Дефектоскопия / Неразрушающий контроль в производстве (Сударикова) / НК Краткое описание всех видов НК Сударикова ч.1
.pdfтичного израсходования его ресурса и соответствующего ухудшения дол говечности или сохраняемости.
Поэтому термины «НК», «неразрушающие испытания» в литературе часто означают контроль (или испытания), в результате которых в испы тываемых объектах не происходит каких либо изменений, влияющих на качество, параметры и характеристики этих объектов. Если придержи ваться этой формулировки, то к НК и неразрушающим испытаниям сле дует отнести очень многие методы контроля (испытаний и измерений), например, большинство методов измерения размеров и массы изделий, измерения электрических сопротивлений, емкостей, индуктивностей и пр., измерения частотных характеристик, визуальный осмотр и т. д.
По ГОСТ 18353–79 выделяется 9 видов НК: 1) магнитный, 2) электри ческий, 3) вихретоковый, 4) радиоволновой, 5) тепловой, 6) оптический, 7) радиационный, 8) акустический, 9) проникающими веществами. От обычных методов контроля методы НК отличаются тем, что определение состояния контролируемых деталей производится не непосредственно, а с помощью специальных агентов, таких, например, как электромагнитные или акустические колебания, которые не вызывают повреждения контро лируемых деталей. В НК используются проникающие излучения следу ющих видов:
Ультразвук f = 2 кГц – 300 МГц. Электромагнитные волны:
радиоволны λ = 0,1 мм; гамма лучи λ = 0,1 А;
рентгеновские лучи λ = 0,01 – 100 А. Световые волны:
ультрафиолетовые лучи λ = 6 10–3 – 0,4 мкм; видимый свет λ = 0,4–0,76 мкм; инфракрасные лучи λ = 0,76 – 1,50 мкм.
Экономическим обоснованием применения методов НК является повы шение надежности, долговечности эксплуатации изделий, а в ряде случа ев и продление ресурса сверх заданного.
6. В зависимости от охвата контролируемой продукции:
1)сплошной или выборочный контроль без разрушения проводится на готовом продукте, изделиях, пробах, образцах; количество проб, образцов или изделий зависит от назначения, типа, метода контроля, технологических требований, применяемого оборудования, стабильно сти технологического процесса, характера производства и т. п.;
2)выборочный контроль отдельных проб, образцов или изделий
сразрушением: разрушающие испытания и технологические пробы позволяют получить показатели назначения, надежности и техно логичности продукции; обычно по стандартным методикам опреде ляют механические свойства при растяжении, сжатии, изгибе, кру чении, ударе в условиях различных температур и нагрузок; возмож ны испытания на готовых деталях; технологические испытания или
31
пробы показывают качество материала в условиях, подобных эксп луатационным или его обработки. Они также стандартизованы;
3)контроль всех изделий нагружением при нагрузках, превыша ющих эксплуатационные, но меньше, чем разрушающие: такому кон тролю подвергаются газовые баллоны, силовые цилиндры гидравли ческих и пневматических систем, детали транспортных и подъем ных механизмов и др.; после контроля нагружением необходимо про вести проверку изделия каким либо неразрушающим методом конт роля для своевременного обнаружения вскрывшихся трещин.
7. По исполнителям:
1)самоконтроль;
2)контроль производственный (мастером);
3)контроль специальным отделом (лабораторией);
4)ведомственный контроль, осуществляемый органами министер ства или ведомства;
5)государственный надзор за качеством продукции. Контролирующие ведомства:
– Государственный комитет по стандартам (Госстандарт);
– Государственный комитет по надзору за безопасным ведением
работ в промышленности и горному надзору (Госгортехнадзор);
–Государственный комитет по надзору за безопасным ведением работ в атомной энергетике (Госатомэнергонадзор);
–Морской регистр.
Примечание к п. 7. Полнота охвата контролем продукции уменьшает ся по мере возрастания иерархии контролирующей инстанции. Отдел или лаборатория проводят сплошной контроль (контроль каждой единицы про дукции) только для продукции ответственного назначения, в других слу чаях они проводят выборочный контроль. Более высокие контролирующие инстанции проводят инспекционный контроль (проверяя эффективность ранее выполненного контроля), который обычно является выборочным. Доля выборочно контролируемых изделий (объем выборки) тем меньше, чем выше контролирующая инстанция. Инспекционный контроль, проводи мый в случайное время, называется летучим. Он позволяет более эффек тивно проверять работу службы контроля, чем периодический.
