Сударикова Е.В. Неразрушающий контроль в производстве. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

СанктПетербург

2007

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САНКТПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

Е. В. Сударикова

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ

В ПРОИЗВОДСТВЕ

Часть 1

Учебное пособие

Рецензенты:

кафедра измерительных технологий и компьютерной томографии

Государственного университета ИТМО;

кандидат технических наук, доцент О. Б. Шалагинова

Утверждено редакционноиздательским советов университета

в качестве учебного пособия

Сударикова Е. В.

Неразрушающий контроль в производстве: учеб. пособие.

Ч. 1.; ГУАП. — СПб., 2007. — 137 с.: ил.

ISBN 5808802326 (Ч. 1)

Рассмотрены общие вопросы неразрушающего контроля: поня

тия качества и его контроля, классификация и краткая характерис

тика методов и средств контроля, их стандартизация и метрологи

ческое обеспечение, организация службы контроля. Изложены при

чины возникновения дефектов продукции на разных стадиях ее су

ществования и указаны применяющиеся на практике методы их об

наружения, дан анализ влияния дефектов на работоспособность де

талей. Приведены рекомендации по выбору метода неразрушающе

го контроля для решения конкретной задачи.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности

200102 «Приборы и методы контроля качества и диагностики».

УДК 620.17(075)

ББК 30.607я7

УДК 620.17(075)

ББК 30.607я7

С89

ISBN 5808802326 (Ч. 1)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1. Роль и место операций неразрушающего контроля в системе техни

ческого контроля в промышленности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.1. Качество продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.2. Номенклатура показателей качества продукции и методы их

определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.2.1. Номенклатура показателей качества . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.2.2. Методы определения показателей качества продукции . 26

1.3. Технический контроль. Контроль качества продукции. Основ

ные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.4. Общие методы контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1.5. Испытания продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

1.6. Виды неразрушающего контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

1.7. Выбор метода неразрушающего контроля . . . . . . . . . . . . . . . . 66

1.8. Средства и устройства контроля качества продукции . . . . . . . 92

2. Организация и проведение неразрушающего контроля . . . . . . . . . 97

2.1. Организационная структура службы контроля . . . . . . . . . . . . 97

2.2. Стандартизация и метрологическое обеспечение . . . . . . . . . . 100

средств и методов контроля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

2.3. Дефекты продукции и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

2.3.1. Конструктивные дефекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

2.3.2. Производственные дефекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

2.3.3. Дефекты, возникающие при хранении и эксплуатации,

и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

2.4. Влияние дефектов на работоспособность деталей . . . . . . . . . . . 130

2.5. Общие термины и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

ВВЕДЕНИЕ

Контроль качества существует с незапамятных времен, в Древнем

Риме, например, при покупке сандалий и горшков придирчиво ос

матривалось каждое изделие. Лопнувший в дальней дороге ремешок

сандалии или вытекшая в очаг похлебка – это, конечно, неприятно.

Развитие цивилизации стало приносить большие неприятности и че

ловеческие жертвы, в их числе:

– разрушения плотин (первое разрушение было зафиксировано в

Багдаде в 942 г., плотина называлась НарИза, через 300 лет она

разрушилась снова, причины неизвестны),

– разрушения мостов (происходили изза коррозионного и устало

стного повреждения главных тросов, на которых подвешен мост, из

за трещин в сварных швах, в результате раскачки под действием аэро

динамических сил, вследствие вибрации, изза перегрузки и т.д.),

– разрушение строительных конструкций (фундаменты зданий,

разрушение кровли и т. д.),

– железнодорожные катастрофы (особенно если они сопровожда

лись взрывом перевозимых воспламеняющихся жидкостей),

– разрушения туннелей (вследствие оседания почвы, заливания

просочившейся водой),

– аварии на шахтах,

– авиакатастрофы,

– землетрясения.

