Методы и значение неразрушающего контролякачества продукции
Всеосновные элементы машин рассчитываются на одинаковый срок службы, по истечениикоторого наступает их физический износ. На практике часто приходитсявстречаться с тем, что отдельные части изделий выходят из строя раньше этогосрока. Причиной этого, как правило, являются дефекты, не обнаруженные впроцессе их изготовления и контроля качества.
Техническиеустройства – автомобиль, трактор, самолет, телевизионный приемник и другиесостоят из отдельных частей. Надежность и долговечность каждой из них определяютсяпрежде всего качеством материала, из которого они изготовлены. Современныйуровень техники и технологии, например вметаллургии, не позволяет самопроизвольно получатьметалл желаемого качества, так как сырье часто имеет непостоянные свойства. Руда,скрап, кокс, нерудные присадки не могут обладать строго определеннымикачествами. Поэтому в процессе плавки берутся пробы, и по результатам ихисследования шихта и режимы корректируются.
Вцелях обеспечения требуемого качества конечного продукта (законченногопроизводством изделия) необходимо вести контроль не только качества материала,но и соблюдения режимов технологических процессов, «контролироватьгеометрические параметры, качество обработки поверхности деталей и др.Технические измерения, оценка качества обработанной поверхности (овальность,конусность, цилиндричность, шероховатость и др.) несут информацию о внешнейстороне дела, Это очень важно, но еще более важно проникнуть в материал, знатьего структуру, химический состав, качество и глубину термической обработки. распределение внутренних напряжений, характер ираспределение возможных внутренних и поверхностных металлургическихдефектов. Существуют различные методы контроля, их можно разделить на двебольшие группы: контроль качества с разрушением и без разрушения материала(заготовки, детали).
Контролькачества с разрушением, который проводитсяметодами химического, спектрального, рентгеноструктурного и металлографическогоанализа, позволяет обнаружить отклонения от заданных параметров состава иструктуры металла, но требует, как правило, взяшя проб, изготовления образцов.Это трудоемкие и дорогостоящие операции. Нередко на них уходит столько же илибольше металла, чем на изготовление самой детали. В особо ответственныхпроизводствах например при изготовлении летательных аппаратов, помимо образцовизготовляют «свидетели» процесса. Этот технический термин означает, что дляизучения контролируемой детали специально изготовляется ее дубликат. Например,чтобы проверить глубину цементированного слоя в шестерне, вытачивают однушестерню сверх предусмотренного заданием количества или взамен ее вытачиваютдополнительную деталь упрощенной формы, скажем, кольцо, которое вместе спартией шестерен загружают в термическую печь. Затем проводят металлографическиеисследования «свидетеля», но результатам которых судят о качествецементирования всей партии этих деталей. Большая трудоемкость, затраты металла, топливно-энергетических ресурсовобусловили использование названных разрушающих методов контроля только в видевыборочного контроля качества. Однако в современный период, когда техникастановится все более сложной, выборочный контроль ответственных деталей,работающих в тяжелых эксплуатационных условиях, становится недостаточным, он неможет гарантировать высокую работоспособность и надежность, Более эффективныйконтроль дефектов, нарушающих сплошность, однородность макроструктуры металла,отклонений химического состава следует проводить с помощью физических методов неразрушающего контроля-дефектоскопии, основанныхна исследовании изменений физических характеристик металла. В соответствии сГОСТ 18353–73 методы неразрушающего контроля в зависимости от физическихявлений, на которых они основаны, подразделяются на 10 основных видов:акустический, капиллярный, магнитный, оптический, радиационным, радиоволновый, тепловой, течеисканием,электрический. электромагнитный (вихревых токов). Прииспользовании не разрушающих методов контроля устанавливаются нормы браковки, впротивном случае изделия могут незаслуженно выбраковываться или. наоборот,проникать в эксплуатацию с дефектами, Применять методы неразрушающего контролянеобходимо с учетом их возможности, чувствительности, производительности,эффективности.
Вконтроль без разрушения контролируемого объекта входят: внешний осмотрневооруженным глазом или с помощью оптических приборов; испытание агрегатов имашин на стендах, установках, в приспособлениях для определения степенисоответствия фактических рабочих характеристик проектным, выявления причин,породивших отклонения; контроль качества поверхности визуально, с помощьюизмерительных средств и приборов; контроль формы и геометрических параметровдеталей, узлов, агрегатов, изделий в целом путем обмера; определение толщиныметаллических и неметаллических листов, труб, профилей проката, тонкостенныхдеталей, металлических и неметаллических покрытий физическими методамиконтроля: обнаружение несплошности материала деталей и узлов (трещин, раковин,неметаллических включений и т. доопределениеструктуры металла, его твердости, прочности, электропроводности, коэрцитивнойсилы, ферромагнитных металлов, правильности выполнения процесса термическойобработки сплавов; сортировка сплавов по маркам с помощью физических методовконтроля.
Неразрушающийконтроль качества весьма эффективен. Он позволяет снижать трудоемкость контрольных операций, резко повышатьпроизводительность труда контролеров. Так,например, металлографический анализ структуры образца занимает 2–3 ч,автоматические средства контроля (АСК) за 1–2 с выявляют аналогичные дефекты.Применение методов неразрушающего контроля качества дает весомую экономиюсредств за счет отбраковки недоброкачественного металла, заготовок переддорогостоящей механической обработкой,
Неразрушающийконтроль дает возможность проверить качество деталей до вовлечения их в сборкуи тем самым не допустить использования дефектных деталей в конструкциях машин,а следовательно, предотвратить аварии и катастрофы. Данные о дефектах,полученные на ранних стадиях производства, позволяют техническим службам предприятиясовершенствовать технологические процессы, улучшать режимы обработки металла вгорячем и холодном состоянии. Применяя методы неразрушающего контроля, можноуменьшить вес деталей и всего изделияз целом путем уменьшения коэффициентов запаса прочности.
