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

Подождите немного. Документ загружается.

ния материалов на прочность, твердость, устойчивость к воздей

ствию агрессивных сред, ударную вязкость, усталость, истираемость.

На многие виды испытаний существуют стандарты, устанавливаю

щие условия испытаний, режимы, форму и размеры образцов, пере

чень регистрируемых параметров и другие принципиальные сведе

ния.

Испытания могут быть непрерывными или циклическими. В пер

вом случае на протяжении всего периода испытаний, вплоть до отка

за, образцы находятся под стабильной нагрузкой. При циклических

испытаниях образцы периодически подвергаются воздействиям всех

основных видов нагрузок: температуры, вибрации, влажности и элек

трического напряжения. Поскольку на практике одновременное при

ложение всех этих нагрузок затруднительно, испытываемые изде

лия подвергаются воздействиям различных факторов последователь

но, причем каждый из циклов включает все виды воздействий.

Испытания классифицируются в соответствии с ГОСТ 16504–81.

1. В зависимости от назначения испытания делятся на исследо

вательские, контрольные, сравнительные и определительные.

1.1. Исследовательские испытания проводятся в соответствии

с конструкторской документацией в процессе экспериментальной

отработки опытного изделия. Их цель – изучение определенных

характеристик свойств объекта (его параметров, свойств и показате

лей качества). Объектами испытаний могут быть как натурные об

разцы, так и макеты. В процессе этих испытаний собирается инфор

мация о свойствах материала или изделия, что необходимо для более

полного и эффективного использования этих свойств в последующих

разработках.

1.2. Контрольные испытания проводятся с целью контроля ка

чества продукции, т. е. для контроля соответствия фактически дос

тигнутого показателя качества заданному. Эти испытания проводят

ся в процессе производства, эксплуатации и хранения продукции.

По результатам этих испытаний выявляются и устраняются причи

ны обнаруженного несоответствия и разрабатываются рекомендации

по повышению качества. Объекты испытаний – только натурные об

разцы.

Контрольные испытания не дают достаточных сведений о надеж

ности продукции. Для определения надежности требуются специаль

ные испытания – ресурсные (на долговечность), на безотказность, на

сохраняемость и др.

Однако результаты контрольных испытаний могут быть исполь

зованы не только для обнаружения явного брака. Статистически об

работанный материал контрольных испытаний позволяет оценить

качество и стабильность технологического процесса, помогает нахо

дить пути его улучшения. Каждый из параметров контрольных ис

пытаний в известной мере характеризует состояние определенного

участка технологического процесса.

Например, ток холостого хода асинхронного двигателя зависит от ве

личины воздушного зазора между статором и ротором. Потери холостого

хода связаны с качеством штамповки и сборки листовой стали. Сопротив

ление первичной цепи характеризует качество намотки, натяжение обмо

точного провода, колебания его диаметра. Сопротивление вторичной цепи

зависит от качества заливки роторов и т. д.

Таким образом, надлежащая обработка и анализ материала контрольных

испытаний позволяет управлять качеством процесса серийного производ

ства электрических машин. Совершенствование технологического процес

са ведет к уменьшению разброса характеристик и параметров машин,

к общему повышению качества машин и их надежности.

1.3. Сравнительные испытания – испытания аналогичных по

характеристикам или одинаковых объектов, проводимые в идентич

ных условиях для сравнения характеристик их свойств.

1.4. Определительные испытания – испытания, проводимые для

определения неизвестных ранее значений характеристик объекта с

заданными точностью и (или) достоверностью, и, при необходимос

ти, закона распределения случайной величины.

2. По этапам разработки продукции различают испытания:

доводочные, предварительные, приемочные.

2.1. Доводочные – исследовательские испытания, проводимые в

процессе разработки продукции с целью оценки влияния вносимых в

нее изменений для достижения заданных значений показателей ее

качества.

2.2. Предварительные – контрольные испытания опытных об

разцов и/или опытных партий продукции с целью определения воз

можности их предъявления на приемочные испытания.

2.3. Приемочные – контрольные испытания опытных образцов,

опытных партий продукции или изделий единичного производства,

проводимые соответственно с целью решения вопроса о целесообраз

ности постановки этой продукции на производство и/или использо

вания по назначению.

3. Испытания готовой продукции классифицируются следую

щим образом.

