Дефекти продукції і їх виявлення

Конструкційні пластмаси (тобто вживані в конструкціях, на відміну від пластмас технологічного призначення, наприклад іонообмінних смол) - це матеріали на основі природних або синтетичних полімерів. Полімер - речовина, молекули якої складаються з великого числа ланок, що повторюються.

Найбільш поширені типи пластмас - це реактопласти, переробка яких у вироби супроводжується безповоротною хімічною реакцією, що призводить до утворення неплавких і нерозчинних матеріалів(прикладом їх є епоксидні смоли), і термопласти, які після формування виробу зберігають здатність до повторної переробки при підвищеній температурі.

Розрізняють ненаповнені  пластмаси(органічні стекла, плівки) і наповнені, в які введені інші речовини з метою зміни властивостей : підвищення міцності, теплостійкості, зменшення щільності. Пінопласт, поролон є пластмасами з повітряним наповненням.

Пластмаси випускають або  у вигляді напівфабрикатів(гранул, порошку, литної маси), або відформованими в заготівлі(листи, стержні, труби, плівки). Основні методи виготовлення виробів з напівфабрикатів - пресування у форму гранул або порошку, нагрітих до пластичного стану, литво у форму, литво під тиском, видування(для порожнистих виробів) і тому подібне. Із заготівель вироби отримують шляхом обробки тиском, різанням.

Сполучають пластмаси  найчастіше зварюванням(термопласти), склеюванням між собою і з  іншими матеріалами, застосовують також  різьбові з'єднання і напрессовку.

Композиційні матеріали, або композити, мають металеву, а  частіше неметалічну основу(її також  називають матрицею, єднальним)

Кераміка(від греч. keramos - глина) - каменевидні матеріали  неорганічного походження, що отримуються  спіканням(випаленням) змішаних з рідиною(пластифікованих) порошків або пластмас. Вироби з кераміки мають високу термостійкість, твердість, зносостійкість і широко застосовуються в електро- і радіопромисловості, будівництві, а останнім часом - в машинобудуванні.

Бетон(від франц. beton, від латів. bitumen - гірська смола) отримують після твердіння суміші з терпкої речовини, води, заповнювача і деяких добавок. В якості терпкого застосовують цемент, гіпс, силікати і інші речовини, в якості заповнювача найчастіше пісок, гравій.

Залізобетонні вироби випускають у вигляді блоків(панелей), що сполучаються між собою при будівництві. При твердеении блоків або монолітних конструкцій їх іноді піддають обробці парою при температурі 100 ... 200°С.

4. Дефекти неметалічних  матеріалів і їх виявлення

У пластмасі, кераміці, бетоні можуть виникати дефекти типу раковин і пухирів. Вони утворюються  в результаті нещільного набивання  форми при пресуванні і литві, при виділенні газів в результаті хімічної реакції. У цих матеріалах також зустрічаються включення у вигляді сторонніх речовин. Тріщини в пластмасі і композитах виникають під дією зовнішньої і внутрішньої напруги при термічній дії, пресуванні заготівель в готові вироби. У кераміці тріщини виникають при неправильному режимі випалення.

Можливий тип дефекту - це порушення хімічного складу, послаблення механічних властивостей в результаті порушень технології виготовлення.

Основний тип  дефекту в шаруватих пластиках, композитах - це розшарування, що виникають  в результаті перерв в литві або  при складанні пакетів з різнорідних матеріалів, забруднень поверхонь, що сполучаються. Дефектом є також зони пониженого або підвищеного вмісту в’яжучого. У армованих матеріалах, композитах, залізобетоні можливе нез'єднання в’яжучого з арматурою, неправильне розміщення арматури. Для листових матеріалів, оболонок з пластиків, композитів потрібно виміряти товщини шарів і виробу в цілому.

Контроль пластмас і композитів виконують із застосуванням  різноманітних методів ПК. Прозорі  матеріали(органічне скло, полістирол) контролюють візуальними методами.

Рентгенографирование  непрозорих пластмас дозволяє виявляти раковини і тріщини. Багатошарові і  волоконні композитні матеріали  контролюють, реєструючи просторовий  розподіл розсіяного в матеріалі  рентгенівського або гамма-випромінювання. Цим способом вимірюють товщину металевих шарів на пластиці, визначають зміст основного і зміцнюючого матеріалів в композитах, виявляють дефекти типу раковин в пластмасових і композитних блоках і оцінюють глибину залягання дефектів.

Нейтронну радіографію використовують для контролю деяких пластмас і шаруватих композитів. Виборче послаблення і уповільнення нейтронів використовують для контролю складу матеріалів, наприклад сильне розсіяння нейтронів на атомах водню дозволяє контролювати склад речовин на зміст цього елементу.

