Сударикова Е.В. Неразрушающий контроль в производстве. Часть 1
Подождите немного. Документ загружается.
101
Высшей формой комплексной стандартизации является систем
ная стандартизация, охватывающая большой круг объектов, обра
зующих самостоятельную систему. Первым примером системного
подхода в стандартизации явилась разработка Государственной сис
темы стандартизации. Второй серией, объединяющей более 100 стан
дартов, стала Единая система конструкторской документации
(ЕСКД), введенная в действие с 1971 г. Затем была введена Система
технологической подготовки производства (с 1974 г.). Проблемы
качества промышленной продукции позволяет решить Система ка
чества промышленной продукции (СКПП).
Стандартизация в области контроля качества обеспечивает еди
нообразие проверки продукции в различных ведомствах, на разных
предприятиях страны, в различных условиях ее производства и при
менения, а также соответствие средств контроля определенным тре
бованиям. Она включает систему ГОСТов, обязательных для всей
территории страны, и ОСТов, необходимых для отраслей, изготав
ливающих продукцию и ее потребляющих. Вместо стандартов пред
приятий обычно выпускают инструкции и методики. Республиканс
кие стандарты в данной области не выпускают.
Стандарты на неразрушающие методы контроля относят к одной
из трех групп.
1. Стандарты общего назначения. Это стандарты на классифика
цию методов контроля, терминологию, единую систему обозначений,
требований к содержанию стандартов других групп. Примером тако
го стандарта может служить ГОСТ 18353–79.
2. Стандарты на средства контроля, разделяющие приборы дан
ного типа на группы по определенным признакам; определяющие
основные узлы этих приборов, основные их параметры; устанавли
вающие цифровые ряды или предельные значения этих параметров,
рекомендуемые к использованию.
Важную роль в повышении технического уровня приборов НК иг
рают стандарты на основные технические требования (ГОСТы ОТТ),
система которых разработана и введена Госстандартом в 1985–
1987 гг. ГОСТы ОТТ разработаны на ультразвуковые, электромаг
нитные, радиационные и т. п. дефектоскопы, толщиномеры и другие
типы приборов, являющиеся основными средствами НК. В этих стан
дартах предусмотрено планомерное улучшение основных техничес
ких параметров, чтобы достичь передового международного уровня и
превзойти его. Несоответствие прибора ГОСТу ОТТ автоматически
лишает его возможности претендовать на высокую категорию каче
ства, а следовательно, влияет на прибыль предприятияизготовите
ля прибора.
102
3. Стандарты на методики контроля различных видов продук
ции определенными методами, например: на радиационный контроль
сварных соединений, ультразвуковой контроль труб, капиллярный
контроль изделий разнообразного типа. В таких стандартах указыва
ют ограничения на виды контролируемой продукции, типы выявляе
мых дефектов, основные требования к применяемой аппаратуре (в не
которых случаях рекомендуют простые средства проверки ее парамет
ров), способы ее настройки, требования по подготовке изделий к кон
тролю, порядок его проведения, оценки и оформления результатов.
Рассмотренная система стандартов на средства и методы контро
ля разрабатывается в нашей стране в плановом порядке. Создано
большинство необходимых стандартов. Особое внимание уделяется
качеству самих стандартов. Для того чтобы стандарты способствова
ли росту качества продукции, заложенные в них требования должны
отвечать современным достижениям науки и техники. Срок действия
каждого вновь вводимого стандарта ограничен (5 лет). По истечении
срока действия стандарт должен быть пересмотрен и утвержден вновь.
Метрологическое обеспечение средств контроля
Все методы НК обеспечиваются средствами НК, а для широко ис
пользуемых методов НК и метрологическим обеспечением.
Метрологическим обеспечением называется установление и при
менение научных и организационных основ, технических средств,
правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой
точности измерений (ГОСТ 1.25–76). Не все средства контроля мож
но отнести к измерительным средствам, подлежащим метрологичес
кому обеспечению. Так, согласно ГОСТ 8.002–71 не подлежат мет
рологической проверке средства измерений, применяемые для наблю
дения за изменением величин без оценки их значений. Такие сред
ства относятся к индикаторным.
