Дефектоскопия / Неразрушающий контроль в производстве (Сударикова) / НК Краткое описание всех видов НК Сударикова ч.1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

Е. В. Сударикова

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ В ПРОИЗВОДСТВЕ

Часть 1

Учебное пособие

Санкт Петербург 2007

УДК 620.17(075) ББК 30.607я7

С89

Рецензенты:

кафедра измерительных технологий и компьютерной томографии Государственного университета ИТМО;

кандидат технических наук, доцент О. Б. Шалагинова

Утверждено редакционно издательским советов университета в качестве учебного пособия

Сударикова Е. В.

С89 Неразрушающий контроль в производстве: учеб. пособие.

Ч.1.; ГУАП. — СПб., 2007. — 137 с.: ил. ISBN 5 8088 0232 6 (Ч. 1)

Рассмотрены общие вопросы неразрушающего контроля: поня тия качества и его контроля, классификация и краткая характерис тика методов и средств контроля, их стандартизация и метрологи ческое обеспечение, организация службы контроля. Изложены при чины возникновения дефектов продукции на разных стадиях ее су ществования и указаны применяющиеся на практике методы их об наружения, дан анализ влияния дефектов на работоспособность де талей. Приведены рекомендации по выбору метода неразрушающе го контроля для решения конкретной задачи.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 200102 «Приборы и методы контроля качества и диагностики».

УДК 620.17(075) ББК 30.607я7

2

1.2.2.Методы определения показателей качества продукции . 26

1.3.Технический контроль. Контроль качества продукции. Основ

ные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.4. Общие методы контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.5. Испытания продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.6. Виды неразрушающего контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 1.7. Выбор метода неразрушающего контроля . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1.8. Средства и устройства контроля качества продукции . . . . . . . 92

2. Организация и проведение неразрушающего контроля . . . . . . . . . 97 2.1. Организационная структура службы контроля . . . . . . . . . . . . 97 2.2. Стандартизация и метрологическое обеспечение . . . . . . . . . . 100 средств и методов контроля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 2.3. Дефекты продукции и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

2.3.1. Конструктивные дефекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 2.3.2. Производственные дефекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 2.3.3. Дефекты, возникающие при хранении и эксплуатации, и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

2.4. Влияние дефектов на работоспособность деталей . . . . . . . . . . . 130 2.5. Общие термины и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

3

ВВЕДЕНИЕ

Контроль качества существует с незапамятных времен, в Древнем Риме, например, при покупке сандалий и горшков придирчиво ос матривалось каждое изделие. Лопнувший в дальней дороге ремешок сандалии или вытекшая в очаг похлебка – это, конечно, неприятно. Развитие цивилизации стало приносить большие неприятности и че ловеческие жертвы, в их числе:

–разрушения плотин (первое разрушение было зафиксировано в Багдаде в 942 г., плотина называлась Нар Иза, через 300 лет она разрушилась снова, причины неизвестны),

–разрушения мостов (происходили из за коррозионного и устало стного повреждения главных тросов, на которых подвешен мост, из за трещин в сварных швах, в результате раскачки под действием аэро динамических сил, вследствие вибрации, из за перегрузки и т.д.),

–разрушение строительных конструкций (фундаменты зданий, разрушение кровли и т. д.),

–железнодорожные катастрофы (особенно если они сопровожда лись взрывом перевозимых воспламеняющихся жидкостей),

–разрушения туннелей (вследствие оседания почвы, заливания просочившейся водой),

–аварии на шахтах,

–авиакатастрофы,

–землетрясения.

За последние десятки лет появились новые технически сложные крупномасштабные объекты – атомные электростанции, терминалы со сжиженным газом, морские буровые установки, большие хими ческие комбинаты, крупные авиалайнеры, магистральные трубопро воды. Появление этих объектов привело, с одной стороны, к эконо мическим выгодам, а с другой – к большим негативным последстви ям в случае выхода их из строя. Аварии на этих объектах – настоя щие катастрофы.