3.1. Квалификационные – контрольные испытания установоч

ной серии или первой промышленной партии, проводимые с целью

оценки готовности предприятия к выпуску продукции данного типа

в заданном объеме. (Т. е. разработано новое изделие и решается, бу

дут его выпускать или нет.)

3.2. Предъявительские – контрольные испытания продукции,

проводимые службой технического контроля предприятияизгото

вителя перед предъявлением ее для приемки представителем заказ

чика, потребителя или других органов приемки.

3.3. Приемосдаточные – контрольные испытания продукции при

приемочном контроле.

3.4. Периодические – контрольные испытания выпускаемой про

дукции, проводимые в объемах и в сроки, установленные норматив

нотехнической документацией, с целью контроля стабильности ка

чества продукции и возможности продолжения ее выпуска.

3.5. Инспекционные – контрольные испытания установленных

видов выпускаемой продукции, проводимые в выборочном порядке с

целью контроля стабильности качества продукции специально упол

номоченными организациями.

3.6. Типовые – контрольные испытания выпускаемой продукции,

проводимые с целью оценки эффективности и целесообразности вно

симых изменений в конструкцию, рецептуру или технологический

процесс.

3.7. Аттестационные – испытания, проводимые для оценки уров

ня качества продукции при ее аттестации по категориям качества.

3.8. Сертификационные.

4. По условиям и месту проведения.

4.1. Лабораторные – испытания объекта, проводимые в лабора

торных условиях.

4.2. Стендовые – испытания объекта, проводимые на испыта

тельном оборудовании.

4.3. Полигонные – испытания объекта, проводимые на испыта

тельном полигоне.

4.4. Натурные – испытания объекта в условиях, соответствую

щих условиям его использования по прямому назначению, с непос

редственным оцениванием или контролем определенных характери

стик свойств объекта. Эти испытания (межведомственные, государ

ственные) являются завершающими, их проводят на образцах, изго

товленных по документации, передаваемой в серийное производство

и эксплуатацию, в условиях, максимально приближенных к услови

ям реальной эксплуатации. Эти испытания дают наиболее полное

представление о работоспособности и надежности элементов техни

ческой системы и всей системы в целом.

4.5. С использованием моделей.

4.6. Эксплуатационные – испытания готовой продукции, про

водимые при эксплуатации. По своей цели они относятся к исследо

вательским испытаниям.

Как бы тщательно ни планировались испытания изделия, в лабо

раторных условиях практически невозможно воспроизвести всё мно

гообразие значений и различных сочетаний внешних воздействий,

условий и режимов, встречающихся в реальных эксплуатационных

условиях. Поэтому для изготовителя продукции информация, соби

раемая в результате наблюдения за испытываемым изделием в про

цессе его эксплуатации, является бесценной. Организовав оператив

ный сбор и обработку информации о работе изделий в эксплуатаци

онных условиях, изготовитель может быстро вносить необходимые

изменения в конструкцию следующих партий продукции, совершен

ствовать технологические процессы и разрабатывать новые улучшен

ные модели.

Однако эксплуатационная информация обладает рядом суще

ственных недостатков. Один из них – невозможность выделить

влияние на работу изделия того или иного отдельно взятого внешне

го фактора – температуры, скорости, нагрузки и др. Такое раздель

ное исследование влияния внешних факторов бывает необходимо для

разработки аналитических методов расчета.

Другим недостатком является слишком большая продолжитель

ность сбора информации. Срок службы наиболее дорогих и сложных

технических систем (станков, энергетических установок и др.) мо

жет достигать нескольких десятков лет. Как правило, к концу этого

срока изделие оказывается снятым с производства, и в связи с этим

ценность собранной информации в значительной мере теряется.

С целью сокращения сроков получения информации о характери

стиках свойств продукции применяются сокращенные или ускорен

ные испытания.

5. По продолжительности испытания могут быть отнесены к од

ному из трех классов: нормальные испытания, сокращенные или ус

коренные (частный случай ускоренных испытаний – форсированные).