Заменагромоздкого испытательного и вспомогательного оборудования, используемого дляразрушающих методов контроля, малогабаритными приборами и АСКэкономит производственные площади. Машины, собранные издеталей, прошедших контроль неразрушающими способами, гораздо реже выходят изстроя и, соответственно, реже требуют ремонта, замены частейи деталей. Чтобыболее наглядно представить себе, какую от этого выгоду получает народноехозяйство, скажем, что себестоимость запасных частей к тракторам составляет 80%стоимости самих тракторов. Если мобилизовать усилия и средства на созданиекомплекса автоматических средств неразрушающего контроля качества всехматериалов, выпускаемых промышленностью, то потенциал металлургической,химической промышленности, машиностроенияи приборостроения возрастет. Широкое внедрение во все областипромышленности методов и автоматических средств неразрушатощего контроляпозволит повысить надежность, долговечность, качество изделий, улучшитьиспользование трудовых, материальных и финансовых ресурсов.
Дефектыметаллов, их виды и возможные последствия
Дефектыметалла – это такие отклонения от нормального,предусмотренного стандартами качества, которые ухудшают рабочие характеристикиметалла и приводят к снижению сортности или отбраковке. По ГОСТ 15467–79дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции установленнымтребованиям, Термин «дефект» не следует отождествлять с термином «отказ». ПоГОСТ 13377–75 отказом называетсясобытие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия вследствиедефекта. Однако появление дефектов не всегда приводит к отказу.
Дефектыв зависимости от причин их появления могут быть конструктивными,производственными (ремонтными), эксплуатационными, Мы ограничимся рассмотрениемпроизводственных дефектов,образующихся в процессе плавления металла, заливки его в изложницы,кристаллизации, охлаждения; изготовления отливок; обработки металлов давлением;в результате термической, химико-термической, механической обработки; всварных, паяных, клепаных соединениях металлов. Причинами возникновениядефектов являются: несовершенство технологических процессов производства иливосстановления деталей, нарушение режимов обработки, неэффективность методовконтроля качества, несоблюдение режимов и условий эксплуатации,регламентированных нормативно-технической документацией. Дефекты в полуфабрикатах и готовых изделиях могутобразоваться при хранении, транспортировке вследствие нарушения правилупаковки, укупорки, консервации и т.д.
Дефектыплавления, заливки металла в изложницы, кристаллизации и охлаждения –это зоны ликвации, общее несоответствие заданному химическому составу,усадочные раковины, рыхлость, пористость, газовые раковины, продольные ипоперечные горячие и холодные трещины, пузыри, неметаллические включения(земля, шлак) и др. Ликвация –это местная неоднородность химического состава сплава, возникающая при егокристаллизации. В зоне ликвациимогут быть понижены металлические характеристики металла. Дефектами отливок могутбыть: общее несоответствие заданному химическому составу, ликвация, усадочные игазовые раковины, пористость, неметаллические включения, трещины, коробление.Во многих случаях отливку бракуют из-за незначительного дефекта, расположенногона неответственных поверхностях или в слое металла, который будет снят примеханической обработке. При рациональном исправлении дефектов отливок можнодобиться сокращения брака на 50–60%, что даст большой экономический эффект.Например, в случае недолива крупной отливки дефектное место можно доработатьнаваркой или наплавкой жидким металлом. Отливка, имеющая отклонения оттребований ГОСТов или ТУ, представляет собой брак.
Дефекты при обработке металлов давлением возникаютв процессе прокатки, волочения, прессования,ковки и штамповки металлов в виде усадочных и газовых раковин, рыхлот,ликвации, трещин, расслоений, волосовин, флокенов, неметаллических включений(являются следствием некачественного исходного материала); заусенцев, сдвиговодной части профиля по отношению к другой, рисок от задиров на валкахпрокатного стана, плен, закатов, зажимов, утонений и разрывов (дефектыпроизводства). Флокены –дефекты внутреннего строения стали в виде серебристо-белых пятен (в изломе) иливолосовин (на протравленных шлифах) – встречаются главным образом в катаных иликованых изделиях и обусловлены повышенным содержанием водорода.
Дефекты термической и химико-термической обработки металлов появляютсяв результате горячей обработки металлов: крупнозернистая структура, оксидные исульфидные выделения по границам зерен в стали,вызванные перегревом; крупнозернистая структура и окислениепо границам зерен, обусловленные пережогом; термические трещины,обезуглероживание, науглероживание, водородные трещины. Окисление по границамзерен вызывает межкристаллитную коррозию, которая в дальнейшем способствуетразрушению металла.
Дефекты механической обработки возможныв процессе обработки металлов резанием: отделочные микротрещины в поверхностномслое детали, Наклепанном в результате воздействия режущего инструмента;шлифовочные трещины на обрабатываемой поверхности (чаще встречаются на деталях,изготовленных из металлов с высокой твердостью): остаточные растягивающие илисжимающие внутренние напряжения. Они способствуют появлению усталостных трещини этим представляют большую опасность в процессе эксплуатации изделий.
Дефекты сварки и пайки металловбывают внешними и внутренними. В сварных соединениях к внешним дефектам относят наплывы, подрезы, наружныенепровары и несплавления, поверхностные трещины и поры; квнутренним – скрытые трещины и поры, внутренние непровары и несплавления,шлаковые и другие включения. В паяных соединениях внешними дефектами являютсянаплывы и натеки припоя, неполное заполнение шва припоем; к внутренним – поры,включения флюса, трещины и др.
