close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

cudarikova

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САНКТПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Е. В. Сударикова
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ
В ПРОИЗВОДСТВЕ
Часть 1
Учебное пособие
СанктПетербург
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 редакционноиздательским советов университета
в качестве учебного пособия
С89
Сударикова Е. В.
Неразрушающий контроль в производстве: учеб. пособие.
Ч. 1.; ГУАП. — СПб., 2007. — 137 с.: ил.
ISBN 5808802326 (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
ISBN 5808802326 (Ч. 1)
2
© ГУАП, 2007
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Роль и место операций неразрушающего контроля в системе техни
ческого контроля в промышленности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Качество продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Номенклатура показателей качества продукции и методы их
определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1. Номенклатура показателей качества . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2. Методы определения показателей качества продукции .
1.3. Технический контроль. Контроль качества продукции. Основ
ные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Общие методы контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Испытания продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6. Виды неразрушающего контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7. Выбор метода неразрушающего контроля . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8. Средства и устройства контроля качества продукции . . . . . . .
2. Организация и проведение неразрушающего контроля . . . . . . . . .
2.1. Организационная структура службы контроля . . . . . . . . . . . .
2.2. Стандартизация и метрологическое обеспечение . . . . . . . . . .
средств и методов контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Дефекты продукции и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1. Конструктивные дефекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2. Производственные дефекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3. Дефекты, возникающие при хранении и эксплуатации,
и их обнаружение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Влияние дефектов на работоспособность деталей . . . . . . . . . . .
2.5. Общие термины и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
8
8
14
14
26
27
35
39
50
66
92
97
97
100
100
105
106
107
107
120
130
134
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
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 НарИза, через 300 лет она
разрушилась снова, причины неизвестны),
– разрушения мостов (происходили изза 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, изза 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
изза 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
и т.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, изза 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 40–50х 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 гаммаизлучения 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» – СанктПетербург и дру
гих.
7
1. РОЛЬ И МЕСТО ОПЕРАЦИЙ
НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
В СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
1.1. Качество продукции
Под промышленной продукцией понимается совокупность продук
тов или отдельный продукт промышленного производства. Промыш
ленную продукцию подразделяют на два класса:
1й класс – продукция, расходуемая при использовании;
2й класс – продукция, расходующая свой ресурс.
В свою очередь, классы подразделяют на 5 групп.
К группе 1 относят сырье, природное топливо (полезные ископаемые,
естественные стройматериалы, драгоценные камни, минералы и т.д.).
К группе 2 – материалы (горючесмазочные материалы, материа
лы для текстильной, легкой, тяжелой и других промышленностей,
лесоматериалы, материалы электрической и радиотехнической про
мышленности и т.д.).
К группе 3 – расходуемые изделия (пищевые продукты, лекарства
и т.д.).
К группе 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.).
К группе 5 – ремонтируемые изделия (радиотехническое оборудо
вание, технологическое и испытательное оборудование самого раз
личного назначения, сельскохозяйственные и транспортные маши
ны, оптикомеханические системы и комплексы различного назна
чения и т.д.).
К первому 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 какоголибо 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, габаритновесовые характеристики и другие);
2) показатели надежности (характеризуют свойства безотказно
сти, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости продук
ции);
3) эргономические (определяют систему взаимодействия «чело
векизделие» с точки зрения удобства пользования изделием в соот
ветствии с антропометрическими и физиологическими особенностя
ми человека);
4) эстетические (красивонекрасиво);
5) показатели технологичности (трудоемкости, материалоемко
сти и другие);
6) стандартизации и унификации (коэффициенты применяемос
ти, повторяемости, взаимной унификации);
7) транспортабельности;
8) патентноправовые (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
В зависимости 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 (конструктивнотехноло
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 изза 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.
В процессе 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
Дефектом называется каждое отдельное несоответствие продук
ции установленным требованиям [ГОСТ 15467].
Дефектным называется изделие, имеющее хотя бы один дефект.
Дефекты классифицируются по следующим признакам:
1) по возможности обнаружения дефекты разделяют на явные (об
наружение которых возможно предусмотренными правилами, мето
дами и средствами контроля) и скрытые;
2) по возможности использования продукции – критические (дела
ют использование продукции практически невозможным или недопусти
мым), значительные (оказывают существенное влияние на возможность
или долговечность использования продукции), малозначительные;
3) по возможности устранения – устранимые (устранение кото
рых технически возможно и экономически целесообразно) и неуст
ранимые;
4) по причине возникновения можно выделить производственные
дефекты (появляются в процессе изготовления и сборки изделия) и
эксплуатационные (зарождаются и/или развиваются в процессе эк
сплуатации изделия).
Таким образом, дефекты возникают как в процессе производства,
так и в процессе эксплуатации.
Браком называется продукция, передача которой потребителю не
допускается изза наличия дефектов. Брак, все дефекты которого
являются устранимыми, называется исправимым. Брак возникает
в процессе производства.
Повреждением называется событие, заключающееся в наруше
нии исправного состояния объекта при сохранении работоспособно
го состояния [ГОСТ 27.002–89]. Повреждение возникает в процес
сах транспортировки и эксплуатации.
Отказом называется событие, заключающееся в нарушении ра
ботоспособного состояния объекта [ГОСТ 27.002–89]. Отказ возни
кает в процессе эксплуатации.
Производственный отказ – отказ, возникший по причине, свя
занной с несовершенством или нарушением установленного процес
са изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предпри
ятии [ГОСТ 27.002–89].
Исправным называется состояние объекта, при котором он соот
ветствует всем требованиям нормативнотехнической и (или) конст
рукторской (проектной) документации [ГОСТ 27.002–89].
Неисправным называется состояние объекта, при котором он не
соответствует хотя бы одному из требований нормативнотехни
ческой и (или) конструкторской (проектной) документации
[ГОСТ 27.002–89].
11
Работоспособным называется состояние объекта, при котором
значения всех параметров, характеризующих способность выполнять
заданные функции, соответствуют требованиям нормативнотехни
ческой и (или) конструкторской (проектной) документации
[ГОСТ 27.002–89].
Неработоспособным называется состояние объекта, при котором
значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность
выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нор
мативнотехнической и (или) конструкторской (проектной) докумен
тации [ГОСТ 27.002–89].
Работоспособный объект в отличие от исправного должен удов
летворять лишь тем требованиям нормативнотехнической и (или)
конструкторской (проектной) документации, выполнение которых
обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Рабо
тоспособный объект может быть неисправным, например, если он
не удовлетворяет эстетическим требованиям, причем ухудшение
внешнего вида объекта не препятствует его применению по назначе
нию.
Для сложных объектов возможны частично неработоспособные
состояния, при которых объект способен выполнять требуемые фун
кции с пониженными показателями или способен выполнять лишь
часть требуемых функций.
Для некоторых объектов признаками неработоспособного состо
яния, кроме того, могут быть отклонения показателей качества из
готавливаемой ими продукции. Например, для некоторых техноло
гических систем к неработоспособному состоянию может быть отне
сено такое, при котором значение хотя бы одного параметра качества
изготавливаемой продукции не соответствует требованиям норматив
нотехнической и (или) конструкторской (проектной) и технологи
ческой документации.
Переход объекта из одного состояния в другое обычно происходит
вследствие повреждения или отказа. Переход объекта из исправно
го состояния в неисправное работоспособное состояние происходит
изза повреждений.
Например, в магазин привезли новые стиральные машины. Все они
полностью соответствовали всем требованиям нормативнотехнической и
конструкторской (проектной) документации, т. е. были исправны. При
разгрузке одну машину ударили, и на ее корпусе появилась большая не
красивая вмятина – повреждение. Но бак с барабаном оказались не заде
ты, стекло люка не пострадало, с электроникой ничего не случилось. Ма
шина может делать все: стирать, полоскать, отжимать – т. е. она работос
пособна. Но изза наличия повреждения стала неисправной, так как пере
12
стала удовлетворять части предъявляемых к ней требований, налагаемых
документацией (в данном случае – конструкторской).
Понятие «неисправность» не может относиться к материалам и
веществам, а «дефект» – может.
Качество, неисправность, дефектность продукции определяют при
испытаниях и техническом контроле.
13
1.2. Номенклатура показателей качества продукции
и методы их определения
1.2.1. Номенклатура показателей качества
Номенклатура показателей качества в зависимости от конкретно
го вида продукции в общем случае содержит основные показатели,
представленные в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Применяемость показателей качества для продукции
различных групп
№ группы продукции
Показатели
Функционального на
значения
1
3
(сырье,
2
(расход
природ (матери
уемые
ное
алы)
изделия)
топливо)
4
(неремо
нтируе
мые
изделия)
5
(ремон
тируе
мые
изделия)
+
+
+
+
+
Надежности:
111безотказности
111долговечности
111ремонтопригодности
111сохраняемости
–
–
–
–
–
–
+*
+
–
–
+*
+
+
+
–
+
+
+
+
+
Эргономические
–
(+)
+
+
+
(+)
(+)
+
+
+
Технологические
+
+
+
+
+
Транспортабельности
+
+
+
+
+
Стандартизации и
унификации
–
–
(+)
+
+
Патентноправовые
–
(+)
+
+
+
Экологические
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
Безопасности
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
+
+
+
+
+
Эстетические
Экономические
111* Для изделий и материалов вместо показателей ремонтопригодности приме
няют показатели восстанавливаемости, к которым, например, относят: коэффи
циент восстановления значения показателя качества до заданного или исходно
го значения среднего времени воcстановления работоспособности и др.
111Примечание. Знак «+» означает применяемость, знак «–» — неприменяемость,
знак (+) — ограниченную применяемость соответствующих групп показателей
качества.
14
1. Показатели назначения
Показатели назначения характеризуют те свойства продукции,
которые определяют основные функции, обусловливающие область
ее применения.
Показатели назначения делятся на подгруппы: классификацион
ные, функциональные и технической эффективности, конструктив
ные, состава и структуры.
1.1. Подгруппа классификационных показателей характеризует
принадлежность продукции к конкретному виду, типу, классифика
ционной группировке и т.п. К данной подгруппе показателей можно,
например, отнести мощность турбовинтового двигателя, предел проч
ности стали, грузоподъемность транспортного устройства, коэффи
циент усиления и т.д.
1.2. Подгруппа показателей функциональной и технической эф
фективности определяет полезный эффект при эксплуатации про
дукции, а также прогрессивность технических решений, заложен
ных в продукцию. Для технических объектов эти показатели приня
то называть эксплуатационными. К данной подгруппе показателей
относятся показатели производительности (машины, станки, уст
ройства и т. д.); точности (показания прибора, позиционирования про
мышленного робота и т. д.); кучности стрельбы спортивного стрелково
го оружия; вольтамперные характеристики электроприборов и т.д.
1.3. Подгруппа, характеризующая конструктивные показатели,
определяет основные проектноконструкторские решения, удобство
монтажа продукции, приспособленность продукции к агрегатирова
нию и взаимозаменяемости. К этой подгруппе показателей относят
габаритновесовые характеристики (размеры), коэффициент эффек
тивности взаимозаменяемости, коэффициент сборности (блочности)
изделия и т.д.
1.4. Показатели, относящиеся к подгруппе состава и структуры,
определяют содержание в продукции структурных групп, химических
элементов и т.д. К показателям данной группы можно, например, от
нести процентное содержание компонент твердого, жидкого и газооб
разного топлива, процентное содержание основных компонент конст
рукционного материала, процент неметаллических и других вредных
посторонних включений в высококачественной марке стали.
2. Показатели надежности [ГОСТ 27.002–89]
Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установ
ленных пределах значения всех параметров, характеризующих спо
собность выполнять требуемые функции в заданных режимах и ус
ловиях применения, технического обслуживания, хранения и транс
портирования.
15
Надежность является комплексным свойством, которое в зависи
мости от назначения объекта и условий его применения может вклю
чать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняе
мость или определенные сочетания этих свойств. Каждое из этих
свойств оценивается с помощью соответствующих показателей.
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять рабо
тоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Показатели безотказности:
1) вероятность безотказной работы – вероятность того, что в
пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет [показа
тель безразмерный];
2) гаммапроцентная наработка до отказа – наработка, в тече
ние которой отказ объекта не возникнет с вероятностью γ, выражен
ной в процентах [в часах];
3) средняя наработка до отказа – математическое ожидание на
работки объекта до первого отказа [в часах];
4) средняя наработка на отказ – отношение суммарной наработ
ки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа
его отказов в течение этой наработки [в часах];
5) интенсивность отказов – условная плотность вероятности
возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до
рассматриваемого момента времени отказ не возник [безразмерная];
6) параметр потока отказов – отношение матожидания числа
отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его нара
ботку к значению этой наработки [безразмерный];
7) осредненный параметр потока отказов – отношение матожи
дания числа отказов восстанавливаемого объекта за конечную нара
ботку к значению этой наработки [безразмерный].
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное
состояние до наступления предельного состояния при установлен
ной системе технического обслуживания и ремонта. Показатели дол
говечности:
1) гаммапроцентный ресурс – суммарная наработка, в течение
которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью
γ, выраженной в процентах [в часах];
2) средний ресурс – матожидание ресурса [в часах];
3) гаммапроцентный срок службы – календарная продолжитель
ность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предель
ного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах [лет];
4) средний срок службы – матожидание срока службы [лет].
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в при
способленности к поддержанию и восстановлению работоспособного
16
состояния путем технического обслуживания и ремонта. Показате
ли ремонтопригодности:
1) вероятность восстановления – вероятность того, что время
восстановления работоспособного состояния объекта не превысит
заданного значения [безразмерная];
2) гаммапроцентное время восстановления – время, в течение
которого восстановление работоспособности объекта будет осуще
ствлено с вероятностью γ, выраженной в процентах [в минутах/ча
сах];
3) среднее время восстановления – матожидание времени восста
новления работоспособного состояния объекта после отказа [в мину
тах/часах];
4) интенсивность восстановления – условная плотность вероят
ности восстановления работоспособного состояния объекта, опреде
ленная для рассматриваемого момента времени при условии, что до
этого момента восстановление не было завершено [безразмерная];
5) средняя трудоемкость восстановления – матожидание трудо
емкости восстановления объекта после отказа [в часах].
Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных преде
лах значения параметров, характеризующих способности объекта
выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или)
транспортирования. Показатели:
1) гаммапроцентный срок сохраняемости – срок сохраняемос
ти, достигаемый объектом с заданной вероятностью γ, выраженной в
процентах [лет];
2) средний срок сохраняемости – матожидание срока сохраняе
мости [лет].
К комплексным показателям надежности относятся:
1) коэффициент готовности – вероятность того, что объект ока
жется в работоспособном состоянии в произвольный момент време
ни, кроме планируемых периодов, в течение которых применение
объекта по назначению не предусматривается [безразмерный];
2) коэффициент оперативной готовности – вероятность того,
что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный
момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых
применение объекта по назначению не предусматривается, и, начи
ная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного
интервала времени [безразмерный];
3) коэффициент технического использования – отношение мато
жидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособ
ном состоянии за некоторый период эксплуатации к матожиданию
суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоя
17
нии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ре
монтом за тот же период [безразмерный];
4) коэффициент сохранения эффективности – отношение значе
ния показателя эффективности использования объекта по назначе
нию за определенную продолжительность эксплуатации к номиналь
ному значению этого показателя, вычисленному при условии, что от
казы объекта в течение того же периода не возникают [безразмерный].
Все перечисленные показатели надежности введены в стандарт
согласно правилам статистической теории надежности. Область при
менения этой теории ограничена крупносерийными объектами, ко
торые изготавливают и эксплуатируют в статистически однородных
условиях и к совокупности которых применимо статистическое ис
толкование вероятности. Применение статистической теории надеж
ности к уникальным и малосерийным объектам ограничено единич
ными восстанавливаемыми (ремонтируемыми) объектами, в которых
в соответствии с технической документацией допускаются много
кратные отказы, для описания последовательности которых приме
нима модель потока случайных событий.
Кроме показателей надежности, являющихся статистическими
(групповыми) характеристиками, стандарт предусматривает также
временны′е понятия надежности, к которым относятся:
1) наработка, наработка до отказа, наработка между отказами
[в часах];
2) время восстановления [в минутах/часах];
3) ресурс, остаточный ресурс [в часах];
4) срок службы [лет];
5) срок сохраняемости [лет].
Временны′е понятия надежности имеют смысл также и для каждо
го отдельного образца продукции.
3. Эргономические показатели
Эргономические показатели определяют систему взаимодействия
«человек—изделие» (в частном случае «человек—машина») и харак
теризуют комплекс гигиенических, антропометрических, физиоло
гических и психологических свойств человека, которые проявляют
ся в производственных и бытовых процессах. Эти показатели делят
на подгруппы:
1) гигиенических показателей, которые используются при опре
делении соответствия изделия гигиеническим условиям жизнедея
тельности и работоспособности человека при его взаимодействии с
изделием (показатели освещенности, температуры, влажности, маг
нитного и электрического полей, запыленности, излучения, токсич
ности, шума, вибрации, перегрузок и т. д.);
18
2) антропометрических показателей, которые используются при
определении соответствия изделия размерам, форме и массе челове
ческого тела, взаимодействующего с изделием (показатели соответ
ствия конструкции изделия размерам человеческого тела и размерам
его отдельных частей, а также распределению массы человека);
3) физиологических и психофизиологических показателей, ис
пользуемых при определении соответствия изделия физиологичес
ким свойствам человека и особенностям функционирования его ор
ганов чувств (показатели, характеризующие соответствие изделия
возможностям человека воспринимать и перерабатывать информа
цию, соответствие изделия закрепленным и вновь приобретенным
навыкам человека и т. д.).
4. Эстетические показатели
Эстетические показатели определяют информационную вырази
тельность, рациональность формы, целостность композиции, совер
шенство исполнения продукции, а также стабильность товарного
вида. Эстетические показатели делят на подгруппы:
1) информационной выразительности (знаковости, оригиналь
ности, стилевого соответствия, соответствия моде);
2) рациональности формы (функциональноконструктивной обус
ловленности, эргономической обусловленности);
3) целостности композиции (организованности объемнопро
странственной структуры, текстоничности, пластичности, упорядо
ченности графических изобразительных элементов);
4) совершенства исполнения и стабильности товарного вида (чи
стоты выполнения контуров и сопряжений, тщательности покры
тий и отделки, четкости исполнения фирменных знаков и сопрово
дительной документации, устойчивости к повреждению).
5. Показатели технологичности
Показатели технологичности определяют свойства продукции обус
ловливать оптимальное распределение затрат материалов, денежных
средств, трудовых и временных ресурсов при технологической подго
товке производства, изготовлении и эксплуатации продукции.
Показатели технологичности подразделяют на основные и допол
нительные.
5.1. К основным показателям технологичности относят пока
затели трудоемкости, материалоемкости и себестоимости примени
тельно к любым видам промышленной продукции.
1) Суммарная (общая) трудоемкость продукции характеризует
ся количеством времени, затрачиваемым исполнителями на произ
водство единицы продукции. Суммарная (общая) трудоемкость
(в нормо или машиночасах)
19
k
T = ∑ ti ,
i =1
где ti – трудоемкость по iму виду работ (участкам, цехам) в техноло
гическом процессе изготовления изделия; k – число отдельных видов
работ (по участкам, цехам).
2) Структурная трудоемкость, являющаяся составным элемен
том общей трудоемкости, определяется путем суммирования трудо
емкости по рабочим местам, узлам и агрегатам, входящим в состав
технологически однородных видов работ (по участкам, цехам).
3) Удельная трудоемкость (в нормо или машиночасах) рассчи
тывается на единицу определяющего параметра данной группы про
дукции В (например, на один из показателей назначения, на 1 кг
массы, на 1 м3 объема, на 1 м габарита, длины и т. д.):
tуд = T / B.
4) Уровень затрат по трудоемкости определяется сравнительной
трудоемкостью
tcp = T / Tб,
где Tб – базовая трудоемкость по данному показателю технологично
сти изделия.
5) Относительная трудоемкость определяет долю трудозатрат
по определенному виду работ в суммарной (общей) трудоемкости:
tотн = ti / T,
где ti – трудоемкость по iму виду работ.
6) Суммарная (общая) материалоемкость продукции находится
по общей массе единицы продукции:
k
M = ∑ mi,
i =1
где mi – материалоемкость iй составной части продукции; k – общее
число составных частей продукции.
7) Структурная материалоемкость составной части продукции
mi характеризует затраты отдельных видов (типов, сортов, марок)
материалов и является составной частью суммарной (общей) мате
риалоемкости.
8) Удельная материалоемкость продукции mуд рассчитывается
на единицу определяющего параметра продукции В
mуд = M / B.
20
9) Сравнительная материалоемкость
mcp = M / Mб,
где Mб – базовая материалоемкость для некоторого базового изде
лия.
10) Относительная материалоемкость
mотн = mi / M.
11) Показателем технологичности конструкции является коэф
фициент использования материала для отдельных видов (типов,
сортов, марок) материалов
Kи.м = Mг / M0,
где Mг – масса материала готовой продукции; M0 – начальная масса
материала до изготовления изделия.
12) Суммарная (общая) себестоимость S обычно определяется
по отраслевым методикам и инструкциям; в самом общем виде она
включает в себя издержки на материал, заработную плату и ряд кос
венных расходов.
13) Структурная себестоимость Si определяет затраты по от
дельным видам работ, выполняемых на отдельных линиях, участ
ках, цехах, входящих в технологический процесс изготовления дан
ной продукции.
14) Удельная себестоимость продукции
Sуд = S / B,
где S – общая (суммарная) себестоимость единицы продукции; В –
определяющий параметр продукции.
15) Сравнительная себестоимость продукции
Scp = S / Sб,
где Sб – себестоимость базового образца продукции.
16) Относительная себестоимость продукции
Sотн = Si / S
определяет долю себестоимости, например, по отдельным линиям,
участкам, цехам в общей (суммарной) себестоимости.
5.2. К числу дополнительных показателей технологичности,
например, для технических объектов относят показатели назначе
ния типа состава и структуры, конструктивные показатели (напри
мер, коэффициент сборности) изделия и др.
6. Показатели стандартизации и унификации
Показатели стандартизации и унификации определяют насыщен
ность продукции стандартными, унифицированными и оригиналь
21
ными составными частями, а также уровень унификации продукции
с другими изделиями.
Для применения типовых методов расчета показателей качества
данной группы составные части изделий надо подразделять на стан
дартные, унифицированные и оригинальные. К стандартным состав
ным частям изделия относятся такие, которые выпускаются по госу
дарственным, республиканским или отраслевым стандартам. К уни
фицированным – такие, которые используются, по крайней мере, в
двух различных изделиях, выпускаемых одним предприятием. К ори
гинальным – составные части, разработанные только для данного
изделия.
К показателям стандартизации и унификации относятся коэффи
циенты применяемости, повторяемости, взаимной унификации для
групп и группы изделий.
1) Коэффициент применяемости составных частей изделий
Kпр = (n − no )/ n,
где п – общее число типоразмеров составных частей; nо – количе
ство типоразмеров оригинальных частей изделия.
2) Коэффициент повторяемости составных частей изделия
Kп = ( N / n)100 %,
где N – общее число составных частей изделия.
3) Коэффициент взаимной унификации для групп изделий
H
Kв.у =
∑ ni − z
i =1
H
∑ ni − nmax
⋅100%,
i =1
где ni – число типоразмеров составных частей в изделии; z – общее
число неповторяемых типоразмеров составных частей, из которых
состоит группа изделий; nmax – максимальное число типоразмеров
составных частей одного из изделий; Н – общее число рассматривае
мых изделий в группе.
4) Коэффициент унификации для групп изделий
m
Km =
∑ Kпр i DiCi
i =1
nΣ
∑ DiCi
i =1
22
,
где т – число изделий в группе; Kпрi – коэффициент применяемости
для iго изделия; Di – годовая программа выпуска iго изделия; Ci –
оптовая цена iго изделия.
При определении показателей унификации исключают из расчета
детали и сборочные единицы типа крепежных деталей (болты, вин
ты, шурупы и т. д.), пробки, заглушки и прочее.
7. Показатели транспортабельности
Показатели транспортабельности характеризуют приспособлен
ность продукции к транспортированию, т. е. перемещению в про
странстве, а также к подготовительным и другим операциям, свя
занным с транспортированием. Показатели этой группы выбирают
применительно к конкретному виду транспорта (железнодорожно
му, воздушному, водному, автомобильному и т. д.). Основные пока
затели транспортабельности определяют затраты на выполнение опе
раций транспортирования, а также подготовительные и другие опе
рации, связанные с транспортированием продукции. Наиболее пол
но транспортабельность определяется стоимостными показателями,
которые учитывают затраты основных видов ресурсов (материаль
ных, денежных, трудовых, временных), а также квалификацию и
число людей, выполняющих работы по транспортированию.
