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

ния материалов на прочность, твердость, устойчивость к воздей ствию агрессивных сред, ударную вязкость, усталость, истираемость. На многие виды испытаний существуют стандарты, устанавливаю щие условия испытаний, режимы, форму и размеры образцов, пере чень регистрируемых параметров и другие принципиальные сведе ния.

Испытания могут быть непрерывными или циклическими. В пер вом случае на протяжении всего периода испытаний, вплоть до отка за, образцы находятся под стабильной нагрузкой. При циклических испытаниях образцы периодически подвергаются воздействиям всех основных видов нагрузок: температуры, вибрации, влажности и элек трического напряжения. Поскольку на практике одновременное при ложение всех этих нагрузок затруднительно, испытываемые изде лия подвергаются воздействиям различных факторов последователь но, причем каждый из циклов включает все виды воздействий.

Испытанияклассифицируютсяв соответствии с ГОСТ 16504–81.

1.В зависимости от назначения испытания делятся на исследо вательские, контрольные, сравнительные и определительные.

1.1.Исследовательские испытания проводятся в соответствии

сконструкторской документацией в процессе экспериментальной отработки опытного изделия. Их цель – изучение определенных характеристик свойств объекта (его параметров, свойств и показате лей качества). Объектами испытаний могут быть как натурные об разцы, так и макеты. В процессе этих испытаний собирается инфор мация о свойствах материала или изделия, что необходимо для более полного и эффективного использования этих свойств в последующих разработках.

1.2.Контрольные испытания проводятся с целью контроля ка чества продукции, т. е. для контроля соответствия фактически дос тигнутого показателя качества заданному. Эти испытания проводят ся в процессе производства, эксплуатации и хранения продукции. По результатам этих испытаний выявляются и устраняются причи ны обнаруженного несоответствия и разрабатываются рекомендации по повышению качества. Объекты испытаний – только натурные об разцы.

Контрольные испытания не дают достаточных сведений о надеж ности продукции. Для определения надежности требуются специаль ные испытания – ресурсные (на долговечность), на безотказность, на сохраняемость и др.

Однако результаты контрольных испытаний могут быть исполь зованы не только для обнаружения явного брака. Статистически об работанный материал контрольных испытаний позволяет оценить

41

качество и стабильность технологического процесса, помогает нахо дить пути его улучшения. Каждый из параметров контрольных ис пытаний в известной мере характеризует состояние определенного участка технологического процесса.

Например, ток холостого хода асинхронного двигателя зависит от ве личины воздушного зазора между статором и ротором. Потери холостого хода связаны с качеством штамповки и сборки листовой стали. Сопротив ление первичной цепи характеризует качество намотки, натяжение обмо точного провода, колебания его диаметра. Сопротивление вторичной цепи зависит от качества заливки роторов и т. д.

Таким образом, надлежащая обработка и анализ материала контрольных испытаний позволяет управлять качеством процесса серийного производ ства электрических машин. Совершенствование технологического процес са ведет к уменьшению разброса характеристик и параметров машин,

кобщему повышению качества машин и их надежности.

1.3.Сравнительные испытания – испытания аналогичных по характеристикам или одинаковых объектов, проводимые в идентич ных условиях для сравнения характеристик их свойств.

1.4.Определительныеиспытания– испытания, проводимые для определения неизвестных ранее значений характеристик объекта с заданными точностью и (или) достоверностью, и, при необходимос ти, закона распределения случайной величины.

2. По этапам разработки продукции различают испытания: доводочные, предварительные, приемочные.

2.1.Доводочные – исследовательские испытания, проводимые в процессе разработки продукции с целью оценки влияния вносимых в нее изменений для достижения заданных значений показателей ее качества.

2.2.Предварительные – контрольные испытания опытных об разцов и/или опытных партий продукции с целью определения воз можности их предъявления на приемочные испытания.

2.3.Приемочные – контрольные испытания опытных образцов, опытных партий продукции или изделий единичного производства, проводимые соответственно с целью решения вопроса о целесообраз ности постановки этой продукции на производство и/или использо вания по назначению.

3. Испытания готовой продукции классифицируются следую щим образом.