Дефектыклепки – это зазоры в пакете склепываемых листов,перекос стержня заклепки, недостаточная высота замыкающей головки заклепки,трещины в склепываемых листах, на замыкающих и закладных головках, вмятины,забоины.
Посвоему характеру дефекты могут быть местными (поры, раковины, трещины,расслоения, закаты и др.); распределенными в ограниченных зонах (ликвационныескопления, зоны неполной закалки, коррозионного поражения, местный наклеп);расположенными по всему объемуизделия или его поверхности (несоответствие химического состава, структуры,качества механической обработки).
Местные дефекты,локализованные в ограниченном объеме, могут быть точечными, линейными,плоскостными и объемными. По своему расположению они разделяются на наружные (поверхностные, подповерхностные)и внутренние (глубинные).
Невсякий дефект металла является дефектом изделия. Отклонения от установленного качестваметалла, которые не существенны для работы данного технического устройства, недолжны считаться дня него дефектами. Отклонения от заданного качества,являющиеся дефектами для изделий, работающих в одних условиях (например,усталостные при динамическом нагружении), могут не иметь значения при другихусловиях работы (например, при статическом нагружении). Допустимые дефекты металлав зависимости от наз начения изделия должны оговариваться в ГОСТ, ОСТ, СТП,конструкторской документации, в технических условиях.
Длятого чтобы представить, какое зло могут принести дефекты металла, рассмотримнесколько примеров. В отличие от обычной коррозии межкристаллитная коррозияпроникает внутрь металла,располагаясь между зернами его структуры. Она поражает детали, паропроводыпаровых котлов и химических аппаратов, работающих при высоких температурах.Выход из строя паропровода, по которому под давлением в сотни атмосфер идетперегретый пар, может привести к катастрофе на электростанции. При сварке,пайке деталей и узлов в результате нарушения технологических режимов частополучается непровар, непронай и как следствне – отказ изделия или авария.Тяжелым и еще не до конца исследованным дефектом многих материалов иконструкций являются внутренниенапряжения, которые нередко в статическом положении без приложения нагрузкиспособны разрушить очень прочные изделия. Обычная коррозия кроме снижениямеханической прочности и пластичности металлов, увеличения трения междудвижущимися частями машин, станков, приборов, ухудшения физическиххарактеристик вызывает до 25% прямой потери металла от его ежегодной выплавки.
Высокое качество металла иизготовляемых из него изделий обеспечиваетсямногими путями, главными из которых являются; постоянное совершенствование технологическихпроцессов, строгое соблюдение режимов плавки, внедрение прогрессивногооборудования, повышение эффективности методов контроля качества металла,активное внедрение комплексной системы управления качеством продукции,постоянное повышение трудовой, производственной и исполнительской дисциплины.
Неразрушающий контроль качестваметодами дефектоскопии
Дефектоскопия–комплексметодов и средств неразрушающего контроля материалов иизделий с целью обнаружения дефектов, Дефектоскопия включаетразработку методов и аппаратуру (дефектоскопы и др.), составление методикконтроля, анализ и обработку показаний дефектоскопов. В основе методовдефектоскопии лежит исследование физических свойств материалов при воздействиина них рентгеновских, инфракрасных, ультрафиолетовых лучей, гамма-лучей,радиоволн, ультразвуковых упругих колебаний, магнитногои электрического полей и др.
Дефектоскопустройство для обнаружения дефектов в изделиях методаминеразрушающего контроля. Различают дефектоскопы магнитные, рентгеновские,ультразвуковые, электроиндуктивные и др. Они выполняются в виде переносных,лабораторных приборов илистационарных установок. Переносныедефектоскопы обычно имеют простейшие индикаторы для обнаружения дефектов(стрелочный прибор, световой илизвуковой сигнализатор и т,Д.); лабораторные дефектоскопы более чувствительны, частооснащаются осциллоскопическими и цифровыми индикаторами, В стационарных дефектоскопах– наиболее универсальных – предусмотрены самозаписывающиеустройства для регистрации показаний и их объективной оценки.
Некоторыедефектоскопы позволяют проверятьизделия, движущиеся созначительной скоростью (например, трубы в процессе прокатки), или сами способныдвигаться относительно изделия (например, рельсовые дефектоскопы). Существуютдефектоскопы для контроля изделий, нагретых до высокой температуры.
Наиболеепростым методом дефектоскопии является визуальный,осуществляемый невооруженным глазом или с помощью оптическихприборов (например, лупы). Для осмотра внутреннихповерхностей, глубоких полостей итруднодоступных мест применяют специальные трубки с призмами и миниатюрнымиосветителями (диоптрийные трубки) и телевизионные трубки. Для контроля,например, качества поверхности тонкой проволоки используют лазеры. Визуальнаядефектоскопия позволяет обнаружить только поверхностные дефекты (трещины,плены, закаты и др.) в изделиях из металла и внутренние дефекты в изделиях изстекла или прозрачных для видимого света пластмасс, Минимальный размердефектов, обнаруживаемых невооруженным глазом, составляет 0,1–0,2 мм, апри использовании оптических систем –десятки микрон.
