4.1. Основные виды дефектов в металлах.

При оперативном обследовании потенциально опасных объектов и выяснении причин аварий необходимо обнаружить дефекты в конструкционных материалах и выяснить причины их появления. Обнаружить дефекты различной физико-химической природы непосредственно в эксплуатационных условиях позволяют' многочисленные методы неразрушаюшего контроля, основанные на; различных физических принципах.

По происхождению дефекты в металлах подразделяют на производственно-технологические, возникающие при отливке, прокате, ковке, термической и других видах обработки, сварке, пайке, клепке, неправильной сборке, и эксплуатационные, возникающие вследствие появления дополнительных нагрузок, ударов, вибрации, перепада температур, а также коррозии,; изнашивания, старения. Анализ дефектов сталей дан в ГОСТ 10243-; 82 и ГОСТ 8233-56. Рассмотрим основные из них.

К дефектам плавки и .литья относятся неметаллические (шлаковые и флюсовые) включения, образующиеся вследствие загрязнения шлаками, продуктами раскисления, огнеупорами. Эти включения имеют неправильную форму и расположены в различных местах отливки. При обработке давлением включения деформируются в направлении волокна.

При кристаллизации из-за выделения газов, растворившихся металле в процессе плавки, возникают газовые пузыри. Эти дефекты рассеяны по всему объему слитка или сосредоточены в подкорковом слое. При обработке давлением пузыри могут завариваться или, запрессовываться. При нагреве запрессованный пузырь может вздуться и обнажиться в виде трещины.

В процессе кристаллизации отливки возникают усадочные раковины. Часть слитка с усадочными раковинами, как правило; удаляется. Результатом неправильной технологии литья являются неслитины — несплошности в металле у поверхности слитка. Частым, дефектом металла является ликвация — неоднородность отдельны участков металла по химическому составу, структуре, неметаллическим включениям. Ликвация может быть точечной, пятнистой, в виде квадрата или круга. При этом сплошность металла не нарушена, однако прочность его существенно снижается.

Под действием термических и усадочных напряжении высоких температурах образуются межкристаллические горячие трещины с сильно окисленными поверхностями. Эти трещины часто бывают в виде трех и более извилистых, паукообразных полосок, направленных от оси заготовки в стороны. После окончания затвердевания металла, при относительно низких температурах под действием усадочных и термических напряжений могут возникнут холодные трещины со светлыми неокисленными поверхностями. Вероятность образования таких трещин выше у высоколегирован­ных сталей и сплавов, обладающих низкой температуропровод­ностью и меньшей пластичностью.

При обработке давлением в поковке появляются поверхностные трещины и внутренние разрывы в результате высоких напряжений деформации. Эти трещины появляются в областях металла, ослабленных литьевыми дефектами. В процессе прокатки металла на поверхности появляются риски, царапины, а в результате деформирования газовых пузырьков — дефекты в виде тонких прямых линий длиной от долей миллиметра до нескольких сантиметров (волосовины). Если в слитке имелись крупные газовые пузырьки, то в прокате появляются расслоения — внутренние нарушения сплошности металла.

При прокате по краям слитка могут возникнуть закаты металла, рванины. Одним из часто, встречающихся дефектов являются флокены — тонкие извилистые трещины длиной от 1 до 30 мм, ориентированные беспорядочно. Их образование связано с выделением растворенного в металле водорода.

При термической обработке из-за несоблюдения температурного режима возникает перегрев или пережог, в результате которого образуются крупнозернистые структуры, оксидные и сульфидные выделения по границам зерен. Эталонные и другие термические трещины возникают при резком нагреве и охлаждении.

При нагреве изделий в зависимости от среды может происходить как обезуглероживание, так и науглероживание поверхностного слоя. В обезуглероженном слое возникают поверхностные трещины глубиной до 1-2 мм. Науглероживание ведет к повышению хрупкости и склонности к трещинообразованию.

Насыщение водородом поверхностных слоев под воздействием щелочей, кислот и электрохимической обработки приводит к резкому падению пластичности и хрупкому разрушению, очагом которого являются поверхностные микротрещины.

4.2. Методы неразрушаемого контроля конструкционных материалов.

Дефекты в металле становятся причиной изменения физических характеристик: плотности, электропроводимости, магнитной проникаемости, упругих и других свойств. Исследование этих свойств и с помощью обнаружении дефектов составляет физическую основу методов неразрушаешего контроля.

Основные требования:

• достоверность и объективный контроль измеряемого параметра;

• воспроизводим ость результатов измерения;

• ограниченное время проведения анализа;

• оптимальный вес и транспортабельность приборов;

• скорость подготовки объекта к исследованию;

• сопоставимость результатов анализа объекта с результатами образцов;

• проведение экспертизы средним техническим персоналом;

• оперативность выдачи результатов обследования в форме отчета с помощью принтера,

• надежность в эксплуатации,

• взрывобезопасное исполнение.

Промышленностью выпускается широкий ассортимент приборов неразрушающего контроля и исследования состояния и свойств материалов и оборудования:

• переносные анализаторы химического состава металлов,

• переносные микроскопы,

• портативные наборы д. ч измерения геометрических параметров,

• Толщиномеры,

• эндоскопы для визуального обследования внутренних поверхностей,

• приборы термовидения с дистанционным обследованием объекта,

• дефектоскопы для обнаружения дефектов в материалах,

• портативные приборы для измерения твердости,

• переносные приборы для измерения шероховатости. Общие требования к средствам неразрушающего контроля

изложены в стандартах: 21104-86, 21105-90, 23480-89, 23483-89, 23479-89, 20426-82, 20415-82, 18442-86. В стандартах установлена возможность применения конкретных видов неразрушающего контроля.