Число крупных аварий и катастроф во всем мире ежегодно увели чивается. Катастрофы сопровождаются человеческими жертвами, финансовыми потерями, а нередко – еще и политическими и юриди ческими последствиями. Развитые страны ежегодно теряют (в том числе в авариях и катастрофах) 10 % своего национального дохода из за низкого качества выпускаемой продукции. Потери только от дефектов усталости металла в США составляют более 100 млрд дол. в год, а от коррозии – более 200 млрд дол. в год. Убытки от низкого качества материалов и изделий в России значительно выше.

4

Основные причины роста числа аварий и катастроф:

1)критический уровень износа оборудования;

2)нарушения производственной и технологической дисципли

ны;

3)ослабление роли государственных органов контроля и управле

ния;

4)недостаточный уровень правовой и экологической культуры. Обычно к авариям приводят ошибки трех типов.

1. Технические ошибки. Они могут быть обусловлены:

– неправильным проектированием (неверно определены исходные

нагрузки, ошибки в расчетах, неправильный выбор материалов

ит.д.);

–неправильным изготовлением (заменили материалы, не выдер жали размеры, нарушили заданные режимы обработки, использова ли в сборке бракованную деталь и т. п.), – т. е. элементы изделия или конструкции не соответствуют верному проекту;

–неправильной эксплуатацией (например, эксплуатация при на грузках больше допустимых: через мост, рассчитанный на макси мальный грузопоток 50 тонн, из за закрытия соседнего моста пусти ли грузопоток 65 тонн).

2. Организационные ошибки. Вызваны тем, что руководитель про екта не предусмотрел организационные меры, предотвращающие пе речисленные технические ошибки.

3. Недостаток квалификации, в результате чего руководитель или ответственное лицо не были достаточно хорошо обучены для того, чтобы избежать технических и организационных ошибок.

Человечество не может отказаться от атомной энергетики, воз душных перевозок, химической промышленности и прочих дости жений цивилизации, но оно может предотвратить аварии и катаст рофы или уменьшить их последствия путем эффективного использо вания неразрушающего контроля (НК).

Качество любой продукции закладывается при ее проектирова нии и затем обеспечивается при ее изготовлении. Отклонения от ус тановленного технологического процесса изготовления и сборки ве дут к ухудшению качества. С течением времени в процессе эксплуа тации в объектах начинают происходить изменения, меняющие их потребительские свойства. Объекты становятся менее надежны. По этому возникает серьезная необходимость непрерывного контроля протекающих в объектах внутренних процессов, характеризующих прочностные свойства и степень надежности к любому моменту вре мени. А так как деталь или машина – не лист чертежной бумаги, а объемное тело (к тому же непрозрачное), то разработка способов по

5

лучения наиболее полной информации о внутренних свойствах, ка честве и происходящих в деталях процессах стала одной из актуаль нейших задач сегодняшнего дня.

Неразрушающий контроль как наука сформировался в 40–50 х гг. прошлого века, хотя и до этого были известны и применялись такие методы контроля, как рентгеновский, ультразвуковой, магнитный и некоторые другие. Контроль обозначает проверку соответствия па раметров объекта установленным техническим требованиям. Нераз рушающие методы контроля не должны нарушать пригодность объек та к применению.

Как осуществить НК? Достаточно просто: надо выбрать такое из лучение, для которого объект прозрачен (очевидный пример – тело че ловека в рентгеновском излучении). Металлы, в свою очередь, про зрачны для гамма излучения и для ультразвуковых колебаний, и имен но ультразвук находит широчайшее применение при НК. Нужно пра вильно выбрать частоту и мощность излучения, создать подходящие генераторы и преобразователи, а также правильно расшифровать по лученные данные. А это уже не только техника, но и серьезная наука.