Болееширокое распространение получил метод оптического контроля всвязи с созданием оптического квантового генератора (ОКГ). С его помощью можнопроизводить контроль геометрических размеров изделий со сложной конфигурацией,несплошностей, неоднородностей, деформаций, вибраций, внутренних напряженийпрозрачных объектов, концентраций, чистоты газов и жидкостей, толщины пленочныхпокрытий, шероховатости поверхности изделий, Первым ОКГ был рубиновыйгенератор, активным элементом которого являлся цилиндрический стерженьиз кристалла рубина с внедренными в его решетку ионами хрома. Возбуждение активныхчастиц в ОКГ осуществлялось воздействием на активный элемент световогоизлучения высокой интенсивности с помощью газоразрядных ламп-вспышек и лампнепрерывного горения серийногопроизводства (оптическая накачка). Управление излучениемчастиц (создание обратной связи) производилось с помощью зеркал., одно изкоторых полупрозрачно на длине волны генерации. В резонаторе (системе из двухзеркал и помещенного между ними активного элемента) устанавливаются стоячиеволны. Типы колебаний (или моды) отличаются друг от друга,/
Широкоераспространение получили газовые оптические квантовые генераторы. В нихактивным элементом является газ или смесь газов. Наибольшее распространениеполучил ОКГ на смеси гелия и неона. Возбуждаются газовые генераторы в основномэлектрическим разрядом в газовой среде. Основным элементом гелий-неонового ОКГ(как и других. ОКГ) является газоразрядная трубка, выполненная из стекла иликварца. Почти все ОКГ работают в непрерывном режиме, j Длясоздания обратной связи, так же как и в твердотельных 1 ОКГ, используютсязеркала, образующие резонатор.
В1948 г. физик Д. Габор предложил метод контроля, основанный на интерференции волн. Впроцессе контроля качества на фотопленку одновременно с «сигнальной» волной, 1рассеянной объектом, направляют «опорную» волну от того жеисточника света. Приинтерференции этих волн возникает картина, содержащая полную информацию обобъекте, которая фиксируется на светочувствительной поверхности – галограмме.При облучении галограммы или ее участка опорной волной видно объемноеизображение объекта. Галограмму можнополучить с помощью волн любой природы и любого диапазона частот.
Примечание.Звездочкой отмечены характеристика одномодовогорежима генерации (возбуждается однапоперечная мода). Остальные генераторы работают в многомодовом режиме.Интерференция волн – явление, наблюдающееся при одновременном распространении впространстве нескольких волн и состоящее в стационарном (или медленноизменяющемся) пространственном распределении амплитуды и фазы результирующейволны. Интерференция волн возможна, если разность фаз волн постоянна вовремени, т.е. волны когерентны.
Рентгенодефектоскопияоснована на поглощении рентгеновских лучей, которое зависитот плотности среды и атомного номера элементов, образующих материал среды.Наличие таких дефектов, как трещины, раковины и инородные включения, приводит ктом)% что проходящие через материал лучи ослабляются в различной степени.Регистрируя распределение интенсивности проходящих лучей, можно определитьналичие и расположение различных неоднородностей материала.
Интенсивностьлучей регистрируют несколькими методами. Методами фотографии получают снимокдетали (материала) на пленке. Визуальный метод основан на наблюденииизображения детали на флуоресцирующем экране. Наиболее эффективен этот методпри использований электронно-оптических преобразователей. Ксерографическимметодом получают изображения на металлических пластинках, покрытых слоемвещества, поверхности которого сообщен электростатический заряд,
Чувствительностьметодов рентгенодефектоскопии определяетсяотношением протяженности дефекта внаправлении просвечивания к толщине детали в этом сечении и для различныхматериалов составляет 1 – 10%. Применение рентгенодефектоскопии эффективно длядеталей сравнительно небольшой толщины, так как проникающая способностьрентгеновских лучей с увеличением их энергии возрастает незначительно.Рентгенодефектос копию применяют для определения раковин, грубых трещин,ликвационных включений в литых и сварных стальных изделиях толщиной до 80 мми в изделиях из легких сплавов толщиной до 250 мм. Для этого используютпромышленные рентгеновские установки с энергией излучения от 5–10 до 200*400кзв (1 зв = 1,60210 – Ю»19 Дж). Изделия большой толщины (ДО 500 мм)просвечивают сверхжестким электромагнитным излучением с энергией в десяткиМэтв. получаемым в бетатроне,
Гамма-дефектоскопия имеет ту же физическую сущность основы,что и рентгенодефектоскопия. нопри этом используются гамма-лучи, испускаемые искусственными радиоактивнымиизотопами различных металлов (кобальта, иридия, европия, тантала, цезия, туллияи др.). При гамма-дефектоскопии используют энергию излучения от несколькихдесятков кэв до 1–2 Мэв для просвечивания деталей большой толщины. Этот методимеет существенные преимущества перед реитгенодефектоскопией: аппаратура длягамма-дефектоскопии сравнительно проста, источник излучения компактный, чтопозволяет обследовать труднодоступные участки изделий. Кроме того, этим методомможно пользоваться в том случае, когда применение рентгенодефектоскопиизатруднено (например, в полевых условиях). При работе с источникамирентгеновского и гамма-излучения должна быть обеспечена эффективнаябиологическая защита.
Радиодефектоскопия, основанная на проникающих свойствахмикрорадиоволн, позволяет обнаруживать дефекты главнымобразом на поверхности изделий обычно из неметаллических материалов.Радиодефектоскопия металлических изделий из-за малой проникающей способностимикрорадиоволн ограничена. Этим методом определяют дефекты в стальных листах,проволоке в процессе их изготовления, а также измеряют их толщину или диаметр,толщину диэлектрических покрытий и т.д. От генератора, работающего внепрерывном или импульсном режиме, микрорадиоволны через рупорные антенныпроникают в изделие и, пройдя усилитель принятых сигналов, регистрируютсяприемным устройством.