За последние десятки лет появились новые технически сложные

крупномасштабные объекты – атомные электростанции, терминалы

со сжиженным газом, морские буровые установки, большие хими

ческие комбинаты, крупные авиалайнеры, магистральные трубопро

воды. Появление этих объектов привело, с одной стороны, к эконо

мическим выгодам, а с другой – к большим негативным последстви

ям в случае выхода их из строя. Аварии на этих объектах – настоя

щие катастрофы.

Число крупных аварий и катастроф во всем мире ежегодно увели

чивается. Катастрофы сопровождаются человеческими жертвами,

финансовыми потерями, а нередко – еще и политическими и юриди

ческими последствиями. Развитые страны ежегодно теряют (в том

числе в авариях и катастрофах) 10 % своего национального дохода

изза низкого качества выпускаемой продукции. Потери только от

дефектов усталости металла в США составляют более 100 млрд дол.

в год, а от коррозии – более 200 млрд дол. в год. Убытки от низкого

качества материалов и изделий в России значительно выше.

Основные причины роста числа аварий и катастроф:

1) критический уровень износа оборудования;

2) нарушения производственной и технологической дисципли

ны;

3) ослабление роли государственных органов контроля и управле

ния;

4) недостаточный уровень правовой и экологической культуры.

Обычно к авариям приводят ошибки трех типов.

1. Технические ошибки. Они могут быть обусловлены:

– неправильным проектированием (неверно определены исходные

нагрузки, ошибки в расчетах, неправильный выбор материалов

и т.д.);

– неправильным изготовлением (заменили материалы, не выдер

жали размеры, нарушили заданные режимы обработки, использова

ли в сборке бракованную деталь и т. п.), – т. е. элементы изделия или

конструкции не соответствуют верному проекту;

– неправильной эксплуатацией (например, эксплуатация при на

грузках больше допустимых: через мост, рассчитанный на макси

мальный грузопоток 50 тонн, изза закрытия соседнего моста пусти

ли грузопоток 65 тонн).

2. Организационные ошибки. Вызваны тем, что руководитель про

екта не предусмотрел организационные меры, предотвращающие пе

речисленные технические ошибки.

3. Недостаток квалификации, в результате чего руководитель или

ответственное лицо не были достаточно хорошо обучены для того,

чтобы избежать технических и организационных ошибок.

Человечество не может отказаться от атомной энергетики, воз

душных перевозок, химической промышленности и прочих дости

жений цивилизации, но оно может предотвратить аварии и катаст

рофы или уменьшить их последствия путем эффективного использо

вания неразрушающего контроля (НК).

Качество любой продукции закладывается при ее проектирова

нии и затем обеспечивается при ее изготовлении. Отклонения от ус

тановленного технологического процесса изготовления и сборки ве

дут к ухудшению качества. С течением времени в процессе эксплуа

тации в объектах начинают происходить изменения, меняющие их

потребительские свойства. Объекты становятся менее надежны. По

этому возникает серьезная необходимость непрерывного контроля

протекающих в объектах внутренних процессов, характеризующих

прочностные свойства и степень надежности к любому моменту вре

мени. А так как деталь или машина – не лист чертежной бумаги, а

объемное тело (к тому же непрозрачное), то разработка способов по

лучения наиболее полной информации о внутренних свойствах, ка

честве и происходящих в деталях процессах стала одной из актуаль

нейших задач сегодняшнего дня.

Неразрушающий контроль как наука сформировался в 40–50х гг.

прошлого века, хотя и до этого были известны и применялись такие

методы контроля, как рентгеновский, ультразвуковой, магнитный

и некоторые другие. Контроль обозначает проверку соответствия па

раметров объекта установленным техническим требованиям. Нераз

рушающие методы контроля не должны нарушать пригодность объек

та к применению.

Как осуществить НК? Достаточно просто: надо выбрать такое из

лучение, для которого объект прозрачен (очевидный пример – тело че

ловека в рентгеновском излучении). Металлы, в свою очередь, про

зрачны для гаммаизлучения и для ультразвуковых колебаний, и имен

но ультразвук находит широчайшее применение при НК. Нужно пра

вильно выбрать частоту и мощность излучения, создать подходящие

генераторы и преобразователи, а также правильно расшифровать по

лученные данные. А это уже не только техника, но и серьезная наука.