Таким образом, технический контроль охватывает все стадии со здания и жизни продукции. Ему подвергаются как сама продукция, так и процессы ее создания, применения, транспортирования, хра нения, технического обслуживания и ремонта, а также соответству ющая техническая документация. Составной частью технического контроля является контроль качества продукции.
Контроль качества проводится для проверки количественных и (или) качественных характеристик свойств продукции на соответ
32
ствие установленным нормам (количественные) или требованиям (качественные).
Контроль качества проводится на этапах производства и эксплуа тации, причем объектами контроля являются только натурные об разцы. Он является самой массовой технологической операцией в производстве не только технических объектов, но и продуктов пита ния, в медицине, производстве фармацевтической продукции, поли графии, химической, текстильной и швейной продукции, строитель стве, – т. е. везде, так как ни одна деталь, ни одно изделие не может быть изготовлено без измерения его технических (или химических, или физических) характеристик. Развитие методов и средств конт роля качества продукции всегда будет относиться к числу важней ших направлений научно технического прогресса.
Для усиления контроля за качеством продукции необходимо пе рейти от выборочного контроля качества материалов и изделий к сплошному. Если выборочный контроль может реализовываться на базе разрушающих испытаний ограниченного количества изделий, то сплошной контроль различных свойств изделий возможен только на основе применения неразрушающих методов, т. е. методов, не на рушающих пригодности продукции к использованию.
Одной из основных причин, снижающих качество продукции, яв ляются скрытые дефекты, т. е. дефекты, не обнаруженные при уста новленных на данном предприятии контрольных испытаниях. Боль шая часть отказов изделий в начальный период их эксплуатации свя зана с проявлением скрытых дефектов производства. Дефекты про изводства приводят к отказам и на более поздних этапах эксплуата ции. Методы НК предусматривают выявление дефектов без повреж дения объектов, а часто даже без их разборки. Это достигается путем использования физических методов, связанных с воздействием на объект контроля различных веществ, физических полей, или же ре гистрацией этих полей, имитируемых самим контролируемым объек том. Особенно важное значение методы НК приобретают при провер ке качества объектов в процессе эксплуатации.
В связи с постоянным усложнением выпускаемой продукции и требованием постоянного повышения качества новой продукции рез ко увеличивается трудоемкость контрольных операций. Например, в авиационной и космической технике, судостроении и других отрас лях техники объем контролируемых операций составляет до 20 % от общих затрат труда на изготовление продукции. В строительстве жилых и промышленных многоэтажных зданий затраты на конт роль качества составляют 1–1,5 % от стоимости зданий, в котло строении – 1–2 %; в строительстве трубопроводов большого диамет
33
ра и большой протяженности (например, для транспортировки не фти и газа) – до 10 %. Но эти затраты быстро окупаются, так как благодаря проведению операций контроля на всех этапах изготовле ния и приемки продукции радикально повышается качество продук ции, увеличивается ее надежность, снижаются производственные и эксплуатационные расходы.
Однако возможности современных методов НК далеко не безгра ничны. Имеется ряд ограничений при использовании различных ме тодов, в некоторых ситуациях отдельные методы могут оказывать отрицательные воздействия на изделие, его составные элементы, структуру материала. От того, как и где будут применены те или иные методы, во многом зависит точность и однозначность результатов, получаемых при их применении.
Системой контроля называется совокупность средств контроля, исполнителей и объектов контроля, взаимодействующих по прави лам, установленным соответствующей нормативной документацией.
Средство контроля – техническое устройство, вещество или ма териал для проведения контроля.
Если средство контроля обеспечивает возможность измерения кон тролируемой величины, то контроль называется измерительным. Контроль, при котором первичная информация воспринимается по средством органов чувств без средств контроля, называется органо лептическим. Это чаще всего визуальный контроль. Также с помо щью органов чувств могут контролироваться запах (в парфюмерии), вкус (дегустация в виноделии).
Объект технического контроля – это подвергаемая контролю продукция, процессы ее создания, применения, транспортирования, хранения, технического обслуживания и ремонта, а также соответ ствующая техническая документация.