Приинфракрасной дефектоскопии используютсяинфракрасные (те иловые) лучи для обнаружения непрозрачных для видимого светавключений. Инфракрасное изображение дефекта получают в проходящем, отраженном илисобственном излучении исследуемого изделия. Этим методом контролируют изделия, нагревающиеся в процессе работы.Дефектные участки в изделии изменяют тепловой поток. Поток инфракрасногоизлучения пропускают через изделие и регистрируют его распределениетеплочувствительным приемником. Неоднородность строения материалов можноисследовать и методом ультрафиолетовой дефектоскопии.
Инфракраснаяинтроскопия дословно означает тепловое внутривидение ипозволяет видеть внутреннюю структуру таких важных для радиоэлектроникиматериалов, как полупроводники. Наличие в полупроводниках мельчайших примесейрезко ухудшает их свойства. Интроскопы позволяют точно контролироватьмонокристаллы полупроводников, находить нарушения структуры и микротрещины.
Магнитнаядефектоскопия основана на исследовании искажениймагнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитныхматериалов. служить магнитный порошок (закись – окись железа) или его суспензияв масле с дисперсностью частиц 5–10 мкм. При намагничивании изделияпорошок оседает в местах расположения дефектов (метод магнитного порошка).Методом магнитного порошка можно обнаружить трещины и другие-дефекты на глубинедо 2 мм.
Чувствительностьметода магнитной дефектоскопии зависит от хмагнитных характеристик-материалов,применяемых индикаторов, режимов намагничивания изделия и др.
Полерассеяния можно фиксировать на магнитной ленте, которую накладывают наисследуемый участок, намагниченного изделия (магнитографический метод). Этимметодом контролируют главным образом сварные швы трубопроводов толщиной до 10–12 мми обнаруживают на них тонкие трещины и непровар.
Используютна практике малогабаритные датчики(феррозонды), которые при движении по изделию в местедефекта указывают на изменение импульса тока, что регистрируется на экранеосциллоскопа (феррозондовый метод). Феррозондовый метод наиболее целесообразендля обнаружения дефектов на глубине до 10 мм и в отдельных случаях до 20 ммв изделиях правильной формы. Этот метод позволяет полностью автоматизировать контрольи разбраковку.
Намагничиваниеизделий производится магнитными дефектоскопамш. создающими магнитные полядостаточной напряженности. После проведения контроля изделия тщательноразмагничивают,
Методымагнитной дефектоскопии применяют для исследования структуры материалов(магнитная структурометрия) и измерения толщины (магнитная толщинометрия).
Магнитнаяструктурометрия построена на определении основныхмагнитных характеристик материала (коэрцитивнойсилы, индукции, остаточной намагниченности,магнитной проницаемости). Эти характеристики, как правило, зависят отструктурного состояния сплава, подвергаемого различной термической обработке.Магнитную структурометрию применяют для определения структурных составляющихсплава, находящихся в нем в небольшом количестве и по своим магнитнымхарактеристикам значительно отличающихся от основы сплава, для измеренияглубины цементации, поверхностной закалки и т.п.
Магнитная толщинометрия основанана измерении силы притяжения постоянного магнита илиэлектромагнита к поверхности изделия из ферромагнитного материала, накоторую нанесен слой немагнитного покрытия, и позволяетопределить толщину этого покрытия.
Электроиндуктивная (токовихревая) дефектоскопия основанана возбуждении вихревых токов переменным магнитным толем датчика дефектоскопа.Вихревые токи создают свое поле, противоположноепо знаку возбуждающему. В результате взаимодействияэтих полей изменяется полное сопротивление катушки датчика, что и отмечаетиндикатор. Показания индикатора зависят от электропроводности и магнитнойпроницаемости металла, размеров изделия, а также от измененийэлектропроводности из-за структурных неоднородностей или нарушений сплошностиметалла. Датчики токовихревых Дефектоскопов изготовляют в виде катушекиндуктивности, внутри которых помещают изделие (проходные датчики) или которыенакладывают на изделие (накладные датчики).
Применениетоковихревой дефектоскопии позволяет автоматизировать контроль качествапроволоки, прутков, труб, профилей, движущихся в процессе их изготовления со значительнымискоростями, вести непрерывное измерение размеров. Токовихревыми дефектоскопамиможно контролировать качество термической обработки, оценивать загрязненность высокозлектропроводных металлов (меди, алюминия), определятьглубину слоев химико-термической обработки с точностью до 3%, сортироватьнекоторые материалы по маркам, измерять электропроводность неферромагнитныхматериалов с точностью до 1%, обнаруживать поверхностные трещины глубиной внесколько микрон при протяженности их в несколько десятых долей миллиметра.
Термоэлектрическаядефектоскопия основана на измерении электродвижущейсилы(термоэдс), возникающей в замкнутой цепи при нагреве места контакта двухразнородных материалов. Если один из этих материалов принять за эталон, то призаданной разности температур горячего и холодного контактов величина и знактермоэдс будут определяться химическим составом второго материала. Этот методобычно применяют в тех случаях, когда требуется определить марку материала, изкоторого состоит полуфабрикат или элемент конструкции (в том числе готовойконструкции).
Трибоэлектрическаядефектоскопия основана на измерении электродвижущейсилы, возникающей при трении разнородных материалов. Измеряя разностьпотенциалов между эталонными и испытуемыми материалами, можно различить маркинекоторых сплавов.