Основные показатели транспортабельности относятся к единице
продукции или к какойлибо определенной группе единиц продукции.
Чрезвычайно большое разнообразие видов продукции, а также
способов и средств ее транспортирования позволяют дать только при
мерный перечень показателей транспортабельности. К ним, напри
мер, можно отнести среднюю стоимость типовых операций при упа
ковывании данного вида продукции в определенную тару; среднюю
стоимость перевозки единицы определенной продукции на единицу
пути (например, на 1 км) конкретным видом транспорта (за вычетом
затрат на погрузку, укладку и разгрузку); среднюю продолжитель
ность разгрузки одной партии определенной численности конкрет
ного вида продукции из конкретного транспортного средства (само
лета, судна, железнодорожного вагона, автофургона) и т. д.
8. Патентно!правовые показатели
Патентноправовые показатели определяют патентную защиту и
патентную чистоту продукции; они характеризуют конкурентоспо
собность продукции на мировом рынке.
Официальными документами, которые определяют степень патен
тной защиты и патентной чистоты продукции, являются «Патент
ный формуляр» и «Карта технического уровня и качества промыш
ленной продукции», которые входят в состав единой конструкторс
кой документации (ЕСКД).
23
Группу патентноправовых показателей подразделяют на две под
группы: патентной защиты и патентной чистоты.
1) Показатель патентной защиты определяет степень защиты
изделия авторскими свидетельствами в Российской Федерации и
патентами в странах предполагаемого экспорта или продажи лицен
зий на отечественные изобретения. Показатель патентной защиты
n
s
mk Ni
,
i =1 Nio
Pп.з. = ∑ mj + ∑
j =1
где mj – индивидуальные коэффициенты весомости наиболее важных
составных частей изделия; mk – коэффициенты весомости для основ
ной или вспомогательной групп составных частей изделия; п – коли
чество наиболее важных составных частей в изделии; Ni – число со
ставных частей изделий основной и вспомогательных групп, защи
щенных авторскими свидетельствами в Российской Федерации или
патентами на отечественные изобретения в странах предполагаемого
экспорта; Niо – суммарное (общее) число учитываемых составных ча
стей изделия в основной и вспомогательной группах; s – количество
групп значимости.
2) Показатель патентной чистоты определяет степень вопло
щения в изделие, которое предназначено для реализации только внут
ри страны, технических решений, не подпадающих под действие вы
данных в РФ патентов исключительного права, а для изделия, пред
назначенного для реализации и за рубежом, технических решений,
не подпадающих также под действие патентов, выданных в странах
предполагаемого экспорта. Данный показатель позволяет судить о
возможности реализации изделия без препятствий в РФ и за рубе
жом. Показатель патентной чистоты
n
mk ( Ni0 − Niп )
,
NΣi
i =1
s
Pп.ч = ∑ mj + ∑
j =1
где mj – коэффициент весомости наиболее важных составных частей
изделий; mk – коэффициент весомости для основной или вспомога
тельных групп составных частей изделия; п – число наиболее важ
ных составных частей изделия, обладающих патентной чистотой;
Niп – суммарное (общее) число составных частей изделия в группе,
подпадающих под действие патентов, выданных в данной стране; s –
число групп значимости.
При определении патентноправовых показателей учитывают
лишь такие составные части изделия, которые достаточно весомо
24
влияют на уровень его технического совершенства и качества. По
значимости составные части изделия принято делить на три группы:
особо важные, основные и вспомогательные. Для двух последних
групп отраслевыми экспертными комиссиями устанавливаются груп
повые коэффициенты весомости, а для первой группы экспертами
устанавливаются индивидуальные коэффициенты весомости для
каждой составной части.
9. Экологические показатели
Экологические показатели определяют уровень вредных воздей
ствий на окружающую среду при производстве, эксплуатации и по
треблении продукции.
К экологическим показателям следует отнести содержание вред
ных компонентов, выбрасываемых в окружающую среду; вероятность
выбросов вредных компонентов (газов, жидкостей, различных излу
чений и т. д.) при производстве, транспортировании, эксплуатации и
использовании продукции и т. д.
Нормы на экологические показатели определяются стандартами,
рекомендациями и правилами ИСО и других международных орга
низаций, занимающихся вопросами охраны окружающей среды;
международными техническими регламентами и нормативами. Про
дукция, которая не отвечает принятым нормам по охране окружаю
щей среды, подлежит снятию с производства.
10. Показатели безопасности
Показатели безопасности определяют способность продукции обус
ловливать при ее эксплуатации и потреблении безопасность челове
ка (в частности, обслуживающего персонала).
К показателям безопасности следует отнести: вероятность безопас
ной работы человека в конкретных условиях в течение определенного
времени, время срабатывания блокировочных и защитных устройств,
электропрочность высоковольтных линий передач и т.д. К показателям
безопасности работы человека при санкционированных режимах эксп
луатации, потребления, монтажа, обслуживания, транспортирования и
хранения продукции могут быть отнесены также гигиенические показа
тели, входящие в группу эргономических показателей качества.
Нормы на показатели безопасности определяются:
– государственными стандартами по безопасности труда;
– нормами и правилами по технике безопасности, пожарной безо
пасности, радиационной безопасности, производственной санитарии
и т. д.;
– нормативами и документами ИСО, публикациями МЭК и других
международных организаций по стандартизации, международными
регламентами.
25
11. Экономические показатели
Экономические показатели представляют собой группу показате
лей, определяющих затраты на разработку, производство, эксплуа
тацию или потребление продукции. К ним относятся затраты денеж
ные, трудовые, материальные, временны′е на разработку, производ
ство и эксплуатацию продукции; себестоимость и трудоемкость про
изводства продукции; затраты по статьям калькуляции при произ
водстве продукции и т.д.
Народнохозяйственный эффект от улучшения качества продук
ции определяется общей (за весь срок службы) экономией и экономи
ей в производстве.
Таким образом, показатели качества позволяют количествен
но и всесторонне описать потребительские и иные свойства продук
ции. Они устанавливают требуемые качественные показатели и зна
чения количественных характеристик свойств продукции, что позво
ляет:
проверить продукцию на соответствие установленным нормам,
т. е. оценить качество готовой продукции;
произвести разбраковку готовой продукции и подразделить ее на
сорта;
сравнить аналогичную продукцию разных производителей.
1.2.2. Методы определения показателей
качества продукции
При определении показателей качества пользуются различными
методами: измерительными, регистрационными, органолептически
ми, расчетными, экспертными, социологическими, статистическими.
1. Измерительный метод определения показателей качества ос
нован на непосредственном их измерении с помощью соответствую
щих измерительных средств. Этим методом измеряют, например,
скорость автомобиля, самолета, массу изделия, вольтамперные ха
рактеристики прибора, частоту вращения ротора турбины и двигате
ля автомобиля и т.д.
2. Регистрационный метод заключается в использовании инфор
мации о подсчете конкретных событий, чисел, предметов, затрат ка
кихлибо ресурсов (денежных, трудовых, материальных, временны′х)
и т. д. Этим методом пользуются при подсчете полной группы собы
тий в моделях анализа качества и надежности изделий при непосред
ственном подсчете количества дефектных изделий в партии, а также
числа успешных испытаний в общем числе испытанных изделий
и т. д.
26
3. Органолептический метод использует информацию, получае
мую органами чувств человека (зрением, слухом, обонянием, осяза
нием, вкусом). Примеры применения органолептического метода:
визуальный внешний осмотр качества изделия, определение на слух
(по монотонности звука) четкости работы мотора трактора, автомо
биля, самолета и т. д., определение показателей качества пищевых
продуктов (на вкус или обонянием), определение эстетических или
эргономических показателей качества различной продукции (прибо
ров, оборудования, машин и т. д.).
4. Расчетный метод является самым распространенным. С его по
мощью рассчитывают показатели качества групп функционального
назначения, надежности и других.
5. Экспертный метод используется при определении эстетичес
ких, эргономических, патентной чистоты и других показателей. При
этом создаются специальные экспертные группы, в состав которых
входят различные специалисты: конструкторы, технологи, дизай
неры, товароведы и т. д. Наиболее часто применяются: устное или
письменное интервью, метод сценариев, морфологический анализ,
метод Дельфи, метод «мозговой атаки», метод комиссий.
6. Социологический метод применяется при определении качества
продукции потенциальными ее потребителями путем формирования
соответствующих мнений. Эти мнения формируются на основе уст
ных опросов или анкетвопросников, организаций специальных кон
ференций, выставок, аукционов и т. д.
7. Статистическим методом определяют показатели качества,
которые имеют вероятностную природу, например, показатели из
групп функционального назначения и надежности. При оценке по
казателей качества статистическими методами решают следующие
основные задачи:
– определяют законы распределения показателей качества;
– находят точечные и интервальные оценки показателей качества;
– сравнивают средние значения и дисперсии показателей качества
двух или нескольких единиц продукции с целью установления слу
чайного или закономерного расхождения исследуемых свойств;
– выявляют влияние различных факторов на те или иные показа
тели качества как в статике, так и в динамике.
1.3. Технический контроль. Контроль качества продукции.
Основные понятия
При производстве материалов и деталей неизбежно образуются
некоторые дефекты различного происхождения. Одни из них зарож
27
даются в процессе начальной стадии формирования детали (литье,
штамповка и т. п.); другие – при последующих операциях техноло
гического процесса (сварка, термическая и механическая обработка
и т. п.), причем некоторые дефекты по ходу технологического про
цесса могут уничтожаться (несоответствие структуры и др.), и на
оборот, при дальнейшей обработке к первоначальным дефектам ме
талла могут добавляться новые (например, трещины при термичес
кой обработке). В общем случае дефекты носят случайный характер,
и их случайные сочетания (при сборке изделия из деталей) определя
ют разброс показателей качества изготавливаемой продукции.
Основными дефектами в металлах являются раковины, трещи
ны, неметаллические включения, дефекты поверхности, несоответ
ствие размерам, химическому составу, механическим и физическим
свойствам, структуре. Из перечисленных дефектов каждый посвое
му влияет на служебные свойства изделий.
Техническим контролем называется проверка соответствия про
дукции или процесса установленным техническим требованиям, от
которых зависит качество продукции [ГОСТ 16504–81].
Сущность технического контроля сводится к получению инфор
мации о фактическом состоянии объекта контроля (материала, изде
лия, технической системы в целом), о признаках и показателях его
свойств и последующему сопоставлению полученной первичной ин
формации с заданными критериями (т. е. признаками), нормами и
требованиями. Причем рациональная организация контроля долж
на обеспечивать:
1) его профилактичность, т. е. систематическое предупреждение
и недопущение возникновения брака;
2) достаточную точность контроля, которая достигается соот
ветствующим выбором методов и средств;
3) объективность и надежность контроля;
4) использование его для совершенствования разработки, произ
водства и эксплуатации продукции.
Таким образом, технический контроль является важной частью
процесса управления качеством.
Важным свойством продукции с точки зрения технического конт
роля является ее контролепригодность – свойство конструкции или
изделия обеспечивать возможность, надежность и удобство ее конт
роля в процессе изготовления, испытания, технического обслужива
ния и эксплуатации.
Классификация видов технического контроля может быть про
изведена по следующим признакам.
1. В зависимости от этапа процесса создания продукции:
28
1) контроль проектирования – состоит в проверке технической
документации;
2) производственный;
3) эксплуатационный – различают входной, профилактический
(необязательный) и текущий (обязательный).
2. В зависимости от этапа процесса производства:
1) входной – включает в себя:
а) контроль продукции поставщика (материалов, полуфабри
катов, покупных изделий) на начальном этапе производства про
дукции,
б) контроль комплектующих изделий, поступающих от дру
гих участков (цехов) этого же предприятия или
в) контроль продукции, поступающей к потребителю на входе
эксплуатационного цикла;
2) операционный – контроль продукции или во время выполне
ния или после завершения технологической операции с целью своев
ременного предотвращения отступлений от требований конструктор
ской и нормативной технической документации при изготовлении
деталей, сборочных единиц;
3) приемочный – контроль готовой продукции с целью установле
ния пригодности к поставке или использованию бездефектных уком
плектованных изделий;
4) инспекционный – проводится с целью проверки эффективности
ранее выполненного контроля; оценивается фактический уровень
качества продукции и выдается соответствующий документ – серти
фикат;
5) выявление повторяющихся дефектов, их учет, анализ, уста
новление причин.
3. В зависимости от объема контролируемой партии продук
ции:
1) сплошной – проверке подвергаются все изделия, входящие в
контролируемую партию;
2) выборочный – проверке подвергается некоторая выборка от этой
партии.
4. По характеру воздействия на технологический процесс:
1) пассивный;
2) активный – предусматривается использование результатов
контроля для корректировки изготовления продукции.
Примечание к п. 2. Активный контроль – вид операционного контро
ля, который выполняется непосредственно в процессе изготовления про
дукции измерительными приборами, встроенными в технологическое
оборудование. Приборы активного контроля непрерывно дают показания о
29
величине контролируемого параметра и используются в качестве датчи
ков для автоматического управления процессом изготовления продукции.
Применение активного контроля позволяет значительно повысить произ
водительность технологического оборудования и исключить влияние
субъективного фактора на результаты контроля. Активный автоматизиро
ванный контроль с обратной связью применяется, например, для регули
рования зазора между валками в зависимости от измеряемой толщины
прокатываемого листа.
5. По характеру воздействия на объект:
1) разрушающий – проводится с целью установления основных
эксплуатационных свойств изделий путем определения предельных
значений показателей этих свойств; после проведения разрушающе
го контроля продукция к использованию непригодна (нарушается ее
целостность или расходуется часть ресурса);
2) неразрушающий – представляет собой процесс оценки характе
ризующих изделие свойств, признаков и параметров, протекающий
без их изменения и при сохранении ресурса изделия; может быть ос
нован как на оценке взаимодействия излучений и полей различной
физической природы с материалами объекта контроля, так и на изу
чении закономерностей деградационных процессов; после проведе
ния НК не нарушается пригодность продукции к использованию (не
нарушается ее целостность и не изменяются надежностные свойства).
Примечание к п. 5. При НК изделия, не имеющие дефектов, сохраня
ют свое качество, несмотря на то, что при НК на контролируемый (испы
тываемый) объект оказываются определенные воздействия, например, на
него воздействуют потоки протонов или нейтронов, избыточное давление,
электрическое или магнитное поля и др.
При разрушающем контроле изделие не сохраняет своего качества.
К разрушающим методам контроля относятся, например:
– испытания на растяжение (проводятся на разрывных испытатель
ных машинах: испытуемый образец растягивают со все возрастающей
силой и при этом фиксируют его деформацию) и сжатие (проводятся на
прессах или разрывных машинах – с применением реверсов),
– испытания на удар (по образцу ударяет маятник, при этом исследу
ется возможность хрупкого разрушения изделия),
– испытания при повторнопеременных нагрузках (зарождение, а за
тем и развитие усталостных трещин в поверхностном слое образца),
– испытания металлов при повышенных температурах, т.е. на жаро
прочность (при высоких температурах под воздействием постоянной на
грузки металлы медленно и непрерывно пластически деформируются –
свойство ползучести), и др.
Но в результате разрушающего контроля не обязательно имеет мес
то полное физическое разрушение изделия, может ухудшиться каче
ство, например, вследствие изменения характеристик изделия либо час
30
тичного 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 какихлибо 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;
гаммалучи 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
с разрушением: 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 какимлибо 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 научнотехнического 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.
Методы контроля определяют правила применения определенных
принципов и средств контроля, которые, в свою очередь, зависят от цели
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, вольтамперных и вольтфарадных 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
и позволяющее 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.
Общим требованием к испытаниям 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
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.
Испытания классифицируются в 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
с конструкторской 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,
к общему 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. Определительные испытания – 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 предприятияизгото
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
нотехнической 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
и эксплуатацию, 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 ф
T = kуT ф ,
н
b
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 кусочнолиней
ной аппроксимации. Время работы изделия пересчитывается с фор
сированного режима на нормальный по выражению
biф ф m
T = ∑ kуiTiф ,
н i
b
i =1 i
i =1
m
Tн = ∑
где Tiф – длина участка линеаризации в форсированном режиме; bi –
угловой коэффициент секущей прямой, соответствующей iму 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 поразному 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
и др.);
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 физическими процессами взаимодействия физического поля
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
Таблица 1.2. Классификация методов НК по ГОСТ 1835379
К лассификация методов НК
Вид
контроля
по характеру
взаимодействия
физических полей
с контролируемым
объектом
по первичному
информативному
параметру
по способу
получения
первичной
информации
Магнитный Магнитный
Kоэрцитивной
силы
Намагниченности
Остаточной
индукции
Магнитной
проницамости
Напряженности
Эффекта
Баркгаузена
Магнитопорошко
вый
Индукционный
Феррозондовый
Эффект Холла
Магнитографиче
ский
Пондеромоторный
Магниторезистор
ный
Электриче
ский
Электрический
Трибоэлектриче
ский
Термоэлектриче
ский
Электропотен
циальный
Электроемкост
ный
Электростатиче
ский порошковый
Электропарамет
рический
Электроискровой
Рекомбинацион
ного излучения
Экзоэлектронной
эмиссии
Шумовой
К онтактной раз
ности потенциа
лов
Вихретоко
вый
Прошедшего из
лучения
Отраженного из
лучения
Амплитудный
Фазовый
Частотный
Спектральный
Многочастотный
Трансформатор
ный
Параметрический
Радиовол
новый
Прошедшего
излучения
Отраженного
излучения
Рассеянного
излучения
Резонансный
Амплитудный
Фазовый
Частотный
Временной
Поляризацион
ный
Геометрический
Детекторный
(диодный)
Болометрический
Термисторный
Интерференцион
ный
Голографический
Жидких
кристаллов
Термобумаг
Термолюмино
форов
51
Продолжение табл. 1.2
К лассификация методов НК
Вид
контроля
по характеру
взаимодействия
физических полей
с контролируемым
объектом
по первичному
информативному
параметру
по способу
получения
первичной
информации
Фотоуправляемых
полупроводнико
вых пластин
К алориметриче
ский
Термометриче
ский
Теплометриче
ский
Пирометрический
Жидких кристал
лов
Термокрасок
Термобумаг
Термолюмино
форов
Термозависимых
параметров
Оптический ин
терференционный
К алориметриче
ский
Оптический Прошедшего из
лучения
Отраженного из
лучения
Рассеянного из
лучения
Индуцированного
излучения
Амплитудный
Фазовый
Временной
Частотный
Поляризацион
ный
Геометрический
Спектральный
Интерференцион
ный
Нефелометриче
ский
Голографический
Рефрактометриче
ский
Рефлексометриче
ский
Визуальноопти
ческий
Акустиче
ский
Амплитудный
Фазовый
Временной
Частотный
Спектральный
Пьезоэлектриче
ский
Электромагнитно
акустический
Микрофонный
Порошковый
Тепловой
52
Тепловой кон
тактный
К онвективный
Собственного из
лучения
Прошедшего из
лучения
Отраженного из
лучения (эхо
метод)
Резонансный
Импедансный
Свободных коле
баний
Акустикоэмис
сионный
Окончание табл. 1.2
К лассификация методов НК
Вид
контроля
по характеру
взаимодействия
физических полей с
контролируемым
объектом
по первичному
информативному
параметру
Радиацион Прошедшего из Плотности потока
ны й
лучения
энергии
Рассеянного из
Спектральный
лучения
Активационного
анализа
Характеристиче
ского излучения
Автоэмиссионный
по способу
получения
первичной
информации
Сцинтилляцион
ный
Ионизационный
Вторичных
электронов
Радиографический
Радиоскопический
К лассификация методов контроля проникающими веществами
(капиллярных и течеискания)
Молекулярный
Жидкостный
Газовый
Яркостный (ахро
матический)
Цветной (хрома
тический)
Люминесцентный
Люминесцентно
цветной
Фильтрующихся
частиц
Массспектромет
рический
Пузырьковый
Манометрический
Галогенный
Радиоактивный
К аторометриче
ский
Высокочастотного
разряда
Химический
Остаточных устой
чивых деформа
ций
111Примечание. Под видом НК понимают условную группировку методов НК ,
объединенную общностью физических принципов, на которых они основаны.
111При классификации по характеру взаимодействия физических полей или
веществ с контролируемым объектом подразумевается непосредственное взаи
модействие поля или вещества с контролируемым объектом, но не с проникаю
щими веществами.
111Под первичным информационным параметром подразумевается одна из ос
новных характеристик физического поля или проникающего вещества, регист
рируемая после взаимодействия этого поля или вещества с контролируемым
объектом.
53
Например, электродвижущая сила, возникающая при нагреве разно
родных материалов, позволяет контролировать химический состав мате
риалов (термоэлектрический эффект).
2. Первичный информативный параметр – конкретный пара
метр поля или вещества (амплитуда поля, время его распростране
ния, количество вещества и т. д.), изменение которого используют
для характеристики контролируемого объекта.
Например, наличие несплошности увеличивает или уменьшает амп
литуду прошедшего через нее излучения.
3. Способ получения первичной информации – конкретный тип
датчика или вещества, которые используют для измерения и фикса
ции выбранного информационного параметра.
Дефектоскопия – наука о принципах, методах и средствах обна
ружения дефектов. Под дефектоскопией понимают также комплекс
физических методов и средств выявления дефектов в материале заго
товок, полуфабрикатов и деталей (в том числе и деталей в сборе),
а также в сварных швах, клепаных и паяных соединениях и др.
1. Магнитный вид НК
Магнитный вид НК основан на анализе взаимодействия магнит
ного поля с контролируемым объектом. Использует свойство метал
ла быстро намагничиваться и размагничиваться или создавать раз
ную магнитную индукцию в местах дефекта.
Как правило, применяется для контроля объектов из ферромаг
нитных материалов (обнаружение поверхностных и скрытых дефек
тов). Процесс намагничивания и перемагничивания ферромагнитно
го материала сопровождается гистерезисными явлениями. Свойства,
которые требуется контролировать (химический состав, структура,
наличие несплошностей и др.), обычно связаны с параметрами про
цесса намагничивания и петлей гистерезиса.
Характер взаимодействия физического поля с объектом. Ис
пользуется намагничивание объекта и измеряются параметры, ис
пользуемые при контроле магнитными методами.
Информативные параметры:
1) магнитная проницаемость, намагниченность, остаточная на
магниченность – используются для характеристики материала фер
ромагнетика (например, для контроля степени закалки стали, ее
прочностных характеристик и других свойств);
2) намагниченность насыщения – используется для определения
наличия и количества ферритной составляющей в неферромагнит
54
ном материале (величина намагниченности насыщения тем больше,
чем больше содержание феррита);
3) сила, которую необходимо приложить, чтобы оторвать проб
ный магнит от объекта контроля – используется для оценки потока
магнитного поля (например, чтобы измерить толщину неферромаг
нитного покрытия на ферромагнитном основании);
4) напряженность магнитного поля – используется для измере
ния (другим способом) толщины неферромагнитного покрытия на
ферромагнитном основании;
5) градиент напряженности магнитного поля – используется для
выявления дефектов несплошности.
Методы магнитного контроля основаны на использовании маг
нитных полей, создаваемых путем намагничивания контролируемых
изделий. К ним относятся:
1. Индукционный – информацию о магнитной проницаемости и
ее изменении в зависимости от напряженности магнитного поля по
лучают с помощью катушки индуктивности. Применяется преиму
щественно для обнаружения раковин, непроваров и других скрытых
дефектов. Существенным недостатком индукционного метода конт
роля является его малая чувствительность к поверхностным дефек
там типа волосовин, шлаковых включений и т.д.
2. Магнитопорошковый – основан на использовании местного из
менения магнитной проницаемости, обусловленного дефектом. Инфор
мацию о наличии дефекта в поверхностном и подповерхностном слоях
ферромагнитного материала получают с помощью магнитного порош
ка. Этим способом можно выявить как поверхностные, так и внутрен
ние дефекты (резко выраженная структурная неоднородность, дефекты
сварочного шва, крупные раковины и включения). Глубина залегания
дефекта – не более 2–3 мм от поверхности, размер дефекта – от
0,5×2,5 мм. Частицы магнитного порошка располагаются вдоль линий
магнитной индукции поля рассеяния. Вблизи дефекта обнаруживается
градиент магнитного поля. Для надежного выявления дефект должен
пересекать линии магнитной индукции поля. Чувствительность мето
да зависит от способа намагничивания, вида и силы тока, глубины за
легания дефектов, размера ферромагнитных частиц порошка и т. д.
3. Магнитографический – вместо магнитного порошка для реги
страции рассеянного магнитного поля применяют магнитную ленту
(типа применяемой в магнитофонах, но более широкую). Считыва
ние сигналов о дефектах прибором, датчиком которого служит маг
нитная головка. Метод позволяет обнаруживать дефекты в более тол
стом поверхностном слое, но при этом теряется наглядность, прису
щая магнитопорошковому методу.
