книги из ГПНТБ / Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие

их отбор по амплитудам. Счет выходных импульсов с диффе­ ренциального дискриминатора ДД производится пересчетным устройством Я-, гамма-канала. Нуль-индикатор предназначен для подстройки прибора регулировкой коэффициента усиления в случае смещения пика железа. Обратно рассеянное бетта-из- лучение регистрируется газоразрядным счетчиком типа СБТ-11. Импульсы со счетчика поступают через интегральный дискриминатор ИД на пересчетное устройство Яр . Время из­ мерений по обоим каналам задается таймером Т. Результаты измерений фиксируются цифровыми индикаторными лампами типа ИН-8 и могут быть записаны цифропечатающим устройст­ вом БЗ— 1, через систему управления цифропечатыо (УЦП)..

Обратно рассеянное р-излучение

Рис. 1 2 1 . Блок-схема прибора АЖР-1

Прибор позволяет менее чем за 5 мин определить содержа­ ние железа в порошковой пробе (8— 10 г) с точностью не ни­ же ±0,5% .

В машиностроении приборы типа АЖР-1 могут найти при­ менение при рассортировке некоторых сплавов по одному изхарактерных элементов группы железа.

Н е й т р о н н о - а к т и в и з а ц и о н н ы й а н а л и з прово­ дится с помощью ядерного реактора с использованием изотоп­ ных нейтронных источников (Ra, Be), с помощью нейтронных размножителей или с использованием портативных нейтрон­ ных генераторов.

В настоящее время для машиносторителей наиболее пер­ спективным является метод нейтронно-активизационного ана­ лиза с помощью нейтронных генераторов. Простота и надеж­ ность этого метода позволяют рекомендовать его для исполь­ зования в производственных цехах в непосредственной близо­ сти от технологического оборудования.

381

Под действием нейтронов с энергией 14 МэВ в анализируе­ мом веществе возникает ряд ядерных реакций, например, реак­ ции типа (л, р), (п, 2п), (п, а). Образующиеся при этом ра­ диоактивные изотопы обладают специфическими ядерными ха­ рактеристиками, что дает возможность производить количест­ венное определение тех или иных элементов.

Разнообразие ядерных реакций позволяет выбрать про­ дукты активации, наиболее удобные для проведения анализа.

Источником нейтронов с энергией 14 МэВ служат нейтрон­ ные генераторы, которые представляют собой низковольтные ускорители, производящие нейтроны по реакции Т (Д , п) Не4 при ускоряющем напряжении 100— 150 кВ.

Чаще всего в нейтронных генераторах бомбардируется ионами дейтерия мишень, насыщенная тритием.

В настоящее время для промышленности изготавливаются установки нейтронно-активизационного анализа на содержа­ ние кислорода в таких материалах, как сталь, титан, медь, бе­ риллий, твердые сплавы и др.

Кислород в металлах определяется по реакции О16(п, р) N 16, возбуждаемый нейтронами с энергией 14 МэВ. Образую­ щийся в результате указанной реакции изотоп N16 имеет пери­ од полураспада, равный 7,35 с, и распадается с испусканием жестких гамма-квантов с энергией 6,14 МэВ (68%) и 7, 12 МэВ (5%). Высокая энергия гамма-излучения N16 позволяет с по­ мощью сцинтилляционного спектрометра исключить помехи практически от всех других элементов, кроме бора, фтора и де­ лящихся веществ, из которых также образуются изотопы с же­ стким гамма-излучением.

Энергия гамма-излучения у подавляющего большинства радиоактивных изотопов меньше 4 МэВ, поэтому метод акти­ вации быстрыми нейтронами при использовании гамма-спек­ трометра является универсальным, не зависящим от состава исследуемой пробы.

На рис. 122 представлена схема установки К-1 для опреде­ ления кислорода в металлах и сплавах методом активации бы­ стрыми нейтронами. В состав установки входит генератор ней­ тронов НГИ-5, располагаемый в защитном блоке, пневмопочта,

•сцинтилляционный гамма-спектрометр для измерения наве­ денной активности образца и стандарта, арифметическое уст­ ройство, производящее вычисление концентрации кислорода по полученным данным, и устройство автоматического управ­ ления установкой. В установке К-1 одновременное облучение и измерение активности образца и стандарта полностью исклю­ чают влияние нестабильности нейтронного потока генератора.