Электростатическаядефектоскопия основана па использованийэлектростатического поля, в которое помещают изделие. Для обнаруженияповерхностных трещин в изделиях из неэлектропроводных материалов (фарфора,стекла, пластмасс), а также из металлов, покрытых теми же материалами, изделие опыляют тонким порошком мела изпульверизатора с эбонитовым наконечником (порошковыйметод). При этом частицы мела получают положительный заряд, В результатенеоднородности электростатического поля частицы мела скапливаются у краевтрещин. Этот метод применяют также для контроля изделий из изоляционныхматериалов. Перед опылением их необходимо смочить ионогенной жидкостью.
Капиллярнаядефектоскопия
Капиллярнаядефектоскопия основана на искусственном повышении свето-и цветоконтрастности дефектов относительно неповрежденного участка. Методыкапиллярной дефектоскопии позволяют обнаруживать невооруженным глазом тонкиеповерхностные трещины и другие несплошности материала, образующиеся при изготовлениии эксплуатации деталей машин.
Методкапиллярной Дефектоскопии может бытьприменен Для контроля качества заготовок и деталей,изготовленных из любых немагнитных материалов: ауетепитных сталей, цветныхсплавов, пластмасс, керамики, – кроме материалов, обладающих пористойструктурой. Он основан на принципах капиллярного проникновения индикаторнойжидкости (пене-транта) в полость дефекта, адсорбции ее проявляющим составом и люминесценциииндикаторного состава в лучах ультрафиолетового света (УФС). В качествеисточника УФС используется ртутно-кварцевая лампа типа ДРШ-1000, помещенная взащитный кожух с параболическим рефлектором.
Чувствительностькапиллярной дефектоскопии определяется абсолютными размерами дефектов иограничивается верхним и нижним пределами их выявляемое™. Нижним пределомчувствительности являются различные тупиковые несплошности с шириной рас крытияменее 1 мк, верхним – не более – 0,4 ммлюбой протяженности. Дефекты с большей ширинойраскрытия, а также риски с округлым дном, глубина которых не превышает 70–80%от ее ширины, подвергать капиллярной дефектоскопии нельзя ввиду интенсивноговымывании пенетранта из устья пороков металла.
Методикакапиллярной дефектоскопии контролируемого объекта (заготовки, детали, изделия)состоит из следующих последовательно выполняемых операций:
1) прогревание его при температуре 100–120 °С в течение I –1,5 ч в целях удаления влагииз микротрещин;
2) обезжиривание ацетоном в ультразвуковой ванне в течение т=3– 5 мин;
3) сушка в потоке чистого сжатого воздуха при г= 70–80 °С,давлении» /)=2 кгс/см. т~5–10 мин;
4) пропитка индикаторной жидкостьюметодом окунания в ультразвуковой ванне, т~7–10 мин (в зависимости отсостава);
5) удаление индикаторной жидкости с поверхности объектараспыленной струей горячей водыпри 55–65°, давлении р~2 кгс/см2, т~5 мин;
6) сушка в потоке сухого чистого воздуха при 30–40 °С,давлении 2 кгс/см2, т-10с;
7) нанесение проявляющего состава с помощью краскораспылителя.Толщина покрытия примерно 10 мк (контрольвизуально по эталону);
8) сушка на воздухе при нормальной температуре, т-5–10 мин;
9) осмотрдеталей в сфокусированном пучке УФС через20–30 мин после нанесения проявляющегосостава;
10) удаление белого лаковогопокрытия ацетоном в ультразвуковой ванне, т=20–30 с. Еслидефект выявился недостаточно четко, проверка повторяется через; 30 мин. Вкачестве индикатора (пенетранта)используется люминесцентная жидкость ЛЖ-6А, включающая в себя люмоген №2(люминофор ГОСТ 16316–70) – 8 г/л, дитолилметан (ТУ6–09–1220–76)–50%, бутиловый спирт (ГОСТ 6006–73) – 40%, эмульгатор ОП-7 (ГОСТ 8433–57) –10% жидкость ЛЖ-4 – ксилол (ГОСТ9949–76) – 23%, керосин (ГОСТ4753–68) – 75%. люмоген М* 2–1.6 г./л.
Дляпроявления пенетранта в зависимости от наличия компонентов, можно применятьследующие составы, белую нитроэмаль «Экстра» СТУ-30–210–33–63 или ВТУ МХП 693–50) – 300 мл, ацетон (ГОСТ 2603–71) – 400 мл,спирт этиловый (ГОСТ 18300–72) – 500 мл, воду – 500 мл, каолин (ГОСТ 6138–61) – 400 г./л,техническую стеариновую кислоту (ГОСТ 6484 – 64) – 5 г, бензин Б-70 (ГОСТ 1012–72)– 100 мл.
Проявляющийлак (покрытие), приготовленный на основе нитрозшали, сушится на воздухе принормальной температуре; на основе каолина – в струе горячего воздуха при /-70 –80 °С.
ПенетрантЛЖ-4 проявляется с помощью порошка окиси магния. Покрытие на основе нитроэмалиудобно в работе, обладает прочной пленкой, не разрушается в процессе осмотра,длительное время хорошо сохраняется на детали, легко удаляется с поверхностиэмульгатором ОП-7 и водой (две части ОП-7, восемь частей воды). Покрытие наоснове каолина менее прочное. Чешуйчатость покрытия на стеарине затрудняетосмотр пружин и делает следы дефектов нечеткими. Вязкость приготовленногопроявляющего лака должна быть 13–15 с по вискозиметру В3=4 (ГОСТ 8420=74) притемпературе -4–18–20еС.