55
4. Феррозондовый – датчики типа феррозондов используют для
обнаружения полей рассеивания на дефектах и измерения магнит
ных характеристик материалов.
Развитие магнитного вида НК – по следующим направлениям:
1) изыскание способов отстройки от мешающих факторов;
2) изучение особенностей магнитных полей изделий сложной фор
мы, содержащих дефекты;
3) разработка новых высокочувствительных преобразователей;
4) использование потенциальных возможностей эффекта Баркга
узена (эффект Баркгаузена: высокоточное измерение кривой намаг
ничивания В(Н) показало, что она имеет скачкообразный характер в
области крутого подъема), а также таких магнитных эффектов, как
ядерный, электронный, магнитный резонансы.
2. Электрический вид НК
Электрический вид НК основан на регистрации параметров элект
рического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом
(это – электрический метод), или поля, возникающего в контроли
руемом объекте в результате внешнего воздействия (термоэлектри!
ческий и трибоэлектрический методы).
Первичные информативные параметры – электрические ем
кость или потенциал.
Методы
1. Емкостной – применяется для контроля диэлектрических или
полупроводниковых материалов. По изменению диэлектрической
проницаемости, в том числе ее реактивной части (диэлектрическим
потерям), контролируют химический состав пластмасс, полупровод
ников, наличие в них несплошностей, влажность сыпучих материа
лов и другие свойства.
2. Электрического потенциала – применяется для контроля про
водников. Измеряя падение потенциала на некотором участке, конт
ролируют толщину проводящего слоя, наличие несплошностей вбли
зи поверхности проводника. Электрический ток огибает поверхност
ный дефект, по увеличению падения потенциала на участке с дефек
том определяют глубину несплошности;
3. Термоэлектрический – применяют для контроля химического
состава материалов. Например, нагретый до заданной температуры
медный электрод прижимают к поверхности изделия и по возникаю
щей контактной разности потенциалов определяют марку стали,
титана, алюминия или другого материала, из которого сделано изде
лие.
56
4. Экзоэлектронной эмиссии — с использованием эмиссии ионов
с поверхности изделия под влиянием внутренних напряжений.
5. Электроискровой – по параметрам электрического пробоя из
меряются характеристики исследуемой среды.
6. Электростатического порошка – с помощью наэлектризован
ного порошка определяются дефекты в диэлектриках.
Развитие метода – интенсивное изучение мало используемых
методов:
1) экзоэлектронной эмиссии;
2) электроискрового;
3) электростатического порошка.
3. Вихретоковый вид НК
Вихретоковый вид НК основан на анализе взаимодействия элект
ромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнит
ным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте.
Практически в дефектоскопии используются вихревые токи с часто
той до 1 млн Гц.
Применяется только для контроля изделий из электропроводящих
материалов, в том числе цветных, немагнитных металлов (меди, лату
ни, алюминия и т. д.). Контролируются геометрические размеры изде
лий, определяются химический состав и структура материала изделия,
внутренние напряжения, изменения электропроводности металлов и
их магнитные свойства, обнаруживаются мельчайшие поверхностные
и подповерхностные (на глубине несколько мм) дефекты.
Принцип контроля. Вихревые токи возбуждают в объекте с по
мощью преобразователя в виде катушки индуктивности, питаемой
переменным или импульсным током. Приемным преобразователем
(измерителем) служит та же или другая катушка.
Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зави
сят:
– от геометрических размеров объекта,
– от электрических и магнитных свойств материала объекта,
– от наличия в материале несплошностей,
– от взаимного расположения преобразователя и объекта.
Это определяет большие возможности метода как средства конт
роля различных свойств объекта, но в то же время затрудняет его
применение, так как при контроле одного параметра другие являют
ся мешающими. Эти параметры нужно разделить.
Первичные информативные параметры – раздельно или совме
стно измеренные фаза, частота и амплитуда сигнала измерительного
57
преобразователя, контроль сигнала одновременно на нескольких
частотах, амплитудночастотный спектр.
Методы
1. Отраженного излучения.
2. Прохождения – возбуждающая и приемная катушки распола
гаются или с одной стороны, или по разные стороны от контролируе
мого объекта.
Развитие метода – по следующим направлениям:
1) изыскание путей контроля изделий сложной конфигурации и
многослойных объектов;
2) усовершенствование способов отстройки от мешающих пара
метров;
3) разработка многодатчиковых и многочастотных систем для
комплексного контроля свойств объекта.
4. Радиоволновой вид НК
Радиоволновой вид НК основан на регистрации изменений пара
метров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействую
щих с контролируемым объектом. Обычно применяют волны сверх
высокочастотного диапазона (СВЧ) длиной 1–100 мм.
Применяется для контроля изделий из материалов, где радио
волны не очень сильно затухают: диэлектрики (пластмассы, керами
ка, стекловолокно), магнитодиэлектрики (ферриты), полупроводни
ки, тонкостенные металлические объекты.
Первичные информативные параметры – амплитуда, фаза,
поляризация, частота, геометрия распространения вторичных волн,
время их прохождения и др.
Методы. По характеру взаимодействия с объектом контроля раз
личают методы: прошедшего, отраженного, рассеянного излучения
и резонансный.
5. Тепловой вид НК
Тепловой вид НК основан на регистрации изменений тепловых
или температурных полей контролируемых объектов.
Применяется для объектов из любых материалов.
Первичные информативные параметры – температура или теп
ловой поток. Они измеряются контактными или бесконтактными
способами. При бесконтактном способе передача теплоты происхо
дит в основном за счет радиации, т.е. излучения электромагнитных
волн в инфракрасной или видимой части спектра в зависимости от
58
температуры объекта. Наиболее эффективное средство бесконтакт
ного наблюдения, регистрации температурных полей и тепловых
потоков – сканирующий термовизор.
Методы. По характеру взаимодействия поля с контролируемым
объектом различают методы:
1. Пассивный или собственного излучения – на объект не воздей
ствуют внешним источником энергии. Измеряют тепловые потоки
или температурные поля работающих объектов. Неисправности про
являются в местах повышенного нагрева. Так выявляют места утеч
ки теплоты в зданиях, участки электрических цепей и радиосхем с
повышенным нагревом, находят трещины в двигателях и т.д.;
2. Активный – объект нагревают или охлаждают от внешнего
источника контактным или бесконтактным способом, стационарным
или импульсным источником теплоты и измеряют температуру или
тепловой поток с той же или с другой стороны объекта. Это позволя
ет обнаруживать несплошности (трещины, пористость, инородные
включения) в объектах, изменения в структуре и физикохимичес
ких свойствах материалов по изменению теплопроводности, тепло
емкости, коэффициенту теплоотдачи. Таким способом выявляют
участки с плохой теплопроводностью в многослойных панелях. Не
плотное прилегание слоев и дефекты обнаруживают как участки по
вышенного или пониженного нагрева поверхности панели.
6. Оптический вид НК
Оптический вид НК основан на наблюдении или регистрации па
раметров оптического излучения, взаимодействующего с контроли
руемым объектом.
Применяется очень широко благодаря большому разнообразию
способов получения первичной информации.
1. Наружный контроль. Возможность его применения не зависит
от материала объекта.
2. Контроль прозрачных объектов. Обнаружение макро и микро
дефектов, структурных неоднородностей, внутренних напряжений
(по вращению плоскости поляризации).
3. Использование интерференции позволяет с точностью до 0,1
длины волны контролировать сферичность, плоскостность, шерохо
ватость, толщину изделий.
4. Дифракцию применяют для контроля диаметров тонких воло
кон, толщины лент, форм острых кромок.
Первичные информативные параметры – амплитуда, фаза,
степень поляризации, частота или частотный спектр, время прохож
59
дения света через объект, геометрия преломления или отражения
лучей.
Методы
1) По характеру взаимодействия с контролируемым объектом
различают методы: прошедшего, отраженного, рассеянного и инду
цированного излучения (индуцированное излучение – оптическое
излучение объекта под действием внешнего воздействия, например,
люминесценция).
2) По способу получения первичной информации различают:
– органолептический визуальный контроль, с помощью которого
находят видимые дефекты, отклонения от заданных формы, цвета
и т. д.;
– визуальнооптический контроль – проводится с применением
инструментов:
– лупы, микроскопы, эндоскопы – для осмотра внутренних поло
стей;
– проекционные устройства – для контроля формы изделий, спро
ецированных в увеличенном виде на экран.
7. Радиационный вид НК
Радиационный вид НК основан на регистрации и анализе прони
кающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с кон
тролируемым объектом. Объект «просвечивается» рентгеновским или
гаммаизлучением, потоками нейтронов, электронов или протонов.
Теневое изображение объекта регистрируется на фотопленке (рент
генография, нейтронография и пр.) либо на специальном флюорес
цирующем или телевизионном экране (рентгеноскопия) с увеличени
ем изображения в необходимых случаях или с применением других
способов улучшения наблюдаемости дефектов.
Применение. Наиболее широко используются для контроля рен
тгеновское и гаммаизлучение (их можно использовать для контро
ля изделий из самых различных материалов, подбирая соответству
ющий частотный диапазон). Чем больше толщина изделия, тем бо
лее высокочастотное (более жесткое) излучение применяют для кон
троля: рентгеновское, гамма (от распада ядер атомов), жесткое тор
мозное (от ускорителя электронов – бетатрона, микротрона, линей
ного ускорителя). Предельное значение толщины стали, контроли
руемое с помощью жесткого тормозного излучения, – около 600 мм.
Первичный информативный параметр – плотность потока из
лучения: в местах утонений и дефектов плотность прошедшего пото
ка возрастает.
60
Методы
1. По характеру взаимодействия с контролируемым объектом
основным способом радиационного (рентгеновского и гамма) конт
роля является метод прохождения. Он основан на разном поглоще
нии ионизирующего излучения материалом изделия и дефектом.
2. В зависимости от природы ионизирующего излучения выделя
ют: рентгеновский, гамма, бета (поток электронов), нейтронный
методы контроля. Находят применение потоки позитронов: по сте
пени их поглощения определяют участки объекта, обедненные или
обогащенные электронами.
3. По используемому приемнику излучения выделяют:
– радиографический метод (приемник излучения – рентгеновская
пленка),
– радиометрический метод (приемник излучения – сканирую
щий сцинтилляционный счетчик частиц и фотонов),
– радиоскопический метод (приемник излучения – флюоресциру
ющий экран с последующим преобразованием изображения в телеви
зионное).
Примечание. Все рассмотренные виды контроля (магнитный, элект
рический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиаци
онный) основаны на применении электромагнитного излучения. Частота
колебаний повышалась от метода к методу.
При контроле магнитными и электрическими методами использова
лись постоянные или медленно меняющиеся поля.
В вихретоковом контроле частоты достигали мегагерцевого диапазо
на.
В радиоволновом – частота увеличилась до СВЧдиапазона (104÷1010 Гц).
В тепловом – частота увеличилась до частоты инфракрасного излуче
ния (1011÷4•1014 Гц).
В оптическом контроле – частота увеличилась до частоты оптического
излучения (частота видимого излучения 4•1014÷7,5•1014 Гц).
Рентгеновское и гаммаизлучения являются наиболее коротковолно
выми из всех, рассмотренных ранее: частота рентгеновского излучения
3•1017÷3•1020 Гц; гаммаизлучение имеет частоту 3•1018÷3•1021 Гц (дли
на волны 10–10÷10–13 м).
8. Акустический вид НК
Акустический вид НК основан на регистрации параметров упру
гих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте.
В отличие от всех ранее рассмотренных методов здесь применяют
и регистрируют не электромагнитные, а упругие волны, параметры
которых тесно связаны с такими свойствами материалов, как упру
61
гость, плотность, анизотропия (неравномерность свойств по различ
ным направлениям) и др. Акустические свойства твердых материа
лов и воздуха настолько сильно отличаются, что акустические вол
ны отражаются от тончайших зазоров (трещин, непроваров) шири
ной 10–6÷10–4 мм.
Применяется ко всем материалам, достаточно хорошо проводя
щим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бето
ну и т.д.
Первичные информативные параметры – например, количе
ство сигналов в единицу времени, амплитудночастотный спектр сиг
нала, локация места возникновения упругих волн, время задержки
прихода отраженного импульса.
Методы
1. По используемой частоте различают:
– Ультразвуковые методы – используют упругие волны ультра
звукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 кГц). Эти вол
ны возбуждаются и принимаются, как правило, пьезопреобразова
телями. 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, возни
кающие в само′м 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 ультразву
кового (реже – звукового) диапазона, появляющиеся в результате
перестройки структуры материала, вызываемой: движением групп
дислокаций, возникновением и развитием трещин, аллотропически
ми превращениями в кристаллической решетке.
2) активные методы:
– Ультразвуковой – основан на использовании результатов из
мерения интенсивности пропускаемого контролируемым образцом
или отраженного им ультразвукового сигнала. Для контроля исполь
зуют стоячие волны (вынужденные или свободные колебания объек
та контроля или его части) и бегущие волны по схемам прохождения
62
или отражения. Метод используется для обнаружения трещин, ра
ковин и других нарушений сплошности, а также для выявления нео
днородностей структуры, плотности и т. д. внутри или на поверхно
сти металлических, пластмассовых и др. деталей. Наилучшие резуль
таты – при обнаружении больших резко очерченных изменений плот
ности или структуры в исследуемом образце, например, при обнару
жении значительных по размерам трещин или пустот, определении
границ раздела материалов, существенно различающихся по плот
ности.
– Методы колебаний – для измерения толщин (при односторон
нем доступе) и контроля свойств материалов (модуля упругости, ко
эффициента затухания).
– Импедансный метод – основан на измерении режима колебаний
преобразователя, соприкасающегося с объектом. Определяют: твер
дость материала изделия, податливость его поверхности (податли
вость улучшается под влиянием дефектов, близких к поверхности
изделия).
– Эхо!метод, или метод отражения. Посланный ультразвуковой
импульс отражается от нижней поверхности объекта или от дефек
та, и по амплитуде и времени прихода отраженных импульсов судят
о дефекте. Метод очень широко применяется для дефектоскопии ме
таллических 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. материа
лов, в которых прочность коррелирует со скоростью звука.
Развитие акустического метода – по следующим направлени
ям:
1) разработка новых способов обработки информации: очень пер
спективна вычислительная ультразвуковая голография;
2) разработка бесконтактных преобразователей – лазерных воз
будителей и приемников, электромагнитноакустических преобра
зователей, основанных на возбуждении колебаний поверхности
объекта внешним электромагнитным полем;
3) отстройка от шумов, главным образом связанных с отражени
ем 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 ультра
звуковых волн.
63
9. НК проникающими веществами
Неразрушающий контроль проникающими веществами основан
на проникновении пробных веществ в полость дефектов контролиру
емого объекта.
Применение: для обнаружения слабо видимых невооруженным
глазом поверхностных дефектов (капиллярные методы) и для выяв
ления сквозных дефектов в перегородках (методы течеискания).
Методы:
1. Капиллярные – основаны на капиллярном проникновении в
полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, скипидара), хо
рошо смачивающей материал изделия;
2. Течеискания – в полость дефекта пробное вещество проникает
либо под действием разности давлений, либо под действием капил
лярных сил.
К НК проникающими веществами относится люминесцентный ме!
тод. В его основе лежит возможность видеть свет от люминесцирующих
веществ, находящихся в полости дефектов. Метод обладает высокой чув
ствительностью и во многих случаях является единственно возможным
для дефектоскопии немагнитных материалов. При помощи люминесци
рующих 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, пре
пятствующий заполнению их люминофором. Люминесцентный метод
находит применение во многих отраслях производства, но особенно ус
пешно 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; магнит
ный – для ферромагнетиков; акустический – для материалов, облада
ющих небольшим затуханием звука соответствующей частоты.
2. Модификации методов имеют различные области применения:
измерение геометрических размеров, исследование химического со
става и структуры, поиск несплошностей.
3. По опасности для обслуживающего персонала выделяются ра
диационные методы. Определенную токсичность имеют методы ка
64
пиллярные и течеискания при использовании некоторых типов проб
ных веществ и ультрафиолетовых осветителей. Считается, что для
остальных методов заметного влияния на здоровье обслуживающего
персонала не установлено. Однако длительная работа с микроско
пом (оптический вид контроля) приводит к ухудшению зрения; дли
тельная работа по контролю шумов, вибраций – к ухудшению слуха.
4. С точки зрения возможностей автоматизации контроля наибо
лее благоприятными являются:
вихретоковый вид контроля;
магнитные методы с феррозондовыми, индукционными и подоб
ными им типами преобразователей;
радиационный радиометрический метод;
некоторые виды тепловых методов.
Главные их преимущества заключаются в отсутствии необходи
мости прямого контакта преобразователя с изделием и представле
нии информации о дефектах в виде показаний приборов. Перечис
ленным методам уступает ультразвуковой метод, для которого необ
ходим акустический контакт преобразователей с изделием, напри
мер, через слой воды.
Трудность автоматизации других методов заключается в необхо
димости визуальной обработки информации о дефектах, которую эти
методы представляют.
5. По стоимости выполнения контроля к наиболее дорогим отно
сят методы радиографические и течеискания. Это связано с длитель
ностью операций контроля, а также необходимостью капитальных
затрат на оборудование и помещения. Низка производительность
также у капиллярного контроля.
Например, затраты на проведение контроля сварных соединений тол
щиной 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 мате
риале возможно применение нескольких методов. Сопоставим мето
ды контроля, применяющиеся для дефектоскопии металлических
ферромагнитных материалов типа стали (здесь применимо большин
ство из рассмотренных методов). Проведем сравнение по глубине рас
положения дефектов, которые этими методами выявляются. Итак:
– контроль течеисканием – выявляются только сквозные де
фекты;
– визуальные и капиллярные методы – обнаруживаются только
дефекты, выходящие на поверхность (в том числе несквозные);
65
– магнитные и вихретоковые методы – обнаруживаются как по
верхностные, так и подповерхностные (залегающие на глубине в не
сколько мм) дефекты;
– радиационные и акустические методы – обнаруживаются дефек
ты как поверхностные, так и внутренние, но преимущественно их
используют для выявления внутренних.
7. Специфические особенности каждого метода делают необходи
мым применение всех рассмотренных видов контроля для нахожде
ния дефектов продукции. Для контроля ответственной продукции
используют несколько взаимно дополняющих и дублирующих мето
дов (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, подповерх
ностные и внутренние дефектынесплошности.
Макродефекты в материалах возникают:
– в процессе производства, например, для металлических матери
алов в процессе плавки и литья (окисные пленки, шлаковые включе
ния, «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 шла
ковые и металлические включения и др.);
– в процессе эксплуатации (усталостные трещины, местный на
клеп, 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 де
фектов типа нарушения сплошности различными видами НК.
В табл. 1.5 дана оценка применяемости методов НК при определе
нии размеров.
В табл. 1.6 дана оценка применяемости методов НК при определе
нии физикомеханических свойств материалов.
66
Таблица 1.3. Оценка выявляемости дефектов в металле различными
видами НК
Вид НК
Вид дефекта
ра
опти
диа
че
цион
ский
ный
маг
нит
ный
ка
пил
ляр
ный
вих
ре
токо
вый
акус
тиче
ский
Включения неметаллические,
шлаковые, флюсовые
0
4
0
0
2
4
Вмятины
4
0
0
0
2
0
Волосовины
0
0
5
0
3
0
Грубозернистость околошовной
зоны
0
0
0
0
2
4
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
атмосферная поверхностная
газовая высокотемпературная
межкристаллитная
поверхностная
3
4
3
3
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
0
4
4
0
Металлургические дефекты
сварного шва
0
4
3
0
2
4
Нарушение диффузного
сцепления
0
0
0
0
0
4
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
структуре
0
0
3
0
4
0
Несоответствие заданной толщи
не закаленного слоя при обра
ботке ТВЧ
0
0
4
0
4
4
Несоответствие заданному значе
нию толщины цементированно
го, азотированного, оксидиро
ванного и других слоев
0
0
3
0
4
3
67
Продолжение табл. 1.3
Вид НК
Вид дефекта
ра
опти
диа
че
цион
ский
ный
маг
нит
ный
ка
пил
ляр
ный
вих
ре
токо
вый
акус
тиче
ский
То же — для гальванического
покрытия
0
0
4
0
4
0
Обезуглероживание
0
0
4
0
4
0
Окислы, плены, корочки
0
0
0
2
2
3
Перегрев
0
0
3
0
3
3
Пережог
0
0
3
0
3
3
Плены
3
0
0
0
0
0
Механические повреждения по
верхности
4
0
0
0
0
0
Газовая пористость
0
4
2
2
4
3
Прессутяжины
0
4
0
0
0
5
Прижоги
0
0
5
0
3
0
Пузыри газовые
0
0
0
0
0
3
Пятна мягкие
0
0
0
0
4
0
Разнотолщинность (листов)
0
3
3
0
3
5
Разностенность прессованных
или тянутых полуфабрикатов в
поперечном сечении
0
3
3
0
3
5
То же — для труб, полок, профи
лей в продольном направлении
0
1
3
0
3
5
Разрывы внутренние
0
1
0
0
0
4
Раковины усадочные
0
4
0
0
0
4
Расслоения
0
0
0
0
0
4
Рыхлота усадочная
0
4
0
2
0
3
Расслоения:
111деформационные
111продольного шва
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
4
4
Растрескивание коррозионное под
напряжением
0
0
3
4
4
4
Растрескивание при хранении
3
0
4
4
4
4
68
Окончание табл. 1.3
Вид НК
Вид дефекта
ра
опти
диа
че
цион
ский
ный
маг
нит
ный
ка
пил
ляр
ный
вих
ре
токо
вый
акус
тиче
ский
Рванины
5
0
0
4
4
4
Риски
4
0
0
4
4
2
«Скворечники»
2
4
0
0
2
4
Структура грубозернистая
0
0
3
0
3
3
0
0
0
3
0
0
2
3
0
0
0
0
3
3
0
0
0
2
0
4
4
0
5
0
2
3
4
3
2
3
4
3
4
5
2
0
0
4
3
2
4
5
0
4
5
2
4
3
4
2
2
4
5
2
4
5
4
4
3
4
4
4
4
5
5
4
3
3
2
0
0
3
3
0
0
4
0
5
4
4
2
5
4
4
2
4
4
4
4
0
Микротрещины закалочные
0
0
0
3
3
1
Флокены
0
0
4
0
0
4
Трещины:
111водородные
111горячие
111клепаных соединений
111контактные
111отделочные
111отслаивания
111поверхностные, внутренние
111ползучести
111рихтовочные, монтажные
111сварочные
111термические (в том числе за
111калочные)
111термической усталости
111усталостные
111холодные
111шлифовочные
111Примечание. Оценка видов НК : 5 — отличная, 4 — хорошая, 3 — удовлетво
рительная, 2 — нерекомендуемый вид НК , 0 — неудовлетворительная.
69
Таблица 1.4. Оценка выявляемости дефектов типа нарушения
сплошности различными видами НК
Вид НК
Объект контроля
ра
акус
диа
тиче
цион
ский
ный
вих
рето
ко
вый
маг
нит
ный
ка
пил
ляр
ный
теп
ловой
опти
че
ский
ра
дио
вол
новой
Неферромагнитные
материалы
Проволока диамет
ром, мм:
111от 0,01–1
1111–14
0
4
5
5
5
5
0
0
0
0
3
0
4
4
0
0
Прутки диаметром,
мм:
1113–40
11130–100
5
5
5
5
5
5
0
0
0
0
0
0
4
4
0
0
Трубы диаметром,
мм:
1113–30
11130–156
111156–1000
4
5
5
5
5
5
5
5
5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
4
4
0
0
0
Листы, плиты тол
щиной, мм:
0,01–1
0,1–3,9
4–10 и более
4
5
5
5
5
5
5
5
5
0
0
0
4
4
4
3
0
0
4
4
4
3
0
0
Сортовой прокат
5
5
4
0
4
0
4
0
Отливки
5
4
3
0
5
0
4
0
Металлургические
заготовки (слябы,
слитки)
5
4
0
0
5
3
4
0
Проволока
4
5
5
5
0
3
4
0
Прутки диаметром,
мм:
1113–40
11130–100
5
5
5
5
5
5
5
5
0
0
0
0
4
5
0
0
Трубы сварные
диаметром, мм:
1113–30
11130–156
111159–1000
4
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
4
4
4
0
0
0
4
4
4
0
0
0
Ферромагнитные
материалы
70
Продолжение табл. 1.4
Вид НК
Объект контроля
ра
акус
диа
тиче
цион
ский
ный
вих
рето
ко
вый
маг
нит
ный
ка
пил
ляр
ный
теп
ловой
опти
че
ский
ра
дио
вол
новой
Листы, плиты
толщиной, мм:
1110,01–1
1110,1–3,9
1114–10 и более
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
4
4
4
4
3
0
0
4
4
4
3
0
0
Сортовой прокат
5
5
4
5
4
0
4
0
Отливки
5
4
0
4
4
0
4
0
Металлургические
заготовки (слябы,
слитки)
5
4
4
3
4
4
4
0
Резина
5
4
0
0
4
0
4
5
К ерамика, металло
керамика
5
4
0
0
4
3
4
5
Бетон, железобетон
5
3
0
0
4
0
4
5
Монокристаллы
3
4
0
0
0
5
4
5
Многослойные ма
териалы
4
5
0
0
0
3
0
5
Стекло
3
4
0
0
0
3
5
3
Стеклопластики
3
4
0
0
5
5
5
5
Сварные
5
5
3
5
4
3
0
0
Клееные
3
5
0
0
4
4
4
5
Диэлектрики
Соединения
Паяные
5
5
3
0
3
3
0
0
Резьбовые
0
0
3
5
4
0
0
0
Железнодорожные
рельсы
3
5
3
4
3
0
0
0
Многослойные
конструкции из
пластиков и стек
лопластиков
3
1
3
0
0
3
0
4
Детали и изделия
71
Окончание табл. 1.4
Вид НК
Объект контроля
ради
акус
аци
тиче
он
ский
ный
вих
рето
ко
вый
маг
нит
ный
ка
пил
ляр
ный
теп
ловой
опти
че
ский
ра
дио
вол
новой
Радиоэлектронные
схемы и детали
4
0
0
0
0
5
3
4
Электровакуумные
приборы
4
0
0
0
0
3
3
3
Котлы и реакторы
5
4
4
3
4
3
4
0
111Примечание. Оценка вида НК : 5 — отличная, 4 — хорошая, 3 — удовлетво
рительная, 0 — неудовлетворительная.
