Испытание и контроль качества в производстве

   Применяется  ко всем материалам, достаточно  хорошо проводящим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бетону и т.д.

   Первичные  информативные параметры – например, количество сигналов в единицу  времени, амплитудно частотный  спектр сигнала, локация места  возникновения упругих волн, время задержки прихода отраженного импульса.

   Методы

   1. По используемой  частоте различают:

   – Ультразвуковые  методы – используют упругие  волны ультразвукового диапазона  (с частотой колебаний выше 20 кГц). Эти волны возбуждаются и принимаются,  как правило, пьезопреобразователями. Учитывая сильное отражение ультразвука от тончайших воздушных зазоров, для передачи волн от пьезопреобразователя к изделию используют жидкостный контакт.

   – Методы, использующие звуковые частоты.  Для возбуждения волн звукового диапазона кроме пьезопреобразователей применяют ударное воздействие, а для приема – микрофоны.

   2. По характеру  взаимодействия с объектом различают:

   1) пассивные  методы – регистрируются упругие  волны, возникающие в самом  объекте:

   – Шумовибрационный – основан на том, что шумы работающего механизма позволяют судить о его исправности и неисправности и даже о характере неисправности.

   – Вибрационный  – регистрируется вибрация определенных  узлов механизма и оценивается работоспособность этих узлов.

   – Акустической эмиссии – использует упругие волны ультразвукового (реже – звукового) диапазона, появляющиеся в результате перестройки структуры материала, вызываемой: движением групп

дислокаций, возникновением и развитием трещин, аллотропическими превращениями в кристаллической решетке.

   2) активные  методы:

   – Ультразвуковой  – основан на использовании  результатов измерения интенсивности  пропускаемого контролируемым образцом или отраженного им ультразвукового сигнала. Для контроля используют стоячие волны (вынужденные или свободные колебания объекта контроля или его части) и бегущие волны по схемам прохождения или отражения. Метод используется для обнаружения трещин, раковин и других нарушений сплошности, а также для выявления неоднородностей структуры, плотности и т. д. внутри или на поверхности металлических, пластмассовых и др. деталей. Наилучшие результаты – при обнаружении больших резко очерченных изменений плотности или структуры в исследуемом образце, например, при обнаружении значительных по размерам трещин или пустот, определении границ раздела материалов, существенно различающихся по плотности.

   – Методы  колебаний – для измерения  толщин (при одностороннем доступе)  и контроля свойств материалов (модуля упругости, коэффициента  затухания).

   – Импедансный метод – основан на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом. Определяют: твердость материала изделия, податливость его поверхности (податливость улучшается под влиянием дефектов, близких к поверхности изделия).

   – Эхо метод, или метод отражения. Посланный ультразвуковой импульс отражается от нижней поверхности объекта или от дефекта, и по амплитуде и времени прихода отраженных импульсов судят

о дефекте. Метод  очень широко применяется для  дефектоскопии металлических заготовок и сварных соединений, контроля структуры металлов, измерения толщины труб и сосудов;

   – Метод  прохождения – им дефектоскопируют  изделия простой формы (листы), оценивают прочность бетона, дерева и др. материалов, в которых прочность коррелирует со скоростью звука.

   Развитие  акустического метода – по  следующим направлениям:

   1) разработка  новых способов обработки информации: очень перспективна вычислительная  ультразвуковая голография;

   2) разработка  бесконтактных преобразователей  – лазерных возбудителей и приемников, электромагнитно акустических преобразователей, основанных на возбуждении колебаний поверхности объекта внешним электромагнитным полем;

   3) отстройка  от шумов, главным образом связанных  с отражением упругих волн  от структурных неоднородностей, например, границ

кристаллов в  поликристаллическом материале;

   4) применение  специфических типов упругих  волн в твердом теле: поверхностных волн, волн в пластинах и стержнях;

   5) разработка  средств высокоточного измерения  скорости ультразвуковых волн.

 

                9. НК проникающими веществами

   Неразрушающий  контроль проникающими веществами  основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов контролируемого объекта.