Ряд приборов НК (капиллярного, магнитопорошкового и др.) не
имеют измерительных узлов. Они предназначены лишь для индика
ции дефектов или для сравнения контролируемых объектов с неко
торыми стандартными. Однако по мере совершенствования средств
контроля, появления в них измерительных узлов возникает необхо
димость в их метрологическом обеспечении. В первую очередь, это
относится к приборам для измерения геометрических размеров, в ча
стности, толщины при одностороннем доступе.
Под метрологическим обеспечением средств НК понимают сово
купность методов, средств и критериев, необходимых для нормиро
вания и контроля таких параметров средств контроля, которые с га
рантированной достоверностью обеспечивают информацию о каче
103
ственных и количественных характеристиках контролируемых
объектов. Параметром средств контроля, подлежащим метрологи
ческой поверке, может быть либо погрешность измерения физичес
кой величины, если приборы обладают измерительными узлами, либо
пороговое (предельное) значение какоголибо параметра прибора или
контролируемого объекта, характеризующее эффективность контро
ля. Это может быть пороговая чувствительность, понимаемая как
минимальный размер выявляемой несплошности, возможность оцен
ки характеристик несплошностей (их количества, величины, место
расположения) и т. п. Необеспечение требуемых предельных значе
ний параметров может привести к пропуску недопустимых дефектов,
их неправильной оценке, необоснованному забракованию изделия.
Существенные трудности в метрологическом обеспечении средств
контроля возникают в связи с большим влиянием свойств контроли
руемых объектов на возможность и эффективность применения ме
тодов и средств контроля. В связи с этим важное значение для метро
логического обеспечения приобретают стандартные образцы, имити
рующие контролируемые объекты.
Метрологическую проверку осуществляют при разработке тех
нического задания на измерительные приборы, при выпуске их опыт
ных образцов (государственные приемочные испытания), в процессе
их выпуска, особенно в случае модернизации или передачи изготов
ления на другое предприятие (государственные контрольные испы
тания), в порядке метрологического надзора и ревизии за состоянием
измерительных приборов. Государственные контрольные испытания
проходят измерительные приборы, периодически ввозимые изза гра
ницы партиями. Государственной или ведомственной метрологичес
кой аттестации также подлежат измерительные приборы и другие
средства, изготавливаемые несерийно, в единичном экземпляре.
Основные этапы метрологической аттестации состоят в следую
щем. Разрабатывают программу метрологической аттестации, кото
рая включает перечень проверяемых параметров, устанавливают нор
мы значений и допустимых отклонений параметров. Разрабатывают
методику проверки, а иногда и необходимые средства. Для приборов
контроля весьма распространенным способом проверки является ис
пользование стандартных образцов, которые изготавливаются по
определенным правилам и затем проходят аттестацию. На основа
нии результатов метрологической аттестации составляют протокол
на каждый индивидуальный прибор, в котором резюмируют пригод
ность прибора к выполнению функций контроля.
Перечень государственных стандартов на методы и средства НК
приведен в табл. 2.1.
104
Таблица 2.1. Перечень ГОСТ на методы и средства НК
ткеъбО
азитраднатс
ииц
ТСОГьнечереП
яиголонимреТ
ифиссалК
яицак
ыдотеМ
ялортнок
ялортнокавтсдерС
олопеищбО
хесвяинеж
КНводив
траднатсорве
0331NE
9735381,97–2423
51742–,18
79952–,38
05772–.88
771.4–58
юашурзареН
тно
кйищ
:ьлор
йынтингам05442–0840112–,57
50112–,78
52252–28
36852–,38
7835906УТ–88
ечирткелэ
йикс
51352–28
йовокотерхив98242–083337
2–78
ноицаидар
йын
17–95761
ВЭСТС(
,)87–8441
,78–63341
,08–43042
28–14552
87–55032,28–2157
88–74972
,48–20061
,67–3
0061
,08–16081
,38–10781
,28–62402
,77–55522
,77–65522
97–46732
,)87–8441ВЭСТС(
,68–31152
48–41162
йиксечитсука5
5672–,88
92832–58
68–2874130521–,57
28741–,68
01471–,87
67581–,58
51402–,28
02112–,18
79312–,18
72722–,88
70542–,08
62162–,48
16952–38
76632–,58
20732–,58
66262–09
юакинорп
ещевимищ
имавтс
73171–78
ВЭСТС(
9845–,)68
22542–,08
09762–,58
7915–58
24481–,08
45042–,08
63152–,28
2816
2–,48
71582–09
йынноицарбив64342–08
105
Термины и определения, относящееся к органам по сертифика
ции, проводящим аттестацию персонала, и системе определения ква
лификации персонала, осуществляющего НК промышленной про
дукции – см. евростандарт EN 45013 и EN 473.