3.1.Квалификационные – контрольные испытания установоч ной серии или первой промышленной партии, проводимые с целью оценки готовности предприятия к выпуску продукции данного типа в заданном объеме. (Т. е. разработано новое изделие и решается, бу дут его выпускать или нет.)

42

3.2.Предъявительские – контрольные испытания продукции, проводимые службой технического контроля предприятия изгото вителя перед предъявлением ее для приемки представителем заказ чика, потребителя или других органов приемки.

3.3.Приемосдаточные– контрольные испытания продукции при приемочном контроле.

3.4.Периодические – контрольные испытания выпускаемой про дукции, проводимые в объемах и в сроки, установленные норматив но технической документацией, с целью контроля стабильности ка чества продукции и возможности продолжения ее выпуска.

3.5.Инспекционные – контрольные испытания установленных видов выпускаемой продукции, проводимые в выборочном порядке с целью контроля стабильности качества продукции специально упол номоченными организациями.

3.6.Типовые – контрольные испытания выпускаемой продукции, проводимые с целью оценки эффективности и целесообразности вно симых изменений в конструкцию, рецептуру или технологический процесс.

3.7.Аттестационные– испытания, проводимые для оценки уров ня качества продукции при ее аттестации по категориям качества.

3.8.Сертификационные.

4. По условиям и месту проведения.

4.1.Лабораторные – испытания объекта, проводимые в лабора торных условиях.

4.2.Стендовые – испытания объекта, проводимые на испыта тельном оборудовании.

4.3.Полигонные – испытания объекта, проводимые на испыта тельном полигоне.

4.4.Натурные – испытания объекта в условиях, соответствую щих условиям его использования по прямому назначению, с непос редственным оцениванием или контролем определенных характери стик свойств объекта. Эти испытания (межведомственные, государ ственные) являются завершающими, их проводят на образцах, изго товленных по документации, передаваемой в серийное производство

иэксплуатацию, в условиях, максимально приближенных к услови ям реальной эксплуатации. Эти испытания дают наиболее полное представление о работоспособности и надежности элементов техни ческой системы и всей системы в целом.

4.5.С использованием моделей.

4.6.Эксплуатационные – испытания готовой продукции, про водимые при эксплуатации. По своей цели они относятся к исследо вательским испытаниям.

43

Как бы тщательно ни планировались испытания изделия, в лабо раторных условиях практически невозможно воспроизвести всё мно гообразие значений и различных сочетаний внешних воздействий, условий и режимов, встречающихся в реальных эксплуатационных условиях. Поэтому для изготовителя продукции информация, соби раемая в результате наблюдения за испытываемым изделием в про цессе его эксплуатации, является бесценной. Организовав оператив ный сбор и обработку информации о работе изделий в эксплуатаци онных условиях, изготовитель может быстро вносить необходимые изменения в конструкцию следующих партий продукции, совершен ствовать технологические процессы и разрабатывать новые улучшен ные модели.

Однако эксплуатационная информация обладает рядом суще ственных недостатков. Один из них – невозможность выделить влияние на работу изделия того или иного отдельно взятого внешне го фактора – температуры, скорости, нагрузки и др. Такое раздель ное исследование влияния внешних факторов бывает необходимо для разработки аналитических методов расчета.

Другим недостатком является слишком большая продолжитель ность сбора информации. Срок службы наиболее дорогих и сложных технических систем (станков, энергетических установок и др.) мо жет достигать нескольких десятков лет. Как правило, к концу этого срока изделие оказывается снятым с производства, и в связи с этим ценность собранной информации в значительной мере теряется.

С целью сокращения сроков получения информации о характери стиках свойств продукции применяются сокращенные или ускорен ные испытания.

5. По продолжительности испытания могут быть отнесены к од ному из трех классов: нормальные испытания, сокращенные или ус коренные (частный случай ускоренных испытаний – форсированные).