Неразрушающий контроль как наука занимается изучением вза

имодействия излучений и полей различной физической природы с

материалами для обнаружения и оценки нарушения структуры с це

лью разработки новых методов и средств контроля.

На этапе производства НК позволяет осуществлять непрерыв

ный контроль – от операции к операции – за правильностью измене

ния свойств заготовок и деталей и их сборкой, а затем проверить ка

чество готового изделия. На этапе эксплуатации НК позволяет реа

лизовать в объектах непрерывный контроль внутренних процессов,

характеризующих прочностные свойства и степень надежности это

го объекта к любому моменту времени.

Естественно, что достаточно полную объективную информацию о

контролируемом объекте нельзя получить, регистрируя только эф

фекты взаимодействия с объектом контроля поля одной природы (ча

стоты). Можно утверждать, что нет ни одного безошибочного метода

контроля. Например, использование рентгеновского излучения при

контроле сварных швов не гарантирует выявления трещин, несплав

лений и т. п. Поэтому должны применяться комбинированные, раз

ные по принципу взаимодействия с веществом методы контроля, ко

торые могут исключить недостатки исследования, взаимно допол

нить друг друга и обеспечить получение достаточной информации о

качестве промышленной продукции.

Любое повышение качества достигается за счет необходимого до

полнительного увеличения расходов. Возникает проблема определе

ния оптимального уровня расходов, при котором технология и про

изводство остаются рентабельными. Применение НК удорожает про

дукцию при выпуске и эксплуатации, однако его использование на

всех стадиях изготовления, поверки и эксплуатации существенно

повышает надежность изделий и объектов, обеспечивая в конце кон

цов громадный в масштабе страны экономический выигрыш.

Как наука НК активно развивается. Развитие происходит по сле

дующим основным направлениям:

1) интеллектуализация методов и средств контроля;

2) разработка единой системы контроля качества технических

объектов и окружающей среды;

3) совершенствование диагностических технологий;

4) организационное обеспечение НК на международном уровне.

Это развитие НК отражается в ряде научных журналов, таких,

как «Дефектоскопия» – Екатеринбург, «Контроль и диагностика» –

Москва, «Мир неразрушающего контроля» – СанктПетербург и дру

гих.

1. РОЛЬ И МЕСТО ОПЕРАЦИЙ

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

В СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1. Качество продукции

Под промышленной продукцией понимается совокупность продук

тов или отдельный продукт промышленного производства. Промыш

ленную продукцию подразделяют на два класса:

1й класс – продукция, расходуемая при использовании;

2й класс – продукция, расходующая свой ресурс.

В свою очередь, классы подразделяют на 5 групп.

К группе 1 относят сырье, природное топливо (полезные ископаемые,

естественные стройматериалы, драгоценные камни, минералы и т.д.).

К группе 2 – материалы (горючесмазочные материалы, материа

лы для текстильной, легкой, тяжелой и других промышленностей,

лесоматериалы, материалы электрической и радиотехнической про

мышленности и т.д.).

К группе 3 – расходуемые изделия (пищевые продукты, лекарства

и т.д.).

К группе 4 – неремонтируемые изделия (элементы радиотехники –

например, резисторы, конденсаторы и т.д.; элементы машинострои

тельной продукции – например, гайки, болты, зубчатые колеса и т.д.;

двигатели и движители однократного использования; изделия пиро

техники и т.д.).

К группе 5 – ремонтируемые изделия (радиотехническое оборудо

вание, технологическое и испытательное оборудование самого раз

личного назначения, сельскохозяйственные и транспортные маши

ны, оптикомеханические системы и комплексы различного назна

чения и т.д.).

К первому классу промышленной продукции относят продукцию

групп 1, 2, 3; ко второму классу – групп 4, 5.

Уровень развития промышленности любой страны характеризу

ется не только объемами производства и ассортиментом выпускае

мой продукции, но и качеством этой продукции.

Под качеством продукции понимается совокупность свойств про

дукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определен

ные потребности в соответствии с назначением [ГОСТ 15467–79].

