книги из ГПНТБ / Балякин, О. К. Технология и организация судоремонта учеб. пособие

§40. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЕФЕКТОСКОПИИ

Спомощью наружных осмотров, обмеров и замеров удается определить далеко не все даже наружные дефекты деталей ме­ ханизмов и элементов корпуса судна, в то время как качество дефектовочных работ во многом определяет качество ремонта и по­ следующую надежность судна. Поэтому наряду с обычными мето­ дами дефектоскопии (наружный осмотр и др.) в судоремонте ши­ роко применяют технические средства, позволяющие определять мелкие поверхностные дефекты (усталостные трещины) и внутрен­ ние (расслоения, шлаковые включения) деталей механизмов и

элементов корпуса судна.

Технические средства дефектоскопии, применяемые в судоре­ монте, подразделяют на: гидравлические и воздушные испытания; капиллярную дефектоскопию; магнитную дефектоскопию; дефекто­ скопию, основанную на свойствах электромагнитных волн; ультра­ звуковую дефектоскопию; специальные методы.

Гидравлические и воздушные испытания. Эти испытания широко используют в судоремонте для определения достаточной прочности и плотности отсевов корпуса судна, паровых котлов, систем, а также узлов и деталей механизмов, которые во время работы под­ вергаются давлению пара, газа или жидкости либо работают в ус­ ловиях вакуума.

Испытания отсеков корпуса судна. Перед гидравлическим или воздушным испытанием отсеки корпуса очищают от загрязнений, а с осматриваемой стороны переборки обдувают сжатым воздухом и протирают ветошью, обращая особое внимание на швы. Если испытания проводят после окончания ремонтных работ, то отсеки не окрашивают и не цементируют.

Испытание отсеков на непроницаемость (танков двойного дна, пиков, диптанков и т. д.) гидравлическим давлением — наиболее частый метод контроля, но очень трудоемкий и малопроизводи­ тельный. Поэтому в последнее время все чаще применяют испы­ тания отсеков сжатым воздухом, значительно упрощающим ра­ боты.

Гидравлические испытания форпиков и ахтерпиков, используе­ мых в качестве водяных отсеков, производят наливом воды с напором до верха воздушной трубы, а не предназначенных для заполнения водой — наливом воды с напором 0,3 м над палубой переборок, выше этого уровня — поливанием струей воды под на­ пором.

Междудонные отсеки испытывают наливом воды с напором до палубы переборок или до верха воздушной трубы. Цистерны для жидких нефтепродуктов судового топливного запаса, циркуляцион­ ные и расходные цистерны испытывают наливом воды с напором до верха воздушной трубы, но не менее чем 2,5 м от настила, ог­ раничивающего верх цистерны.

В зимнее время при минусовой температуре воду обычно подо­ гревают паром до температуры +10° С.

130

Продолжительность испытания отсеков наливом воды опреде­ ляется временем, необходимым для их осмотра, но не менее 1 ч.

Отсек считается непроницаемым, если на проверяемых поверх­ ностях не обнаружено течи в виде струй и стекающих капель, а уровень воды в трубе не понижается. Обнаруженные неплотности отмечают краской или мелом и устраняют. Незначительные дефек­ ты (например, небольшая течь заклепочных швов) можно устра­ нять чеканкой после снижения давления в отсеке до нормального.

Междудонные отсеки при испытании на непроницаемость в доке наливают в шахматном порядке, что обеспечивает равномер­ ное распределение нагрузки на днище от веса воды.

Палубные надстройки, рубки, машинно-котельные кожухи, лю­ ки, вентиляционные трубы, отсеки в междупалубном пространстве, устройства для закрытия отверстий в непроницаемых частйх кор­ пуса (двери, лацпорты, иллюминаторы и т. д.) испытывают поли­ ванием струей воды из брандспойта с диаметром выходного отвер­ стия наконечника не менее 15 мм (напор воды в шланге должен обеспечивать высоту выбрасываемой струи у места испытания не менее 10 м). При этом-струю направляют в упор к шву с расстоя­ ния не более 3 м.

При воздушном испытании отсеки заполняют сжатым возду­ хом (с помощью резиновых шлангов) от общезаводской воздуш­ ной магистрали. Практикой установлено, что давления сжатого воздуха, равного 0,2—0,3 кгс/см2, вполне достаточно для выявле­ ния всех неплотностей. До испытания отсека расчетом проверяют прочность конструкции на испытательное воздушное давление При этом напряжения, возникающие во время испытаний в наборе наиболее слабого перекрытия, не должны превышать 0,8 величи­ ны предела текучести материала конструкции.