Импульсы из нейтронного генератора НГИ-5 поступают длительностью 2—3 мкс с частотой 1,5 или 10 Гц. Общая про­

3 8 2

должительность анализа не более 5 мин. Установка позволяет определять содержание кислорода с точностью до 10% при его концентрации в сплавах в диапазоне 0,01—0,1%.

Рис. 122. Схема установки К-1:

НГ — н е й т р о н н ы й г е н е р а т о р ; Д х н Д 2 — д а т ч и к и д л я и зм е р е н и я н а в е д е н н о й а к т и в н о с т и о б р а з ц а , а Д3 — с т а н д а р т а ; У — у с и л и т е л ь ; Д — д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й д и с к р и м и н а т о р ; ГГ— п е р е с ч е т н а я с х е м а ;

Стандартные образцы изготавливаются из анализируемого материала, в котором содержание кислорода было определенодругими методами анализа, или из веществ с известной кон­ центрацией кислорода (например, из плексигласа, который со­ держит 32% кислорода).

С помощью установки К-1 можно проводить анализ на со­ держание кислорода в титане и его сплавах. Перспективным является использование этой установки для анализа тугоплав­ ких металлов и твердых сплавов на основе молибдена, воль­ фрама, тантала, ниобия. Важным является возможность ис­ пользования установки К-1 для определения кислорода в меди и бериллии, физические свойства которых зависят от содержа­ ния кислорода.

Использование в машиностроении установок типа К-1 яв­ ляется весьма актуальным в связи с изготовлением ряда дета­ лей ответственного назначения « з специальных сталей, цветных, металлов и сплавов.

И с п о л ь з о в а н и е э ф ф е к т а М е с с б а у э р а (резо­ нансного ядерного поглощения гамма-квантов без отдачи).. Сущность его заключается в том, что если радиоактивный изо­

возбужденном состояниях соответственно, то приемник излуче­ ния зарегистрирует резонансное поглощение или рассеяние

3 8 $

гамма-квантов в поглотителе. Если при этом перемещать (приближать) источник излучения к исследуемому образцу (поглотителю), то за счет эффекта Доплера интенсивность рас­ сеяния или поглощения гамма-квантов будет меняться пропор­ ционально количеству исследуемого химического элемента.

На этом принципе работает прибор МАК-1 — мессбауэровский анализатор кассетерита, предназначенный для определе­ ния концентраций олова, входящего в состав кассетерита. Источником гамма-излучения в приборе является радиоизотоп

Sn1,9™02.

При неподвижном источнике энергия испускаемых гамма-

породы, интенсивно рассеивают или поглощают падающее гамма-излучение источника.

При двигающемся источнике энергия его гамма-квантов из­ меняется за счет эффекта Доплера, а интенсивность рассеяния и поглощения уменьшается.

Различие в интенсивностях рассеянного или поглощенного гамма-излучения при неподвижном и двигающемся источнике пропорционально количеству ядер Sn119, что позволяет опреде­ лить концентрацию кассетерита в исследуемой пробе.

Погрешность измерения весовых содержаний олова со­ ставляет 7% при концентрации олова, равной 1—4%.

Использование эффекта Мессбауэра для рассортировки за ­ готовок и деталей по какому-либо химическому элементу тре­ бует проведения дополнительных исследований.

Г л а в а XVII

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО МЕТОДА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Как уже говорилось, не существует универсальных методов неразрушающего контроля, пригодных для контроля изделий любых размеров и формы, изготовленных из разных материа­ лов и имеющих различные по характеру дефекты. Области ■ применения различных методов неразрушающего контроля оп­ ределяются теми физическими явлениями, которые лежат

•в основе того или иного метода, так как от них зависят особен­ ности и возможности каждого из методов. От того, насколько

3 8 4

правильно выбран метод контроля и разработана методика его применения, зависят производительность, качество и стоимость контроля.

При выборе метода неразрушающего контроля следует учитывать, что, как правило, приходится выявлять только те отклонения, которые влияют на служебные свойства изделий, их надежность и долговечность. В отдельных случаях для по­ лучения более полной и надежной информации следует для контроля изделий применять несколько методов неразрушаю­ щего контроля.