Термины и определения медицинской радиационной техники – см.:
– Нормы радиационной безопасности (НРБ99);
– Медицинская радиационная техника. Термины и определения.
ГОСТ Р МЭК 60788.
Примечание. Всемирный день стандартов отмечается 13 октября.
2.3. Дефекты продукции и их обнаружение
В соответствии с ГОСТ 15467 дефектом называется каждое от
дельное несоответствие продукции установленным требованиям.
Дефекты, встречающиеся в деталях машин, можно подразделить:
1) по возможности обнаружения –
– на явные, обнаружение которых возможно предусмотренными
правилами, методами и средствами контроля, хотя они могут и не
выявляться визуально, и
– скрытые, к ним относятся дефекты, выявление которых не пре
дусмотрено нормативной документацией; они обычно выявляются
при обнаружении явных дефектов или в процессе эксплуатации;
2) по местоположению –
– на локальные (трещины, риски, неметаллические включения
и т. д.),
– расположенные в ограниченных зонах объема или поверхнос
ти детали (зоны ликвации, неполной закалки, коррозионного пора
жения, местный наклеп и т. д.); их можно подразделить на внутрен
ние (глубинные) и наружные (поверхностные и подповерхностные),
– распределенные во всем объеме детали или по всей ее поверхно
сти (общее несоответствие химического состава, структуры, качества
механической обработки и т. д.);
3) по форме, размерам и ориентировке –
– на резкие концентраторы напряжений и
– нерезкие концентраторы напряжений;
4) по этапу возникновения –
– на конструктивные,
– производственные (ремонтные), возникающие в процессах из
готовления, сборки или ремонта изделия,
– эксплуатационные, зарождающиеся и/или развивающиеся в
процессе эксплуатации изделия,
106
– аварийные;
5) по возможности устранения –
– на устранимые, устранение которых технически возможно и
экономически целесообразно, и
– неустранимые.
Примечание. Отнесение дефекта к той или иной категории определяет
ся техническими возможностями и экономической целесообразностью.
По мере совершенствования технологических процессов неустранимые
дефекты могут стать устранимыми;
6) по возможности использования продукции –
– на критические (делают использование продукции практичес
ки невозможным или недопустимым),
– значительные (оказывают существенное влияние на возмож
ность использования изделия по назначению или снижают его дол
говечность) и
– малозначительные (не оказывают существенного влияния ни
на использование изделия по назначению, ни на его долговечность).
Примечание. Подразделение дефектов на критические, значительные
и малозначительные служит основанием для назначения выборочного или
сплошного качества продукции, а также в случае выборочного контроля –
для назначения риска потребителя (заказчика). Если есть вероятность
появления критического дефекта, то необходим сплошной (а иногда и нео
днократный) контроль. Выборочный контроль в случае возможности появ
ления значительного дефекта допускается, если значение риска потреби
теля достаточно низкое. При вероятности появления малозначительного
дефекта выборочный контроль может применяться и при относительно
высоком значении риска потребителя.
Возможны случаи, когда несколько малозначительных дефектов могут
быть равноценны значительному или даже критическому дефекту.
2.3.1. Конструктивные дефекты
Конструктивные дефекты – это несоответствие требованиям тех
нического задания или установленным правилам разработки (модер
низации) продукции. Они являются следствием несовершенства кон
струкции и ошибок при конструировании. Причины таких дефектов
могут быть различными:
1) неправильный выбор материалов;
2) неправильное назначение режимов термической обработки;
3) неправильное назначение допусков в сопряжениях;
4) заниженный класс чистоты поверхности деталей;
5) неверное определение размеров деталей (результатом этого мо
гут быть слишком большие действующие напряжения);
107
6) нерационально выбранная форма детали;
7) малые радиусы галтелей (это может явиться причиной слиш
ком больших коэффициентов концентрации напряжений в опасных
сечениях);
8) создание концентраторов напряжений в опасных сечениях (на
пример, расположение отверстия для смазки в месте с высоким уров
нем напряжений);
9) малая выносливость деталей изделия;
10) низкая жесткость конструкции (повышение вибрации);
и т. д.