Объектами контроля являются предметы труда (изделия, матери алы, техническая документация), средства труда (оборудование пред приятий) и технические процессы.
Изделие – любой предмет или набор предметов производства, под лежащих изготовлению на предприятии.
Исполнители – это специалисты службы контроля или изготови тели продукции, обладающие правом самооценки (имеющие личное клеймо).
Методика контроля – совокупность правил применения опреде ленных принципов и средств контроля. Под принципами понимают физические, химические, биологические и другие явления, исполь зуемые для получения первичной информации об объекте контроля. В методику контроля входят также вопросы обработки этой инфор
34
мации. Методика излагается в документации на контроль – прави лах, по которым выполняют контроль, регистрируют и оценивают результаты контроля.
В методику контроля в общем случае входят разделы:
1)область применения методики;
2)цель контроля;
3)способ отбора и объем контролируемых выборок;
4)перечень контролируемых параметров и их нормы;
5)перечень необходимых средств контроля;
6)описание рабочего места для проведения контроля;
7)описание порядка выполнения каждого технологического пе рехода контрольной операции с указанием используемых приспособ лений, инструментов и пр.;
8)форма представления полученной первичной информации (со держание и вид документации, регистрирующей данные контроля);
9)правила обработки первичной информации и правила приня тия решений.
1.4.Общие методы контроля
Под принципами контроля понимают физические, химические, биологические и другие явления, используемые для получения пер вичной информации об объекте контроля. Например, оптический метод контроля (в зависимости от цели контроля) может быть осно ван на явлениях интерференции и рефракции, на принципе гологра фии. Соответственно, по способу получения первичной информации оптический контроль может быть интерференционным, рефрактомет рическим, голографическим, визуальным и др.
Методыконтроляопределяютправилапримененияопределенных принциповисредствконтроля,которые,всвоюочередь,зависятотцели контроля. Существуют прямые и косвенные методы контроля.
Прямые методы осуществляют достижение цели контроля не посредственными измерениями искомых характеристик объекта. Например, измерение силы тока, линейных размеров, скорости вра щения.
В основе косвенных методов заложена заранее установленная связь (детерминированная или вероятностная) измеряемых величин с искомыми показателями. Например, контроль температуры термо пары по измерению ее электрического сопротивления. При этом тем пература определяется по специальной таблице, устанавливающей детерминированную связь между электрическим сопротивлением и температурой термопары в зависимости от ее материалов. Качество и
35
режим функционирования аналоговых и цифровых схем могут быть косвенно оценены путем анализа электрических характеристик (шу мов, вольт амперных и вольт фарадных характеристик, тока потреб ления), полученных с помощью контроля через внешние выводы или с помощью зондового контроля.
Косвенные методы в ряде случаев оказываются единственно воз можными. Они являются наиболее перспективными, что обусловле но постоянным увеличением сложности объектов контроля, количе ства выполняемых ими функций, номенклатуры используемых ма териалов. Кроме того, косвенные методы позволяют реализовать ди станционный контроль.
Дистанционный контроль заключается в проведении контроли рующих операций при отсутствии доступа к объекту контроля. Не возможность доступа может быть обусловлена недосягаемостью объекта или опасной для человека окружающей средой вокруг (внут ри) объекта контроля. Чтобы осуществить дистанционный контроль, используются каналы передачи контрольной информации (механи ческие, акустические, оптические, электрические, химические, био логические и другие). Дистанционный контроль возможен, если по лучаемая с его помощью информация достоверна, т.е. погрешности, вносимые преобразователями информации и каналами ее передачи, существенно меньше величины контролируемого признака.
Методы контроля качества можно подразделить также на методы индивидуального и группового контроля. Методы индивидуально! го контроля позволяют оценить показатели качества каждого от дельного образца изделия, группового контроля – показатели сово купностей продукции, например, партий. Статистические вероятно стные методы контроля качества партий изделий позволяют выде лять из рассматриваемой совокупности – группы изделий с заранее заданными показателями качества.
К методам контроля предъявляется ряд требований.
1.Неразрушающее действие операций контроля, обеспечиваю щее достижение цели контроля без вскрытия и повреждения объекта
ипозволяющее продолжить эксплуатацию или испытания после про ведения контроля.