5.1. Нормальные – испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации о характеристиках свойств объекта в такой же срок, как и в предус мотренных условиях эксплуатации. Нормальные испытания про водятся при нагрузках на изделие, близких к номинальным. Досто инством этих испытаний является достоверность результатов, так как в процессе испытаний, по существу, воспроизводятся нормаль ные эксплуатационные условия. Их основной недостаток – продол жительность, и исследование устройств, обладающих большим ре сурсом, этим методом нежелательно. Несвоевременность поступаю щей информации снижает ее ценность и затрудняет оперативное уп равление качеством продукции.

44

5.2.Сокращенные – испытания, проводимые по сокращенной программе. Их продолжительность меньше, чем у нормальных ис пытаний. Они характеризуются отсутствием интенсификации дег радационных процессов и строятся на основе принципов уплотнения рабочих циклов или экстраполяции во времени (наработке). Сокра щение рабочих циклов допускается, если перерывы в работе не влия ют на скорость приводящих к отказам процессов. Экстраполяция по времени производится на основе модели отказов. К методам сокра щения длительности испытаний относятся: уплотнение испытаний во времени (сокращение холостых ходов и простоев, круглосуточная работа изделия и т. п.); одновременное испытание возможно боль шего числа изделий; выделение лидера – изделия, работающего не прерывно в наиболее тяжелых заданных условиях. Принципы орга низации сокращенных испытаний существенно сказываются на ка честве информации и снижают достоверность результатов.

5.3.Ускоренные – испытания, методы и условия проведения ко торых обеспечивают получение необходимой информации о характе ристиках свойств объекта в более короткий срок, чем при нормаль ных условиях.

В зависимости от способов сокращения времени выделяются три основных пути проведения ускоренных испытаний. Первый: испы тания, при которых режимы работы изделий соответствуют нормаль ным условиям, указанным в технической документации на эксплуа тацию, а сокращение времени достигается за счет использования ста тистических моделей. Второй: форсированные испытания с после дующим пересчетом результатов к нормальным условиям, при кото рых уменьшение времени достигается за счет интенсификации про цессов деградации. Третий: комбинированные испытания, исполь зующие первый и второй пути.

Сокращение времени получения информации при высокой досто верности результатов испытаний может быть достигнуто только пу тем проведения форсированных испытаний.

5.4.Форсированные – ускоренные испытания, основанные на ин тенсификации деградационных процессов, приводящих к отказу. Ин тенсификация деградационных процессов достигается за счет воздей ствия на изделие форсирующих (ускоряющих) факторов (воздей ствий).

Эффективность форсированных испытаний характеризуется ко

эффициентом ускорения kу, показывающим, во сколько раз быстрее протекают процессы деградации в режиме испытаний по сравнению с работой изделия в нормальном режиме

45

kу = Tн , Tф

где Tн, Tф – время, за которое оцениваются характеристики надежно сти изделия в нормальном режиме работы и при форсированных ис пытаниях соответственно.

При этом под нормальным режимом испытаний понимается ре жим, при котором ни одна из его составляющих Y{y1(t), y2(t), …, yn(t)} не выходит за границы значений, установленных в технической до кументации. Форсирование осуществляется ужесточением одной или нескольких составляющих режима, что приводит к интенсифика ции процессов перехода изделия в предельное состояние. При испы таниях механических устройств форсирования добиваются ужесто чением нагружения или характеристик окружающей среды за счет:

–увеличения частоты приложения нагрузок;

–ужесточения нагрузки давления, напряжения и т. д.;

–ужесточения внешних механических и кинематических факто ров (удары, вибрация, температура и т. д.);

–ужесточения воздействия рабочей среды (агрессивные среды, абразивные частицы и т. д.);

–воспроизведения спектра нагрузок, оказывающих превалирую щее влияние на основные качественные характеристики объекта.

Выбор режимов – один из наиболее ответственных этапов планирова ния форсированных испытаний. Форсированный режим должен отличаться от режима нормальной эксплуатации изделия, но в то же время оба режи ма должны быть определенным образом связаны как качественно, так и количественно.

Всякая интенсификация процессов разрушения или старения при водит к искажению истинной картины потери изделием работос пособности. Проведение форсированных испытаний осложняется еще и тем, что реальные условия нагружения любого объекта при его эксплуатации характеризуются спектром нагрузок вероятност ной природы.