Своевременное выявление конструктивных дефектов позволит
непрерывно совершенствовать выпускаемую продукцию, повышать
ее надежность и долговечность.
2.3.2. Производственные дефекты
и их обнаружение
К этим дефектам относится несоответствие требованиям норма
тивной документации на изготовление или поставку продукции. Они
возникают обычно в результате нарушений техпроцесса при произ
водстве или восстановлении деталей, узлов и машин в целом, а так
же при неправильно назначенных технологических процессах.
Производственные дефекты, если они не были выявлены в процес
се изготовления или восстановления изделия, проявляются, как пра
вило, в начальный период эксплуатации.
Дефекты этой группы могут возникнуть вследствие применения
материала не соответствующей марки, отступления от размеров и
допусков на изготовление и ремонт деталей, нарушения технологии
механической или термической обработки деталей, нарушения тех
нологических процессов сборки или регулировки изделия или его уз
лов и блоков и т. д.
Дефекты плавления и литья
Литье – это технологический процесс изготовления заготовок и
изделий путем заполнения жидким материалом формы или излож
ницы с последующим его затвердеванием. Изложница – это форма
простых геометрических очертаний обычно с небольшой конуснос
тью. Отлитый в изложницу слиток является заготовкой для даль
нейшей обработки. Литейная форма имеет конфигурацию, близко
или точно (точное литье) повторяющую конфигурацию изделия. Для
получения пустотелых отливок в форму вставляют стержни, воспро
108
изводящие конфигурацию внутренних полостей. Формы и изложни
цы делают разъемными для удобства извлечения слитка или отлив
ки. Через литниковую систему в них заливают жидкий материал и
обеспечивают возможность выхода образующихся газов и излишков
материала.
Отклонение химического состава (и, как следствие, физичес
ких и химических свойств металла отливок) от заданного вызыва
ется неправильным расчетом шихты или нарушением режима веде
ния плавки металла. Этот дефект является неустранимым. В резуль
тате изменяются механические свойства сплава, что может привести
к преждевременному разрушению изготовленной из него детали, ее
ускоренному изнашиванию и т. п.
Дефект обнаруживают с помощью экспрессного химического ана
лиза жидкого или застывшего металла, а также применяя электри
ческие (по изменению термоЭДС) и электроиндуктивные методы кон
троля.
Ликвация – неоднородность химического состава в отдельных
зонах слитка или детали. Возникает как изза плохого перемешива
ния жидкого металла, так и в процессе остывания и кристаллизации
материала отливки. В зоне ликвации механические характеристики
металла могут быть пониженными. Различают следующие виды лик
ваций. Дендритная ликвация – неоднородность химического соста
ва по объему зерна (по скелету кристалла, имеющего древовидное,
или дендритное, строение). Вызвана тем, что при остывании снача
ла кристаллизуется аустенит
*
с малым содержанием углерода, а за
тем – с большим. Ликвация по удельному весу проявляется в обога
щении нижней части слитка или отливки компонентами с большим
удельным весом в результате плохого перемешивания жидкого ме
талла. Зональная ликвация проявляется в отличии химического со
става металла в дендритах и междендритных промежутках, в обога
щении легкоплавкими составляющими центральной части слитка.
Ликвацию обнаруживают по разному поглощению рентгеновских
и гаммалучей, химическим и металлографическим анализом повер
хностей или сечений металла.
Газовые поры представляют собой оставшиеся после затвердева
ния внутри отливки или в ее поверхностном слое растворенные в
жидком металле газы. Они имеют форму округлых пузырьков и глад
*
Аустенит – высокотемпературная аллотропическая модификация желе
за. Имеет кристаллическую решетку в виде гранецентрированного куба. До
вольно хорошо растворяет углерод: атом углерода внедряется в центр куба.
Неферромагнитен и в отличие от низкотемпературной модификации железа не
ржавеет.
109
кую поверхность. Поры объединяются иногда в более крупные газо
вые пузыри. Появляются в результате плохой газопроницаемости
формовочной земли, плохой вентиляции формы и стержней, неудов
летворительного качества металла и высокой температуры его за
ливки. Если поры и газовые пузыри в слитке имеют неокисленную
поверхность, то он заваривается в процессе обработки давлением.
В высококачественной отливке поры и пузыри недопустимы.
Для обнаружения применяют радиационные методы контроля.