Таблица 1.5. Оценка применяемости видов НК при определении размеров
Вид НК
Объект контроля
ра
ради
акус
дио аци
тиче
вол
он
ский
новой ный
вихре
токо
вый
маг
нит
ный
теп
ловой
опти
че
ский
Проволока диаметром, мм:
1110,01–1
1111–14
4
3
0
0
3
3
5
5
4
3
3
5
0
4
Прутки диаметром, мм:
1113–40
11130–100
3
3
0
0
3
3
5
5
4
4
5
5
5
5
Трубы диаметром, мм:
1113–30 (t = 0,1 – 10)
11130–156 (t = 0,1 – 52)
111156–1000 (t = 3 – 300)
3
3
4
0
0
0
3
3
3
5
5
5
4
4
4
4
4
4
5
5
5
Листы, плиты толщиной,
мм:
1110,01–1
1110,1–3,9
1114–10 и более
5
4
3
0
0
0
3
3
3
5
5
5
4
4
4
5
5
5
5
5
5
Сортовой прокат
0
0
3
5
3
5
5
Отливки
0
0
3
5
0
4
4
Металлургические заго
товки (слябы, слитки)
0
0
3
5
0
5
4
Неферромагнитные мате
риалы
72
Продолжение табл. 1.5
Вид НК
Объект контроля
ра
ради
дио
аци
вол
он
новой ный
вихре
токо
вый
маг
нит
ный
теп
ловой
опти
че
ский
акус
тиче
ский
Проволока диаметром, мм
1111–14
4
3
3
5
3
3
4
Прутки диаметром, мм:
1113–40
11130–100
3
3
3
3
3
3
5
5
4
4
5
5
5
5
Трубы сварные
диаметром, мм:
1113–30 (t = 0,1 – 10)
11130–156 (t = 0,1 – 52)
111159–1000 (t = 3 – 300)
3
3
3
5
5
4
3
3
3
5
5
5
3
3
3
3
3
3
5
5
5
Листы, плиты толщиной,
мм:
1110,01–1
1110,1–3,9
1114–10 и более
5
4
3
5
5
3
3
3
3
5
5
5
4
4
4
5
5
5
5
5
5
Сортовой прокат
0
0
3
5
3
5
5
Отливки
0
0
3
5
0
3
4
Металлургические заго
товки (слябы, слитки)
0
0
3
5
0
5
4
Резина, полимеры
0
0
4
45
4
3
3, 4
К ерамика, металлокера
мика
0
0
4
5
4
3
4
Бетон, железобетон
0
0
0
5
4
3
5
Монокристаллы
0
0
4
5
0
3
5
Ферромагнитные мате
риалы
Диэлектрики
Многослойные материалы
0
0
4
4
4
3
3
Стекло
0
0
3
5
3
3
4
Стеклопластики
0
0
4
5
5
3
4
3
5
5
5
0
0
0
0
0
4
5
5
0
0
Покрытия
на ферромагнитной осно
ве:
111токопроводящие
111нетокопроводящие
73
Окончание табл. 1.5
Вид НК
Объект контроля
ра
ради
акус
дио аци
тиче
вол
он
ский
новой ный
вихре
токо
вый
маг
нит
ный
теп
ловой
опти
че
ский
4
5
5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
0
5
5
5
0
0
0
Детали машин и аппара
тов ферромагнитные
3
4
3
4
0
3
4
Детали машин и аппара
тов неферромагнитные
3
0
3
4
0
3
4
Многослойные конструк
ции из пластика и стек
лопластика
0
0
4
0
4
3
3, 4
на неферромагнитной ос
нове
111токопроводящие
111нетокопроводящие
111токопроводящие на
111немагнитной нетоко
111проводящей основе
Детали и узлы
111Примечания. 1. t — толщина стенки трубы. 2. Оценка вида НК : 5 — отлич
ная, 4 — хорошая, 3 — удовлетворительная, 0 — неудовлетворительная.
Таблица 1.6. Оценка применимости различных видов НК
при определении физикомеханических свойств
Вид НК
вихре
токо
вый
маг
нит
ный
теп
ловой
опти
че
ский
радио
вол
новой
акус
тиче
ский
Проволока диаметром, мм:
1110,01–1
1111–14
5
5
0
0
3
3
0
0
3
3
4
4
Прутки диаметром, мм:
1113–40
11130–100
5
4
0
0
3
3
0
0
3
3
4
4
Трубы диаметром, мм:
1113–30
11130–156
111156–1000
4
4
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
5
5
Объект контроля
Неферромагнитные мате
риалы
74
Продолжение табл. 1.6
Вид НК
вихре
токо
вый
маг
нит
ный
теп
ловой
опти
че
ский
радио
вол
новой
акус
тиче
ский
Листы, плиты толщиной,
мм:
1110,01–1
1110,1–3,9
1114–10 и более
4
4
4
0
0
0
3
0
0
0
0
0
3
3
3
4
5
5
Сортовой прокат
3
0
3
0
3
4
Отливки
3
0
0
0
3
4
Металлургические заготов
ки (слябы, слитки)
3
0
0
0
3
4
5
5
3
0
3
4
3
5
3
0
3
4
Трубы сварные диаметром,
мм:
1113–30
11130–156
111159–1000
3
3
3
4
4
4
3
3
3
0
0
0
3
3
3
4
5
5
Листы, плиты толщиной,
мм:
1110,01–1
1110,1–3,9
1114–10 и более
5
3
3
5
5
4
3
3
3
0
0
0
3
3
3
4
5
5
Сортовой прокат
3
4
3
0
0
4
Металлургические заготов
ки (слябы, слитки)
3
4
3
0
0
4
Резина, полимеры
0
0
3
0
5
0
К ерамика, металло
керамика
0
0
4
0
5
4
Бетон, железобетон
0
0
0
0
4
5
Монокристаллы
0
0
5
5
4
4
Объект контроля
Ферромагнитные матери
алы
Проволока диаметром, мм
1111–14
Прутки диаметром, мм
1113–40,
11130–100
Диэлектрики
75
Окончание табл. 1.6
Вид НК
вихре
токо
вый
маг
нит
ный
теп
ловой
опти
че
ский
радио
вол
новой
акус
тиче
ский
Многослойные материалы
0
0
4
0
4
4
Стекло
0
0
3
5
3
4
Стеклопластики
0
0
5
5
4
4
Сварные
3
3
3
0
0
3
Паяные
3
3
3
0
0
3
Kлеевые
0
0
3
0
3
3
3
0
0
0
3
3
0
0
0
5
0
0
3
0
3
0
0
0
0
3
0
0
3
44
0
0
5
0
0
0
Железнодорожные рельсы
3
4
0
0
0
5
Многослойные конструк
ции из пластика и стекло
пластика
0
0
3
0
4
4
Объект контроля
Соединения
Покрытия
на ферромагнитной основе:
111токопроводящие
111нетокопроводящие
111на неферромагнитной
111основе
111токопроводящие
111нетокопроводящие
111токопроводящие на не
111магнитной нетокопро
111водящей основе
Детали и узлы
111Примечание. Оценка вида НК : 5 — отличная, 4 — хорошая, 3 — удовлетво
рительная, 0 — неудовлетворительная.
В табл. 1.7 дана оценка выявляемости дефектов методами НК при
изготовлении приборов.
1. Магнитный НК – вид НК, основанный на анализе взаимодей
ствия магнитного поля с контролируемым объектом.
С помощью методов магнитного контроля контролируется боль
шой круг различных заготовок и изделий из ферромагнитных мате
риалов, выявляются поверхностные и подповерхностные дефекты:
76
Таблица 1.7. Оценка выявляемости дефектов различными методами
НК при изготовлении приборов
Вид НК
акус
тиче
ский
ра
диа
цион
ные радио вих капил
(ра
вол
рето
ляр
дио новой ковый ный
гра
фиче
ский)
элект
рофи
зиче
ский опти
(эле
че
ктро ский
маг
нит
ный)
Дефекты
тепло
вой
Обрывы соедине
ний и короткие
замыкания
проводников
+
+
+
Неудовлетвори
тельные кон
тактные соеди
нения
+
+
+
Дефекты пайки
и сварки
+
Дефекты склеи
вания
+
+
+
+
Нарушения то
пологии
+
+
+
Дефекты «ди
электрик–ме
талл»
+
+
+
+
+
+
Некачественные
покрытия
+
Поверхностные
дефекты
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Нарушения фор
мы элементов
конструкции
Дефекты элект
рорадиоэлемен
тов
+
+
+
+
Некачественная
адгезия метал
лизации
+
+
+
Дефекты много
слойных диэлек
триков
+
+
+
+
+
+
77
волосовины, трещины, расслоения, надрезы, флокены, непровары,
шлаковые включения, поры, надрывы.
Кроме того, с помощью магнитных методов определяют толщины
ферромагнитных материалов, например, листы, плиты толщиной
0,01–10 мм, прутки ∅3–100 мм, проволоку ∅0,01–14 мм, трубы ∅3–
1000 мм.
Магнитный метод позволяет оценивать физикохимические свой
ства ферромагнитных материалов.
Для магнитной дефектоскопии используют приборы: магнитопо
рошковые дефектоскопы (стационарные универсальные, передвиж
ные и переносные универсальные); индукционные толщиномеры,
магнитоотрывные толщиномеры.
2. Электрический НК – вид НК, основанный на регистрации па
раметров электрического поля, взаимодействующего с контролируе
мым объектом или возникающего в контролируемом объекте в ре
зультате внешнего воздействия.
С помощью информационных признаков НК косвенным путем
можно определять такие физические характеристики материала:
плотность, содержание компонентов в гетерогенных системах, влаж
ность, степень полимеризации и старения, механические характери
стики, радиопрозрачность и др. Электрический метод позволяет оп
ределять: трещины в образцах из сталей и цветных сплавов, рассло
ения, поры, утонения, рыхлоты, пузыри, трещины на поверхности
изоляционных покрытий; геометрические параметры объекта: тол
щину пластин, оболочек и диэлектрических покрытий на токопро
водящем и непроводящем основаниях, поперечные размеры линей
нопротяженных и диэлектрических изделий (нитей, стержней, лент,
прутков, труб). Основные термины и определения по электрическому
виду НК приведены в ГОСТ 25315–82 «Контроль неразрушающий
электрический. Термины и определения».
3. Вихретоковый НК – вид НК, основанный на анализе взаимо
действия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с
электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контроли
руемом объекте. Вихретоковые методы НК используются для конт
роля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, гра
фита, полупроводников. Зона контроля определяется глубиной про
никновения электромагнитного поля в контролируемый объект.
Метод используется для дефектоскопии, определения геометричес
ких размеров и структуроскопии материалов и изделий.
В дефектоскопии определяются дефекты типа несплошностей,
выходящих на поверхность или расположенных на небольшой глу
бине (листы, прутки, трубы, проволока, железнодорожные рельсы,
78
мелкие дефекты и др.), а также трещины различного происхожде
ния, расслоения, закаты, плены, раковины, поры, неметаллические
включения и т.д. Метод позволяет выявлять трещины глубиной 0,1–
0,2 мм, протяженностью 1–2 мм или протяженностью около 1 мм и
глубиной 1–5 % от диаметра контролируемой проволоки или прутка.
Вихретоковый метод позволяет контролировать геометрические
размеры: диаметр проволоки, прутков и труб, толщину металличе
ских листов и стенок труб при одностороннем доступе, толщину элек
тропроводящих (например, гальванических) и диэлектрических (на
пример, лакокрасочных) покрытий на электропроводящих основа
ниях. Пределы измерения от микрометров до десятков миллиметров
с погрешностью измерения 2–5 % и минимальной площадью конт
роля до 1 мм2. С помощью метода измеряют зазоры, перемещения и
вибрации в машинах и механизмах.
Структурное состояние материалов, определяющее уровень физи
комеханических свойств, оказывает влияние на магнитные и элект
рические характеристики. Поэтому по изменению последних опре
деляют химический состав сплавов, качество химической и химико
термической обработки, пережоги, механические свойства, состоя
ние поверхностных слоев, содержание альфафазы и т. д.
Наиболее распространены вихретоковые приборы – дефектоско
пы, толщиномеры, структуроскопы.
4. Радиоволновой НК – вид НК, основанный на регистрации из
менений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаи
модействующих с контролируемым объектом.
Преимущественное применение радиоволнового метода НК – это
контроль полуфабрикатов, изделий и конструкций из диэлектричес
ких, композиционных, ферритовых и полупроводниковых материа
лов, в которых распространяются радиоволны. От металлических
структур радиоволны полностью отражаются, поэтому их использу
ют для контроля геометрических параметров и поверхностных де
фектов, для контроля толщины металлических лент, листов, прока
та с двухсторонним доступом, толщину диэлектрических покрытий
на металлической подложке.
С помощью радиоволнового вида НК выявляют:
– нарушения сплошности (расслоения, отслоения, непроклеи, воз
душные включения, трещины и т. п.);
– инородные включения (металлические и диэлектрические с от
личными от основного материала диэлектрическими свойствами),
имеющие разнообразные формы и размеры;
– структурные неоднородности (изменение плотности и пористос
ти, отсутствие или недостаток связующего, негомогенность состава
79
или смеси, технологические или эксплуатационные проявления ани
зотропии и т.д.).
Области применения НК радиоволнового вида приведены в табл. 1.8.
5. Тепловой НК – вид НК, основанный на регистрации изменений
тепловых или температурных полей контролируемых объектов, выз
ванных дефектами. Температурное поле поверхности объекта явля
ется источником информации об особенностях процесса теплопере
дачи, которые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних и по
верхностных дефектов.
Методы теплового вида применяются при двух способах контро
ля: пассивном и активном. При пассивном способе контроля объект
не подвергают воздействию источника энергии, в то время как при
активном к объекту прикладывают воздействие внешнего источника
энергии.
Основные методы активного и пассивного теплового контроля
(ГОСТ 23483–79) приведены в табл. 1.9 и 1.10.
6. Оптический НК – вид НК, основанный на регистрации пара
метров оптического излучения, взаимодействующего с контролируе
мым объектом.
С помощью этого метода определяют:
– нарушения сплошности (пустоты, расслоения, трещины, поры,
инородные включения для материалов оптически прозрачных), а так
же различные дефекты, выходящие на поверхность;
– геометрические размеры изделий (шероховатость поверхности,
толщину пленок, размеры изделий и др.);
– физикохимические свойства материалов (внутренние напряже
ния, их концентрацию, структуру материала).
Области применения оптических методов НК приведены в табл. 1.11.
Приборы, используемые при оптическом НК – например, лазерный де
фектограф, телевизионный микроскоп, инфраполярископ, инфракрас
ная фотолюминесцентная установка, инфракрасный микроскоп и др.
7. Радиационный НК – вид НК, основанный на регистрации и
анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодей
ствия с контролируемым объектом.
С помощью этих методов контролируют изделия из различных ма
териалов с толщиной до 700 мм (для стали). Контроль производят:
рентгеновскими, гамма, бетаизлучениями, потоками нейтронов.
Виды дефектов, выявляемых радиационным методом, приводят
ся в табл. 1.12.
8. Акустический НК – вид НК, основанный на регистрации пара
метров упругих волн, возбуждаемых и (или) возникающих в контро
лируемом объекте.
80
81
Область применения
К онтролируемые
параметры
Неоднозначность от Толщина 0–50 мм
счета при измерени
ях толщины более
0,5 le.
Изменение диэлект
рических свойств
материала объектов
контроля величиной
более 2 %
К онтроль «электри
ческой» (фазовой)
толщины
Толщинометрия ма
териалов, полуфаб
рикатов, изделий и
конструкций из ди
Амплитуд
электриков, конт
нофазовый
роль изменений тол
щины
Фазовый
Волнистость профи Толщина до 0,5 le
ля или поверхности
объекта контроля
при шаге менее 10L.
Отстройка от влия
ния амплитуды сиг
нала
Толщина до 0,5 le
Сложная конфигура Толщина до 100 мм
ция.
Изменение зазора
между антенной пре
образователя и по
верхностью объекта Дефекты: трещины,
расслоения, включе
контроля
ния, недопрессовки
Факторы,
ограничивающие
область применения
Толщинометрия лис
товых материалов и
полуфабрикатов, сло
истых изделий и
конструкций из ди
электрика
Толщинометрия по
луфабрикатов, изде
лий из радиопроз
Амплитуд рачных материалов
ный
Дефектоскопия по
луфабрикатов, изде
лий из радиопроз
рачных материалов
Название
метода
Таблица 1.8. Области применения радиоволнового вида НК
0,05 мм
0,1•10–3 мм
± 0,1 мм
1%
1%
–
Трещины более
0,1´1´1 мм
5•10–3 мм
5%
Погрешность
1–3 мм
Чувствительность
82
Область применения
Геометри
ческий
Чувствительность
Определение глуби
ны залегания дефек
тов в пределах до
500 мм
1,0 мм
1,0 мм
Включения
Расслоения, включе
ния, трещины, изме
порядка
нения плотности, не
0,05 le.
равномерное распре Трещины с рас
крывом поряд
деление составных
ка 0,05 мм.
компонентов
Разноплотность
порядка
0,05 г/см3
К онтролируемые
параметры
Сложная конфигура Толщина 0–500 мм
ция объектов конт
роля; непараллель
ность поверхностей.
Толщина более
500 мм
Изменение зазора
между антенной пре
образователя и по
верхностью объекта
контроля
Факторы,
ограничивающие
область применения
Дефектоскопия по
Сложная конфигура
луфабрикатов и из
ция объектов конт
делий: контроль ра роля
ковин, расслоений,
инородных включе
ний в изделиях из
диэлектрических ма
териалов
Толщинометрия из
делий и конструк
ций из диэлектри
ков: контроль абсо
лютных значений
толщины, остаточ
ной толщины
Дефектоскопия сло
истых материалов и
изделий из диэлект
рика и полупровод
Амплитуд
ника толщиной до
нофазовый
50 мм
Название
метода
3–5 %
3–5 %
–
Погрешность
Продолжение табл. 1.8
83
Поляриза
ционный
Спектраль
ный
Временной
Название
метода
К онтролируемые
параметры
5–10 мм
5–10 мм
Чувствительность
Стабильность часто
ты генератора более
10–6. Наличие источ
ника магнитного по
ля. Сложность созда
ния чувствительного
тракта преобразова
теля в диапазоне пе
рестройки частоты
более 10 %
Сложная конфигура Дефекты структуры
ция. Толщина более и технологии, вызы
100 мм
вающие анизотропию
свойств материалов
(анизотропия, меха
нические и термиче
ские напряжения,
технологические на
рушения упорядо
ченности структуры)
Дефектоскопия по
луфабрикатов, изде
лий и конструкций
из диэлектрических
материалов
Дефекты пло
щадью более
0,5–1,0 см2
Микродефекты
Изменения в струк
туре и физикохими и микронеодно
ческих свойствах ма родности, зна
чительно мень
териалов объектов
контроля, включе
шие рабочей
ния
длины волны
Наличие «мертвой» Толщина более 500 мм
зоны. Наносекунд
ная техника. Приме
нение генераторов
мощностью более
Определение толщи
100 мВт
ны залегания дефек
тов в пределах выше
500 мм
Факторы,
ограничивающие
область применения
Дефектоскопия по
луфабрикатов и из
делий из радиопроз
рачных материалов
Дефектоскопия сред
из диэлектриков
Толщинометрия кон
струкций и сред, яв
ляющихся диэлект
риками
Область применения
–
–
5%
5%
Погрешность
Продолжение табл. 1.8
84
Область применения
Стабильность часто
ты генератора более
10 –6 .
Сложность создания
опорного пучка или
поля с равномерны
ми амплитуднофа
зовыми характери
стиками
Факторы,
ограничивающие
область применения
Включения, расслое
ния, разнотолщин
ность, изменения
формы объектов
Kонтролируемые
параметры
Трещины с
раскрывом
0,005 мм
Чувствительность
–
Погрешность
111Примечание. le — длина волны в контролируемом объекте; L — размер раскрыва антенны в направлении волнистости.
Дефектоскопия по
луфабрикатов, изде
лий и конструкций
из диэлектрических
Голографи
и полупроводнико
ческий
вых материалов с со
зданием видимого
(объемного) изобра
жения
Название
метода
Окончание табл. 1.8
85
Kонтроль тепло
физических
свойств изделий
с анизотропией
теплопроводно
сти; контроль по
ристости излуча
тельной способ
ности объектов
Область
применения
Kонтроль тепло
физических
свойств материа
лов с большой
теплопроводно
стью, динамики
нагрева (охлаж
Нестацио
дения) объектов;
нарный
контроль дефек
тов типа наруше
ния сплошности
в сотовых и ком
позитных мате
риалах, полиме
рах; контроль
Стацио
нарный
Название
метода
Факторы,
ограничиваю
щие область
применения
Тепловая
постоянная
времени
Теплопро
водность
Теплопро
водность,
теплоем
кость
–
Допустимая
температура
нагрева объ
екта, времен
ная и прост
ранственная
нестабиль
ность излуче
Kоэффици ния объекта
ент излуче (при некон
ния, инди
тактных ме
катрисса из тодах конт
лучательной роля)
способности
К онтроли
руемые
параметры
5%
= 0,02
Demin =
5,0–10,0
Для кон
тактных
датчиков
Для некон
тактных
датчиков
10–4–10–6
Для некон
тактных
датчиков
10–4–10–6
0,1–1,0
Для кон
тактных
датчиков
Для некон
тактных
датчиков
Для кон
тактных
датчиков
0,1–1,0
10–4–10–6
5,0–10,0
Для некон
тактных
датчиков
10–4–10–6
0,1–1,0
Для кон
тактных
датчиков
0,1–1,0
Примечание
5%
Погреш
ность, %
Быстродей
ствие, с
Чувстви
тельность
Таблица 1.9. Основные методы активного теплового контроля
86
тепловых
деформаций
Область
применения
Температур
ная дефор
мация
Размер де
фектов
К онтроли
руемые
параметры
–
Факторы,
ограничиваю
щие область
применения
Время за
держки 0,1–
1,0 для ме
таллов и 10–
100 для неме
таллов
Порядка
Порядка
0,1 l
h
=1–3
l
Быстродей
ствие, с
Чувстви
тельность
5,0–10,0
Погреш
ность, %
При интер
ференцион
ном голо
графическом
методе ре
гистрации
П ри
несинхрон
ном
контроле
Примечание
111Примечание. h — глубина залегания; l — раскрыв дефекта; Demin — минимальное изменение коэффициента излучения.
