неполного отвердения, изменение толщины, низкое значение физико-меха- нических свойств, неравномерное распределение связующего наполнителя, складки. Для закрытого формирования характер- ными дефектами являются трещины, расслоения, локальная порис- тость, неравномерное распределение связующего наполнителя и участки его локальной ориентации, нарушения ориентации наполнителя, внутренние остаточные напряжения, обрывы нитей и волокон. Дефектами полупроводниковых материалов являются изменение параметров зонной структуры и основных параметров примесных центров, нарушения кристаллической структуры, изменение чистоты материала, наличие электрически активных и неактивных примесей, неоднородность распределения примесей по объему материала и устройства, механические напряжения, изменение параметров переходных областей в n p − гомо- и гетеропереходах. К дефектам изделий из любых материалов относятся откло- нения размеров и геометрических форм основных и свободных поверхностей (непрямолинейность, непараллельность, несоос- ность, неперпендикулярность, эксцентричность, шероховатость), изменение толщины покрытия, влажность. Вопросы для самопроверки 1. Что такое дефект продукции? 2. Назовите основные дефекты типа нарушения сплошности. Дайте их основные качественные характеристики. Что, на ваш взгляд, является основной причиной возникнове- ния дефектов? 3. Какие виды НМК позволяют обнаружить подповерхност- ные дефекты? 4. Какими видами НМК возможно обнаружение объемных дефектов? 5. Каким образом материал изделия определяет возможный вид НМК? 6. Что такое «волосовины», «свищи», «раковины»? 7. В каких материалах могут возникать трещины? Назовите основные причины возникновения различного вида трещин. Какие виды НМК обнаруживают усталостные трещины? 8. Каковы причины возникновения непроваров? 9. Какие виды НМК позволяют уверенно обнаруживать де- фекты в клеевых соединениях? 48 49 3. ВИЗУАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ (ВОК) 3.1. Задачи, решаемые ВОК Глаз человека исторически являлся основным контрольным прибором в дефектоскопии. Глазом контролируют исходные мате- риалы, полуфабрикаты, готовую продукцию, обнаруживают откло- нения формы и размеров, изъяны поверхности и другие дефекты в процессе производства и эксплуатации: остаточную деформацию, пористость поверхности, крупные трещины, подрезы, риски, надиры, следы наклёпа, раковины и т.д. Однако возможности глаза ограничены, например, при осмотре быстро перемещающихся объектов или удалённых объек- тов, находящихся в условиях малой освещённости. Даже при осмотре предметов, находящихся в покое на расстоянии наилуч- шего зрения в условиях нормальной освещённости, человек может испытывать трудности из-за ограниченной разрешающей способ- ности и контрастной чувствительности зрения. Для расширения возможностей глаза используют оптические приборы. Они увеличивают угловой размер объекта, при этом острота зрения и разрешающая способность глаза увеличиваются примерно во столько же раз, во сколько увеличивает оптический прибор. Это позволяет увидеть мелкие дефекты, невидимые невооружённым взглядом, или их детали. Однако при этом существенно сокращается поле зрения и глубина резкости, поэтому обычно используются оптические приборы с увеличением не более 20-30 Х Оптические приборы эндоскопы позволяют осматривать детали и поверхности элементов конструкции, скрытые близлежа- щими деталями и недоступные прямому наблюдению. Визуальный контроль с использованием оптических прибо- ров называют визуально-оптическим. Визуально-оптический контроль и визуальный осмотр – наи- более доступный и простой метод обнаружения поверхностных дефектов деталей. Основные преимущества этого метода – простота контроля, несложное оборудование, сравнительно малая трудоёмкость. К недостаткам следует отнести низкую достоверность и чувствительность, поэтому такой метод контроля применяют в следующих случаях: для поиска поверхностных дефектов (трещин, пор, открытых раковин и т.п.) при визуально-оптическом контроле деталей, доступных для непосредственного осмотра, а также более мелких трещин при цветном, капиллярном, люминесцентном, магнитопорошковом и рентгенографическом контроле; для обнаружения крупных трещин, мест разрушения конструкций, течей, загрязнений, посторонних предметов внутри закрытых конструкций; для анализа характера и определения типа поверх- ностных дефектов, обнаруженных при контроле каким-либо дру- гим методом дефектоскопии (акустическим, токовихревым, и т.