2.Точность и достоверность результатов контроля. Достовер ность контроля определяется как достаточно малое отличие измеря емой величины от ее истинного значения при заданном уровне дове рительной вероятности. Описываются понятиями доверительных интервалов, рисков потребителя и изготовителя (поставщика). Точ ность и достоверность результатов контроля в значительной степени определяются объемом полученных статистических данных.
36
Примечание. Доверительный интервал – интервал, в который с задан ной вероятностью (с доверительной вероятностью) попадает значение слу чайной величины.
Риск поставщика α есть вероятность принятия ложного решения о бра ковке хорошей партии (поставщик рискует понести неоправданные убытки).
Риск потребителя β есть вероятность принятия ложного решения о принятии плохой партии (понести убытки рискует потребитель);
3. Воспроизводимость результатов контроля, означающая, что при повторных результатах контроля тех же самых объектов будут получены совпадающие решения независимо от того, кто проводит контроль.
Примечание. Количественно воспроизводимость результатов контро ля описывается так называемой арбитражной характеристикой – веро ятностью положительного решения при контроле, организуемом изгото вителем, и отрицательного решения при контроле у потребителя, рассмат риваемой как функция показателей качества и планов контроля. Методы контроля должны обеспечивать малое значение арбитражной характерис тики при любых значениях контролируемого показателя качества;
4. Экономичность контроля, определяемая необходимыми зат ратами ресурсов (времени, энергетических и материальных затрат, труда, интеллекта и т. п.), идущими на обеспечение заданной досто верности получаемых результатов.
Примечание. Экономичность контроля определяется достигнутым по лезным эффектом (точностью, достоверностью результатов контроля), по лученным на единицу вложенных затрат;
5.Произвольное состояние объекта контроля (может находить ся во включенном или выключенном режиме, полностью собранном или технологически незавершенном виде, в исправном или отказо вом состояниях).
6.Возможность использования для контроля стандартных из мерительных средств и систем.
7.Обеспечение метрологического единства контрольных опера ций и математического аппарата обработки результатов измерений на различных этапах производства и эксплуатации объекта.
Для обеспечения качества и надежности продукции весьма эффек тивным является применение неразрушающих методов контроля.
Неразрушающий контроль качества изделий представляет собой процесс оценки характеризующих изделие свойств, признаков и па раметров, протекающий без их изменений и при сохранении ресурса изделия.
Методы НК основаны на использовании различных физических полей, излучений и веществ для получения информации о качестве исследуемых материалов и изделий. Физическую основу неразруша
37
ющих методов контроля составляют исследования физических ха рактеристик элементов конструкции изделия и обнаружения несо вершенства структуры.
Неразрушающий контроль качества включает в себя, помимо оцен ки значений непосредственно измеряемых характеристик изделия, диагностический НК качества изделий. Диагностический НК каче ства изделий – совокупность методов, позволяющих на основе опре деления и оценки косвенных признаков обнаруживать дефекты из делия, не выявленные путем непосредственных измерений. Диагнос тический НК позволяет на основе определения закономерностей, ха рактеризующих процессы зарождения и развития дефектов, оцени вать ресурс изделия. Эти методы реализуются в два этапа. Вначале анализируются механизмы отказа изделия – физические, физико химические, электрофизические и другие процессы, приводящие к выходу изделия из строя. Затем определяется зависимость между па раметрами, определяющими надежность изделия, и кинетикой дег! радационных процессов, участвующих в формировании механизма отказа.
Определяющей особенностью методов и средств НК изделий явля ется возможность обеспечения сплошного и непрерывного контроля выпускаемых изделий на всех этапах их производства и существова ния. Так, на различных стадиях производства НК применяется:
1. На стадии НИОКР по созданию новых изделий –
1)для получения необходимых данных, подтверждающих пра вильность выбранных решений;
2)для сокращения времени и объемов, необходимых для исследо ваний;
3)для отбора материалов и оборудования, обеспечивающих полу чение продукции необходимого качества с минимальными затра тами.
Примечание. На этом этапе выбирают оптимальные методы и средства контроля, разрабатывают основные технические требования к образцам и критерии приемки деталей.
2. На этапе производства и испытаний опытной партии деталей –
1)для отработки технологических процессов и конструкций;
2)при испытаниях изделий.