Работа изделия в форсированных режимах может вызвать новые явления в процессах старения и разрушения, не характерные для ус ловий эксплуатации, и качественно изменить картину отказов. В этом случае приведение показателей качества к нормальным условиям ра боты изделия будет иметь формальный характер и может вызвать гру бые ошибки. Форсирование режимов допустимо лишь в пределах из вестного закона старения или разрушения материала изделия.

Основой проведения форсированных испытаний являются мето! ды теории подобия. Они применяются при постановке эксперимен

46

та, обработке опытных данных и указывают, как обобщать и рас пространять полученные результаты на другие объекты. При форси рованных испытаниях необходимо обеспечить подобие процессов возникновения отказа в нормальном и форсированном режимах функционирования изделия.

Для реализаций деградационного процесса, являющихся линей ными функциями времени, время работы изделия может быть пере считано с форсированного режима на нормальный по соотношению

Tн = bф Tф = kуTф, bн

где Tн, Tф – время работы изделия в нормальном и форсированном режимах; bн, bф – значения скорости разрушения в нормальном и форсированном режимах; kу – коэффициент ускорения (коэффици ент пересчета) испытаний.

Если реализации полуслучайного процесса деградации – нелиней ные функции времени, обычно применяется способ кусочно линей ной аппроксимации. Время работы изделия пересчитывается с фор сированного режима на нормальный по выражению

где Tiф – длина участка линеаризации в форсированном режиме; bi – угловой коэффициент секущей прямой, соответствующей i му участ ку линеаризации.

Итак, форсированные испытания позволяют сократить длитель ность испытаний в несколько раз, но для сложных изделий достовер ность их результатов снижается. Снижение достоверности проис ходит за счет того, что зависимости, полученные в форсированном режиме работы изделия (т.е. при повышенных нагрузках), пересчи тывают (экстраполируют) затем на нормальные условия работы изделия, т.е. в область номинальных нагрузок. При этом для раз!

ных узлов изделия коэффициенты пересчета являются разными

(своими собственными), так как для разных узлов изделия один и тот же форсирующий фактор по разному сказывается на скорости изменения их технического состояния.

6. По типу воздействия выделяют следующие испытания.

1)механические – испытания на воздействие механических фак торов;

2)климатические – испытания на воздействие климатических факторов (атмосферного давления, температуры, влажности, атмос

47

ферных осадков, тумана, солнечного излучения, ветра, пыли, песка

идр.);

3)термические – испытания на воздействие термических факто

ров;

4)радиационные– испытания на воздействие радиационных фак торов;

5)электрические – испытания на воздействие электрического напряжения, тока или поля;

6)электромагнитные – испытания на воздействие электромаг нитных полей;

7)магнитные – испытания на воздействие магнитного поля.

8)химические – испытания на воздействие специальных сред.

9)биологические– испытания на воздействие биологических фак торов.

7. По результату воздействия испытания подразделяют следу ющим образом.

7.1. Неразрушающие – испытания с применением неразрушаю щих методов контроля. Проводятся без разрушения или поврежде ния объекта. Включают все методы определения или измерения свойств или характеристик материалов, деталей или изделий, кото рые не ухудшают их эксплуатационную надежность (не изменяют качество изделий). Неразрушающими испытаниями нельзя получить информацию о надежности и долговечности изделия.

7.2. Разрушающие – испытания с применением разрушающих методов контроля. Преимущество разрушающих испытаний состо ит в том, что они дают возможность получить количественные ха рактеристики свойств изделий. Правда, при каждом испытании по лучают обычно только одну характеристику (например, для матери ала – предел выносливости, твердость и т. д.).

Этим испытаниям могут подвергаться образцы, заготовки, дета ли, узлы, изделия и технические системы в целом. Разрушающие испытания позволяют получать показатели назначения, надежнос ти и технологичности продукции. При разрушающих испытаниях детали подвергаются разрушению под действием механических на грузок или разрезаются, чтобы можно было исследовать деталь из нутри. К разрушающим относятся и испытания на надежность, так как в результате их расходуется ресурс исследуемого изделия (пол ностью или частично).