д.). Следует помнить, что дефекты даже относительно больших размеров, невидимые невооружённым глазом из-за малого контраста с фоном, при использовании оптических приборов, как правило, не обнаруживаются. Современные методы оптического контроля основаны на взаимодействии светового излучения с поверхностью контроли- руемого объекта. При этом рассматриваются такие спектральные характеристики, как коэффициент спектрального излучения и поглощения, спектральный коэффициент пропускания, отражения и показатель преломления. Спектральный коэффициент поглоще- ния ) ( λ α является отношением потока излучения, поглощенногоо внутри оптически прозрачной среды, к падающему потоку излуче- ния. Спектральный коэффициент пропускания ) ( λ τ представляет собой отношение потока излучения, прошедшего через среду, к потоку энергии, упавшему на ее поверхность. Спектральный коэффициент отражения ) ( λ ρ определяютт для составляющих светового потока с параллельными и перпенди- кулярными колебаниями по отношению к плоскости падения. При нормальном падении светового потока при переходе из одного материала с показателем преломления n 1 в другой с показателем преломления n 2 спектральный коэффициент отражения опреде- ляется как ( ) ( ) [ ] 2 1 2 1 2 n n / n n ) ( + − = λ ρ . Спектральный коэффи- 50 51 циент отражения, спектральный коэффициент пропускания и спектральный коэффициент поглощения связаны соотношением ) ( ) ( ) ( 1 = λ τ + λ α + λ ρ Показатель преломления является отношением скорости распространения монохроматического электромагнитного излуче- ния в вакууме к зависимой от длины волны скорости распростра- нения его в какой-либо среде: ) ( v / C ) ( n λ = λ При переходе из среды 1 с показателем преломления n 1 в среду 2 с показателем преломления n 2 справедлив закон Снеллиуса: 2 2 1 1 sin n sin n θ = θ . Показатель преломления для воздухаа n=1,0003. Рефрактометрия, интерферометрия, лазерные и голографи- ческие методы контроля также называются оптическими методами контроля. 3.2. Классификация и общие требования к оптическим приборам для ВОК По виду приёмника лучистой энергии различают три группы оптических приборов: визуальные, детекторные и комбинированные. У визуальных приборов приёмник – глаз (сведения о некото- рых характеристиках зрения, которые следует учитывать при ВОК, приведены в приложении Б). Это обзорные эндоскопы, лупы, микроскопы и т.п. К детекторным приборам относятся приборы, в которых приёмником служат различные детекторы: химические реагенты (фотоэмульсии), люминесцирующие вещества, спектро- метры и т.д. Комбинированные приборы пригодны для обзора объекта визуально и с помощью детектора. По назначению приборы ВОК делятся на три группы: 1) приборы для контроля мелких близкорасположенных объектов, находящихся от глаз контролёра в пределах расстояния наилучшего зрения l<=250 мм (лупы, микроскопы); 2) приборы для контроля удалённых объектов (l>250мм) – телескопические лупы, бинокли, зрительные трубы; 3) приборы для контроля скрытых объектов (эндоскопы, бороскопы, перископические дефектоскопы). Различают также приборы цехового назначения и приборы полевого использования. Приборы цехового назначения применяются при постоянной температуре от +15 о до +20 о С, нормальном атмосферном давлении, невысокой влажности. Приборы полевого назначения должны работать в условиях температуры от –55 о до +60 о С, при тряске, вибрациях, при осадках и т.д. В защитном корпусе (ящике) должны быть предусмотрены устройства для прочного крепления всех деталей приборов ВОК, полости приборов должны быть надёжно защищены от проник- новения влаги, выполнены из коррозионно-стойких материалов и иметь атмосферостойкие защитные покрытия. Приборы должны иметь малую массу, быть пригодными к переноске, иметь удобно расположенные ручки панели управления. Должны быть пре- дусмотрены устройства для уменьшения отрицательного влияния рассеянного света (бленды, диафрагмы, светопоглощающая отделка деталей). Применяют наглазники (налобники), защищаю- щие глаза от попадания постороннего света и снижающие утомляе- мость глаз. Важное значение имеют внешний вид и форма прибора, осо- бенно эндоскопа. Он не должен иметь выступающих элементов и резких переходов в сечении погружаемой части, затрудняющих ввод в проверяемый механизм и вывод его оттуда. Достоверность визуально-оптического контроля опреде- ляется многими факторами, среди которых большое значение имеют условия труда. Рабочее место должно быть рассчитано, как правило, на работу сидя. Вентиляция, отопление, освещение должны обеспечивать комфортные условия труда. Освещенность на рабо- чем месте для контроля и система искусственного освещения выбираются в зависимости от цвета и яркости проверяемых дета- лей, размеров отыскиваемых дефектов и их контраста с фоном. Лампы для местного освещения необходимо размещать так, чтобы 52 53 прямые лучи не попадали в глаза контролера. Край плафона или отражателя должен размещаться несколько ниже уровня глаз контролера. Материал и цвет покрытия рабочего стола выбирают так, чтобы уменьшить яркостные контрасты в поле зрения контро- лера и ускорить переадаптацию при чередовании наблюдения деталей и фона, а также не допустить слепящего действия света, отраженного от покрытия. Поверхность стола не должна быть бе- лой, ее нельзя покрывать стеклом. Цвет основных поверхностей рабочего помещения должен обеспечивать оптимальные условия труда контролера. Для глаза наиболее приятны светлые тона желтой, зеленой и частично голу- бой зон спектра при слабой и средней их насыщенности. Потолки и верхнюю часть стен можно окрашивать в белый цвет. |