Количественно качество на этапе производства определяется (1)

через характеристики дефектов в готовой продукции, а также (2) че

рез вероятностные характеристики параметров (показателей), зада

ющих качество в соответствии с техническими условиями и конкрет

ными потребительскими свойствами.

Качественная продукция – самая экономная, и для разных ее ви

дов устанавливаются различные признаки, для характеристики ко

торых применяют многочисленные показатели. Показатель каче

ства промышленной продукции – это параметр или вероятностная

характеристика параметра, используемые для количественного опи

сания какоголибо признака продукции. С помощью этих количе

ственных характеристик в документации на объект задается каче

ство готового изделия.

Установлено одиннадцать групп основных показателей качества

продукции:

1) показатели назначения (определяют такие важнейшие свой

ства изделия, как точность функционирования, мощность, быстро

действие, габаритновесовые характеристики и другие);

2) показатели надежности (характеризуют свойства безотказно

сти, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости продук

ции);

3) эргономические (определяют систему взаимодействия «чело

векизделие» с точки зрения удобства пользования изделием в соот

ветствии с антропометрическими и физиологическими особенностя

ми человека);

4) эстетические (красивонекрасиво);

5) показатели технологичности (трудоемкости, материалоемко

сти и другие);

6) стандартизации и унификации (коэффициенты применяемос

ти, повторяемости, взаимной унификации);

7) транспортабельности;

8) патентноправовые (патентной защиты и патентной чистоты);

9) экологические;

10) показатели безопасности;

11) экономические (себестоимость, трудоемкость и другие).

Основными показателями качества любой продукции являются

показатели назначения и надежности.

Показатели качества классифицируют по следующим призна

кам: характерным свойствам, количеству свойств, применению, эта

пам жизненного цикла продукции.

По количеству свойств показатели качества могут быть единич

ные, комплексные, групповые, интегральные, обобщенные.

По применению, например, при оценке уровня качества продук

ции показатели качества подразделяют на базовые и относительные.

В зависимости от этапа жизненного цикла продукции показа

тели качества могут быть прогнозируемые (расчетные), проектные,

производственные, эксплуатационные.

Показатели качества выражаются в натуральных (вольт, км/ч,

об./мин, °С, байт и др.) и стоимостных (р.) единицах, а также могут

быть безразмерными (например, коэффициент полезного действия,

сравнительная себестоимость продукции и др.).

Качество промышленной продукции закладывается в процессе ее

проектирования, изготовления и сборки. Качество изготавливаемой

продукции в любой отрасли определяется следующими факторами:

1) правильностью разработки проекта (конструктивнотехноло

гических решений);

2) правильным (для предусмотренных условий эксплуатации)

выбором сырья и материалов;

3) качеством исходного сырья, покупных изделий и полуфабри

катов;

4) совершенством технологии производства (делаем «на коленке»

или на современном отлаженном оборудовании), т. е.:

– технологической оснащенностью производства современным

оборудованием, инструментом и оснасткой;

– уровнем автоматизации технологических процессов и конт

рольных операций (нет потерь качества изза ошибок человека – ус

тал, не заметил...);

– правильностью выбора режимов обработки (например, темпера

тура и время отжига);

– тщательностью контроля изменения свойств и характеристик

изготавливающегося изделия на каждой технологической операции;

5) качеством труда изготовителей (квалификацией и в немалой

степени – совестью работников);

6) совершенством организации производства (технологическая

оснащенность служб контроля, уровень стандартизации, унифика

ции технологических процессов и документации);

7) и в результате – степенью соответствия изготовленной продук

ции предъявляемым к ней требованиям.

Поэтому качество продукции необходимо контролировать и уп

равлять им на всех стадиях этого процесса.

В процессе производства от стадии поступления первичного сырья

до стадии получения готового продукта материалы или изделия из

них подвергают контролю, который должен обеспечить качество вы

пускаемой продукции. При этом на этапе производства качество мо

жет быть определено через характеристики дефектов в готовой про

дукции.