Практика показала,что чувствительность капиллярнойдефектоскопии повышается, если передоперацией №4 контролируемые детали подвергнуть воздействию ультразвука.Например, после озвучивания витых пружин из проволоки в течение 20–30 с помощьюультразвукового генератора УЗГ-10–22 на пружинах, обработанных в составах ЛЖ-6А,ЛЖ-4, открылось большое число дефектов, в том числе трещин, образовавшихсявследствие межкристаллитной коррозии. Ранее при этой же методике контроля, нобез использования ультразвука эти трещины на этих же пружинах не былиобнаружены.
Индикаторнаяжидкость ЛЖ-6А является наилучшим пе-нетрантом. Она обладает более высокойпроникающей способностью летко удаляется с поверхности детали с помощью водногораствора эмульгатора ОП-7, не дает заметного светящегося фона на поверхностипри проявлении, обладает большой интенсивностью люминесценции как в макро-, таки в микрослоях. Проявляющее покрытие наоснове нитроэмали удобно в эксплуатации оно прочно, не разрушаетсяв процессе осмотра и может быть сохранено на детали в течение длительноговремени.
Приэтом методе контроля детали, как правило, осматриваются невооруженным глазом.При осмотре мелких Дефектов, а также в сомнительных случаях рекомендуетсяприменять лупу 2–4-кратного увеличения. В качестве эталона используются образцыконтролируемых деталей, изготовленные из того же материала, по той леетехнологии, с дефектами, близкими по размерам к нижнему пределучувствительности метода. Кроме рабочих эталонов должны быть контрольные. Контрольныеи рабочие эталоны имеют паспорт с описанием и фотографией имеющихся на нихпороков материала, выявленных капиллярным методом.
Приоценке допустимости дефектов на заготовках пружин необходимо руководствоватьсятребованиями, предъявляемыми к проволоке ТУ или ГОСТами. Пружины растяженияконтролируются в растянутом виде, надетыми на специальные приспособления, приэтом расстояние между витками должно быть не менее 2 мм.
Ультразвуковая дефектоскопия
Ультразвуковаядефектоскопия основана на использовании упругихколебаний, главным образом ультразвукового диапазона частот. Нарушениясплошности или однородности среды влияютнараспространение упругих волн в изделии или на режим колебаний изделия. Если например,внутри отливки находится газоваяраковина, то колебания, распространяясь по металлу, доходят до нее и меняютсвое направление. Индикатор, уловив это изменение, мгновенно показывает, что вотливке дефект.
Втехнике используются механические колебания в очень широком интервале частот – отнескольких герц до 200 МГц, или от инфразвука до ультразвука. Широкий интервалприменяемых частот обусловлен тем, что характер их распространения и поглощениязависит от частоты. Ею определяются контролируемая зона, минимальная измеряемаятолщина, степень поглощения и характер возбужденных воин. В ультразвуковойдефектоскопии используется целая гамма различных видов волн, которые отличаютсядруг от друга как направлениями распространения колебаний, так и характеромколебаний. Механические колебания используютсядля выявления нарушения сплошности и измерения толщины. Свойство ихпоглощения при прохождений через контролируемую среду используется длянахождения мелких рассеянных инородных включений и пустот, оценкинеоднородности зерна, структуры, определения плотности массы, внутреннихнапряжений, коэффициента вязкости, межкристаллитной коррозии, зоныповерхностного распространения. Большим достоинством методов и средствнеразрушающего ультразвукового контроля является их универсальность –возможность применения как для металлов и сплавов, так и длякерамики, полупроводников, пластических масс, бетона, фарфора, стекла,ферритов, твердых сплавов, т.е. таких синтетических материалов, которые находятвсе большее применение в технике.
Ультразвуковомуконтролю можно подвергать крупногабаритные детали и заготовки, так как глубинапроникновения ультразвука в металл может достигать 8–10 м. Аппаратура для ультразвуковойдефектоскопии сравнительно проста и не требует специальных мер по техникебезопасности. Поэтому этот вид контроля очень широко распространяется в самыхразличных областях народного хозяйства, может использоваться в лабораториях,производственных и полевых условий.
Дляреализаций всех методов анализа распространения упругих колебаний необходимоиметь излучатель механических колебаний (вибратор) и индикатор, воспринимающиймеханические колебания испытуемой среды. Ультразвуковые колебания излучаются ипринимаются от испытуемого объекта при помощи пьезоэлектрических пластин изкварца, титаната бария, сульфата лития и других материалов, преобразующихэлектрические колебания в упругие колебания той же частоты и обратно.
Излучательи индикатор могут быть совмещены в одном датчике, работающем в импульсномрежиме, чередуя свои функции, т.е. работая подобно радиолокатору вначале как излучатель,а затем как индикатор.
Такимобразом, основой ультразвукового дефектоскопа является комплекс электроннойаппаратуры, которая посылает высокочастотный импульс тока в пьезокристаллы;последние, в свою очередь, преобразуют электрический импульс в механическиеколебания высокой частоты – ультразвук. Колебания, проходя сквозь деталь, могутотразиться от ее противоположной стенки. Если в отливке есть дефекты кна них попадаетлуч ультразвука,то он меняет своенаправление на дефекте.
Кчислу основных методов ультразвуковой дефектоскопии относятся: эхометод,теневой, резонансный, велосимметричный (собственно ультразвуковые методы),импедансный и метод свободных колебаний (акустические методы).
Эхометоднаиболее универсален. Он основан на посылке в изделиекоротких импульсов ультразвуковых колебаний, регистрации интенсивности ивремени прихода эхосигналов, отраженных от дефектов. Для контроля изделиядатчик эхо-дефектов сканирует его поверхность. С помощью этого метода можнообнаружить поверхностные и глубинные дефекты с различной ориентировкой. Дляпроведения такого контроля созданы различные промышленные установки. Эхосигналыможно видеть на экране осциллоскопа или регистрировать самозаписывающимприбором, который позволяет повыситьнадежность, объективность, достоверностьобнаружения дефектов, а такжепроизводительность и воспроизводимость контроля. Чувствительность эхометодавесьма высока. В оптимальных условиях контроля на частоте 2–4 МГц можнообнаруживать дефекты, отражающая поверхность которых имеет площадь около 1 мм.