5.1. Нормальные – испытания, методы и условия проведения

которых обеспечивают получение необходимого объема информации

о характеристиках свойств объекта в такой же срок, как и в предус

мотренных условиях эксплуатации. Нормальные испытания про

водятся при нагрузках на изделие, близких к номинальным. Досто

инством этих испытаний является достоверность результатов, так

как в процессе испытаний, по существу, воспроизводятся нормаль

ные эксплуатационные условия. Их основной недостаток – продол

жительность, и исследование устройств, обладающих большим ре

сурсом, этим методом нежелательно. Несвоевременность поступаю

щей информации снижает ее ценность и затрудняет оперативное уп

равление качеством продукции.

5.2. Сокращенные – испытания, проводимые по сокращенной

программе. Их продолжительность меньше, чем у нормальных ис

пытаний. Они характеризуются отсутствием интенсификации дег

радационных процессов и строятся на основе принципов уплотнения

рабочих циклов или экстраполяции во времени (наработке). Сокра

щение рабочих циклов допускается, если перерывы в работе не влия

ют на скорость приводящих к отказам процессов. Экстраполяция по

времени производится на основе модели отказов. К методам сокра

щения длительности испытаний относятся: уплотнение испытаний

во времени (сокращение холостых ходов и простоев, круглосуточная

работа изделия и т. п.); одновременное испытание возможно боль

шего числа изделий; выделение лидера – изделия, работающего не

прерывно в наиболее тяжелых заданных условиях. Принципы орга

низации сокращенных испытаний существенно сказываются на ка

честве информации и снижают достоверность результатов.

5.3. Ускоренные – испытания, методы и условия проведения ко

торых обеспечивают получение необходимой информации о характе

ристиках свойств объекта в более короткий срок, чем при нормаль

ных условиях.

В зависимости от способов сокращения времени выделяются три

основных пути проведения ускоренных испытаний. Первый: испы

тания, при которых режимы работы изделий соответствуют нормаль

ным условиям, указанным в технической документации на эксплуа

тацию, а сокращение времени достигается за счет использования ста

тистических моделей. Второй: форсированные испытания с после

дующим пересчетом результатов к нормальным условиям, при кото

рых уменьшение времени достигается за счет интенсификации про

цессов деградации. Третий: комбинированные испытания, исполь

зующие первый и второй пути.

Сокращение времени получения информации при высокой досто

верности результатов испытаний может быть достигнуто только пу

тем проведения форсированных испытаний.

5.4. Форсированные – ускоренные испытания, основанные на ин

тенсификации деградационных процессов, приводящих к отказу. Ин

тенсификация деградационных процессов достигается за счет воздей

ствия на изделие форсирующих (ускоряющих) факторов (воздей

ствий).

Эффективность форсированных испытаний характеризуется ко

эффициентом ускорения k

, показывающим, во сколько раз быстрее

протекают процессы деградации в режиме испытаний по сравнению с

работой изделия в нормальном режиме

где T

, T

– время, за которое оцениваются характеристики надежно

сти изделия в нормальном режиме работы и при форсированных ис

пытаниях соответственно.

При этом под нормальным режимом испытаний понимается ре

жим, при котором ни одна из его составляющих Y{y

(t), y

(t), …, y

(t)}

не выходит за границы значений, установленных в технической до

кументации. Форсирование осуществляется ужесточением одной или

нескольких составляющих режима, что приводит к интенсифика

ции процессов перехода изделия в предельное состояние. При испы

таниях механических устройств форсирования добиваются ужесто

чением нагружения или характеристик окружающей среды за счет:

– увеличения частоты приложения нагрузок;

– ужесточения нагрузки давления, напряжения и т. д.;

– ужесточения внешних механических и кинематических факто

ров (удары, вибрация, температура и т. д.);

– ужесточения воздействия рабочей среды (агрессивные среды,

абразивные частицы и т. д.);

– воспроизведения спектра нагрузок, оказывающих превалирую

щее влияние на основные качественные характеристики объекта.

Выбор режимов – один из наиболее ответственных этапов планирова

ния форсированных испытаний. Форсированный режим должен отличаться

от режима нормальной эксплуатации изделия, но в то же время оба режи

ма должны быть определенным образом связаны как качественно, так и

количественно.

Всякая интенсификация процессов разрушения или старения при

водит к искажению истинной картины потери изделием работос

пособности. Проведение форсированных испытаний осложняется

еще и тем, что реальные условия нагружения любого объекта при его

эксплуатации характеризуются спектром нагрузок вероятност

ной природы.