ГОСТы: 7512-88, 23702-90, 23764-88, 25113-90 регламентируют основные потребительские характеристики средств неразруша­ющего контроля, их комплектность, правила приемки, упаковки и другие требования.

Конкретные требования к методикам поверки и образцовой аппаратуре устанавливаются стандартами (ГОСТ 8.452-S2), а также техническими условиями на конкретные средства неразрушающего контроля.

Согласно ГОСТ 18353-79 методы неразрушающего контроля тарифицируют по видам: акустические, магнитные, оптические, проникающими веществами, радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические, электромагнитные. Каждый вид представляет собой условную группу методов, объединенных общностью физических характеристик.

Акустические методы основаны на регистрации параметров других колебаний, возбужденных в исследуемом объекте. Эти методы применяют для обнаружения поверхностных и внутренних дефектов (нарушений сплошности, неоднородности структуры, межкристаллитной коррозии, дефектов сварки, пайки, склейки) в изделиях, изготовленных из разнообразных материалов, а также для наблюдения за динамикой их развития. Они позволяют измерять геометрические параметры при одностороннем доступе к объекту, а также физико-механические свойства материалов без их разрушения. Применение акустических методов регламентировано следующими стандартами:

Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения.

Контроль неразрушающий. Методы акустические. Общие требования.

Сталь. Методы ультразвукового контроля. Общие требования.

Контроль неразрушающий. Швы сварные. Методы ультразвуковые.

Контроль неразрушающий. Трубы металлические бесшовные цилиндрические. Методы ультразвуковой дефектоскопии.

Прутки и заготовки круглого и квадратного сечения. Ультразвуковой контроль эхо-методом.

Сталь толстолистовая. Методы ультразвукового контроля.

Соединения сварные стыковые и тавровые арматуры железобетонных конструкций. Ультразвуковые методы контроля качества. Правила приемки.

Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые.

Контроль неразрушающий. Соединения паяные. Ультразвуковые методы контроля качества.

Контроль неразрушающий. Поковки из черных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии.

Рекомендации к техническими условиям на ультразвуковой .контроль многолистового проката и биметалла толщиной от 8 до 160 мм. - М.: НИИХИММАШ, Дончермет, 1972.

Рекомендации по ультразвук- эому контролю водородных дефекто.в. - М.: ВНИИнефтемаш, 1992.

Приборы ультразвулового контроля должны быть сертифицированы и удовлет ворять требованиям:

ГОСТ 23667-85. Контроль неразрушающий. Дефектоскопы ультразвуковые. Методы измерения основных параметров.

ГОСТ 23702-90. Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразву­ковые. Основные параметры и методы их измерений.

ГОСТ 26266-90. Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразву­ковые. Общие технические требования.

В зависимости от частоты акустические волны подразделяют на инфракрасные - с частотой до 20 Гц, звуковые (от 20 до 2 10^Гц ультразвуковые (от 2* 10' до КГ Гц) и гиперзвуковые (свыше 10'' Гц Ультразвуковые дефектоскопы работают с УЗК от 0,5 до 10 МГц.

Упругие волны характеризуются следующими параметрами длиной, частотой, скоростью распространения, амплитудой волны акустическим давлением, смешением, скоростью и ускорение* частиц среды, энергией волны.

Для обнаружения различных дефектов применяют различные схемы прозвучивания. В зависимости от назначения, метод диагностирования, объекта и дефектов применяют различны преобразователи (датчики излучения и приема ультразвуковых волн). Пьезоэлектрические датчики различаются формой, направленностью ультразвуковой волны. Для проверки приборов и контроля точности используют стандартные образцы. Порядок утверждения применения стандартных образцов в ультразвуковой дефектоскопии, методы и средства поверки ультразвуковых дефектоскопе изложены в РД: 50-263-81, 50-337-82 , 50-365-83, 50-407-83. Для наглядности и большей информативности результаты звукового анализа дефектов в материале применяют методы ультразвуковой интроскопии, основанные на преобразовании полу акустических сигналов в оптическое, изображение на экране дисплея (интегральные методы получения изображений, сканирование фокусирующими преобразователями, стробоскопические эффекты, методы вычислительной томографии, голографические методы и др.) Акустические методы подразделяют на активные, основанные излучении и приеме волн (теневой, резонансный, эхо импульсный, велосиметрический методы), и пассивные, основанные на прием колебаний волн исследуемого объекта (акустической эмиссии и виброшумодиагностические методы).

Теневой метод основан на уменьшении амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта.

Временной теневой метод основан на запаздывании импульса вызванного огибанием дефекта.

Зеркально-теневой метод основан на ослаблении сигнала отраженного от противоположной поверхности изделия (донный эффект).

Велосиметрический метод основан на изменении скорости других волн при наличии дефекта.

Эхо-методы основаны на регистрации эхо-сигналов от дефектов зеркальном эхо-методе импульсы отражаются от дефектов ориентированных вертикально к поверхности, с которой ведется контроль.