Теневой метод является весьмараспространенным в ультразвуковом контроле.
Этод метод обнаруженияоптических неоднородностей в прозрачных преломляющих средах и дефектовотражающих поверхностей (напр., зеркал). Т. м. применяют для исследованияраспределения плотности воздушных потоков, образующихся при обтекании моделей ваэродинамических трубах, используют для проекции на экран изображений(получаемых в виде оптических неоднородностей) в пузырьковых камерах, втелевизионных системах проекции на большой экран и др. Т. м. предложен нем.учёным А. Тёплером в 1867.
/>
Рис. 1. Образование теней на экране.
В т. м. пучок лучей от точечного илищелевого источника света 1 (рис.) линзой или системой линз и зеркал (2–2')направляется через исследуемый объект (3) и фокусируется на непрозрачнойпреграде (5) с острой кромкой (на т. н. ноже Фуко), так что изображениеисточника проектируется на самом краю преграды. Если в исследуемом объекте нетоптич. неоднородностей, то все идущие от него лучи задерживаются преградой. Приналичии оптич. неоднородности (4) лучи будут рассеиваться ею и часть их,отклонившись, пройдёт выше преграды. Поставив за ней проекционный объектив (6)или окуляр, можно на экране (7) получить изображение неоднородностей (8) илинаблюдать их визуально. Иногда вместо точечного источника света и ножа Фуко применяютоптически сопряжённые решётки (растры), перекрывающие ход лучам при отсутствиина их пути неоднородностей. Применяются также решётки со щелями в виде цветныхсветофильтров, позволяющие нагляднее определять характер оптич.неоднородностей. Получение более грубой (теневой) картины зон резкого измененияоптич. плотностей объекта возможно без перекрытия лучей ножом Фуко илирешётками. Просвечивание объекта двумя оптич. системами, установленными подуглом друг к другу, позволяет получать стереоскопич. картину распределениянеоднородностей в объекте.
Теневой метод – метод обнаружения оптич.неодно-родностей в прозрачных преломляющих средах и дефектов отражающихповерхностей (напр., зеркал). Впервые предложен в 1857 Л. Фуко (L.Foucault) для отражающих поверхностей. В 1867 А. Тендером (A. Toepier)этот метод был усовершенствован при исследовании прозрачных преломляющих сред.Т, м. наз. также шлирен-методом (от нем. Schliere-оптич. неоднородность, свиль,шлир).
/>
В Т. м. пучок лучей от точечного илищелевого источника света 1 (рис.) линзой или системой линз и зеркал (2–2')направляется через исследуемый объект (3) и фокусируется на непрозрачнойпреграде (5) с острой кромкой (на т. 4) лучи будут рассеиватьсяею и часть их, отклонившись, пройдёт выше преграды. Поставив за нейпроекционный объектив (6) или окуляр, можно на экране (7)получить изображение неоднородностей (8) или наблюдать их визуально.Иногда вместо точечного источника света и ножа Фуко применяют оптическисопряжённые решётки (растры), перекрывающие ход лучам в отсутствие на ихпути неоднородноcтей. Применяются также решётки со щелями в виде цветных светофильтров,позволяющие нагляднее определять характер оптич. неоднородностей. Получениеменее контрастной картины зон изменения оптич. плотностей объекта возможно безперекрытия лучей ножом Фуко или решётками. Просвечивание объекта двумя оптич.системами, установленными под углом друг к другу, позволяет получатьстереоскопии, картину распределения неоднородностей в объекте.
Т. м. применяют при исследованияхраспределения плотности воздушных потоков, образующихся при обтекании моделей ваэродинамических трубах, используют для проекции на экран изображений(получаемых в виде оптич. неоднородностей) в пузырьковых камерах, в телевиз.системах проекции на большой экран и др.,
Использованная литература
1. Аврашков Л.Я. Адамчук В.В.,Антонова О.В., и др. Экономика предприятия. – М., ЮНИТИ, 2001.
2. ВильямДЖ. Стивенсон Управление производством. – М., ЗАО «Изд-во БИНОМ», 2000.
3. Грузинов В.П.,Грибов В.Д. Экономика предприятия. Учебное пособие. — М.: ИЭП, 2004.
4. Калачева А.П. Организацияработы предприятия. — М.: ПРИОР, 2000. – 431 с.
5. Сергеев И.В. Экономикапредприятия: Учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы истатистика, 2004. – 304 с.
Крылова Г.Д. Основыстандартизации, сертификации, метрологии. – М.: Аудит, 1998.
6. Медведев А.М. Международнаястандартизация – М.: Издательство стандартов, 1988
7. Организацияпроизводства и управление предприятием: учебник / под ред. О.Г. Туровца. –М.: ИНФРА-М, 2002. – 528 с.
8. Фатхутдинов Р.А. Производственный менеджмент: Учебник / Р.А. Фатхутдинов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Дашков К,2002. – 472 с.
9. Новицкий Н.И. Организация производствана предприятиях: Учебно-методическое пособие / Н.И. Новицкий. – М.:Финансы и статистика, 2001. – 392 с.
10. Организация производства и управление предприятием:учебное пособие / А.К. Феденя. — Мн.: Тетра-Системс, 2004. – 192 с.