Активний тепловий метод  застосовують для дефектоскопії  заготівель і виробів із склопластика, текстоліту, фторопласту і багатошарових  конструкцій. Особливо ефективний тіньовий варіант з точковим джерелом випромінювання і скануючим інфрачервоним приймачем. У склопластику на глибині 5 ... 10 мм цим способом виявляють дефекти площею 10´10 мм з розкриттям в променевому напрямі 0,1 ... 1 мм.

Радиоволновий метод відображення і проходження застосовують для контролю листів і оболонок з різних діелектричних матеріалів типу пластмас, неметалічних композитів. Радиоволновый метод відображення застосовують також для виміру товщини діелектричних покриттів на металевій основі. Для дефектоскопії ефективний диференціальний метод(порівняння двох сусідніх ділянок). Для контролю діелектричних матеріалів застосовують електроємнісний метод.

Дуже ефективне застосування різних акустичних методів. Внутрішні  дефекти виробів нескладної форми(листи, тіла обертання) контролюють тіньовим методом. Для зменшення загасання застосовують знижені частоти(не більше 200 кГц), імпульсний эхометод на знижених частотах застосовують для контролю багатьох склопластиків.

Спеціально для контролю пластмас і багатошарових конструкцій  на дефекти типу розшарувань розроблений  цілий комплекс низькочастотних акустичних методів : імпеданс, велосиметрический вільних коливань, акустико-топографический, годографів. Ці методи дозволяють контролювати практично усі типи багатошарових конструкцій, у тому числі із стільниковим заповненням.

Бетон на внутрішні дефекти типу раковин контролюють тільки у відповідальних конструкціях. Застосовують гамма-графический і ультразвукові методи. Важливим показником якості бетону є його щільність. Для її контролю застосовують радіометрію. Вимірюють інтенсивність минулого випромінювання з використанням попереднього градуювання. Міцність бетону визначають по її кореляційному зв'язку із швидкістю поширення УЗ-хвиль.

5. Дефекти і  способи контролю з'єднань, заготівель  і деталей

З'єднання деталей  бувають рухливі, і нерухомі, тут розглядає тільки деякі типи останніх. Нерухомі з'єднання ділять на роз'ємні(розбірні) і нероз'ємні. Способи отримання нероз'ємних з'єднань - зварювання, пайка, клеїть, клепка. Практично усі роз'ємні з'єднання грунтовані на використанні сил тертя(різьбові з'єднання і пресові посадки). У газо- і гідрощільних конструкціях до з'єднань пред'являють вимоги герметичності.

У цих випадках на додаток  або замість розглянутих нижче  методів контролю з'єднання перевіряють методами пошуку витоку.

 

Мал.21. Дефекти типу непроклея в стільниковій панелі, виявлені

а - імпедансом(´ 0,5); би - акустико-топографическим  методами(´ 1)

Зварювання. Усі численні види зварювання розділяють на дві групи: зварювання плавленням і тиском. У першому випадку зварювані заготівлі розташовують на деякій відстані один від одного і здійснюють розплавлення кромок заготівель і заповнення оброблення присадним(зазвичай з електроду) або оплавленим основним металом. У другому випадку також можливе розплавлення кромок, але зварювання здійснюють при здавленні зварюваних заготівель.

Зварювання плавленням розділяють на види за способом підведення енергії : газова(горіння газів типу ацетилену, пропана; цей спосіб зварювання нині застосовують все рідше), електродуга(електричною дугою), електрошлакова(нагрівання шлаку-флюсу струмом, що протікає через нього), електронно-променева, плазмова, лазерна та ін.

Крім того, види зварювання розрізняють по способах захисту від атмосферного повітря зони дуги і металевої ванни : з допомога плавкого покриття електроду, флюсу(покриття, розчинювального оксиди), газів(аргону, вуглекислого газу), що відтісняють повітря, вакуумування. Найбільш поширеними видами зварювання є зварювання електродуги під флюсом і аргоново-дугове зварювання, а для великої товщини - електрошлакове зварювання. Швидко розвивається електронно-променеве зварювання.

Найбільш поширеним  видом зварювання тиском є контактне  стикове електрозварювання, в якому розплавлення металу кромок досягають за рахунок пропускання сильного струму через зварювані деталі і підвищеного електроопоу в місці контакту. Потім зварювані заготівлі сильно здавлюють - осаджують.

Точкове зварювання, коли зварюють окремі точки двох заготівель(пропускають струм через ті, що стискають метал електроди у вигляді металевих стержнів); роликове зварювання, при якому замість стержневих електродів для здавлення металу і пропускання струму застосовують катащиеся уздовж шва ролики.

До зварювання тиском відносять також зварювання тертям(обертання  деталей з подальшим осіданням), дифузійне зварювання(здавлення  у вакуумі добре пришліфованих  і очищених поверхонь), високочастотне зварювання(нагрів здавлених кромок струмами високої частоти) і інші види.