   Применение: для обнаружения слабо видимых  невооруженным глазом поверхностных дефектов (капиллярные методы) и для выявления сквозных дефектов в перегородках (методы течеискания).

   Методы:

   1. Капиллярные  – основаны на капиллярном  проникновении в полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, скипидара), хорошо смачивающей материал изделия;

   2. Течеискания  – в полость дефекта пробное  вещество проникает либо под действием разности давлений, либо под действием капиллярных сил.

   К НК  проникающими веществами относится  люминесцентный метод. В его  основе лежит возможность видеть свет от люминесцирующих веществ, находящихся в полости дефектов. Метод обладает высокой чувствительностью и во многих случаях является единственно возможным для дефектоскопии немагнитных материалов. При помощи люминесцирующих веществ можно выявить поверхностные трещины шириной около 0,01 мм и глубиной до 0,02–0,03 мм. Если же наносить люминофор на изделие, помещенное в вакуум, то можно обнаружить и более мелкие дефекты, так как в вакууме из полости дефектов удаляется воздух, препятствующий заполнению их люминофором. Люминесцентный метод находит применение во многих отраслях производства, но особенно успешно его используют для контроля качества поверхностей закаленных и шлифованных изделий, например, режущего инструмента.

 

                  10. Сопоставление видов НК

   1. Многие  методы применимы для контроля  только определенных типов материалов. Так, радиоволновой и электроемкостный – для неметаллических, плохо проводящих ток материалов; вихретоковый, электропотенциальный – для хороших электропроводников; магнитный – для ферромагнетиков; акустический – для материалов, обладающих небольшим затуханием звука соответствующей частоты.

   2. Модификации  методов имеют различные области  применения:

измерение геометрических размеров, исследование химического состава и структуры, поиск несплошностей.

   3. По опасности  для обслуживающего персонала  выделяются радиационные методы. Определенную токсичность имеют  методы капиллярные и течеискания  при использовании некоторых  типов пробных веществ и ультрафиолетовых осветителей. Считается, что для остальных методов заметного влияния на здоровье обслуживающего персонала не установлено. Однако длительная работа с микроскопом (оптический вид контроля) приводит к ухудшению зрения; длительная работа по контролю шумов, вибраций – к ухудшению слуха.

   4. С точки  зрения возможностей автоматизации  контроля наиболее благоприятными являются   вихретоковый вид контроля;

   магнитные  методы с феррозондовыми, индукционными  и подобными им типами преобразователей;

   радиационный радиометрический метод;

   некоторые  виды тепловых методов.

   Главные  их преимущества заключаются  в отсутствии необходимости прямого  контакта преобразователя с изделием  и представлении информации о  дефектах в виде показаний  приборов. Перечисленным методам уступает ультразвуковой метод, для которого необходим акустический контакт преобразователей с изделием, например, через слой воды.

   Трудность  автоматизации других методов  заключается в необходимости  визуальной обработки информации  о дефектах, которую эти методы представляют.

   5. По стоимости  выполнения контроля к наиболее  дорогим относят методы радиографические итечеискания. Это связано с длительностью операций контроля, а также необходимостью капитальных

затрат на оборудование и помещения. Низка производительность также у капиллярного контроля.

   Например, затраты на проведение контроля  сварных соединений толщиной 10–20 мм ультразвуковым методом будут  в 3–5 раз меньше, чем радиационным. Преимущество будет возрастать с увеличением толщины сварных соединений.

   6. Сопоставлять  различные методы контроля можно  только в тех условиях, когда для контроля данного типа дефекта в данном материале возможно применение нескольких методов. Сопоставим методы контроля, применяющиеся для дефектоскопии металлических ферромагнитных материалов типа стали (здесь применимо большинство из рассмотренных методов). Проведем сравнение по глубине расположения дефектов, которые этими методами выявляются. Итак:

   – контроль  течеисканием – выявляются только  сквозные дефекты;

   – визуальные  и капиллярные методы – обнаруживаются  только

дефекты, выходящие  на поверхность (в том числе несквозные);

   – магнитные  и вихретоковые методы – обнаруживаются  как поверхностные, так и под поверхностные (залегающие на глубине в несколько мм) дефекты;

   – радиационные  и акустические методы – обнаруживаются  дефекты как поверхностные, так  и внутренние, но преимущественно  их используют для выявления внутренних.