После заполнения отсека сжатым воздухом все наружные швы смачивают мыльным водным пенообразующим раствором. Неплот­ ности, обнаруженные по пузырькам на мыльной пленке, отмечают краской или мелом и устраняют после снятия давления.

Отсек считается непроницаемым, если падение давления сжа­ того воздуха во время испытания за 1 ч не будет превышать 5% первоначального.

При испытании в зимнее время для устранения замерзания к мыльному раствору добавляют этиловый спирт или этиленгликоль.

Непроницаемость электросварных швов (за исключением соеди­ нений внахлестку) часто определяют керосиновой пробой, суть которой состоит в следующем. С одной стороны шов покрывают водным меловым раствором, с другой — керосином. Время выдерж­ ки керосина на поверхности составляет 0,5—2 ч в зависимости от толщины листа и положения шва. При наличии дефектов в шве (непроваров, трещин) керосин выделяется на прокрашенной мелом стороне в виде желтых пятен.

Качество сварных швов определяют также с помощью ультра­ звуковой дефектоскопии и гаммаграфирования, о чем будет сказа­ но позже.

Пустотелые рули и направляющие пустотелые насадки испы­ тывают напором, определяемым по формуле

/7=1,25с?+-^-м вод. ст.,

где d — осадка судна в полном грузу, м; v — скорость хода судна, узлы.

Испытания котлов, теплообменных аппаратов и сосудов под давлением. Гидравлические испытания данных устройств произ­ водят после ремонта до установки изоляции и нанесения защит­ ных покрытий. Величину пробного давления принимают по Пра­ вилам Регистра. При испытании элементов прочного корпуса без арматуры после изготовления или соединения при температуре

При испытании котлов, парогенераторов, экономайзеров и их эле­ ментов в собранном виде с установленной арматурой при темпе­ ратуре ниже 350° С пробное давление должно быть 1,25 рр, но не менее рр+1 кгс/см2; при температуре'350° С и выше— 1,25 рр (где рр— рабочее давление, кгс/см2; as350— предел текучести мате­ риала при 350° С, кгс/см2; — меньшая из величин предела теку­ чести или предела длительной прочности при рабочей температу­ ре, кгс/см2).

Гидравлические испытания, кроме того, проводят через каж­ дые 8 лет эксплуатации.

На судне, кроме гидравлических испытаний, проводят паровую пробу котла при полном рабочем давлении. Котлы с рабочим

Гидравлические испытания, проводимые в цехе после демонтажа трубопроводов и арматуры, считают самым эффективным методом их дефектации.

Трубы со значительными вмятинами, износами и эллиптич' ностью отбраковывают и испытаниям не подвергают.

Перед испытанием трубы, арматуру и детали механизмов очи­ щают от загрязнений и краски; медные и латунные трубы отжи­ гают.

Пробное давление при испытании принимают по Правилам Ре­ гистра. Например, топливные, перекачивающие трубопроводы, тру­ бопроводы грузовых и зачистных систем испытывают на 1,5 рр, трубопроводы питательной воды котлов — на 2,5 рр, паровые и тру­ бопроводы продувания котлов — на 2 рр. Арматуру на герметич­ ность закрытия испытывают на давление 1,25 рр. Арматуру, пред­ назначенную для расчетного давления 1 кгс/см2 и менее, а также для работы в условиях вакуума, испытывают на давление не ме­ нее 2 кгс/см2.

132

Арматуру системы питательной воды котлов, выполненную из любого материала, испытывают давлением не менее 2,5 рр.

Для расчетных давлений более 1 кгс/см2 пробное давление ис­ пытаний на прочность определяют по формуле

Рпр— (1,5+0,1/С)Рр кгс/см2,

где К — коэффициент, принимаемый по таблицам Правил Регист­

р = 200 кгс/см2 и ^=350° С, К =5).

Эту же формулу используют при определении пробного давле­ ния для испытания деталей механизмов, работающих при избыточ­ ном давлении. Но в этом случае пробное давление должно быть не ниже 4 кгс/см2 для охлаждающих полостей деталей и различ­ ных уплотнений и не ниже 2 кгс/'см2 в других случаях.

При определении по формуле пробного давления для деталей двигателей внутреннего сгорания (цилиндровых втулок, крышек цилиндров, поршней) за рабочую температуру принимают темпе­ ратуру отходящей охлаждающей жидкости, а за рабочее давле­ ние— максимальное давление сгорания.