Нестацио
нарный
Название
метода
Окончание табл. 1.9
87
Kонтакт
ные
Название
метода
Kонтроли
руемые
параметры
Величина и
форма де
фектов
Kонтроль тем
пературы твер
дых, жидких и
газообразных
сред, размеров Температура
тепловыделяю
щих элементов
объектов, де
фектов типа на
рушения сплош Геометриче
ности
ские разме
ры и форма
объектов
Область
применения
Темпера
тура объек
та, превы
шающая
допусти
мую тем
пературу
нагрева
датчика;
сложная
конфигу
рация из
делия;
плохой
контакт
датчика
с объектом
Факторы,
ограничи
вающие об
ласть при
менения
0,01 мм
От 0,1 до
100,0 мм
и более
0,1–
– 500,0 мм
От –40 до
+ 400 °С
0,02 °С
0,01 мм
От – 270
до
+ 1500 °С
0,1–1,0
0,1–1,0
0,1–1,0
0,1–1,0
Диапазоны
контроли
Быстро
руемых
действие, с
параметров
0,001 °С
Чувстви
тельность
Таблица 1.10. Основные методы пассивного теплового контроля
–
0,1–1,0
1,0–5,0
0,1
Погреш
ность, %
Для
термоин
дикато
р ов
Для тер
моэлект
рических
датчиков
Примеча
ние
88
Область
применения
Kонтроль тем
пературы, изме
нение излуча
тельной способ
ности, размер
ный контроль
тепловыделяю
щих элементов,
контроль де
фектов типа на
рушения сплош
Собствен ности
ного из
лучения
Название
метода
Факторы,
ограничи
вающие об
ласть при
менения
Величина и
форма де
фектов
Непро
зрачность
окружаю
щей объ
ект среды
для тепло
вого излу
чения; не
стабиль
Геометриче ность коэф
ские разме фициента
ры и форма излучения
объектов
Температу
ра; градиен
ты темпера
тур; коэф
фициент из
лучения;
лучистый
поток
Kонтроли
руемые
параметры
0,01 мм
0,01 °С
при
+ 20 °С
Чувстви
тельность
От 0,1 мм
до 100,0
мм и
более
От
0,01 мм
От –260
до
+ 4000 °С
10–2
10–6
10–2
1,0–5,0
0,1–1,0
Для теп
ловых
датчиков
Для фото
электри
ческих
датчиков
Для теп
ловых
датчиков
Для фото
электри
ческих
датчиков
10–6
Для фото
электри
ческих
датчиков
Примеча
ние
Для теп
ловых
датчиков
1,0–5,0
Погреш
ность, %
10–2
10–6
Диапазоны
контроли
Быстро
руемых
действие, с
параметров
Окончание табл. 1.10
89
Область применения
1,0
0,6λ
A
Индикатриса
рассеяния, коэф
фициенты рас
сеяния, концен
трация объем
ных включений
Анализ структуры кристаллов, сте
кол, растворов, газов, грануломет
рия
Нефеломе
трический
–
1,0
0,6λ
A
Вращение плос
кости поляриза
ции, двулуче
преломление,
толщина
Kонтроль напряжений в прозрач
Применим только
ных средах методом фотоупруго
для оптически про
сти, анализ степени поляризации
зрачных сред
источников света, эллипсометриче
ская толщинометрия
Поляриза
ционный
1,0
0,1l
0,1
0,1l
Диаметры воло
кон, размеры де
фектов, острых
кромок
0,1–1,0
Погреш
ность, %
0,6λ
A
Чувстви
тель
ность
Дифракци Kонтроль размеров тонких волокон, Размеры дефектов
формы острых кромок, структуры должны быть
онный
сравнимы с длиной
волны света
Размеры изде
лий, дефектов,
отклонений от
заданной формы
Kонтролируемые
параметры
Сферичность,
плоскостность,
толщина
Минимальная яр
кость изображения
объекта контроля
1 кд/м2, не менее
Факторы,
ограничивающие
область применения
Оптическая толщинометрия, конт Применим только
Интерфе
рометриче роль формы полированных изде
для полированных
поверхностей
лий, анализ шероховатости
ский
Визуально Дефектоскопия с помощью микро
оптический скопов, стереоскопия, размерный
контроль с помощью проекцион
ных устройств, эндоскопия внут
ренних поверхностей, интроскопия
Название
метода
Таблица 1.11. Области применения оптического вида НК
90
Область применения
–
Факторы,
ограничивающие
область применения
Угловая ско
рость, дефект
ность
К онтролируемые
параметры
Электроннооптический анализ
структуры веществ, измерение ли
нейных размеров
–
Гранулометри
ческие характе
ристики, разме
ры дефектов
Погреш
ность, %
5,0
1,0
1,0
Чувстви
тель
ность
10–6 с
0,1l
λ
A
111Примечание. le — длина волны света; A = nsin a — апертура оптической системы; гдеn — показатель преломления; a —
апертурный угол.
Телевизи
онный
Голографи К онтроль геометрии объектов слож Малая когерентность Деформации, пе
ремещения, от
ческий
ной формы, однородности оптиче лазера, вибрации
клонение от за
ских сред
данной формы,
градиенты пока
зателя прелом
ления
Стробоско Дефектоскопия и размерный конт
пический
роль подвижных объектов
Название
метода
Окончание табл. 1.11
Таблица 1.12. Виды дефектов, выявляемых радиационными методами
Объект контроля
Вид дефекта
Слитки и отливки
Трещины, раковины, поры, рыхлоты, метал
лические и неметаллические включения, не
слитины, ликвации
Сварные соединения,
выполненные сваркой
плавлением
Трещины, непровары, поры, раковины, ме
таллические и неметаллические включения,
утяжины, превышения проплава, подрезы,
прожоги, смещения кромок
Сварные соединения,
выполненные точечной
и роликовой сваркой
Трещины, поры, металлические и неметал
лические включения, выплески, непровары
(непровары определяют по отсутствию тем
ного и светлого колец на изображении свар
ной точки при резко выраженной неоднород
ности литой зоны или при применении конт
растирующих материалов)
Паяные соединения
Трещины, непропаи, раковины, поры, метал
лические и неметаллические включения
К лепаные соединения
Трещины в головке заклепки или основном
материале, зазоры между телом заклепки и
основным материалом, изменение формы тела
заклепки
Сборочные единицы и
детали, железобетон
ные изделия и конст
рукции и т. п.
Трещины, раковины, коррозия, отклонения
размеров, зазоры, перекосы, разрушение и от
сутствие внутренних элементов изделия, от
клонения толщины защитного слоя бетона,
размеров и расположения арматуры и т. п.
С помощью акустического НК:
– выявляют дефекты типа нарушения сплошности (раковины,
поры, неметаллические включения, трещины различных видов, не
провары, непропаи, дефекты многослойных конструкций и др.);
– контролируют геометрические размеры изделий (толщи′ны труб,
прутков, листов и др., имеющих односторонний доступ);
– определяют физикомеханические свойства и структуру матери
ала (механические свойства, модуль упругости, величину зерна, от
клонения режимов термической и пластической обработки).
Некоторые приборы акустического НК: импульсные дефектоско
пы общего назначения, ультразвуковые импульсные толщиномеры
и др.
9. НК проникающими веществами – вид НК, основанный на про
никновении веществ в полости дефектов контролируемого объекта.
91
Для выявления дефектов, выходящих на поверхность, используют
капиллярные методы, а сквозных дефектов – метод течеискания.
Основная область применения капиллярных методов – контроль
металлических изделий, выполненных из немагнитных материалов
(неферромагнитные стали, жаропрочные, алюминиевые, магниевые
и другие сплавы), а также изделия из керамики, стекла, металлоке
рамики, пластических и синтетических материалов. Этими метода
ми выявляются шлифовочные, усталостные и термические трещи
ны, волосовины, закаты, заковы, пористость, неметаллические
включения, межкристаллическая коррозия, растрескивание покры
тий и др. дефекты на изделиях любой формы.
Метод течеискания дает возможность выявить канал или порис
тый участок изделия или элемента, за счет которых нарушается гер
метичность конструкции.
1.8. Средства и устройства контроля качества продукции
Под средствами контроля понимаются различные технические
устройства, вещества и материалы для проведения контроля. Ха
рактеристики конкретных средств контроля принято указывать в
стандартах на правила приемки и методы контроля (испытаний, ана
лиза, измерений).
Существующие средства контроля достаточно разнообразны. Про
ведение конкретного вида контроля обеспечивается определенными
средствами контроля. С помощью средств контроля обычно выпол
няются все виды контроля, не требующие оценки количественных
признаков.
При визуальном и органолептическом контроле основными сред
ствами контроля являются органы чувств человека, которые в кон
кретных практических ситуациях усиливаются специальными сред
ствами и различными устройствами (оптическими – например, лу
пой, механическими, химическими и др.).
При регистрационном контроле, например, при подсчете числа
единиц бракованной продукции, в качестве средств контроля могут
использоваться как зрение, так и специальные счетчики.
Контроль качества по альтернативным признакам (т. е. да – нет,
годен – не годен) может выполняться визуально. При этом наряду со
зрением используются различного рода эталоны и образцы (для срав
нения).
Распространенными средствами инструментального контроля по
альтернативным и качественным признакам являются различные
предельные калибры (гладкие, резьбовые, щупы и т. д.).
92
Наиболее совершенный вид контроля – измерительный – выпол
няется с помощью средств измерения – дефектоскопов, микроско
пов, толщиномеров и т. д. (средства измерения одновременно явля
ются также средствами контроля). Средства измерения применя
ются только для оценки количественных признаков.
При контроле по количественным признакам используют пре
имущественно средства измерения. Наряду с этим для контроля ка
чества, например, химических, фармацевтических и других препа
ратов и изделий широко применяются стандартные образцы, взаи
модействие которых с контролируемыми препаратами и изделиями
оценивается по результатам измерений.
Разнообразны средства контроля для неразрушающих видов кон
троля, применяемых в локальной дефектоскопии при определении
местонахождения дефектов и характера их проявления (локализа
ция причин). К таким средствам относятся различные дефектоско
пы, магнитные и вихретоковые толщиномеры, стереоскопические
микроскопы, рентгенотелевизионные интроскопы, радио′метры, теп
ловизоры и т.д.
Для интегральной дефектоскопии – т. е. оценки качества изде
лий в обобщенном виде и прогнозировании надежности – также раз
работаны соответствующие средства контроля.
Общая схема установки (устройства), соответствующая большин
ству средств и методов НК, показана на рис. 1.1.
В автоматическом режиме установка работает следующим обра
зом.
1
3
4
2
5
6
7
8
9
10
Рис. 1.1. Общая схема установки для НК: 1 – блок сканирования; 2 –
контролер; 3 – воздействующий преобразователь; 4 – объект
контроля; 5 – преобразователь, снимающий информацию; 6 –
блок предварительной обработки информации; 7 – блок обработ
ки и хранения информации; 8 – блок задания команды; 9 – дефек
тоотметчик; 10 – направляющий механизм
93
Объект контроля 4 сканируют (последовательно обследуют) дву
мя преобразователями: воздействующим на объект контроля 3 и сни
мающим информацию 5. Блок сканирования 1 управляет взаимным
перемещением объекта и преобразователей. Блок 6 выполняет пред
варительную обработку информации – исследует на наличие дефекта
принятый от блока 5 сигнал. Эта информация поступает в блок обра
ботки и хранения информации 7. В блок 7 поступают также данные
от блока сканирования 1 для привязки информации к контролируе
мому участку объекта. В блоке 7 оценивается допустимость обнару
женных объектов.
Блок 8 дает команду на отметку дефектного места дефектоотмет
чиком 9 и на механизм 10, направляющий объект контроля в бунке
ры годных или бракованных изделий, а также на систему управле
ния технологическим процессом производства продукции с целью
устранения дальнейшего брака.
Для различных методов НК представленная схема может претер
певать существенные изменения. Например, преобразователи 3 и 5
могут совмещаться в одном узле. Однако позиции 3–7 присутствуют
практически в каждом устройстве НК.
При меньшей степени автоматизации ряд функций рассмотрен
ной схемы выполняет контролер 2.
В приборах для ручного контроля контролер вручную выполняет
сканирование, воспринимает и обрабатывает информацию от блока 7,
отмечает дефекты на объекте контроля или на его чертеже, принима
ет решение о годности изделия.
В механизированных установках производится механическое
сканирование, т. е. помимо позиций 3–7 имеется блок 1. Контролер
управляет сканированием и обрабатывает информацию.
В полуавтоматических установках производится автоматичес
кое сканирование и частичная или полная автоматическая обработ
ка информации.
В автоматических установках помимо показанных узлов часто
имеется ряд дополнительных блоков. Например, вводят систему ав
томатической проверки исправности работы установки, предусмат
ривают средства защиты наиболее быстроизнашивающихся и нена
дежных узлов и т.д.
Для повышения производительности механизированных и авто
матических установок применяют многоканальные системы, т.е. с
большим количеством параллельно действующих преобразователей
и соответствующих приборных блоков.
Преимущество автоматизированных установок перед приборами
ручного контроля заключается:
94
1) в повышении производительности контроля;
2) в повышении надежности контроля за счет устранения зависи
мости его результатов от субъективных качеств контролера (что яв
ляется большим недостатком ручного контроля).
Механизированные и автоматические установки успешно приме
няют для поточного контроля продукции простой формы: листов,
труб, протяженных сварных швов и т.п. Применение таких устано
вок для проверки индивидуально изготавливаемых изделий слож
ной формы вызывает серьезные трудности не только технического,
но также организационного порядка. Иногда время, необходимое для
доставки объекта контроля к дефектоскопической установке (или
установки к объекту), настройки и наладки аппаратуры, перекрыва
ет выигрыш от сокращения времени сканирования. В будущем по
явятся автоматыроботы, обладающие способностью самонастрой
ки с учетом конфигурации и свойств объекта контроля. В настоящее
время автоматические системы сканирования для индивидуальных
изделий сложной формы широко применяют только в тех случаях,
когда участие контролера невозможно по причинам техники безо
пасности – например, при контроле атомных реакторов в процессе
остановов атомной электростанции.
В устройствах контроля находят применение различные способы
представления информации:
1) аналоговые, косвенные в виде показаний приборов или кривых
на экране электроннолучевой трубки, требующие дополнительной
расшифровки;
2) аналоговые с изображением конфигурации дефектов на экране
трубки или твердом носителе (пленке, бумаге, самом изделии);
3) цифровые с прямым указанием данных о дефекте;
4) аналогоцифровые (изображение конфигурации и месторасполо
жения дефекта с цифровым указанием его важнейших параметров).
Для решения многих задач автоматизации контроля, обработки
и представления информации все более широкое применение нахо
дит вычислительная техника. Наиболее перспективными областя
ми ее применения являются следующие.
1. Оптимальный выбор контролируемых параметров изделия
с учетом его индивидуальных особенностей и автоматический учет
этих параметров при представлении результатов контроля. – На
пример, при ультразвуковом контроле необходимо учитывать неров
ность поверхности изделия, а также скорость и затухание ультра
звуковых волн в его материале. И эти выбранные параметры затем
автоматически учитываются при оценке координат и величины де
фектов, выявляемых ультразвуковым эхометодом.
95
2. Наглядное и более детальное представление информации о
контроле. Так, применение вычислительной томографии в радиа
ционном контроле открыло возможность послойного анализа объек
тов контроля по глубине. Ультразвуковая вычислительная гологра
фия на порядок повысила азимутальную разрешающую способность
и дала возможность многомерного изображения изделия с дефекта
ми. Вычислительная техника позволяет выполнять анализ характе
ра и размеров дефектов при ограниченном количестве косвенных дан
ных о дефекте.
3. Общее управление работой автоматической системы НК, вклю
чая загрузку и выгрузку, сканирование, проверку работоспособнос
ти, оценку результатов. В части оценки результатов следует отме
тить, что уже существуют системы, классифицирующие листы по
баллам дефектности, рекомендующие оптимальную разрезку длин
номерных труб на ряд отрезков требуемой длины с вырезкой дефект
ных участков.
4. Обработка данных нескольких методов, применяемых для
контроля ответственных изделий, сопоставление их результатов и
итоговая оценка качества изделий. Решение статистических задач
по анализу качества продукции за определенный период времени кон
троля, оптимизация норм разбраковки, установление возможных
причин брака.
5. Управление всем технологическим процессом изготовления
изделия с учетом анализа результатов проверки по операциям и вы
ходного контроля.
Номенклатура показателей средств НК приводится в ГОСТ 4.177–85.
Перечень аппаратуры средств НК включен в «Общесоюзный клас
сификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции»
(класс 42).
96
2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ
НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
2.1. Организационная структура службы контроля
Основной задачей службы контроля на предприятии является
обеспечение высокого качества продукции путем своевременного вы
явления дефектов, недопущения выпуска бракованных изделий, со
ответствующего воздействия на технологический процесс. В соответ
ствии с этим строится структура службы контроля.
Структура службы контроля крупного машиностроительного
предприятия показана на рис. 2.1.
Все службы контроля подчиняются заместителю директора по
качеству 1. Ему функционально подчинен ОТК 2. В функции служ!
бы ОТК входят:
1) наблюдение за соблюдением технологического процесса в це
лом,
11
13
12
1
5
4
3
2
6
10
7
10
8
10
9
10
10
Рис. 2.1. Организация службы контроля машиностроительного предприя
тия: 1 – заместитель директора по качеству; 2 – отдел техни
ческого контроля; 3 – центральная заводская лаборатория; 4 –
центральная лаборатория (отдел) методов неразрушающего кон
троля; 5 – лаборатория радиационного контроля; 6 – лаборато
рия ультразвукового контроля; 7 – лаборатория магнитного и
капиллярного контроля; 8 – лаборатория новых методов; 9 – ма
стерская; 10 – лаборатории и посты центральной лаборатории
НК в цехах; 11 – министерская инспекция по качеству; 12 – госу
дарственные органы контроля; 13 – ведомственные институты
97
2) осуществление простых в технологическом отношении конт
рольных операции (измерение размеров),
3) представление общего заключения о качестве продукции на ос
новании заключения других подразделений.
Параллельно ОТК действует центральная заводская лаборатория
(ЦЗЛ) 3 и центральная лаборатория (или отдел) методов НК
(ЦЛМНК) 4.
ЦЗЛ 3 занимается перспективными исследовательскими работа
ми, а также выполняет контроль разрушающими методами (конт
роль химического состава, металлографический анализ, испытания
механических свойств и т.д.).
В состав ЦЛМНК 4 входят лаборатории по основным методам кон
троля: радиационным 5, ультразвуковым 6, магнитным и капилляр
ным 7, а также лаборатория новых методов 8 и мастерская 9. Мас
терская выполняет простой ремонт средств контроля, замену элемен
тов, изготавливает приспособления для проведения операций конт
роля. ЦЛМНК имеет лаборатории и посты 10 в цехах. В состав цехо
вых лабораторий и постов входят специалисты по неразрушающим
методам контроля. Цеховые лаборатории подчиняются начальнику
ЦЛМНК, а функционально отдельные специалисты – соответствую
щим лабораториям по видам контроля.
В функции службы НК входят:
1. Текущий контроль. В него входит контроль заготовок и комп
лектующих изделий, поступающих с других предприятий (входной),
контроль изготавливаемых изделий после отдельных технологичес
ких операций (пооперационный) и сдаточный контроль выпускае
мой продукции. Эту работу в основном выполняют цеховые лабора
тории.
2. Разработка, совершенствование и освоение методов конт!
роля изделий путем составления инструкций и карт контроля. Эта
работа выполняется лабораториями по видам контроля. В инструк
циях отражаются новые методики контроля. Карта контроля состав
ляется на каждое индивидуальное изделие или группу однотипных
изделий. В ней содержатся все необходимые сведения для того, что
бы рабочийконтролер мог провести дефектоскопию, не обращаясь
ни к каким дополнительным документам.
3. Проверка и текущий ремонт средств контроля. Средства
контроля непременно должны подвергаться периодической проверке
(эта система периодической проверки называется поверкой). Кроме
того, необходимо проверять (подтверждать) работоспособность
средств контроля простыми средствами – либо перед каждой конт
рольной операцией, либо в начале и конце смены. Простой ремонт
98
аппаратуры, замену элементов, изготовление приспособлений выпол
няют мастерские ЦЛМНК.
4. Подготовка кадров контролеров. В нашей стране централи
зованно подготавливают только специалистов по НК с высшим обра
зованием. Подготовку специалистов среднего звена и рабочих выпол
няют ведомства или сами предприятия. В тарифноквалификацион
ном справочнике профессий имеются специальности рабочих по раз
личным видам контроля с разрядами от первого до шестого. Подго
товка рабочих низших разрядов целиком возложена на предприя
тия, ведущие контроль. Подготовка рабочих высокой квалифика
ции в некоторых отраслях (например, на железнодорожном транс
порте) ведется централизованно. В других отраслях высококвали
фицированных рабочих готовят сами предприятия, а ведомственные
институты проверяют лишь контроль качества подготовки.
Все подразделения службы контроля не подчиняются руковод
ству цехов, для которых нередко первоочередное значение имеют не
качественные, а количественные показатели выпуска продукции.
Работу службы контроля предприятия контролируют две органи
зации: инспекция по качеству министерства 11 и государственные
органы 12 типа госприемки.
Методическую помощь в освоении контроля новых изделий, но
вых средств контроля, а также в решении сложных технических воп
росов оказывают ведомственные институты 13. Институты разраба
тывают новые методики и средства контроля; обобщают статисти
ческие данные по результатам контроля за определенный период;
проводят проверку квалификации персонала предприятий; проверя
ют правильность выполнения ОСТов и инструкций; формируют тех
нические задания и требования на разработку и закупку нового обо
рудования по контролю.
Головным министерством по вопросам НК является Министер
ство приборостроения, средств автоматизации и систем управления.
Его научнопроизводственные объединения разрабатывают и серий
но выпускают средства НК массового применения. Узкоспециализи
рованные же средства контроля разрабатывают и выпускают ведом
ственные институты.
Фундаментальные проблемы НК прорабатывают институты Ака
демии наук и вузы. В системе АН действует научный совет по пробле
мам НК, Национальный комитет по НК, издается журнал «Дефек
тоскопия». Общую координацию всех работ по НК, ведущихся во
всех министерствах и ведомствах, выполняет Государственный ко
митет РФ по науке и технике, в котором имеются соответствующие
комиссия и секция.
99
Государственные стандарты по НК выпускает Госстандарт. Его
институты с привлечением институтов Министерства приборострое
ния, средств автоматизации и систем управления (это министерство
является головным по вопросам НК) и институтов других ведомств
разрабатывают планы стандартизации, разрабатывают и усовершен
ствуют стандарты, методы и средства проверки приборов контроля.
2.2. Стандартизация и метрологическое обеспечение
средств и методов контроля
В настоящее время является общепризнанным, что стандарты и
система стандартизации обладают очень большими потенциальны
ми возможностями в деле развития техники, роста экономики и по
вышения качества промышленной продукции. Возможности систе
мы стандартизации чрезвычайно велики уже потому, что стандарты
охватывают практически все известные виды промышленной про
дукции, все стадии создания и использования продукции, приводят
к упорядочению оформления и использования конструкторской и
технологической документации на изделие, устанавливают единство
методов контроля качества и испытаний, выбора показателей каче
ства и оценок уровня качества продукции.
Одним из важнейших направлений работы по стандартизации
является повышение качества промышленной продукции. В утвер
ждаемые вновь стандарты на промышленную продукцию обязатель
но включается расширенный перечень значений основных показате
лей качества, в том числе и показатели надежности. Поэтому выпол
нение требований стандарта уже гарантирует продукции установлен
ный уровень качества.
С целью обеспечения высокого качества продукции стандарты раз
рабатываются на основании комплексного научного подхода. Комп
лексный подход заключается в согласованной и увязанной разработ
ке стандартов на изделие и на все входящие в него составные части,
комплектующие изделия, полуфабрикаты и материалы, которые,
как правило, выпускаются разными предприятиями. Другим приме
ром комплексного подхода является взаимоувязанная разработка
стандартов и другой нормативной документации на различные объек
ты, взаимодействующие в процессе их использования. Так, только
комплексное рассмотрение стандартов на самолеты, их бортовое обо
рудование, взлетнопосадочные полосы, аэродромное и ремонтное
оборудование, системы сигнализации и связи, системы наземного
контроля за полетом и т.д., – может обеспечить достижение высоких
показателей качества самолетов в процессе их эксплуатации.
100
Высшей формой комплексной стандартизации является систем
ная стандартизация, охватывающая большой круг объектов, обра
зующих самостоятельную систему. Первым примером системного
подхода в стандартизации явилась разработка Государственной сис
темы стандартизации. Второй серией, объединяющей более 100 стан
дартов, стала Единая система конструкторской документации
(ЕСКД), введенная в действие с 1971 г. Затем была введена Система
технологической подготовки производства (с 1974 г.). Проблемы
качества промышленной продукции позволяет решить Система ка
чества промышленной продукции (СКПП).
Стандартизация в области контроля качества обеспечивает еди
нообразие проверки продукции в различных ведомствах, на разных
предприятиях страны, в различных условиях ее производства и при
менения, а также соответствие средств контроля определенным тре
бованиям. Она включает систему ГОСТов, обязательных для всей
территории страны, и ОСТов, необходимых для отраслей, изготав
ливающих продукцию и ее потребляющих. Вместо стандартов пред
приятий обычно выпускают инструкции и методики. Республиканс
кие стандарты в данной области не выпускают.