   7. Специфические  особенности каждого метода делают  необходимым применение всех  рассмотренных видов контроля для нахождения дефектов продукции. Для контроля ответственной продукции

используют несколько  взаимно дополняющих и дублирующих  методов (например, тонкостенные трубы  для электростанций проходят вихретоковый, ультразвуковой и визуальный контроль).

 

          1.7. Выбор метода неразрушающего  контроля

  Выбор метода НК проводят в зависимости от вида дефектов.

   По своему  расположению различают: поверхностные,  подповерхностные и внутренние  дефекты несплошности.

   Макродефекты  в материалах возникают:

   – в  процессе производства, например, для  металлических материалов в процессе  плавки и литья (окисные пленки, шлаковые включения, «горячие»  трещины, усадочные рыхлоты, поры  и др.);

   – в  процессе формоизменения (трещины,  расслоения, рванины, закаты, утяжки, флокены, волосовины и др.);

   – в  процессе объемного и поверхностного  упрочнения (закалочные трещины, поверхностные трещины, поры, пузырьки, пережоги и др.);

   – в  процессе механической обработки  (шлифовочные трещины, прижоги, надиры, риски, надрезы, забоины и др.);

   – в  процессе правки и монтажа  (рихтовочные трещины, надрезы, риски и др.);

   – в  процессе сварки (сварочные трещины,  непровары, поры шлаковые и  металлические включения и др.);

   – в  процессе эксплуатации (усталостные трещины, местный наклеп, местная, общая и межкристаллическая коррозия и др.).

   В табл. 1.3 приведены сравнительные данные  о возможностях методов НК для выявления различных видов дефектов в металле.

   В табл. 1.4 приведены сравнительные данные  по выявлению дефектов типа нарушения сплошности различными видами НК.

   В табл. 1.5 дана оценка применяемости  методов НК при определении  размеров.

   В табл. 1.6 дана оценка применяемости  методов НК при определении  физико механических свойств  материалов.

 

Таблица 1.3. Оценка выявляемости дефектов в металле различными

             видами НК

 

                                                Вид НК

                                          ра          ка    вих

            Вид дефекта          опти          маг                акус

                                         диа         пил     ре

                                  че           нит                тиче

                                        цион         ляр   токо

                                 ский          ный                ский

                                         ный         ный    вый

Включения неметаллические,        0      4      0     0     2      4

шлаковые, флюсовые

Вмятины                           4      0      0     0     2      0

Волосовины                        0      0      5     0     3      0

Грубозернистость околошовной      0      0      0     0     2      4

зоны

Закаты                            2      0      0     2     3      3

Заковы                            2      0      2     2    3      3

Заливины                          4      0      0     0     2      0

К оррозия:

атмосферная межкристаллитная      3      0      0     3     4      4

атмосферная поверхностная         4      0      0     4     4      0

газовая высокотемпературная       3      0      0     4     4      4

межкристаллитная                  3      0      0     4     4      4

поверхностная                     3      0      0     4     4      0

Металлургические  дефекты          0      4      3     0     2      4

сварного шва

Нарушение диффузного              0      0      0     0     0      4

сцепления

Науглероживание                   0      0      4     0     4      0

Непровар                          0      3      3     0     0      4

Непроклей                         0      0      0     0     0      4

Непропай                          0      3      0     0     0      4

Неслитины                         2      2      0     0     2      3

Несоответствие заданной           0      0      3     0     4      0

структуре

Несоответствие заданной толщи     0      0      4     0     4      4

не закаленного слоя при  обра

ботке ТВЧ

Несоответствие заданному  значе    0      0      3     0     4      3

нию толщины цементированно

го, азотированного, оксидиро

ванного и других слоев

 

                            

                                                Продолжение табл. 1.3