Цилиндровые втулки следует испытывать пробным расчетным давлением на Уз их длины в зоне высоких давлений, а в осталь­ ной части — давлением не менее 7 кгс/см2. Цилиндровые втулки, отлитые центробежным способом, разрешается испытывать по всей длине пробным давлением не менее 7 кгс/см2. При испыта­ нии внутренних полостей поршней механизмов пробное давление должно быть не менее 10 кгс/см2.

У двигателей внутреннего сгорания трубопроводы от лубрикато­ ров до штуцеров для смазки цилиндров испытывают гидравличе­ ским давлением, равным 1,5 рр, но не менее 100 кгс/см2, а корпусы топливных насосов высокого давления, форсунки и топливные трубки— 1,5 Рр, но не менее 750 кгс/см2.

Детали и узлы механизмов, заполняемые нефтепродуктами или их парами под гидростатическим давлением или атмосферным (корпусы редукторов, поддоны и т. д.) испытывают на плотность наливом керосина или другим способом, согласованным с Ре­ гистром.

Капиллярные методы дефектоскопии. Для выявления поверхно­ стных дефектов (трещин) у таких деталей, как штоки, шатуны, валы, крышки цилиндров, пружины, используют молекулярные свойства жидкостей, обладающих хорошей смачивающей способ­ ностью, имеющих небольшую плотность и высокий коэффициент поверхностного натяжения.

Капиллярные методы дефектоскопии, основанные на молеку­ лярных свойствах жидкости, называют пробами. Наиболее широ­ кое распространение в судоремонте получили керосиновая, цвет­ ная и люминесцентная пробы.

133

При к е р о с и н о в о й п р о б е испытываемую деталь погружа­ ют на 15—30 мин в керосин, извлекают и сушат струей сжатого воздуха или обтирают ветошью. При проверке громоздких деталей и сварных конструкций керосин на исследуемое место наносят кисточкой. После сушки на проверяемую поверхность тонким сло­ ем накладывают меловой водный раствор. Через несколько минут после высыхания раствора на его поверхности в месте, имеющем трещину, начинает выступать желтое пятно.

Керосиновую пробу часто применяют для определения качест­

или путем погружения) смесь керосина с трансформаторным мас­ лом и ярким красителем. После выдержки в течение 5—10 мин. поверхность промывают струей воды, покрывают слоем каолина, разведенного в воде, и сушат струей теплого воздуха. Трещины вы­ являются в виде красных полос на белом фоне каолинового по­ крытия.

Для цветной пробы применяют следующий состав: керосин — 65%, трансформаторное масло — 30%, скипидар — 5%, краситель (судан или жировой оранж)— 5 г на 1 л смеси.

Л ю м и н е с ц е н т н у ю п р о б у выполняют следующим обра­ зом. На обезжиренную поверхность наносят люминесцентный со­ став, затем его удаляют, а деталь обмывают, сушат, покрывают адсорбирующим веществом (селикагелем) и подвергают ультра­ фиолетовому облучению. При этом оставшийся в трещинах состав

Для ответственных деталей применяют вакуумную люминес­ центную пробу, при этом деталь после подготовки облучают под колпаком из органического стекла, в котором создано разряжение около 550—600 мм рт. ст. Разряжение способствует более интен­ сивному и четкому выходу люминофора из трещины.

Капиллярную дефектоскопию целесообразно применять для немагнитных и неметаллических материалов.

Магнитная дефектоскопия. Этот вид дефектоскопии использу­ ют для выявления поверхностных и подповерхностных (на глуби­

Различают два вида дефектоскопии: магнитно-порошковую и магнитно-индукционную. Наиболее распространен магнитно-по­ рошковый способ, основанный на свойстве магнитных силовых линий намагниченной детали огибать среду (дефекты в виде тре­ щин, раковин, шлаковых включений и т. д.) с меньшей магнитной проницаемостью. При расположении дефектов на поверхности де­ тали или на глубине до 2—3 мм часть отклонившихся магнитных

134

силовых линий выходит на поверхность, образуя сгущение магнит­ ного поля. Если теперь на деталь нанести магнитный порошок, то в месте расположения поверхностного или подповерхностного де­ фекта образуется ясно видимая концентрация магнитного порошка по форме дефекта.

Магнитные порошки применяют как во взвешенном состоянии в виде суспензий в различных жидкостях (керосине, минеральном масле), так и сухими. Суспензии обычно применяют для выявле­ ния мелких поверхностных трещин, сухие порошки — подповерх­ ностных больших дефектов.

Магнитные порошки изготавливают из окислов железа, под­ вергнутых восстановительному обжигу (без доступа воздуха) при

Для намагничивания деталей применяют постоянный, перемен­ ный и постоянный пульсирующий ток. После проверки деталь раз­ магничивают постоянным или переменным током.