Неразрушающий контроль как наука занимается изучением вза имодействия излучений и полей различной физической природы с материалами для обнаружения и оценки нарушения структуры с це лью разработки новых методов и средств контроля.

На этапе производства НК позволяет осуществлять непрерыв ный контроль – от операции к операции – за правильностью измене ния свойств заготовок и деталей и их сборкой, а затем проверить ка чество готового изделия. На этапе эксплуатации НК позволяет реа лизовать в объектах непрерывный контроль внутренних процессов, характеризующих прочностные свойства и степень надежности это го объекта к любому моменту времени.

Естественно, что достаточно полную объективную информацию о контролируемом объекте нельзя получить, регистрируя только эф фекты взаимодействия с объектом контроля поля одной природы (ча стоты). Можно утверждать, что нет ни одного безошибочного метода контроля. Например, использование рентгеновского излучения при контроле сварных швов не гарантирует выявления трещин, несплав лений и т. п. Поэтому должны применяться комбинированные, раз ные по принципу взаимодействия с веществом методы контроля, ко торые могут исключить недостатки исследования, взаимно допол нить друг друга и обеспечить получение достаточной информации о качестве промышленной продукции.

Любое повышение качества достигается за счет необходимого до полнительного увеличения расходов. Возникает проблема определе

6

ния оптимального уровня расходов, при котором технология и про изводство остаются рентабельными. Применение НК удорожает про дукцию при выпуске и эксплуатации, однако его использование на всех стадиях изготовления, поверки и эксплуатации существенно повышает надежность изделий и объектов, обеспечивая в конце кон цов громадный в масштабе страны экономический выигрыш.

Как наука НК активно развивается. Развитие происходит по сле дующим основным направлениям:

1)интеллектуализация методов и средств контроля;

2)разработка единой системы контроля качества технических объектов и окружающей среды;

3)совершенствование диагностических технологий;

4)организационное обеспечение НК на международном уровне. Это развитие НК отражается в ряде научных журналов, таких,

как «Дефектоскопия» – Екатеринбург, «Контроль и диагностика» – Москва, «Мир неразрушающего контроля» – Санкт Петербург и дру гих.

7

1. РОЛЬ И МЕСТО ОПЕРАЦИЙ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

ВСИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

ВПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1. Качество продукции

Под промышленной продукцией понимается совокупность продук тов или отдельный продукт промышленного производства. Промыш ленную продукцию подразделяют на два класса:

1 й класс – продукция, расходуемая при использовании;

2 й класс – продукция, расходующая свой ресурс. В свою очередь, классы подразделяют на 5 групп.

Кгруппе1относятсырье,природноетопливо(полезныеископаемые, естественныестройматериалы,драгоценныекамни,минералыит.д.).

Кгруппе 2 – материалы (горюче смазочные материалы, материа лы для текстильной, легкой, тяжелой и других промышленностей, лесоматериалы, материалы электрической и радиотехнической про мышленности и т.д.).

Кгруппе 3 – расходуемые изделия (пищевые продукты, лекарства

ит.д.).

Кгруппе 4 – неремонтируемые изделия (элементы радиотехники – например, резисторы, конденсаторы и т.д.; элементы машинострои тельной продукции – например, гайки, болты, зубчатые колеса и т.д.; двигатели и движители однократного использования; изделия пиро техники и т.д.).

Кгруппе 5 – ремонтируемые изделия (радиотехническое оборудо вание, технологическое и испытательное оборудование самого раз личного назначения, сельскохозяйственные и транспортные маши ны, оптико механические системы и комплексы различного назна чения и т.д.).

Кпервому классу промышленной продукции относят продукцию групп 1, 2, 3; ко второму классу – групп 4, 5.

Уровень развития промышленности любой страны характеризу ется не только объемами производства и ассортиментом выпускае мой продукции, но и качеством этой продукции.

Под качеством продукции понимается совокупность свойств про дукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определен ные потребности в соответствии с назначением [ГОСТ 15467–79].