Стандарты на неразрушающие методы контроля относят к одной
из трех групп.
1. Стандарты общего назначения. Это стандарты на классифика
цию методов контроля, терминологию, единую систему обозначений,
требований к содержанию стандартов других групп. Примером тако
го стандарта может служить ГОСТ 18353–79.
2. Стандарты на средства контроля, разделяющие приборы дан
ного типа на группы по определенным признакам; определяющие
основные узлы этих приборов, основные их параметры; устанавли
вающие цифровые ряды или предельные значения этих параметров,
рекомендуемые к использованию.
Важную роль в повышении технического уровня приборов НК иг
рают стандарты на основные технические требования (ГОСТы ОТТ),
система которых разработана и введена Госстандартом в 1985–
1987 гг. ГОСТы ОТТ разработаны на ультразвуковые, электромаг
нитные, радиационные и т. п. дефектоскопы, толщиномеры и другие
типы приборов, являющиеся основными средствами НК. В этих стан
дартах предусмотрено планомерное улучшение основных техничес
ких параметров, чтобы достичь передового международного уровня и
превзойти его. Несоответствие прибора ГОСТу ОТТ автоматически
лишает его возможности претендовать на высокую категорию каче
ства, а следовательно, влияет на прибыль предприятияизготовите
ля прибора.
101
3. Стандарты на методики контроля различных видов продук
ции определенными методами, например: на радиационный контроль
сварных соединений, ультразвуковой контроль труб, капиллярный
контроль изделий разнообразного типа. В таких стандартах указыва
ют ограничения на виды контролируемой продукции, типы выявляе
мых дефектов, основные требования к применяемой аппаратуре (в не
которых случаях рекомендуют простые средства проверки ее парамет
ров), способы ее настройки, требования по подготовке изделий к кон
тролю, порядок его проведения, оценки и оформления результатов.
Рассмотренная система стандартов на средства и методы контро
ля разрабатывается в нашей стране в плановом порядке. Создано
большинство необходимых стандартов. Особое внимание уделяется
качеству самих стандартов. Для того чтобы стандарты способствова
ли росту качества продукции, заложенные в них требования должны
отвечать современным достижениям науки и техники. Срок действия
каждого вновь вводимого стандарта ограничен (5 лет). По истечении
срока действия стандарт должен быть пересмотрен и утвержден вновь.
Метрологическое обеспечение средств контроля
Все методы НК обеспечиваются средствами НК, а для широко ис
пользуемых методов НК и метрологическим обеспечением.
Метрологическим обеспечением называется установление и при
менение научных и организационных основ, технических средств,
правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой
точности измерений (ГОСТ 1.25–76). Не все средства контроля мож
но отнести к измерительным средствам, подлежащим метрологичес
кому обеспечению. Так, согласно ГОСТ 8.002–71 не подлежат мет
рологической проверке средства измерений, применяемые для наблю
дения за изменением величин без оценки их значений. Такие сред
ства относятся к индикаторным.
Ряд приборов НК (капиллярного, магнитопорошкового и др.) не
имеют измерительных узлов. Они предназначены лишь для индика
ции дефектов или для сравнения контролируемых объектов с неко
торыми стандартными. Однако по мере совершенствования средств
контроля, появления в них измерительных узлов возникает необхо
димость в их метрологическом обеспечении. В первую очередь, это
относится к приборам для измерения геометрических размеров, в ча
стности, толщины при одностороннем доступе.
Под метрологическим обеспечением средств НК понимают сово
купность методов, средств и критериев, необходимых для нормиро
вания и контроля таких параметров средств контроля, которые с га
рантированной достоверностью обеспечивают информацию о каче
102
ственных и количественных характеристиках контролируемых
объектов. Параметром средств контроля, подлежащим метрологи
ческой поверке, может быть либо погрешность измерения физичес
кой величины, если приборы обладают измерительными узлами, либо
пороговое (предельное) значение какоголибо параметра прибора или
контролируемого объекта, характеризующее эффективность контро
ля. Это может быть пороговая чувствительность, понимаемая как
минимальный размер выявляемой несплошности, возможность оцен
ки характеристик несплошностей (их количества, величины, место
расположения) и т. п. Необеспечение требуемых предельных значе
ний параметров может привести к пропуску недопустимых дефектов,
их неправильной оценке, необоснованному забракованию изделия.
Существенные трудности в метрологическом обеспечении средств
контроля возникают в связи с большим влиянием свойств контроли
руемых объектов на возможность и эффективность применения ме
тодов и средств контроля. В связи с этим важное значение для метро
логического обеспечения приобретают стандартные образцы, имити
рующие контролируемые объекты.
Метрологическую проверку осуществляют при разработке тех
нического задания на измерительные приборы, при выпуске их опыт
ных образцов (государственные приемочные испытания), в процессе
их выпуска, особенно в случае модернизации или передачи изготов
ления на другое предприятие (государственные контрольные испы
тания), в порядке метрологического надзора и ревизии за состоянием
измерительных приборов. Государственные контрольные испытания
проходят измерительные приборы, периодически ввозимые изза гра
ницы партиями. Государственной или ведомственной метрологичес
кой аттестации также подлежат измерительные приборы и другие
средства, изготавливаемые несерийно, в единичном экземпляре.
Основные этапы метрологической аттестации состоят в следую
щем. Разрабатывают программу метрологической аттестации, кото
рая включает перечень проверяемых параметров, устанавливают нор
мы значений и допустимых отклонений параметров. Разрабатывают
методику проверки, а иногда и необходимые средства. Для приборов
контроля весьма распространенным способом проверки является ис
пользование стандартных образцов, которые изготавливаются по
определенным правилам и затем проходят аттестацию. На основа
нии результатов метрологической аттестации составляют протокол
на каждый индивидуальный прибор, в котором резюмируют пригод
ность прибора к выполнению функций контроля.
Перечень государственных стандартов на методы и средства НК
приведен в табл. 2.1.
103
Таблица 2.1. Перечень ГОСТ на методы и средства НК
Объект
стандартиза
ции
Общие поло
жения всех
видов НК
Перечень ГОСТ
Терминология
К лассифи
кация
Методы
контроля
Средства контроля
евростандарт
EN 1330
1835379
3242–79,
24715–81,
25997–83,
27750–88.
4.177–85
21104–75,
21105–87,
25225–82
25863–83,
ТУ 6095387–88
Неразрушаю
щий конт
роль:
магнитный
24450–80
электриче
ский
25315–82
вихретоковой
24289–80
радиацион
ный
16759–71
(СТ СЭВ
1448–78),
14336–87,
24034–80,
25541–82
23055–78
7512–82,
27947–88
16002–84,
16003–76,
18061–80,
18701–83,
20426–82,
22555–77,
22556–77,
23764–79
(СТ СЭВ 1448–78),
25113–86,
26114–84
акустический
27655–88,
23829–85
14782–86
12503–75,
14782–86,
17410–78,
18576–85,
20415–82,
21120–81,
21397–81,
22727–88,
24507–80,
26126–84,
25961–83
23667–85,
23702–85,
26266–90
проникаю
щими веще
ствами
17137–87
(СТ СЭВ
5489–86),
24522–80,
26790–85,
5197–85
вибрационный
24346–80
104
27333–87
18442–80,
24054–80,
25136–82,
26182–84,
28517–90
Термины и определения, относящееся к органам по сертифика
ции, проводящим аттестацию персонала, и системе определения ква
лификации персонала, осуществляющего НК промышленной про
дукции – см. евростандарт EN 45013 и EN 473.
Термины и определения медицинской радиационной техники – см.:
– Нормы радиационной безопасности (НРБ99);
– Медицинская радиационная техника. Термины и определения.
ГОСТ Р МЭК 60788.
Примечание. Всемирный день стандартов отмечается 13 октября.
2.3. Дефекты продукции и их обнаружение
В соответствии с ГОСТ 15467 дефектом называется каждое от
дельное несоответствие продукции установленным требованиям.
Дефекты, встречающиеся в деталях машин, можно подразделить:
1) по возможности обнаружения –
– на явные, обнаружение которых возможно предусмотренными
правилами, методами и средствами контроля, хотя они могут и не
выявляться визуально, и
– скрытые, к ним относятся дефекты, выявление которых не пре
дусмотрено нормативной документацией; они обычно выявляются
при обнаружении явных дефектов или в процессе эксплуатации;
2) по местоположению –
– на локальные (трещины, риски, неметаллические включения
и т. д.),
– расположенные в ограниченных зонах объема или поверхнос
ти детали (зоны ликвации, неполной закалки, коррозионного пора
жения, местный наклеп и т. д.); их можно подразделить на внутрен
ние (глубинные) и наружные (поверхностные и подповерхностные),
– распределенные во всем объеме детали или по всей ее поверхно
сти (общее несоответствие химического состава, структуры, качества
механической обработки и т. д.);
3) по форме, размерам и ориентировке –
– на резкие концентраторы напряжений и
– нерезкие концентраторы напряжений;
4) по этапу возникновения –
– на конструктивные,
– производственные (ремонтные), возникающие в процессах из
готовления, сборки или ремонта изделия,
– эксплуатационные, зарождающиеся и/или развивающиеся в
процессе эксплуатации изделия,
105
– аварийные;
5) по возможности устранения –
– на устранимые, устранение которых технически возможно и
экономически целесообразно, и
– неустранимые.
Примечание. Отнесение дефекта к той или иной категории определяет
ся техническими возможностями и экономической целесообразностью.
По мере совершенствования технологических процессов неустранимые
дефекты могут стать устранимыми;
6) по возможности использования продукции –
– на критические (делают использование продукции практичес
ки невозможным или недопустимым),
– значительные (оказывают существенное влияние на возмож
ность использования изделия по назначению или снижают его дол
говечность) и
– малозначительные (не оказывают существенного влияния ни
на использование изделия по назначению, ни на его долговечность).
Примечание. Подразделение дефектов на критические, значительные
и малозначительные служит основанием для назначения выборочного или
сплошного качества продукции, а также в случае выборочного контроля –
для назначения риска потребителя (заказчика). Если есть вероятность
появления критического дефекта, то необходим сплошной (а иногда и нео
днократный) контроль. Выборочный контроль в случае возможности появ
ления значительного дефекта допускается, если значение риска потреби
теля достаточно низкое. При вероятности появления малозначительного
дефекта выборочный контроль может применяться и при относительно
высоком значении риска потребителя.
Возможны случаи, когда несколько малозначительных дефектов могут
быть равноценны значительному или даже критическому дефекту.
2.3.1. Конструктивные дефекты
Конструктивные дефекты – это несоответствие требованиям тех
нического задания или установленным правилам разработки (модер
низации) продукции. Они являются следствием несовершенства кон
струкции и ошибок при конструировании. Причины таких дефектов
могут быть различными:
1) неправильный выбор материалов;
2) неправильное назначение режимов термической обработки;
3) неправильное назначение допусков в сопряжениях;
4) заниженный класс чистоты поверхности деталей;
5) неверное определение размеров деталей (результатом этого мо
гут быть слишком большие действующие напряжения);
106
6) нерационально выбранная форма детали;
7) малые радиусы галтелей (это может явиться причиной слиш
ком больших коэффициентов концентрации напряжений в опасных
сечениях);
8) создание концентраторов напряжений в опасных сечениях (на
пример, расположение отверстия для смазки в месте с высоким уров
нем напряжений);
9) малая выносливость деталей изделия;
10) низкая жесткость конструкции (повышение вибрации);
и т. д.
Своевременное выявление конструктивных дефектов позволит
непрерывно совершенствовать выпускаемую продукцию, повышать
ее надежность и долговечность.
2.3.2. Производственные дефекты
и их обнаружение
К этим дефектам относится несоответствие требованиям норма
тивной документации на изготовление или поставку продукции. Они
возникают обычно в результате нарушений техпроцесса при произ
водстве или восстановлении деталей, узлов и машин в целом, а так
же при неправильно назначенных технологических процессах.
Производственные дефекты, если они не были выявлены в процес
се изготовления или восстановления изделия, проявляются, как пра
вило, в начальный период эксплуатации.
Дефекты этой группы могут возникнуть вследствие применения
материала не соответствующей марки, отступления от размеров и
допусков на изготовление и ремонт деталей, нарушения технологии
механической или термической обработки деталей, нарушения тех
нологических процессов сборки или регулировки изделия или его уз
лов и блоков и т. д.
Дефекты плавления и литья
Литье – это технологический процесс изготовления заготовок и
изделий путем заполнения жидким материалом формы или излож
ницы с последующим его затвердеванием. Изложница – это форма
простых геометрических очертаний обычно с небольшой конуснос
тью. Отлитый в изложницу слиток является заготовкой для даль
нейшей обработки. Литейная форма имеет конфигурацию, близко
или точно (точное литье) повторяющую конфигурацию изделия. Для
получения пустотелых отливок в форму вставляют стержни, воспро
107
изводящие конфигурацию внутренних полостей. Формы и изложни
цы делают разъемными для удобства извлечения слитка или отлив
ки. Через литниковую систему в них заливают жидкий материал и
обеспечивают возможность выхода образующихся газов и излишков
материала.
Отклонение химического состава (и, как следствие, физичес
ких и химических свойств металла отливок) от заданного вызыва
ется неправильным расчетом шихты или нарушением режима веде
ния плавки металла. Этот дефект является неустранимым. В резуль
тате изменяются механические свойства сплава, что может привести
к преждевременному разрушению изготовленной из него детали, ее
ускоренному изнашиванию и т. п.
Дефект обнаруживают с помощью экспрессного химического ана
лиза жидкого или застывшего металла, а также применяя электри
ческие (по изменению термоЭДС) и электроиндуктивные методы кон
троля.
Ликвация – неоднородность химического состава в отдельных
зонах слитка или детали. Возникает как изза плохого перемешива
ния жидкого металла, так и в процессе остывания и кристаллизации
материала отливки. В зоне ликвации механические характеристики
металла могут быть пониженными. Различают следующие виды лик
ваций. Дендритная ликвация – неоднородность химического соста
ва по объему зерна (по скелету кристалла, имеющего древовидное,
или дендритное, строение). Вызвана тем, что при остывании снача
ла кристаллизуется аустенит* с малым содержанием углерода, а за
тем – с большим. Ликвация по удельному весу проявляется в обога
щении нижней части слитка или отливки компонентами с большим
удельным весом в результате плохого перемешивания жидкого ме
талла. Зональная ликвация проявляется в отличии химического со
става металла в дендритах и междендритных промежутках, в обога
щении легкоплавкими составляющими центральной части слитка.
Ликвацию обнаруживают по разному поглощению рентгеновских
и гаммалучей, химическим и металлографическим анализом повер
хностей или сечений металла.
Газовые поры представляют собой оставшиеся после затвердева
ния внутри отливки или в ее поверхностном слое растворенные в
жидком металле газы. Они имеют форму округлых пузырьков и глад
* Аустенит – высокотемпературная аллотропическая модификация желе
за. Имеет кристаллическую решетку в виде гранецентрированного куба. До
вольно хорошо растворяет углерод: атом углерода внедряется в центр куба.
Неферромагнитен и в отличие от низкотемпературной модификации железа не
ржавеет.
108
кую поверхность. Поры объединяются иногда в более крупные газо
вые пузыри. Появляются в результате плохой газопроницаемости
формовочной земли, плохой вентиляции формы и стержней, неудов
летворительного качества металла и высокой температуры его за
ливки. Если поры и газовые пузыри в слитке имеют неокисленную
поверхность, то он заваривается в процессе обработки давлением.
В высококачественной отливке поры и пузыри недопустимы.
Для обнаружения применяют радиационные методы контроля.
Неметаллические включения возникают от недостаточной очис
тки зеркала расплавленного металла от шлака и флюса перед раз
ливкой, плохого отвода их в процессе разливки. К включениям отно
сят также окислы железа и различных металлов, добавляемых в про
цессе плавки, частицы огнеупорного и формовочного материала, элек
тродов и т. п. Включения могут быть расположены в самых различ
ных местах отливки. Земляные включения в отливках появляются
в результате плохой отделки и очистки форм, небрежной их сборки,
неправильного выполнения литниковой системы и заливки форм
неспокойной струей металла. Шлаковые включения могут возни
кать в отливках в случае плохой очистки заливаемого металла и не
правильного расположения или отсутствия шлакоуловителей. Спе
цифическим типом включений являются окисные плены в виде тон
ких и хрупких прослоек окисленного металла. Они образуются на
зеркале и в струе расплавленного металла.
Перечисленные дефекты при превышении определенных размеров
недопустимы как в отливках, так и в слитке. Если литье не является
конечной целью для получения детали и слиток будет подвергаться
обработке давлением, то при деформации слитка газовые поры и не
металлические включения лишь вытягиваются вдоль направления
деформирования, но не устраняются.
Неметаллические включения обнаруживают радиационными и
ультразвуковыми методами контроля, а плены – ультразвуковыми.
В случае выхода на поверхность их обнаруживают методами поверх
ностной дефектоскопии.
Усадочные раковины представляют собой пустоты, образующи
еся изза нарушения правильности усадки металла отливок при не
равномерном их охлаждении или недостатка металла в процессе его
затвердевания. Механизм образования усадочных раковин в общем
случае состоит в следующем. Верхнюю часть изложницы (или слож
ной литейной формы) утепляют, замедляя теплоотвод. В результате
здесь металл застывает последним. При застывании объем металла
уменьшается, из него выделяются газы. В результате этих причин в
верхней части слитка образуется усадочная раковина. Появлению
109
усадочных раковин способствуют: неправильное расположение при
былей и холодильников, излишне высокая температура металла в
момент его заливки и неудачная конструкция отливаемых деталей.
Характерным для усадочных раковин является их неправильная
форма и грубая поверхность. Если литье производилось с целью по
лучения деталей, в которых усадочные раковины недопустимы, то
отливка бракуется. В слитках обычно усадочная раковина вместе с
частью слитка удаляется.
Вблизи поверхностей усадочных раковин возникают усадочные
рыхлоты. Распространяясь в глубину слитка, рыхлота образует
«хвост». Поверхность раковины и рыхлого металла сильно окисле
на, и при дальнейшей обработке давлением этот дефект не заварива
ется. Поэтому часть слитка, содержащую раковину и рыхлоту, уда
ляют, «с запасом» обрезая также часть здорового металла.
Применение радиационного или ультразвукового контроля позво
ляет более точно определить местоположение усадочной раковины и
избежать удаления излишков металла. Полноту удаления рыхлоты
проверяют путем контроля места отрезки методами поверхностной
дефектоскопии (визуальными, магнитопорошковыми, капиллярны
ми, вихретоковыми).
Неспаи и неслитины представляют собой места отслоений метал
ла отливок. Появляются в результате встречи струй недостаточно
нагретого металла преимущественно в местах, где сечения отливок
малы, или же вследствие перерывов струи металла при его заливке в
формы. При этом между зернами основного металла появляются тон
кие прослойки несоединившегося металла (прослойки окислов). За!
ливинами называют наплывы на поверхности слитка или отливки.
Они образуются в результате прорыва жидкого металла из внутрен
них слоев через кристаллизовавшуюся корку. Отслоения возника
ют от брызг металла, попавших на стенки изложницы или формы,
а затем слабо соединившихся с заполняющим форму металлом.
Наружные дефекты этих типов обнаруживают поверхностными
методами дефектоскопии, а внутренние (некоторые неслитины) –
ультразвуковым методом. Эти дефекты удаляют зачисткой поверх
ности или вырубкой.
Наиболее опасным видом дефектов литья являются трещины.
Горячие трещины обычно образуются в момент затвердевания
металла в местах перехода от толстых сечений отливок к тонким.
Они возникают в результате разрушения закристаллизовавшегося
скелета сплава под действием термических и усадочных напряже
ний, особенно при быстром твердении сплава, когда термическому
сжатию металла мешает литейная форма. Горячие трещины появля
110
ются в результате неправильной конструкции отливки, плохой по
датливости формовочной земли, высокой температуры заливаемого
металла и неравномерного охлаждения отливки. Внутренняя повер
хность горячих трещин обычно сильно окислена, в изломе имеет тем
ный цвет.
Холодные трещины возникают также под действием термичес
ких и усадочных напряжений, но они образуются при более низких
температурах после затвердевания слитка, даже, когда металл нахо
дится вне формы. Причиной их образования являются: резкое изме
нение температуры отливок, разные скорости охлаждения разных
участков (например, тонких и толстых элементов отливки), а также
удары, возникающие при бросании горячих отливок и их обрубке.
Поверхность холодных трещин светлая, не имеет следов окисления
и напоминает свежий излом.
Внутренние трещины выявляют радиационными и ультразвуко
выми методами НК. Трещины исправляют вырубкой и подваркой
металла с обязательным последующим контролем на отсутствие тре
щин в местах ремонта.
Сдвиги одной части отливки относительно другой также могут
быть дефектом отливок.
Дефекты обработки давлением
Существует большое количество различных способов обработки
металлов давлением: свободная ковка (ударное воздействие), прес
сование (неударное воздействие), штамповка (ковка или прессова
ние в формуштамп), высадка (продавливание сквозь отверстие), во
лочение (протаскивание металла через отверстиеоправку для полу
чения прутка, проволоки), прокатка и др. Обработка давлением по
зволяет получить металл требуемой формы, уплотняет его, завари
вает некоторые дефекты, измельчает структуру, улучшает механи
ческие свойства.
Дефекты продукции после обработки давлением подразделяются
на две группы: связанные с дефектами исходного слитка и вызывае
мые самой обработкой. Рассмотрим вначале дефекты первой группы.
Шлаковые включения в исходных заготовках – металлургичес
кий брак, при дальнейшей горячей объемной штамповке приводит к
нарушению сплошности в поковке.
Ликвация по химическому составу.
Волосовины являются результатом деформации неметаллических
включений и газовых пузырей. Имеют вид тонких трещин длиной от
долей миллиметра до нескольких сантиметров и расположены на
111
поверхности и в подповерхностном слое металла. Волосовины имеют
глубину 0,5–1,5 мм.
Расслоения возникают при обработке давлением слитка, имею
щего усадочные раковины или рыхлоты, а также при прокатке листа
в результате плющения неметаллических включений или газовых
пузырей. Расслоения – внутренние нарушения сплошности, распо
лагающиеся по направлению волокна. При горячей штамповке дета
лей из заготовок с расслоением этот вид брака становится иногда за
метным после обрезки заусенца (обло′я).
Плены – заливины и брызги жидкой стали, застывшие на поверх
ности слитка и раскатанные при прокате в виде отслаивающихся с
поверхности пленок, толщиной до 1,5 мм.
Незаварившиеся в процессе деформации поверхностные и внут
ренние трещины слитка; «скворечники» – раскрытые в процессе
горячей деформации термические трещины, образующие полости раз
личных размеров и очертаний.
К дефектам второй группы, вызванным непосредственно обра
боткой давлением, относятся следующие.
Ковочные трещины (поверхностные и внутренние), разрывы —
появляются изза значительных напряжений в металле при деформа
ции в поковке (штамповке, прокате). Растягивающие внутренние на
пряжения могут привести к появлению разрывов и трещин металла не
только в зонах, ослабленных дефектами слитка, но при достаточной их
величине – к разрушению зон, не пораженных дефектами. Следует от
метить, что при обработке давлением металл неоднократно подвергает
ся нагреву и охлаждению, что приводит к возникновению термических
напряжений, способствующих образованию внутренних разрывов и
трещин. При холодной объемной штамповке изза недостаточной де
формируемости исходных материалов на поверхности обрабатываемых
деталей возникают скалывающие трещины. Эти трещины обычно рас
полагаются в плоскости наибольших сдвигающих напряжений, накло
ненной под углом 45° к направлению действующего усилия.
Рванины – грубые надрывы на поверхности металла, возникшие
вследствие недостаточной его пластичности. Это происходит, когда
температура обрабатываемого металла оказывается ниже уровня,
необходимого для того, чтобы металл выдержал заданную деформа
цию. Рванины возникают также при разной скорости деформирова
ния различных слоев металла.
Прессутяжины – это конусообразные нарушения сплошности в
центральной зоне прутка, изготавливаемого прессованием или воло
чением. Они возникают при опережающем течении наружных слоев
металла по отношению к внутренним.
112
Заковы и закаты – возникают при избытке металла в валках
(калибрах). Избыток металла при деформации заворачивается в
складки и вновь прижимается к поверхности; складки вдавливают
ся и раскатываются на поверхности металла в диаметрально проти
воположных направлениях.
Зажим – заштампованная складка, появляется в результате не
правильного наполнения фигуры штампа металлом (встречное дви
жение металла) или закатывания заусенцев, полученных на первых
переходах штамповки. Этот вид нарушения сплошности иногда лег
ко заметен после механической обработки детали.
Вмятины – местные углубления на поверхности заготовки, вы
зываемые попаданием посторонних частиц на поверхность бойка′,
штампа, валка′.