Естественно, что детали, которые в дальнейшем будут использо ваться в изделиях, не могут подвергаться испытаниям разрушаю щими методами; а если разрушающим испытаниям подвергаются сами изделия или системы, то после проведения испытаний они яв

48

ляются непригодными к дальнейшему их использованию по назна чению. Разрушающим испытаниям подвергаются не все изделия (ге! неральная совокупность), а небольшая их часть, называемая вы! боркой. В этом случае показатели качества изделия могут отличать ся от соответствующих статистических оценок вследствие ограни ченности и случайного состава выборки. Чтобы учесть это возмож ное отличие, вводится понятие доверительной вероятности. Довери тельная вероятность – вероятность того, что истинное значение оцениваемого параметра или числовой характеристики лежит в за данном интервале, называемом доверительным.

7.3. Испытания:

на стойкость;

на прочность – испытания, проводимые для определения значе ний воздействующих факторов, вызывающих выход значений харак теристик свойств объекта за установленные пределы или его разру шение;

на устойчивость – испытания, проводимые для контроля спо собности изделия выполнять свои функции и сохранять значения параметров в пределах установленных норм во время действия на него определенных факторов.

8. По определяемым характеристикам различают испытания.

8.1.На надежность – испытания, проводимые для определения или контроля показателей надежности в заданных условиях. Испы тания на надежность могут быть определительными и контрольны ми, нормальными и форсированными, и т. д.

8.2.На безопасность.

8.3.На транспортабельность – испытания, проводимые для определения или контроля показателей транспортабельности в за данных условиях.

8.4.Граничные испытания – испытания, проводимые для опре деления зависимостей между предельно допустимыми значениями параметров объекта и режимами эксплуатации.

8.5.Технологические испытания – испытания, проводимые при изготовлении продукции с целью оценки ее технологичности.

9. По получаемой информации (по объему выборки).

9.1.Групповые – испытания, проводимые групповыми методами оценки показателей качества. Результаты испытаний относятся к выборке, к партии; поскольку обработка групповых испытаний на надежность выполняется методами математической статистики, то для этой цели требуется значительное число образцов. Точность и достоверность результатов возрастает с увеличением количества ис пытываемых однотипных изделий.

49

9.2. Индивидуальные – результаты испытаний относятся к дан ному конкретному образцу с его индивидуальными особенностями.

10. По уровню проведения – государственные, межведомствен ные и ведомственные.

10.1.Государственные – испытания установленных важнейших видов продукции, проводимые головной организацией по государ ственным испытаниям, или приемочные испытания, проводимые государственной комиссией или испытательной организацией, кото рой предоставлено право их проведения.

10.2.Межведомственные – испытания продукции, проводимые комиссией из представителей нескольких заинтересованных мини стерств и/или ведомств, или приемочные испытания установленных видов продукции для приемки составных частей объекта, разраба тываемого совместно несколькими ведомствами.

10.3.Ведомственные – испытания, проводимые комиссией из представителей заинтересованного министерства или ведомства.

1.6. Виды неразрушающего контроля

Методы НК основаны на использовании различных физических полей, излучений и веществ для получения информации о качестве исследуемых материалов и изделий.

Согласно ГОСТ 18353–79 методы НК классифицируются в соот ветствии с физическимипроцессамивзаимодействияфизическогополя или вещества с объектом контроля (табл. 1.2). Виды НК выделяются с точки зрения физических явлений, на которых они основаны. Всего существует девять видов НК: 1) магнитный, 2) электрический, 3) вих ретоковый, 4) радиоволновой, 5) тепловой, 6) оптический, 7) радиа ционный, 8) акустический, 9) проникающими веществами.

Каждый из видов контроля подразделяют на методы по следую щим трем признакам.

1. Характер взаимодействия поля или вещества с объектом. Взаимодействие должно быть таким, чтобы контролируемый при знак объекта вызывал определенные изменения поля или состояния вещества.

Например, наличие несплошности (трещины, пористости, инородного включения в объекте) вызывает изменение прошедшего через нее излуче ния или проникновение в нее пробного вещества.

В некоторых случаях используемое для контроля физическое поле возникает под действием других физических эффектов, связанных с контролируемым признаком.

50