Количественно качество на этапе производства определяется (1) через характеристики дефектов в готовой продукции, а также (2) че

8

рез вероятностные характеристики параметров (показателей), зада ющих качество в соответствии с техническими условиями и конкрет ными потребительскими свойствами.

Качественная продукция – самая экономная, и для разных ее ви дов устанавливаются различные признаки, для характеристики ко торых применяют многочисленные показатели. Показатель каче ства промышленной продукции – это параметр или вероятностная характеристика параметра, используемые для количественного опи сания какого либо признака продукции. С помощью этих количе ственных характеристик в документации на объект задается каче ство готового изделия.

Установлено одиннадцать групп основных показателей качества продукции:

1)показатели назначения (определяют такие важнейшие свой ства изделия, как точность функционирования, мощность, быстро действие, габаритно весовые характеристики и другие);

2)показатели надежности (характеризуют свойства безотказно сти, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости продук ции);

3)эргономические (определяют систему взаимодействия «чело век изделие» с точки зрения удобства пользования изделием в соот ветствии с антропометрическими и физиологическими особенностя ми человека);

4)эстетические (красиво некрасиво);

5)показатели технологичности (трудоемкости, материалоемко сти и другие);

6)стандартизации и унификации (коэффициенты применяемос ти, повторяемости, взаимной унификации);

7)транспортабельности;

8)патентно правовые (патентной защиты и патентной чистоты);

9)экологические;

10)показатели безопасности;

11)экономические (себестоимость, трудоемкость и другие).

Основными показателями качества любой продукции являются показатели назначения и надежности.

Показатели качества классифицируют по следующим призна кам: характерным свойствам, количеству свойств, применению, эта пам жизненного цикла продукции.

По количеству свойств показатели качества могут быть единич ные, комплексные, групповые, интегральные, обобщенные.

По применению, например, при оценке уровня качества продук ции показатели качества подразделяют на базовые и относительные.

9

Взависимости от этапа жизненного цикла продукции показа тели качества могут быть прогнозируемые (расчетные), проектные, производственные, эксплуатационные.

Показатели качества выражаются в натуральных (вольт, км/ч, об./мин, °С, байт и др.) и стоимостных (р.) единицах, а также могут быть безразмерными (например, коэффициент полезного действия, сравнительная себестоимость продукции и др.).

Качество промышленной продукции закладывается в процессе ее проектирования, изготовления и сборки. Качество изготавливаемой продукции в любой отрасли определяется следующими факторами:

1) правильностью разработки проекта (конструктивно техноло гических решений);

2) правильным (для предусмотренных условий эксплуатации) выбором сырья и материалов;

3) качеством исходного сырья, покупных изделий и полуфабри катов;

4) совершенством технологии производства (делаем «на коленке» или на современном отлаженном оборудовании), т. е.:

– технологической оснащенностью производства современным оборудованием, инструментом и оснасткой;

– уровнем автоматизации технологических процессов и конт рольных операций (нет потерь качества из за ошибок человека – ус тал, не заметил...);

– правильностью выбора режимов обработки (например, темпера тура и время отжига);

– тщательностью контроля изменения свойств и характеристик изготавливающегося изделия на каждой технологической операции; 5) качеством труда изготовителей (квалификацией и в немалой

степени – совестью работников); 6) совершенством организации производства (технологическая

оснащенность служб контроля, уровень стандартизации, унифика ции технологических процессов и документации);

7) и в результате – степенью соответствия изготовленной продук ции предъявляемым к ней требованиям.

Поэтому качество продукции необходимо контролировать и уп равлять им на всех стадиях этого процесса.

Впроцессе производства от стадии поступления первичного сырья до стадии получения готового продукта материалы или изделия из них подвергают контролю, который должен обеспечить качество вы пускаемой продукции. При этом на этапе производства качество мо жет быть определено через характеристики дефектов в готовой про дукции.

10