Риски – канавки на поверхности заготовок, полученных прессо
ванием, прокаткой или волочением (прутка, проката). Появляются
в результате попадания мелких посторонних частиц на поверхность
оправки или штампа, или (при прокате) на валки, или при износе
матрицы при прессовании. Риски могут также оставаться как след
от грубой поверхности слитка. Они имеют глубину 0,2–0,5 мм.
Флокены – тонкие извилистые трещины, представляющие в из
ломе светлые пятна характерного серебристого цвета, округлой фор
мы диаметром до 50 мм. Они появляются наиболее часто в среднеуг
леродистых и среднелегированных сталях при повышенном содер
жании в них водорода. Водород, растворенный в жидкой стали при
охлаждении и особенно при фазовых превращениях, вследствие рез
кого понижения растворимости стремится выделиться. При этом он
заполняет все пустоты вплоть до дефектов кристаллической решет
ки, и, превращаясь из атомарного в молекулярный, развивает ог
ромные давления, приводящие к хрупкому разрушению металла.
Флокены обычно появляются в центральной зоне кованых или ката
ных заготовок крупных сечений и реже – в слитках. Поковки, от
штампованные из металла, пораженного флокенами, иногда растрес
киваются с отделением кусков металла. Это обнаруживается при за
калке, после снятия припуска механической обработкой резанием
или при поломке детали в эксплуатации.
Торцевые трещины появляются при резке главным образом круп
ных профилей проката, когда к моменту среза заготовка в результате
больших удельных давлений под ножом сминается из круглого сече
ния в эллипс. В материале возникают большие внутренние напряже
ния, он растрескивается, иногда через 2–6 ч. после резки. Брак воз
растает по торцевым трещинам в зимнее время, так как низкая тем
пература способствует растрескиванию металла даже при резке ма
113
лых профилей. Подбор оптимальных условий резки сводит до мини
мума возникновение торцевых трещин.
Отклонение от номинальных размеров, разнотолщинность,
утонение и утолщение прокатных, прессованных, тянутых полу
фабрикатов (листов, труб, прутков), разрывы появляются в резуль
тате нарушения технологии производства, чаще всего – неправиль
ной установки инструмента (валков листопрокатного стана, иглы
трубопрокатного стана, оправки волочильного станка).
Если разрывы зачастую можно определить визуально (у средне и
крупногабаритных деталей), то недопустимую степень утонения сле
дует определять специальными (например, радиоизотопными и др.)
методами. Как правило, эксплуатационная надежность деталей, по
лученных посредством глубокой вытяжки, определяется не столько
отсутствием разрывов (трещин), сколько предельно допустимой сте
пенью утонения, которую может получить материал в наиболее де
формированных зонах детали. При эксплуатации изделий, собран
ных из деталей, полученных глубокой вытяжкой, в результате зна
копеременных нагрузок может наступить разрушение детали в зоне
утонения. Поэтому по мере увеличения объема листовой штамповки
актуальной становится проблема автоматического контроля степе
ни утонения металла при вытяжке.
Грубые наружные дефекты продукции, обработанной давлением
(вмятины, рванины, некоторые риски, плены, заковы), выявляют
визуально. Более тонкие дефекты того же типа обнаруживают мето
дами поверхностной дефектоскопии: магнитным, капиллярным, вих
ретоковым. Для выявления внутренних дефектов радиационный ме
тод применяют редко. Он эффективен только в тех случаях, когда
дефекты (прессутяжины, скворечники) имеют объемный характер.
Сжатые при деформации внутренние дефекты могут быть обнаруже
ны только ультразвуковыми методами (эхо или теневым).
Для контроля продуктов прокатки и волочения необходимо обес
печить высокую производительность контроля. В этом случае при
меняют ультразвуковые, вихретоковые, а также индуктивные, фер
розондовые и тому подобные методы магнитного контроля. Эти же
методы применяют для измерения толщины изделий при односто
роннем доступе.
Дефекты термической и химикотермической обработки
Термическая обработка состоит в нагреве, последующем охлажде
нии металлов и сплавов по определенному закону и направлена на из
менение их свойств в результате изменения их внутренней структуры.
114
Целью термической обработки является снятие внутренних напряже
ний, а также повышение прочности, пластичности и вязкости метал
ла. Специфическими видами термообработки являются поверхност
ная и химикотермическая обработка. В этом случае воздействию под
вергают локальные (обычно поверхностные) зоны металла. К этой тех
нологической операции можно отнести также электрохимическую об
работку, с помощью которой на поверхность наносят покрытие.
Дефекты при термической обработке возникают изза несоблюде
ния заданной температуры, времени выдержки, скорости нагрева и
охлаждения детали. Перегрев приводит к образованию крупнозер
нистой структуры, оксидных и сульфидных выделений по границам
зерен (в стали); пережог вызывает не только образование крупного
зерна, но и оплавление границ зерен, что способствует в дальнейшем
разрушению металла.
Термические трещины (в том числе закалочные) возникают в
металле при резких нагреве и охлаждении (например, при закалке).
В этом случае появляются термические напряжения от температур
ного перепада по сечению, а также структурные напряжения, свя
занные с тем, что структурные превращения по сечению детали про
исходят неодновременно. В результате наложения термических на
пряжений на структурные в закаливаемой детали могут появиться
закалочные трещины различной величины и ориентировки.
Обезуглероживание наблюдается в металле при нагреве сталь
ных изделий в атмосфере, содержащей пары воды, углекислый газ
или водород. В этом случае происходит выгорание углерода в поверх
ностных слоях, что приводит к понижению прочности стали. В изде
лиях из инструментальной стали, прокаливающихся полностью или
на большую глубину и имеющих обезуглероженный слой, возника
ют поверхностные трещины глубиной до 1,2–2 мм (и даже больше).
Они являются следствием растягивающих напряжений, вызванных
тем, что в обезуглероженном слое при закалке образуется низкоугле
родистый мартенсит с меньшим объемом, чем в сердцевине. Обезуг
лероживание как процесс, способствующий образованию трещин,
наиболее опасен для сталей с повышенным содержанием углерода
(C = 0,5 %), мартенситное превращение которых в сердцевине проте
кает с большим изменением объема.
Науглероживание наблюдается в металле при нагреве стальных
изделий в атмосфере, содержащей избыточную окись углерода. Это
приводит к насыщению поверхностных слоев углеродом, что повы
шает хрупкость и склонность к трещинообразованию.
Водородные трещины возникают в металле изза насыщения
поверхностного слоя стали водородом под действием щелочей, кис
115
лот и специальных растворов при травлении и электрохимической
обработке. Насыщение поверхностного слоя водородом приводит к
резкому падению пластичности и к хрупким разрушениям, очагом
которых обычно становятся микротрещины, имеющиеся на поверх
ности детали.
Образование мягких пятен на закаленной поверхности происхо
дит в результате недостаточного нагрева отдельных участков.
Разрушающие методы контроля термообработки состоят в изуче
нии изломов и шлифов (металлографический анализ) образцов, вы
резанных из металла. Неразрушающими методами контроля термо
обработки являются магнитный, вихретоковый и ультразвуковой.
Для обнаружения трещин применяют методы поверхностной дефек
тоскопии и ультразвуковые методы с использованием поверхност
ных волн.
Дефекты механической обработки
Наиболее частым дефектом механической обработки является не!
соответствие геометрических размеров, несоблюдение требова!
ний к чистоте поверхности. Такой дефект обычно определяют ме
ханическими измерительными средствами, из неразрушающих ме
тодов для этой цели применяют оптические.
Дефекты типа несплошностей в процессе механической обработ
ки возникают редко. Например, при обработке резанием металла, в
котором имеются большие поверхностные напряжения, могут воз
никнуть трещины.
В поверхностном слое металла, наклепанном при отделочных опе
рациях, возникают отделочные трещины. Поверхностные микро
трещины в дальнейшем, при работе детали под нагрузкой, развива
ются (особенно при повышенной температуре).
Прижоги, шлифовочные трещины возникают на операции шли
фовки, при которой происходит резкий нагрев поверхностного слоя
металла и последующее его охлаждение. Это может привести к появ
лению прижогов – локальных перезакаленных участков небольшой
площади или участков с сеткой мелких шлифовочных трещин на
поверхности детали. Шлифовочные трещины малых размеров не
имеют определенной ориентации или расположены в виде сетки; в
стали, сильно перегретой при закалке, они могут быть более глубо
кими (3–4 мм). Причинами появления шлифовочных трещин явля
ются:
а) растягивающие напряжения, возникающие изза нагрева и рез
кого охлаждения при шлифовании, а также в результате нагрева и
116
дальнейшего отпуска мартенсита с образованием в тонком поверхно
стном слое структур, имеющих меньший объем, чем мартенсит, со
храняющийся в нижележащих слоях;
б) превращение остаточного аустенита в поверхностном слое и об
разование более хрупких продуктов его превращения. Это заметно
усиливает чувствительность к трещинам сталей, имеющих повышен
ное количество аустенита.
Как прижоги, так и шлифовочные трещины могут явиться причи
ной разрушения. Поверхностные трещины обнаруживают капилляр
ным, магнитным и вихретоковым, а прижоги – склерометрическим,
магнитным и термоэлектрическим методами.
При правке, рихтовке, монтаже оборудования также могут появ
ляться рихтовочные и монтажные трещины, ориентированные
поперек направления максимальных растягивающих напряжений.
Для их обнаружения помимо названных методов используют ульт
развуковые и радиационные, когда поверхность с возможными тре
щинами после монтажа недоступна наблюдению.
Дефекты соединения материалов
Неразъемные соединения материалов выполняют сваркой, пай
кой, склейкой, клепкой.
1. Дефекты сварки. Все способы сварки разделяют на две груп
пы: сварку плавлением и давлением. В первом случае свариваемые
заготовки располагают на некотором расстоянии друг от друга и осу
ществляют расплавление кромок заготовок и заполнение разделки
присадочным или оплавленным основным металлом. Во втором слу
чае также возможно расплавление кромок, но сварку осуществляют
при сдавливании свариваемых заготовок. Каждому виду сварки свой
ственны свои характерные дефекты.
1.1. Для сварки плавлением вследствие нарушения режима свар
ки свойственны некоторые металлургические дефекты. Посколь
ку при сварке металл подвергается расплавлению и затвердеванию,
то могут возникать все дефекты, присущие литому металлу: усадоч
ные раковины, поры (иногда поры располагаются цепочками, груп
пами), включения (шлаковые, флюсовые, окисные, сульфидные, ме
таллические). Кроме того, под воздействием высокой температуры в
зоне термического влияния могут возникать изменения размеров зер
на, перегрев, закалка и отпуск, горячие и холодные трещины.
Специфическими дефектами сварки являются непровары – пус
тоты, местные несоединения, образующиеся в результате неполного
расплавления кромок свариваемых листов, а также малого расстоя
117
ния между кромками по отношению к диаметру электрода. Типич
ной картиной непровара в вершине шва на рентгеновском снимке
является непрерывная или прерывистая темная полоса в центре
шва.
Особенно опасный дефект – сварочные трещины, возникающие
обычно в процессе остывания сварного соединения. Они могут по
явиться не только в наплавленном металле, но также в основном
металле соединения в зоне термического влияния на него сварочного
процесса. Трещины часто возникают от внутренних напряжений,
возникающих от усадки при охлаждении шва (технология сварки,
а также когда основной металл или электроды не отвечают необхо
димым требованиям). Трещины в наплавленном металле, перпенди
кулярные оси шва, могут распространяться и на основной металл.
Иногда трещины могут возникнуть вдоль боковой стороны нагревае
мой зоны.
Трещины и непровары обычно относятся к внутренним дефектам
сварного шва. К наружным (внешним) относят: неполное заполне
ние шва; вогнутость на вершине шва; избыточное усиление (увели
чение толщины шва); нахлест (наплавление металла на основу); про
плав; продольные канавки; подрез (углубление в основном металле
вдоль линии сплавления); смещение кромок шва; неровности в мес
тах смены электрода, прожог в виде сквозного отверстия, образовав
шегося в результате вытекания сварочной ванны и др.
Причиной возникновения перечисленных дефектов сварки явля
ется неправильный состав сварочных материалов (электродов, флю
сов), неправильная подготовка к сварке (неверная форма разделки,
неверно выбрано расстояние между свариваемыми заготовками), на
рушение режима сварки. Трещины могут возникать также в резуль
тате неправильной конструкции сварного изделия, неправильного
термического режима сварки, наличия включений, расслоений и дру
гих дефектов в основном металле.
В большинстве случаев внешние дефекты могут быть определены
визуально. Для выявления внутренних и некоторых поверхностных
несплошностей применяют радиационные и ультразвуковые мето
ды. Герметичные сварные конструкции проверяются методами тече
искания.
1.2. В сварке давлением встречаются некоторые дефекты, харак
терные для сварки плавлением, например, поры, шлаковые включе
ния, смещение кромок и др.
Специфическим дефектом сварки давлением является слипание.
Это хрупкое и непрочное соединение свариваемых заготовок, окис
ленное в бо′льшей или меньшей степени. Оно возникает при недоста
118
точно хорошей очистке свариваемых поверхностей, недостаточном
расплавлении металла кромок. Отсутствие надежных средств обна
ружения слипаний препятствует широкому применению сварки дав
лением при изготовлении ответственных конструкций, несмотря на
ее очень высокую производительность.
2. Дефекты пайки. Пайкой называется способ соединения твер
дых материалов путем заполнения зазора между ними жидким отно
сительно более легкоплавким сплавомприпоем – с образованием
между паяемым материалом и припоем прочной связи. Сцепление
между ними возникает в результате диффузионного взаимодействия
материала заготовки и жидкого припоя с последующей кристалли
зацией.
Непропай – основной тип дефекта пайки. Он возникает изза не
достаточно тщательной очистки спаиваемых поверхностей или на
рушения температурного режима пайки.
Паяные соединения контролируют ультразвуком, применяя эхо,
теневой или импедансный методы. Герметичные паяные конструк
ции проверяются методами течеискания.
3. Клеевое соединение получают с помощью клея – вязкого веще
ства, обладающего адгезией с соединяемыми материалами и доста
точной прочностью после твердения.
Непроклей – основной тип дефекта этого соединения. Он возни
кает в результате плохой очистки склеиваемых поверхностей или
нарушения температурного склейки.
Для выявления дефекта применяют те же методы, что и при конт
роле паяных соединений. Герметичные клеевые конструкции прове
ряются методами течеискания.
4. Клепаное соединение получают с помощью заклёпок, которые
вставляют в отверстия, просверленные в соединяемых деталях, а за
тем расклёпывают, т. е. на концах заклепок формируют замыкаю
щую головку. Несмотря на то, что клепка быстро вытесняется свар
кой, она применяется в ряде производств, например, в авиастрое
нии.
Дефекты клепаных соединений связаны с возникновением тре!
щин в заклепках и соединяемых деталях.
Выявляются ультразвуковыми методами.
5. Отслоение – характерный дефект в изделиях, изготавливае
мых из двухслойных металлов. Возникает как в процессе получения
двухслойных листов или труб, так и при их обработке давлением,
сваркой. Прочность сцепления плакирующего слоя с основным ме
таллом зависит от ряда факторов, влияние которых еще полностью
не выяснено.
119
2.3.3. Дефекты, возникающие при хранении и эксплуатации,
и их обнаружение
При хранении изделие может получить механические повреждения.
Возможно растрескивание в результате действия внутренних напря
жений. Нередкое явление – атмосферная коррозия, которая может
быть поверхностной, а может распространяться в глубь металла пре
имущественно по границам зерен (межкристаллитная коррозия).
При эксплуатации дефекты деталей, узлов, блоков и изделий в
целом возникают в результате изнашивания, коррозии, явления ус
талости и т. д., а также неправильного технического обслуживания
и эксплуатации. Техническое состояние изделий в процессе эксплуа
тации с течением времени ухудшается (изнашиваются отдельные
элементы конструкции, появляются дефекты и повреждения). При
этом изза износов и повреждений снижаются работоспособность и
надежность изделий.
Обнаружение поверхностных дефектов, возникающих при хране
нии и эксплуатации, производится путем визуального осмотра и кон
тролем капиллярным, магнитным и вихретоковым методами. Внут
ренние трещины любого происхождения обнаруживают ультразву
ковым эхометодом, для наблюдения за появлением и развитием тре
щин перспективен метод акустической эмиссии.
Дефекты, возникающие в результате изнашивания
Износ – это результат изнашивания, проявляющегося в виде от
деления или остаточной деформации материала. В результате износа
изменяются рабочие параметры деталей, узлов и блоков изделий, а в
итоге снижается их надежность.
В процессе эксплуатации изделий изнашивание того или иного
вида неизбежно. Его характер и скорость определяются конструк
тивными особенностями машины, материалами, из которых она из
готовлена, технологией производства, испытываемыми в процессе
работы нагрузками и условиями эксплуатации. Виды и характерис
тики изнашивания даны в ГОСТ 16429–70.
В реальных изделиях, как правило, большинство деталей в про
цессе эксплуатации подвержены одновременно нескольким видам
изнашивания, но при этом почти всегда можно выделить ведущий
вид, который и будет лимитировать работоспособность детали. Со
путствующие виды изнашивания при этом, как правило, будут мало
влиять на работоспособность детали, но в отдельных случаях они
могут резко ускорить процесс изнашивания детали.
120
Изнашиванию подвержены сопряженные пары деталей, имеющие
относительное перемещение. Изнашивание происходит в результате
действия сил трения и ударных нагрузок. Изнашивание при трении
сопряженных подвижных деталей связано с механическими, тепло
физическими и химическими процессами. Значительно усложняет
анализ процессов изнашивания одновременное протекание процес
сов деформации поверхностных слоев деталей и тепловых явлений,
деформации и адсорбции, деформации и диффузии и других одновре
менно протекающих процессов.
Интенсивность изнашивания зависит от механических и хими
ческих свойств материала трущейся пары, вида трения (без смазки –
сухое, граничное или жидкостное), характера и величины нагрузки,
вида сопряжения и шероховатости поверхности, относительной ско
рости перемещения трущихся поверхностей, их взаимодействия с
внешней средой и т. д. Изнашивание при трении в значительной сте
пени зависит от прочности поверхностных слоев.
Большое влияние на работу трения оказывает смазка, устраняю
щая непосредственный контакт сопряженных металлических повер
хностей. В настоящее время в сопряженных парах изделий, как пра
вило, реализуется режим граничного трения, при котором на отдель
ных микро и макроучастках рабочих поверхностей наблюдается тре
ние без смазки. В этом случае тончайшие слои металла трущихся
поверхностей подвергаются пластической деформации и одновремен
но взаимодействуют с окружающей средой.
В результате изнашивания происходит постепенное изменение
размеров и формы деталей, следовательно, увеличиваются зазоры,
принятые для данной сопряженной пары. В современных изделиях
зазоры между трущимися деталями исчисляются сотыми и тысяч
ными долями миллиметра, поэтому часто даже небольшой износ мо
жет привести к нарушению нормальной работы изделия. При возра
стании зазора выше допустимого в сопряжении возникают ударные
нагрузки, под действием которых интенсивность изнашивания еще
больше возрастает.
Различаются три периода изнашивания сопряженных пар
(рис. 2.2). Начальный период, или период приработки а характери
зуется интенсивным изнашиванием трущихся поверхностей. Посте
пенно изнашивание уменьшается, и наступает период установивше
гося изнашивания б. Этот период характеризуется относительным
постоянством скорости изнашивания при данных конкретных усло
виях работы сопряженной пары. После превышения некоторой пре
дельной величины допускаемого для данного сопряжения износа,
последний прогрессивно возрастает (период в), резко изменяются раз
121
5;8G8=0
87=>A0
0 0
1
2
@5<O
@01>BK
Рис. 2.2. Изменение величины износа деталей в зависимости от време
ни их работы
@8@01>B: 0
8: @>35><5B@8O, <: <
А
>@<0; L=K9 87=>A
меры и геометрическая форма деталей, следовательно, и зазоры, т.е.
нарушается нормальная работа деталей и возникает необходимость
в их ремонте.
Необходимо иметь в виду, что при одинаковых условиях изнаши
вания после приработки устанавливается оптимальная, с точки зре
ния износа, шероховатость, независимо от первоначальной шерохо
ватости, полученной при механической обработке (рис. 2.3).
При трении сопряженных пар различаются следующие виды из
нашивания (по ГОСТ 16429–70):
механическое: абразивное, гидроабразивное, эрозионное, устало
стное и кавитационное;
молекулярномеханическое (или изнашивание при заедании);
коррозионномеханическое: окислительное, изнашивание при
фреттингкоррозии.
С
В
0
@5<O, G.
Рис. 2.3. Изменение установившейся (оптимальной) микрогеометрии по
верхности в процессе приработки в зависимости от исходной
шероховатости: А – грубая обработка; В – тщательная обра
ботка; С – оптимальная обработка
122
В основе всех видов изнашивания лежат процессы пластических
деформаций, упрочнения, возникновения металлических связей и их
разрушения, адсорбции, диффузии и образования химических соеди
нений, возникновения термоэлектронного эффекта, нагрева и изме
нения свойств металла в результате тепловых явлений, микрореза
ния и усталостных явлений.
Основными, наиболее часто встречающимися видами изнашива
ния являются следующие.
Абразивное – это изнашивание материала в результате режущего
или царапающего действия твердых тел или частиц. Оно возникает
при наличии абразивной среды в зоне трения и может существовать в
самом широком диапазоне скоростей скольжения и удельных давле
ний. Сущность абразивного изнашивания не меняется в том случае,
если абразивные частицы попадают в трущееся сопряжение не извне,
а образуются в самом процессе трения. Абразивное изнашивание ха
рактеризуется внедрением абразивных частиц в металл поверхнос
тей трения при их проскальзывании и срезании микрообъемов ме
талла с этих поверхностей трения. Абразивные частицы, имеющие
тупые углы и небольшую высоту выступающих частей, не режут,
а скользят с большими усилиями по поверхности трения, пластичес
ки деформируя при этом поверхностные слои металла. Поэтому при
абразивном изнашивании происходит также местное упрочнение по
верхностных слоев за счет пластической деформации.
Гидроабразивное – это изнашивание в результате воздействия твер
дых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости.
Газоабразивное – изнашивание в результате воздействия твердых
тел или частиц, увлекаемых потоком газа.
Эрозионное – это изнашивание поверхности в результате воздей
ствия потока жидкости или газа. Этот вид изнашивания включает
собственно эрозионное разрушение, а также элементы трения и кор
розии. Происходит по еще недостаточно полно изученным законо
мерностям физики твердого тела и учения о явлениях в поверхност
ных слоях под действием внешних сил. Эрозионное изнашивание на
блюдается при обтекании деталей потоком жидких или газообраз
ных частиц, а также при электрических разрядах. Вследствие ударов
о поверхность металла мельчайшие частицы потока разрушают его
поверхностный слой. Эрозионный износ возрастает с повышением
шероховатости поверхности и с увеличением кинетической энергии
частиц потока, особенно если деталь или поток имеют высокую тем
пературу. Если носителем частичек является агрессивная среда, то
возникающее химическое взаимодействие приводит к еще более зна
чительному износу. Изнашивание может происходить или в виде рав
123
номерного «сдувания» мельчайших частичек поверхностного слоя
детали, или в виде явно выраженного локального разрушения повер
хности. Эрозионный износ зависит от механических свойств матери
ала детали, состояния поверхности и параметров воздействующего
потока частиц и среды. Эрозионное изнашивание можно подразде
лить на изнашивание в потоке газа и в потоке жидкости, а также
изнашивание под действием электрических (импульсных) разрядов.
Усталостное – это изнашивание поверхности трения или отдель
ных ее участков в результате повторного деформирования микрообъ
емов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению
частиц. Возникает при трении качения без смазки, а со смазкой – при
удельных давлениях, превышающих предел текучести материала
поверхностных слоев. Усталостное изнашивание характеризуется
разрушением металла с возникновением в поверхностных слоях мик
ротрещин, единичных и групповых впадин, вызванных процессами
микропластических деформаций сжатия, упрочнения и разупрочне
ния металла поверхностных слоев, возникновением остаточных на
пряжений и особыми явлениями усталости.
Кавитационное – это изнашивание поверхности при относитель
ном движении твердого тела в жидкости в условиях кавитации. Оно
является результатом процесса кавитации, представляющего собой
возникновение парогазовых пузырьков в ограниченном объеме пото
ка жидкости, где давление ниже соответствующего давления паров
жидкости при данной температуре, и последующего сокращения
(уничтожения) этих пузырьков в зоне повышенного давления. Край
не вредным следствием явления кавитации, нарушающим нормаль
ную работу агрегатов, является разъедание поверхности материала
деталей. Кавитационное изнашивание металла является следстви
ем чисто механических ударов, которые возникают при быстром «зах
лопывании» парогазовых кавитационных пузырьков, попадающих
в область более высоких давлений. Кавитация может возникнуть,
например, в местах сужения потока, где скорость увеличивается.