Примечание. По результатам контроля вносят изменения в конструк цию и технологические процессы с целью снижения материалоемкости и трудоемкости производства, повышения надежности и долговечности про дукции. На этом этапе устанавливают необходимые технические требова ния к НК качества изделий;
38
3. При производстве, испытаниях и гарантийном обслуживании серийной продукции –
1)для выявления соответствия материалов, полуфабрикатов и готовых изделий заданным техническим требованиям;
2)для целей управления и регулирования технологическими про цессами.
Примечание. Эффективность применения НК определяется сокраще нием суммарных затрат на разработку, производство и эксплуатацию про мышленной продукции.
Полученная в результате применения методов и средств НК каче ства изделий информация об источниках и причинах появления де фектов, о механизмах их развития во времени дает возможность реа лизовать в процессе производства заложенное разработчиком высо кое качество изделия путем:
–контроля качества исходных материалов и комплектующих из делий;
–корректировки режимов и условий технологических процессов изготовления изделий;
–отбраковки некачественных и ненадежных изделий;
–оптимизации разработки нового или усовершенствования вы пускаемого изделия с точки зрения его качества и надежности.
1.5. Испытания продукции
Основным источником получения объективной информации о качестве продукции, ее реальных свойствах, функционировании и причинах отказов являются экспериментальные исследования, ис пытания и результаты эксплуатации. Испытания являются особым видом контроля качества продукции.
Испытанием называется экспериментальное определение коли чественных и (или) качественных характеристик свойств изделия как результата его функционирования, воздействий и (или) моделирова ния воздействий [ГОСТ 16504–81].
Испытание – это техническая операция, заключающаяся в уста новлении одной или нескольких характеристик данной продукции, процесса или услуги в соответствии с установленной процедурой. Правила применения определенных принципов и средств испытаний составляют метод испытаний.
Объекты испытаний. Испытания проводят:
1. На образцах продукции (продукции в целом или ее части) – это натурные испытания, т.е. испытания на натурных изделиях.
39
Объектами испытаний могут быть материалы, детали машин, узлы, машины и целые технические системы, состоящие из множества ма шин и приборов. Широко распространены испытания отдельных ча стей деталей машин, например, испытания зуба зубчатого колеса на изгиб, испытания шейки вала на износ.
2.На макетах (упрощенном воспроизведении продукции для ис пытаний), изготовляемых из тех же или других специальных мате риалов в натуральную величину или в масштабе с применением тео рии подобия. Например, макеты самолетов для обдува в аэродинами ческой трубе, макеты подводных лодок для испытаний в бассейне.
3.На моделях (изделия, процесса), способных заменить продук цию или происходящий в ней процесс при испытаниях. Моделью для испытаний могут быть изделие, процесс, явление, математическая модель, находящиеся в определенном соответствии с объектом ис пытаний и/или воздействиями на него, и способные замещать их в процессе испытаний. Например, математическая модель процесса из нашивания детали, позволяющая с определенной точностью рассчи тать величину износа этой детали на любой момент времени; компь ютерная модель электрической цепи, позволяющая исследовать ре жимы ее работы; генератор механических колебаний, позволяющий моделировать внешние вибрационные воздействия на объект.
Испытания проводят как в процессе функционирования, так и при имитации условий эксплуатации, а также при воспроизведении определенных воздействий на продукцию по заданной программе. По результатам испытаний получают данные о характеристиках, опре деляющих свойства качества изделий, например, целевые (точность, устойчивость, мощность, быстродействие), конструктивные (проч ность, герметичность), эксплуатационные (грузоподъемность, ско рость движения) и другие, – т. е. производится оценка и контроль показателей качества продукции.
Общимтребованиемкиспытаниям является возможность срав нения их результатов. Только при соблюдении этого условия резуль таты испытаний могут быть использованы для получения законо мерностей общего характера. Поэтому испытания должны прово диться по единым методикам, с соблюдением единых норм.
В процессе испытаний изделие подвергается одному или несколь ким внешним воздействиям (силовым, вибрационным, тепловым, радиационным, химическим и т. д.). При этом производится измере ние интересующих исследователя свойств, характеристик, парамет ров или показателей качества изделия. Широкое распространение получили испытания машин и приборов на долговечность, виброус тойчивость, помехоустойчивость, коррозионную стойкость; испыта
40