Магнитноиндукционный способ основан на возникновении ин­

волновые электромагнитные колебания, способные проникать че­ рез твердые непрозрачные тела. Это позволяет использовать их в судоремонте для обнаружения внутренних дефектов деталей судовых механизмов при их изготовлении и ремонте и для выяв­ ления дефектов сварных швов.

Рентгеновские лучи генерируются рентгеновскими трубками, а гамма-лучи возникают при распаде нестабильных радиоактивных элементов.

Если в проверяемой детали имеются дефекты в виде раковин, трещин, шлаковых включений, то лучи, прошедшие через дефект­ ные места, сохраняют большую интенсивность благодаря лучшей проницаемости пороков из-за меньшей их плотности. Поэтому на фотопленке или экране, помещенном за облучаемой деталью, де­ фектные места изображаются в виде темных пятен.

С помощью рентгеновских и гамма-лучей можно выявить в ме­ таллических деталях дефекты, залегающие на глубине до 500 мм.

При проверке деталей судовых механизмов изображение де­ фектов получают на экране или на пленке. Первый прием (рентге-

используют стационарные рентгеновские аппараты, а для гаммаграфирования — радиоактивные изотопы (кобальт 60, иридий 192, цезий 137 и др.), помещенные в ампулы и свинцовые контейнеры.

135

Ультразвуковая дефектоскопия. Для обнаружения внутренних дефектов в деталях судовых механизмов (например, коленчатых валах, роторах турбин и др.) и сварных швах широко используют ультразвуковую дефектоскопию.

Ультразвуковые волны способны проникать в металлических изделиях на глубину до 10 м.

Рис. 33. Обнаружение дефекта при помощи звуковой тени и отражением ультра­ звука

Применяют три способа обнаружения дефектов с помощью ультразвука: теневой, отражения и резонансный.

Дефекты при помощи звуковой тени обнаруживают следующим образом (рис. 33, а).

От излучателя 1 в деталь 2 посылается ультразвук, который улавливается приемником 3. Если на пути ультразвуковых волн находится дефект 4 (в виде ра­

аковины или трещины), то ультра­ звуковая энергия, улавливаемая приемником 3, уменьшится или исчезнет.

На рис. 33, б показан принцип обнаружения дефекта отражени­ ем ультразвука. Здесь приемник 6, расположенный на одной по­ верхности с излучателем 5, улав­

Рис. 34. Схема дефектоскопа, рабо­ ливает отраженные ультразвуко­

пает при определенном значении частоты, соответствующем про­ веряемой толщине детали. При наличии дефектов сечение детали в месте контроля будет меньше, и явление резонанса наступит при другой частоте.

В настоящее время как в СССР, так и за границей разработаны ультразвуковые дефектоскопы различных типов. Наиболее распро­ странены импульсные, принципиальная схема одного из которых показана на рис. 34.

13G

Специальные методы дефектоскопии. К специальным методам относят макро- и микроанализы, механические испытания, испы­ тания на твердость и пробы на флокены и сегрегацию серы.

Для проведения макро- и микроанализов и механических ис­ пытаний от заготовок или готовых деталей отбирают пробы для изготовления образцов. Перед отбором проб контролирующее лицо (инспектор Регистра СССР, мастер ОТК, инженер центральной за­ водской лаборатории) назначает место отбора с указанием рас­ положения пробы относительно детали.

На заготовках деталей (поковках, отливках) для возможности отбора проб предусматривают специальные припуски (например, при изготовлении поковок ответственных валов припуски по длине с обеих сторон вала равны 200 мм). Пробы отбирают после окон­ чательной термической и другой специальной обработки, преду­ смотренной техническими условиями на изготовление.

При макроанализе материала готовых деталей (валов) иссле­ дование часто проводят непосредственно на контролируемой по­ верхности (шейке или торце вала и т. д.).

Макроанализ позволяет определить наличие и характер распре­ деления неметаллических включений (сульфидов, оксидов, фосфи­ дов и т. д.), а также выявить наличие волокнистости металла, во­ лосяных трещин и флокенов.

При капитальных ремонтах паровых котлов по требованию Регистра СССР из коллекторов, барабанов котлов вырезают пробные шашки (планки), из которых изготавливают образцы для механических испытаний и шлифы для макро- и микроанализа. С помощью микроанализа в данном случае определяют наличие межкристаллитной коррозии.

С помощью микроанализа контролируют структуру материала при изготовлении ответственных деталей механизмов (чугунных цилиндровых втулок и поршневых колец двигателей, ответствен­ ных стальных деталей, прошедших термическую и термохимиче­ скую обработку и т. д.).