Кожному виду зварювання властиві свої характерні дефекти. Особливо сильно відрізняються дефекти зварювання плавленням і тиском. Для зварювання плавленням(ГОСТ 19232 - 73) властиві деякі  дефекти, характерні для литого металу: усадкові раковини, пори(іноді пори розташовуються ланцюжками, групами), включення(шлакові, флюси, окисні, сульфідні, металеві).

Особливо небезпечними дефектами є зварювальні тріщини, що виникають зазвичай в процесі  охолодження зварного з'єднання. Вони можуть з'явитися не лише в наплавленому металі, але також в основному металі з'єднання в зоні впливу на нього зварювального процесу(зона термічного впливу). Розрізняють тріщини подовжні і поперечні відносно осі шва, що розгалужені(павукоподібні), такі, що утворюють сітку.

Причинами виникнення перерахованих дефектів можуть бути: неправильний склад зварювальних матеріалів(електродів, флюсів); неправильна підготовка до зварювання(невірна форма оброблення; невірно вибрана відстань між  зварюваними заготівлями); порушення  режиму зварювання.

Багато великогабаритних виробів в процесі зварювання підігрівають до 200... 300°З, а безпосередньо  після зварювання поміщають в  піч для відпалу або відпустки, щоб зняти внутрішню напругу. Захолоджування виробів, як правило, призводить до утворення тріщин.

Дефекти формування зварного шва(зміщення кромок, підрізи, неправильна форма опуклостей) перевіряють  візуально або за допомогою шаблонів. Поверхневі несплошности виявляють  поверхневими методами. Для виявлення  внутрішніх і деяких поверхневих несплошностей застосовують радіаційні і ультразвук ковые методи. Ці ж методи використовують при контролі зварювання пластмас.

 

Ма.22. Дефекти зварних швів, виявлені рентгенографированием:

а - подовжня тріщина 1, пори 2, непроварення 3, би - поперечна  тріщина(´ 0,5)

У зварюванні тиском зустрічаються деякі дефекти, характерні для зварювання плавленням, наприклад  пори, зміщення кромок та ін. Специфічним дефектом зварювання тиском є злипання. Це крихке і неміцне з'єднання, зварюваних заготівель, окислене більшою чи меншою мірою. Воно виникає при недостатньо хорошому очищенні зварюваних поверхонь, недостатньому розплавленні металу кромок. Існують недозволені до теперішнього часу утруднення в створенні методів і засобів неруйнівного контролю таких дефектів.

Перспективний ультразвуковий метод, проте чітке  відображення ультразвуку вдається отримати лише від сильно окислених(темних в зламі) поверхонь. Тонке, світле в зламі злипання не дає відображення ультразвуку, достатнього для реєстрації такого дефекту. Злипання при точковому зварюванні листів вдається виявляти вихрето-ковыми дефектоскопами.

Відсутність грошових коштів виявлення злипань перешкоджає широкому застосуванню зварювання тиском при виготовленні відповідальних конструкцій, незважаючи на її дуже високу продуктивність.

Пайкою називають спосіб з'єднання металів шляхом заповнення проміжку між ними рідким відносно більше легкоплавким сплавом - припоєм, з освітою між паяним матеріалом і припоєм міцного зв'язку. Зчеплення між ними виникає в результаті дифузійної взаємодії матеріалу заготівлі і рідкого припою з подальшою кристалізацією припою.

Перед пайкою на обидві поверхні, що сполучаються, наносять тонкий шар припою - лудіння. Зазвичай для хорошого з'єднання припою з металом з поверхні останнього необхідно видалити шар оксиду. Це роблять за допомогою флюсу. Луджені поверхні здавлюють при температурі вище за температуру плавлення припою, а потім температуру зменшують, відбувається тверднення припою.

Основним типом дефекту  пайки є непропай. Він зазвичай викликається недостатньо ретельним  очищенням поверхонь, що припаюються, або порушенням температурного режиму пайки. Паяні з'єднання контролюють  ультразвуком, застосовуючи эхо-метод, тіньовий або низькочастотні методи, коли за допомогою пайки виготовляють багатошарові панелі. Ультразвуковий метод застосовують також для контролю процесу лудіння. Для цього применя¬ют акустичні хвилі, що поширюються уздовж поверхні(поверхневі хвилі).

Ділянки поверхні, що не з'єдналися з припоєм, викликають відображення поверхневих хвиль.

Клейове з'єднання отримують  за допомогою клею - в'язкого полімерного  матеріалу, що забезпечує з'єднання  деталей за рахунок адгезійного  зв'язку. Адгезія(від латів. adhaesio - прилипання) - зчеплення поверхонь різнорідних тел. Міцність клейового з'єднання забезпечується міцністю адгезії клею і матеріалів, що сполучаються, а також когезійною міцністю самого клею. Когезія(від латів. cohaesus - пов'язаний, зчеплений) - зчеплення(тяжіння) молекул в твердому тілі.