Необходимо выбирать такой метод, который обеспечивал бы надежное выявление искомых дефектов. Оптимальный ме­ тод определяется путем сравнения преимуществ и недостатков нескольких возможных для выявления искомого дефекта мето­ дов применительно к конкретным условиям контроля. Следует иметь в виду, что контроль может оказаться ненадежным и даже бесполезным, если определяемое свойство изделия не связано с эксплуатационными характеристиками или с данны­ ми проведенных разрушающих испытаний. Поэтому необходи­ мо знать зависимости между эксплуатационными характери­ стиками изделий или их свойствами, определяемыми с по­ мощью методов неразрушающего контроля, и выявляемыми дефектами.

Для успешного применения неразрушающих методов конт­ роля необходим анализ наиболее важных факторов в каждом конкретном случае контроля. Анализ влияния различных фак­ торов на результаты контроля следует проводить во взаимо­ связи с физическими явлениями, лежащими в основе того или иного метода контроля.

Основными факторами, которые следует всегда учитывать при выборе метода контроля того или иного изделия, явля­ ются:

материал, из которого изготовлен контролируемый объект, его строение, физические свойства и т. д.;

размер и форма контролируемого объекта; наличие гальванических или лакокрасочных покрытий;

особенности технологического процесса изготовления конт­ ролируемого изделия или условия его эксплуатации, вызвав­ шие появление дефекта;

месторасположение выявляемого дефекта, его форма, глу­ бина залегания, ориентация и протяженность;

чувствительность метода контроля; условия проведения контроля;

безопасность проведения контроля для контролеров и ра­ ботников смежных участков и необходимость выполнения ме­ роприятий по технике безопасности;

технико-экономические показатели метода контроля.

В табл. 40 приведены выявления дефектов типа нарушения сплошности различными методами контроля в зависимости от материала контролируемой детали и месторасположения де­ фекта.

Материал контролируемого объекта зачастую может огра­ ничивать применение отдельных методов неразрушающего контроля. Например, магнитные методы применимы для конт­ роля изделий только из ферромагнитных материалов, электро­ магнитный — для контроля металлических изделий. Примене­ ние же ультразвукового метода не лимитируется материалом контролируемого объекта и поэтому он используется для конт­ роля изделий, изготовленных из любых материалов.

Неразрушающие методы контроля следует выбирать не только в соответствии с материалом контролируемого объекта, но также с учетом тех его характеристик, которые подлежат выявлению.

Немаловажное значение при выборе метода контроля и раз­ работке его методики имеют геометрические параметры конт­ ролируемого изделия. Например, крупногабаритные детали большой толщины невозможно проконтролировать просвечива­ нием рентгеновскими или гамма-лучами, для контроля клеевых конструкций с обшивкой большой толщины неприменим аку­ стический импедансный метод контроля.

В некоторых случаях контролируемые детали должны иметь одинаковые геометрическую форму и размеры, например, при выявлении поверхностных дефектов с помощью электромагнит­ ного метода с использованием проходных катушек, при опреде­ лении толщины резонансным ультразвуковым методом ит. д.

Иногда контролируемые детали должны иметь почти па­ раллельные поверхности, что необходимо при некоторых слу­ чаях контроля с помощью ультразвукового метода.

Неразрушающие методы контроля имеют ограничения и по величине одновременно контролируемой площади (объему) изделия, например, рентгенографический контроль, контроль капиллярными методами и другие позволяют производить од­ новременно контроль больших площадей (объемов), а другие дают возможность одновременно производить контроль только небольших площадей (объемов).

Класс чистоты обработки также накладывает некоторые ограничения на применимость метода контроля. Для контроля

386

со

со

Наличие на контролируемом изделии гальванических и ла­ кокрасочных покрытий ие дает возможности выявлять поверх­ ностные дефекты капиллярными методами контроля. Однако эти покрытия не препятствуют проведению контроля электро­ магнитным методом. При применении магнитопорошкового метода с использованием суспензии толщина защитного покры­ тия не должна превышать 50—80 мкм, а при использовании сухого порошка можно контролировать детали, имеющие за ­ щитное покрытие толщиной до 250 мкм.