Неметаллические включения возникают от недостаточной очис
тки зеркала расплавленного металла от шлака и флюса перед раз
ливкой, плохого отвода их в процессе разливки. К включениям отно
сят также окислы железа и различных металлов, добавляемых в про
цессе плавки, частицы огнеупорного и формовочного материала, элек
тродов и т. п. Включения могут быть расположены в самых различ
ных местах отливки. Земляные включения в отливках появляются
в результате плохой отделки и очистки форм, небрежной их сборки,
неправильного выполнения литниковой системы и заливки форм
неспокойной струей металла. Шлаковые включения могут возни
кать в отливках в случае плохой очистки заливаемого металла и не
правильного расположения или отсутствия шлакоуловителей. Спе
цифическим типом включений являются окисные плены в виде тон
ких и хрупких прослоек окисленного металла. Они образуются на
зеркале и в струе расплавленного металла.
Перечисленные дефекты при превышении определенных размеров
недопустимы как в отливках, так и в слитке. Если литье не является
конечной целью для получения детали и слиток будет подвергаться
обработке давлением, то при деформации слитка газовые поры и не
металлические включения лишь вытягиваются вдоль направления
деформирования, но не устраняются.
Неметаллические включения обнаруживают радиационными и
ультразвуковыми методами контроля, а плены – ультразвуковыми.
В случае выхода на поверхность их обнаруживают методами поверх
ностной дефектоскопии.
Усадочные раковины представляют собой пустоты, образующи
еся изза нарушения правильности усадки металла отливок при не
равномерном их охлаждении или недостатка металла в процессе его
затвердевания. Механизм образования усадочных раковин в общем
случае состоит в следующем. Верхнюю часть изложницы (или слож
ной литейной формы) утепляют, замедляя теплоотвод. В результате
здесь металл застывает последним. При застывании объем металла
уменьшается, из него выделяются газы. В результате этих причин в
верхней части слитка образуется усадочная раковина. Появлению
110
усадочных раковин способствуют: неправильное расположение при
былей и холодильников, излишне высокая температура металла в
момент его заливки и неудачная конструкция отливаемых деталей.
Характерным для усадочных раковин является их неправильная
форма и грубая поверхность. Если литье производилось с целью по
лучения деталей, в которых усадочные раковины недопустимы, то
отливка бракуется. В слитках обычно усадочная раковина вместе с
частью слитка удаляется.
Вблизи поверхностей усадочных раковин возникают усадочные
рыхлоты. Распространяясь в глубину слитка, рыхлота образует
«хвост». Поверхность раковины и рыхлого металла сильно окисле
на, и при дальнейшей обработке давлением этот дефект не заварива
ется. Поэтому часть слитка, содержащую раковину и рыхлоту, уда
ляют, «с запасом» обрезая также часть здорового металла.
Применение радиационного или ультразвукового контроля позво
ляет более точно определить местоположение усадочной раковины и
избежать удаления излишков металла. Полноту удаления рыхлоты
проверяют путем контроля места отрезки методами поверхностной
дефектоскопии (визуальными, магнитопорошковыми, капиллярны
ми, вихретоковыми).
Неспаи и неслитины представляют собой места отслоений метал
ла отливок. Появляются в результате встречи струй недостаточно
нагретого металла преимущественно в местах, где сечения отливок
малы, или же вследствие перерывов струи металла при его заливке в
формы. При этом между зернами основного металла появляются тон
кие прослойки несоединившегося металла (прослойки окислов). За!
ливинами называют наплывы на поверхности слитка или отливки.
Они образуются в результате прорыва жидкого металла из внутрен
них слоев через кристаллизовавшуюся корку. Отслоения возника
ют от брызг металла, попавших на стенки изложницы или формы,
а затем слабо соединившихся с заполняющим форму металлом.
Наружные дефекты этих типов обнаруживают поверхностными
методами дефектоскопии, а внутренние (некоторые неслитины) –
ультразвуковым методом. Эти дефекты удаляют зачисткой поверх
ности или вырубкой.
Наиболее опасным видом дефектов литья являются трещины.
Горячие трещины обычно образуются в момент затвердевания
металла в местах перехода от толстых сечений отливок к тонким.
Они возникают в результате разрушения закристаллизовавшегося
скелета сплава под действием термических и усадочных напряже
ний, особенно при быстром твердении сплава, когда термическому
сжатию металла мешает литейная форма. Горячие трещины появля