Механические испытания проводят, если необходимо убедиться в том, что механические характеристики материала изготавливае­ мой или бывшей в эксплуатации детали соответствуют техническим условиям. Правилами Регистра СССР установлен перечень обяза­ тельных механических испытаний при изготовлении ответственных деталей механизмов (например, при изготовлении шатунов двига­ телей, поршневых пальцев следует испытывать образцы на растя­ жение и ударную вязкость).

Размеры образцов, состав и порядок проведения испытаний оп­ ределяют соответствующие государственные общесоюзные стан­ дарты.

При проведении дефектовочных работ механические испытания проводят для контроля прочности деталей, бывших в эксплуатации, например шатунных болтов двигателей и болтов фланцевых соеди­ нений паропроводов высокого давления. Образцы в данном случае изготавливают из выборочно отобранных болтов.

137

Испытания на твердость проводят при изготовлении и дефек­ тации деталей по Бринеллю (детали из чугуна, незакаленной ста­ ли и из цветных металлов) и по Роквеллу (стальные детали, имею­ щие высокую поверхностную твердость после термической и дру­ гих видов упрочняющей обработки).

Испытания на твердость в судоремонте целесообразно приме­ нять потому, что они позволяют косвенно по значению твердости определить в первом приближении основные прочностные характе­ ристики материала на готовом изделии без его разрушения. Ши­ рокому применению испытаний на твердость способствует создание переносных приборов Бринелля и Роквелла, позволяющих испыты­

рованных сталей (валы роторов турбин) делают пробы на флокены и сегрегацию серы.

Г ла ва VIII

ПРОВЕРКА И ЦЕНТРОВКА ДЕТАЛЕЙ, УЗЛОВ И ВАЛОПРОВОДОВ

§ 41. НАЗНАЧЕНИЕ ПРОВЕРКИ И ЦЕНТРОВКИ

Значительную часть дефектов судовых механизмов определяют проверкой прямолинейности, плоскостности, параллельности и

кой и устранением погрешностей в относительном положении де­ талей и узлов механизмов. Таким образом, центровка направлена на повышение точности сборки и, как следствие, долговечности и надежности механизмов.

При неудовлетворительной центровке (наличии перекосов дета­ лей) нарушается правильность взаимного положения трущихся по­ верхностей, возрастают местные удельные давления, ведущие к интенсивному неравномерному износу деталей.

Центровка — трудоемкий процесс, существенно влияющий на сроки ремонта механизмов. На СРП ремонтируют большое коли­ чество механизмов, поэтому, если в массовом и серийном произ­ водстве возможно применение приспособлений и устройств, позво­ ляющих достичь требуемой точности изготовления деталей и сборки механизмов без пригонки и дополнительной проверки, то в судо­ ремонте необходимы индивидуальная пригонка и центровка со­ прягаемых деталей и узлов, так как судоремонт в основном пока является индивидуальным производством.

138

Типизация судовых механизмов и специализация отдельных СРП позволяют использовать в судоремонте методы серийного производства.

§ 42. ВИДЫ И СПОСОБЫ ПРОВЕРОК

При определении относительного положения деталей и узлов механизмов в судоремонте применяют проверку на прямолиней­ ность, плоскостность, параллельность, перпендикулярность.

Существуют разнообразные способы измерений при этих про-^ верках. Разберем несколько наиболее распространенных случаев.

Прямолинейность, например, поршневого штока можно прове­ рить на токарном станке при перемещении индикатора, закреп­ ленного на суппорте станка, вдоль образующей штока.

П л о с к о с т н о с т ь шабренных поверхностей проверяют пли­ той «на краску». Состояние проверяемой поверхности характеризу­ ется в этом случае количеством пятен краски на единицу площа­ ди (1 см2) после натирания ее о контрольную накрашенную плиту (или плитой, если деталь большая, например, статор турбины).

Плоскостность поверхностей проверяют также с помощью ли­ нейки и щупа. Для этого линейку на проверяемую поверхность укладывают последовательно в несколько положений и щупом за­ меряют зазоры между линейкой и поверхностью.

мощью микроштихмаса проверяют также непараллельность рабо­ чей плоскости параллели двигателя оси цилиндра.

Для проверки параллельности противоположных плоскостей 1 (рис. 35), не обращенных друг к другу (противоположные плос­ кости поперечины крейцкопфа), используют плиту 4, проверочную линейку 2 и микроштихмас 3 (или индикатор 5 на стойке).

Непараллельность (в миллиметрах на 1 м длины) определяют по формуле

т = 1000— мм/м,

L '

139