Работа изделия в форсированных режимах может вызвать новые

явления в процессах старения и разрушения, не характерные для ус

ловий эксплуатации, и качественно изменить картину отказов. В этом

случае приведение показателей качества к нормальным условиям ра

боты изделия будет иметь формальный характер и может вызвать гру

бые ошибки. Форсирование режимов допустимо лишь в пределах из

вестного закона старения или разрушения материала изделия.

Основой проведения форсированных испытаний являются мето!

ды теории подобия. Они применяются при постановке эксперимен

та, обработке опытных данных и указывают, как обобщать и рас

пространять полученные результаты на другие объекты. При форси

рованных испытаниях необходимо обеспечить подобие процессов

возникновения отказа в нормальном и форсированном режимах

функционирования изделия.

Для реализаций деградационного процесса, являющихся линей

ными функциями времени, время работы изделия может быть пере

считано с форсированного режима на нормальный по соотношению

нфф

TTkT

где T

, T

– время работы изделия в нормальном и форсированном

режимах; b

, b

– значения скорости разрушения в нормальном и

форсированном режимах; k

– коэффициент ускорения (коэффици

ент пересчета) испытаний.

Если реализации полуслучайного процесса деградации – нелиней

ные функции времени, обычно применяется способ кусочнолиней

ной аппроксимации. Время работы изделия пересчитывается с фор

сированного режима на нормальный по выражению

нфф

iii

TTkT

∑∑

где T

– длина участка линеаризации в форсированном режиме; b

–

угловой коэффициент секущей прямой, соответствующей iму участ

ку линеаризации.

Итак, форсированные испытания позволяют сократить длитель

ность испытаний в несколько раз, но для сложных изделий достовер

ность их результатов снижается. Снижение достоверности проис

ходит за счет того, что зависимости, полученные в форсированном

режиме работы изделия (т.е. при повышенных нагрузках), пересчи

тывают (экстраполируют) затем на нормальные условия работы

изделия, т.е. в область номинальных нагрузок. При этом для раз!

ных узлов изделия коэффициенты пересчета являются разными

(своими собственными), так как для разных узлов изделия один и

тот же форсирующий фактор поразному сказывается на скорости

изменения их технического состояния.

6. По типу воздействия выделяют следующие испытания.

1) механические – испытания на воздействие механических фак

торов;

2) климатические – испытания на воздействие климатических

факторов (атмосферного давления, температуры, влажности, атмос

ферных осадков, тумана, солнечного излучения, ветра, пыли, песка

и др.);

3) термические – испытания на воздействие термических факто

ров;

4) радиационные – испытания на воздействие радиационных фак

торов;

5) электрические – испытания на воздействие электрического

напряжения, тока или поля;

6) электромагнитные – испытания на воздействие электромаг

нитных полей;

7) магнитные – испытания на воздействие магнитного поля.

8) химические – испытания на воздействие специальных сред.

9) биологические – испытания на воздействие биологических фак

торов.

7. По результату воздействия испытания подразделяют следу

ющим образом.

7.1. Неразрушающие – испытания с применением неразрушаю

щих методов контроля. Проводятся без разрушения или поврежде

ния объекта. Включают все методы определения или измерения

свойств или характеристик материалов, деталей или изделий, кото

рые не ухудшают их эксплуатационную надежность (не изменяют

качество изделий). Неразрушающими испытаниями нельзя получить

информацию о надежности и долговечности изделия.

7.2. Разрушающие – испытания с применением разрушающих

методов контроля. Преимущество разрушающих испытаний состо

ит в том, что они дают возможность получить количественные ха

рактеристики свойств изделий. Правда, при каждом испытании по

лучают обычно только одну характеристику (например, для матери

ала – предел выносливости, твердость и т. д.).

Этим испытаниям могут подвергаться образцы, заготовки, дета

ли, узлы, изделия и технические системы в целом. Разрушающие

испытания позволяют получать показатели назначения, надежнос

ти и технологичности продукции. При разрушающих испытаниях

детали подвергаются разрушению под действием механических на

грузок или разрезаются, чтобы можно было исследовать деталь из

нутри. К разрушающим относятся и испытания на надежность, так

как в результате их расходуется ресурс исследуемого изделия (пол

ностью или частично).