При выборе того или иного метода контроля следует учи­ тывать их чувствительность и надежность. Чувствительность любого метода неразрушающего контроля ограничена. Под чувствительностью метода контроля следует понимать мини­ мальный размер дефекта, выявленный с помощью данного ме­ тода. Чувствительность определяется абсолютной пли относи­ тельной величиной. Чувствительность метода, достаточная для выявления определенных дефектов при контроле одних дета­ лей, может оказаться совершенно недостаточной при контроле других деталей пли тех же деталей, но для выявления дефек­ тов совершенно другого характера или размера.

Иногда для полноты и надежности выявления дефектов требуется применение нескольких методов неразрушающего контроля. Если деталь может иметь различные отклонения от требований к ней, например, нарушение режима термической обработки, неметаллические включения и пористость, то од­ ним методом выявить все эти дефекты невозможно. Для выяв­ ления каждого дефекта потребуется свой метод неразрушаю­ щего контроля. Аналогично и с выявлением дефектов, возник­ ших в процессе эксплуатации.

Методика неразрушающего контроля должна разрабаты­ ваться для каждого конкретного случая определения качества детали, если нет методики для контроля аналогичных деталей со схожими дефектами.

Для разработки приемлемой методики контроля необходи­ мо располагать сведениями о технологических процессах изго­ товления детали при выявлении производственных дефектов или об эксплуатационных условиях работы детали для выяв­ ления эксплуатационных дефектов.

При разработке методики контроля необходимо учитывать и особенности применения метода контроля. Например, чув­ ствительность магнитопорошкового метода определяется на­ правлением намагничивания по отношению к ориентировке дефекта, напряженностью намагничивающего магнитного по­ ля, видом намагничивающего тока, концентрацией и размера­ ми ферромагнитных частиц в суспензии и др. При применении рентгенографического метода важное значение имеет направ-

3 8 8

ленпе просвечивания, ультразвукового —• направление прозвучнвания и т. д.

Немаловажное значение при выборе метода контроля имеют условия контроля. В производственных условиях нет каких-либо ограничений для применения того или иного мето­ да контроля в связи с возможностью использования для конт­ роля как портативной, так и стационарной аппаратуры.

В полевых условиях практически можно применять все ме­ тоды неразрушающего контроля. Критерием возможности при­ менения того или иного метода контроля, помимо его пригод­ ности для проведения контроля, будет являться портативность оборудования и возможность его доставки к месту контроля.

Возможности доступа к контролируемому изделию также играют роль при выборе метода контроля. Одни методы нераз­ рушающего контроля осуществимы только при двустороннем доступе к контролируемому изделию. Это необходимо, напри­ мер, при контроле с помощью просвечивания рентгеновскими или гамма-лучами, теневым ультразвуковым методом и т. д. Другие методы контроля можно использовать при односторон­ нем доступе к контролируемому изделию, например, капил­ лярные методы контроля, ультразвуковые эхо- и резонансный методы.

Сведения об основных областях применения наиболее рас­ пространенных методов контроля и выявляемых с их помощью дефектов приведены в табл. 41 (по данным А. Л. Дорофеева).

Обычно в процессе изготовления изделий учитывается стоимость каждой операции. Если в контроле нет явной произ­ водственной необходимости, то критерием использования того или иного метода является его экономическая эффективность.

После выбора метода контроля должен быть произведен расчет приемлемого соотношения между количеством выпу­ скаемых и контролируемых изделий. Это соотношение зависит в основном от назначения изделия. Часто процент контроли­ руемых изделии зависит от экономических факторов.

Себестоимость неразрушающего контроля зависит от ха­ рактера объекта контроля, количества контролируемых единиц и метода контроля. В стоимость контроля входят: стоимбсть разработки методики, стоимость оборудования и проведения контроля. Иногда приходится отказываться от неразрушающе­ го метода контроля только из-за экономических соображений.

Требования к качеству изделий предопределяют и объем затрат на контроль. Чтобы затраты на контроль были мини­ мальны, необходимо вести контроль материала и деталей на начальных операциях технологического процесса. Дефекты же, появление которых возможно в процессе выполнения какой-

389