Естественно, что детали, которые в дальнейшем будут использо

ваться в изделиях, не могут подвергаться испытаниям разрушаю

щими методами; а если разрушающим испытаниям подвергаются

сами изделия или системы, то после проведения испытаний они яв

ляются непригодными к дальнейшему их использованию по назна

чению. Разрушающим испытаниям подвергаются не все изделия (ге!

неральная совокупность), а небольшая их часть, называемая вы!

боркой. В этом случае показатели качества изделия могут отличать

ся от соответствующих статистических оценок вследствие ограни

ченности и случайного состава выборки. Чтобы учесть это возмож

ное отличие, вводится понятие доверительной вероятности. Довери

тельная вероятность – вероятность того, что истинное значение

оцениваемого параметра или числовой характеристики лежит в за

данном интервале, называемом доверительным.

7.3. Испытания:

на стойкость;

на прочность – испытания, проводимые для определения значе

ний воздействующих факторов, вызывающих выход значений харак

теристик свойств объекта за установленные пределы или его разру

шение;

на устойчивость – испытания, проводимые для контроля спо

собности изделия выполнять свои функции и сохранять значения

параметров в пределах установленных норм во время действия на

него определенных факторов.

8. По определяемым характеристикам различают испытания.

8.1. На надежность – испытания, проводимые для определения

или контроля показателей надежности в заданных условиях. Испы

тания на надежность могут быть определительными и контрольны

ми, нормальными и форсированными, и т. д.

8.2. На безопасность.

8.3. На транспортабельность – испытания, проводимые для

определения или контроля показателей транспортабельности в за

данных условиях.

8.4. Граничные испытания – испытания, проводимые для опре

деления зависимостей между предельно допустимыми значениями

параметров объекта и режимами эксплуатации.

8.5. Технологические испытания – испытания, проводимые при

изготовлении продукции с целью оценки ее технологичности.

9. По получаемой информации (по объему выборки).

9.1. Групповые – испытания, проводимые групповыми методами

оценки показателей качества. Результаты испытаний относятся к

выборке, к партии; поскольку обработка групповых испытаний на

надежность выполняется методами математической статистики, то

для этой цели требуется значительное число образцов. Точность и

достоверность результатов возрастает с увеличением количества ис

пытываемых однотипных изделий.

9.2. Индивидуальные – результаты испытаний относятся к дан

ному конкретному образцу с его индивидуальными особенностями.

10. По уровню проведения – государственные, межведомствен

ные и ведомственные.

10.1. Государственные – испытания установленных важнейших

видов продукции, проводимые головной организацией по государ

ственным испытаниям, или приемочные испытания, проводимые

государственной комиссией или испытательной организацией, кото

рой предоставлено право их проведения.

10.2. Межведомственные – испытания продукции, проводимые

комиссией из представителей нескольких заинтересованных мини

стерств и/или ведомств, или приемочные испытания установленных

видов продукции для приемки составных частей объекта, разраба

тываемого совместно несколькими ведомствами.

10.3. Ведомственные – испытания, проводимые комиссией из

представителей заинтересованного министерства или ведомства.

1.6. Виды неразрушающего контроля

Методы НК основаны на использовании различных физических

полей, излучений и веществ для получения информации о качестве

исследуемых материалов и изделий.

Согласно ГОСТ 18353–79 методы НК классифицируются в соот

ветствии с физическими процессами взаимодействия физического поля

или вещества с объектом контроля (табл. 1.2). Виды НК выделяются

с точки зрения физических явлений, на которых они основаны. Всего

существует девять видов НК: 1) магнитный, 2) электрический, 3) вих

ретоковый, 4) радиоволновой, 5) тепловой, 6) оптический, 7) радиа

ционный, 8) акустический, 9) проникающими веществами.

Каждый из видов контроля подразделяют на методы по следую

щим трем признакам.

1. Характер взаимодействия поля или вещества с объектом.

Взаимодействие должно быть таким, чтобы контролируемый при

знак объекта вызывал определенные изменения поля или состояния

вещества.

Например, наличие несплошности (трещины, пористости, инородного

включения в объекте) вызывает изменение прошедшего через нее излуче

ния или проникновение в нее пробного вещества.

В некоторых случаях используемое для контроля физическое поле

возникает под действием других физических эффектов, связанных с

контролируемым признаком.