Помимо этого, разнообразные местные сопротивления в трубопрово
дах и гидроагрегатах, способствующие образованию криволинейных
течений, приводят к возникновению зон различного давления, а сле
довательно, и кавитационных пузырьков. Кавитационное разруше
ние подразделяется на местное и общее. Под местным понимается
локальное разрушение (точечный износ), вызываемое местным паде
нием давления в потоке вследствие обтекания различных препят
ствий и криволинейности течений. Общее разрушение является след
ствием процесса образования парогазовых полостей при понижении
давления в большой области или во всем потоке до давления насы
124
щения, т. е. парообразования, соответствующего данной темпера
туре.
Изнашивание при заедании – это изнашивание в результате схва
тывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной
поверхности трения на другую и воздействия возникших неровнос
тей на сопряженную поверхность.
Подразделяется оно на изнашивание схватыванием первого рода
(контактное сваривание) и второго рода (тепловое изнашивание).
Контактное сваривание характеризуется возникновением металли
ческих связей между контактирующими участками поверхностей
вследствие больших пластических деформаций, упрочнением схва
тывающихся объемов металла и разрушением впереди лежащих сло
ев. Возникает при трении скольжения с малыми скоростями относи
тельного перемещения трущихся поверхностей и при удельных дав
лениях, превышающих предел текучести на участках фактического
контакта, при отсутствии в них смазки и защитной пленки окислов.
Повреждения поверхности деталей, характерные для износа схва
тыванием, имеют большое распространение.
Возникновение металлических связей происходит при интенсив
ной пластической деформации поверхностных слоев при трении
скольжения, сопровождающейся выходом на поверхность участков
поверхностей, свободных от адсорбированных пленок, пленок окис
лов и загрязнений. При этом происходит максимальное сближение
контактирующих поверхностей.
Из существующих видов изнашивания этот вид является наибо
лее нежелательным, так как происходит интенсивное разрушение
сопряженных поверхностей, причем на одной трущейся поверхности
происходит отделение металла, а на другой – налипание отделив
шихся частиц. Места вырывов являются концентраторами напря
жений, в них образуются микротрещины и трещины, развитие кото
рых может привести к усталостному разрушению деталей. Прива
рившиеся налипшие частицы под действием больших усилий упроч
няются и в дальнейшем действуют как абразив.
Тепловое изнашивание возникает при трении скольжения с боль
шими скоростями относительного перемещения, большими удель
ными давлениями, вызывающими интенсивный рост температуры в
поверхностных слоях трущихся деталей, работающих по тем или
иным причинам без смазки или с недостаточной смазкой. Этот вид
изнашивания характеризуется возникновением металлических свя
зей между контактирующими поверхностями вследствие термичес
кой пластической деформации, вызванной действием теплоты внеш
него трения на металл трущихся поверхностей. При трении происхо
125
дит мгновенный нагрев тонких поверхностных слоев металла. Тем
пература поверхностей фактического контакта при тепловом износе
может для стали превышать 800–900 °С, максимальная же может
достигать температуры плавления трущихся металлов.
Окислительное – это изнашивание при наличии на поверхностях
трения защитных пленок, образующихся в результате взаимодей
ствия материала с кислородом. Характеризуется образованием на
сопряженных поверхностях подвижных окисных пленок (слоев)
вследствие микропластических деформаций и диффузии кислорода,
взаимодействие которых приводит к образованию твердых раство
ров и возникновению химических соединений газа с металлом. Этот
вид изнашивания возникает при трении скольжения и трении каче
ния. При трении качения при нормальных нагрузках оно является
ведущим.
Дефекты, вызванные коррозией
Коррозия деталей происходит в результате их химического или
электрохимического взаимодействия с внешней средой. Различают
атмосферную, газовую, контактную, коррозию под напряжением, в
неэлектролитах и электролитах. Характер коррозионных разруше
ний (поражений) приведен на рис. 2.4.
а)
б)
в)
г)
д)
е)
ж)
з)
и)
Рис. 2.4. Характер коррозионных повреждений: сплошная коррозия: а –
равномерная; б – неравномерная; в – структурноизбиратель
ная; местная коррозия: г – пятнами; д – язвами; е – точками;
ж – межкристаллитная; з – внутрикристаллитная; и – под
поверхностная
126
Детали, соприкасающиеся с атмосферой, подвергаются атмосфер
ной коррозии вследствие наличия в атмосфере влаги, осадков в виде
дождя или снега, а также различных окислов и солей, особенно в
приморских районах и около больших городов. Резкие перепады тем
пературы сопровождаются конденсацией влаги, что также вызывает
коррозию.
Элементы конструкции различных изделий имеют обычно лакок
расочные, окисные или металлические защитные покрытия. Но все
эти покрытия далеко не полностью защищают изделия от воздей
ствия внешних агрессивных условий и возникновения коррозии.
Лакокрасочные покрытия и окисные пленки в большей или мень
шей степени влаго и газопроницаемы, а следовательно, пропуска
ют влагу и газы к металлической поверхности элемента конструк
ции. Металлические покрытия, разрушаясь, перестают защищать
основной металл. Особенно сильно проявляется ненадежность раз
личного рода покрытий на деталях из магниевых сплавов. Продук
ты коррозии магниевых сплавов обладают щелочной реакцией. Вла
га, проникая сквозь пленку лакокрасочного покрытия, увлажняет
продукты коррозии вследствие их гигроскопичности. В результате
слой лакокрасочного покрытия теряет сцепление с металлом и от
слаивается, скопление продуктов коррозии вызывает вспучивание
лакокрасочного слоя. Помимо этого в различных изделиях часто
имеется значительное количество деталей, не имеющих защитных
покрытий.
В элементах конструкции машин, где имеется неблагоприятное
сочетание сопрягаемых металлов, в случае нарушения защитных по
крытий может возникать коррозия изза образования гальваничес
кой пары. Металл, имеющий более отрицательный потенциал, в этом
случае будет разрушаться. Например, детали из магниевых сплавов
в соединениях со стальными деталями или деталями из алюминие
вых сплавов разрушаются в случае разрушения на них защитных
покрытий.
Влияние рабочей жидкости на интенсивность коррозионного раз
рушения особенно часто наблюдается на деталях гидравлических
систем. В результате в элементах гидравлических систем может на
блюдаться значительная коррозия.
Коррозия под влиянием газовой среды при высоких температурах
вызывается воздействием на металл продуктов сгорания топлива.
Этому виду коррозии в процессе эксплуатации особенно подвержены
элементы энергетических машин. Совместное действие высоких тем
ператур и продуктов сгорания топлива вызывает на поверхности эле
ментов таких изделий более или менее значительную коррозию.
127
Дефекты, вызванные усталостью
Усталость – процесс постепенного накопления повреждений под
действием повторнопеременных напряжений, приводящий к умень
шению долговечности, образованию трещин и разрушениям. На ус
талостную прочность деталей оказывают влияние самые различные
факторы:
1) концентраторы напряжений и их распределение;
2) размеры и форма деталей;
3) вид деформации;
4) режим нагружения (в том числе частота нагружения);
5) температурные условия;
6) объемный наклеп;
7) среда;
8) термообработка;
9) величина зерна;
10) металлургические факторы;
11) величина и знак остаточных напряжений;
12) состояние поверхности, которое зависит от ряда технологи
ческих факторов (механическая обработка, упрочняющая техноло
гия, химикотермическая обработка и электролитические покрытия)
и всевозможных эксплуатационных факторов.
В результате влияния всех указанных факторов, хотя детали рас
считываются так, чтобы рабочие напряжения в них были ниже пре
дела выносливости, в деталях нередко возникают процессы усталос
ти. В наиболее слабом месте детали (концентрация напряжений, не
металлическое включение, остаточные растягивающие напряжения
и т. д.), чаще всего в зоне максимальных растягивающих напряже
ний, возникают микротрещины, развивающиеся в дальнейшем в ус
талостные, которые приводят к внезапному разрушению детали без
видимых предварительных пластических деформаций.
Снижению усталостной прочности детали способствуют также
местные повреждения поверхности (забоины, риски, коррозионные
раковины и т. п.).
Усталостные разрушения наблюдаются и на различных сварных
элементах конструкции. Этому в значительной степени способству
ют острые углы между сопрягаемыми деталями, резкие переходы от
сварного шва к основному металлу, отверстия вблизи сварных швов
и т. д.
Появлению трещин и даже иногда разрушению элемента конст
рукции способствует концентрация напряжений около заклепочных
отверстий.
128
0?@O6 5=85
1
2
7
N = 10
'8A;> F8:;>2 N ?5@5<5==>3> =03@C65=8
Рис. 2.5. Кривые истинной и коррозионной усталости: 1 – предел выносли
вости (истинный); 2 – условный предел коррозионной выносли
вости (при N = 107)
Большое влияние на снижение выносливости деталей оказывают
теплосмены (термическая усталость), так как при этом в поверхно
стных слоях детали периодически возникают напряжения сжатия и
растяжения. Термическая усталость проявляется на таких деталях,
как камера сгорания, лопатки соплового аппарата и газовой турби
ны и др.
Заметно снижает предел выносливости деталей коррозия. При
одновременном воздействии коррозии и переменных нагружений на
чинает проявляться так называемая коррозионная усталость, в ус
ловиях которой разрушение деталей происходит при напряжениях,
значительно меньших предела выносливости (рис. 2.5). Это требует
(в процессе эксплуатации и выполнения ремонтных работ) выявить
места конструкции, пораженные коррозией. При этом или должны
приниматься меры к полному удалению следов коррозии или необхо
димо производить замену детали или агрегата при сильном их пора
жении.
Излом при усталостном разрушении имеет две характерные зоны:
зона усталостного разрушения и зона окончательного излома (мгно
венного разрушения). Излом детали происходит в тот момент, когда
трещина увеличивается до таких размеров, что оставшееся живое
сечение детали недостаточно, чтобы сопротивляться действующим
нагрузкам. Поверхность первой зоны гладкая, притертая.
Дефекты изза неправильной эксплуатации
Неправильное или небрежное техническое обслуживание, нару
шение правил эксплуатации изделий может привести к появлению
серьезных дефектов. Например, использование несоответствующего
129
данной операции инструмента может привести в негодность отдель
ные детали, а иногда и дорогостоящие узлы и агрегаты.
Несвоевременное или недоброкачественное выполнение регламен
тных работ может вызвать дефекты, отказы изделий или даже их
выход из строя вследствие аварии.
Перегрузка изделий вызывает деформацию их отдельных частей,
повышенный износ.
Незначительные, на первый взгляд, отклонения от правил эксп
луатации машин (например, нарушение правил контровки) могут
вызвать появление дефектов, приводящим к очень неприятным по
следствиям.
2.4. Влияние дефектов на работоспособность деталей
Из всего разнообразия дефектов рассмотрим: 1) влияние на рабо
тоспособность деталей нарушения сплошности материала детали (га
зовые поры, закалочные, шлифовочные трещины, горячие и холод
ные трещины в отливках, трещины в сварных швах, неметалличес
кие включения и др.) и 2) влияние на выносливость деталей некото
рых видов изнашивания.
Отметим, что не всякое нарушение сплошности материала детали
является ее дефектом. При оценке степени влияния дефекта на рабо
тоспособность детали следует учитывать условия работы детали,
свойства материала, характер и местоположение самого дефекта.
В общем случае при определении опасности дефекта следует при
нимать во внимание следующие факторы:
1) характер нагружения детали (статическое, динамическое, пе
ременное и др.);
2) уровень действующих напряжений;
3) возможность и характер перегрузок;
4) рабочую среду и температуру;
5) ресурс;
6) чувствительность материала к концентраторам напряжений;
7) местоположение и ориентировка дефекта;
8) характер дефекта (величина, создаваемая им степень концент
рации напряжений и др.).
Надо учитывать, что нарушения сплошности (и др. отклонения),
являющиеся дефектами для одних деталей, могут не быть дефекта
ми для других. Например, нарушение сплошности материала явля
ется дефектом для детали, работающей при знакопеременных нагруз
ках, но не всегда является дефектом для детали, работающей под
действием статической нагрузки.
130
Форма дефекта также оказывает заметное влияние на долговеч
ность детали. Дефекты округлой формы (газовые поры и т. д.) всегда
менее опасны, чем дефекты, имеющие острые углы (трещины, зака
ты и др.), так как коэффициент концентрации напряжений у них
гораздо меньше. Особенно сильно сказывается влияние формы де
фекта при переменных нагрузках.
Наибольшее влияние на долговечность оказывает дефект, ориен
тированный таким образом, что направление растягивающих напря
жений направлено к направлению дефекта под углом, близким к 90°
(особенно если он расположен в месте максимальных напряжений).
Гораздо меньшее влияние оказывает дефект, направление которого
совпадает с направлением растягивающих усилий или близко к нему.
Детали, для которых оценивается опасность дефекта, можно по
виду нагружения разделить на три группы: нагружаемые статичес
кими нагрузками, динамическими и повторными. Причем детали
каждой группы можно еще подразделить на две подгруппы: имею
щие конструктивные концентраторы напряжений и не имеющие их.
Для деталей, имеющих конструктивные концентраторы, при оцен
ке влияния дефекта на ее работоспособность следует сопоставить сте
пень влияния конструктивного концентратора напряжений и дефек
та. Для этих деталей существенное значение имеет месторасположе
ние дефекта. При расположении дефекта в зоне концентратора на
пряжений, он может оказывать большее влияние на долговечность
детали, чем даже более опасный по его ориентировке, форме, но рас
положенный вне зоны концентрации напряжений, с меньшим уров
нем действующих напряжений.
Влияние дефекта на долговечность деталей без конструктивных
концентраторов напряжений определяется в основном местоположе
нием, ориентировкой и формой самого дефекта. При этом степень
влияния дефекта будет определяться уровнем действующих напря
жений в месте его расположения.
При оценке влияния дефекта на долговечность деталей обязатель
но следует учитывать также чувствительность материала детали к
концентраторам напряжений.
Значительное количество деталей работает при одновременном
воздействии трения и повторнопеременных нагрузок. В условиях
нормальной эксплуатации основной причиной потери работоспособ
ности таких деталей являются процессы износа и усталости. Оба эти
процесса протекают в тонких поверхностных слоях. Их интенсив
ность зависит от свойств металла поверхностных слоев и шерохова
тости поверхности. Поэтому для повышения износостойкости и ус
талостной прочности деталей большое значение имеет технология
131
обработки их поверхностей при изготовлении и ремонте, так как про
цесс зарождения и развития трещин усталости, как правило, начи
нается с поверхности.
В процессе эксплуатации качество поверхности и свойства повер
хностного слоя изменяются: в зависимости от условий трения уста
навливается другая шероховатость поверхности, металл поверхнос
тного слоя приобретает новую структуру и свойства, происходит пе
рераспределение остаточных напряжений. Все эти изменения оказы
вают влияние на выносливость деталей (положительное или отрица
тельное).
В большинстве случаев при ремонте взаимосвязь между износом
деталей и их усталостной прочностью не принимается во внимание.
Пока еще очень мало критериев (т. е. признаков), которыми можно
было бы оценивать надежность и долговечность уже работавших и
подвергшихся ремонту деталей; также недостаточно совершенна ме
тодика определения технического состояния деталей.
График зависимости коэффициента β от предела прочности стали
s при различных видах изнашивания приведен на рис. 2.6:
β=
σ−1
,
(σ−1)n
где σ–1 – предел выносливости испытуемого образца определенного
вида изнашивания; (σ–1)n – предел выносливости отполированного
образца.
5
4
1,0
3
0,8
2
0,6
1
0,4
0,2
40
60
80
100
120
, : /<<
2
Рис. 2.6. Влияние видов изнашивания на предел усталости стали различ
ной прочности: 1 – контактное сваривание; 2 – абразивное из
нашивание; 3 – полированная поверхность; 4 – окислительное
изнашивание; 5 – тепловое изнашивание
132
При всех видах изнашивания β уменьшается с повышением проч
ности стали. Повышение прочности наиболее резко сказывается на
понижении предела выносливости образцов, получивших поврежде
ния поверхности при контактном сваривании. Для высокопрочных
сталей сваривание может снизить предел выносливости образцов до
70 %.
При режимах трения, вызывающих окислительное и тепловое
изнашивание (его начальную стадию), предел выносливости образ
цов повышается тем больше, чем меньше прочность стали. Такой
характер влияния различных видов износа на усталостную прочность
стали объясняется следующим.
Поверхность детали при контактном сваривании характеризует
ся значительной шероховатостью, глубокими вырывами металла,
наличием микротрещин, являющимися концентраторами напряже
ний. Они вызывают зарождение и развитие усталостной трещины и
усталостное разрушение детали.
Абразивный износ также сказывается отрицательно на усталост
ной прочности деталей, так как на их поверхности имеется большое
количество абразивных микронадрезов, являющихся микроконцен
траторами напряжений, причем наибольшую опасность представля
ют единичные микронадрезы, расположенные на конструктивных
концентраторах напряжений (края отверстий, галтели, острая кром
ка лопатки и т. п.).
Повышение предела выносливости при окислительном и тепло
вом износах связано с образованием благоприятной шероховатости
поверхности вследствие ликвидации рисок, надрезов и других кон
центраторов на поверхности изделия. Возможно, что повышение пре
дела выносливости при этих видах износа также связано с дополни
тельным повышением остаточных напряжений сжатия за счет диф
фузии кислорода в металл деформируемых при трении поверхност
ных слоев, вызывающей изменение химического состава и связанное
с этим увеличение удельного объема металла.
При тепловом износе пластические деформации распространяют
ся на большую глубину и вызывают большее упрочнение, чем при
окислительном.
Кроме этого, как при тепловом, так и при окислительном износах
в значительной степени уничтожаются микронадрезы (небольшие
риски, царапины, следы обработки и т. п.), что также оказывает вли
яние на повышение выносливости деталей с этими видами износа.
Повреждения поверхности деталей, характерные для начальной
стадии теплового износа, не могут служить основанием для отбра
ковки деталей из условий усталостной прочности. Налипание и раз
133
мазывание металла на поверхности без следов цветов побежалости,
за счет интенсивной пластической деформации поверхностных сло
ев, приводят к значительному повышению предела выносливости.
Окислительный износ следует рассматривать как фактор, оказы
вающий положительное влияние на выносливость детали.
2.5. Общие термины и определения
Качество продукции – совокупность свойств продукции, обуслов
ливающих ее способность удовлетворять определенные потребности
в соответствии с ее назначением.
Измерение – нахождение физической величины опытным путем с
помощью специальных технических средств.
Погрешность измерения – отклонение результата измерения от
истинного значение измеряемой величины. Абсолютная погрешность
измерения
Δx = xизм − x,
где xизм – значение, полученное при измерении; х – истинное значе
ние измеряемой величины.
Точность измерения – качество измерения, определяющее бли
зость их результатов к истинному значению измеренной величины.
Контроль (технический контроль) – проверка соответствия объек
та установленным техническим требованиям.
Вид контроля – классификационная группировка контроля по
определенному признаку.
Метод контроля – правила применения определенных принци
пов и средств контроля.
Метод неразрушающего контроля – метод контроля, при кото
ром не должна быть нарушена пригодность объекта к применению.
Система контроля – совокупность средств контроля, исполните
лей и определенных объектов контроля, взаимодействующих по прави
лам, установленным соответствующей нормативной документацией.
Средство контроля – техническое устройство, вещество и/или
материал для проведения контроля.
Исполнители – специалисты службы контроля или изготовите
ли продукции, обладающие правом самооценки (имеющие личное
клеймо).
Объект технического контроля – подвергаемая контролю про
дукция, процессы ее создания, применения, хранения, технического
обслуживания и ремонта, а также соответствующая техническая до
кументация.
134
Контролепригодность – свойство изделия, обеспечивающее воз
можность, удобство и надежность его контроля при изготовлении,
испытаниях, техническом обслуживании и ремонте.
Входной контроль – контроль продукции поставщика, поступив
шей к потребителю или заказчику, и предназначаемый для исполь
зования при изготовлении, ремонте или эксплуатации продукции.
Операционный контроль – контроль продукции или процесса во
время выполнения или после завершения технологической операции.
Приемочный контроль – контроль продукции, по результатам
которого принимается решение о ее пригодности к поставкам и/или
использованию.
Эксплуатационный контроль – контроль, осуществляемый на
стадии эксплуатации. В эксплуатационном контроле различают вход
ной, профилактический (необязательный) и текущий (обязательный)
виды контроля.
Испытание – техническая операция, заключающаяся в установ
лении одной или нескольких характеристик данной продукции, про
цесса или услуги в соответствии с установленной процедурой.
Дефект – каждое отдельное несоответствие продукции установ
ленным требованиям.
Дефектное изделие – изделие, имеющее хотя бы один дефект.
Явный дефект – дефект, для выявления которого в нормативной
документации, обязательной для данного вида контроля, предусмот
рены соответствующие правила, методы и средства.
Скрытый дефект – дефект, для выявления которого в норматив
ной документации, обязательной для данного вида контроля, не пре
дусмотрены соответствующие правила, методы и средства.
Критический дефект – дефект, при наличии которого использование
продукции по назначению практически невозможно или недопустимо.
Значительный дефект – дефект, который существенно влияет на
использование продукции по назначению и/или на ее долговечность,
но не является критическим.
Малозначительный дефект – дефект, который существенно не вли
яет на использование продукции по назначению и ее долговечность.
Исправимый дефект – дефект, исправление которого технически
возможно и экономически целесообразно.
Неисправимый дефект – дефект, исправление которого техничес
ки невозможно или экономически нецелесообразно.
Брак – продукция, передача которой потребителю не допускается
изза наличия дефектов.
Критерий приемки – критерий, по которому определяется годная
продукция.
135
Уровень приемки – установленные пределы, ниже которых про
дукция считается удовлетворяющей установленным требованиям.
Несплошность – обнаруживаемое изменение в материале, созда
ваемое в процессе производства или искусственно.
Индикаторный рисунок – изображение или сигнал от несплош
ности в форме, типичной для используемого вида НК.
Обнаружение – определение наличия несплошности.
Ложный индикаторный рисунок – индикаторный рисунок, не ука
зывающий на реальную несплошность.
Чувствительность обнаружения – способность определенного
вида НК обнаруживать несплошность.
Примечание. Чем выше чувствительность обнаружения, тем больше
способность обнаружения меньших несплошностей.
Порог обнаружения – нижний предел обнаружения индикаторно
го рисунка.
Оценка – оценка индикаторного рисунка, выявленного НК, в срав
нении с установленным уровнем.
Регистрация – представление результатов контроля, включая на
стройку приборов контроля, в форме, пригодной для хранения.
Пространственное разрешение – способность надежно различать
близко расположенные несплошности.
Отношение сигнал/шум – отношение амплитуды сигнала, созда
ваемого несплошностью в материале, к амплитуде среднего шума
фона.
Определение размера – определение габаритов несплошностей или
индикаторных рисунков для выполнения оценки.
136
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
11. Ермолов И. Н., Останин Ю. Я. Методы и средства неразрушающего
контроля качества. М.: Высшая школа, 1988. 368 с.
12. ГОСТ 16504–81. Система государственных испытаний продукции.
Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и опреде
ления. М.: Издво стандартов, 1991. 28 с.
13. ГОСТ 27.00289 Надежность в технике. Термины и определения. –
М.: Издво стандартов, 1990. 36 с.
14. Дорофеев А. Л., Казаманов Ю. Г. Электромагнитная дефектоско
пия. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.
15. Ермолин Н. П., Жерихин И. П. Надежность электрических машин.
Л.: Энергия, 1976. 248 с.
16. Коллакот Р. Диагностика повреждений: пер. с англ. М.: Мир, 1989.
512 с.
17. Контроль качества продукции машиностроения / под ред. А. Э. Ар
теса. М.: Издво стандартов, 1974. 448 с.
18. Надежность и эффективность в технике: справочник: В 10 т. М.:
Машиностроение, 1986. Т. 1. Методология. Организация. Терминология /
под ред. А. И. Рембезы. 224 с.
19. Надежность и эффективность в технике: справочник: В 10 т. М.:
Машиностроение, 1989. Т. 6. Экспериментальная отработка и испытания /
под общ. ред. Р. С. Судакова, О. И. Тескина. 376 с.
10. Надежность и эффективность в технике: справочник: В 10 т. М.:
Машиностроение, 1989. Т. 7. Качество и надежность в производстве / под
ред. И. В. Апполонова. 280 с.
11. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / В. В. Клю
ев, Ф. Р. Соснин, А. В. Ковалев и др.; под ред. В. В. Клюева. – М.: Машино
строение, 2003. 656 c.
12. Технология технического контроля в машиностроении: справоч
ное пособие / под общ. ред. В. Н. Чупырина. – М.: Издво стандартов, 1990.
400 с.
137
Учебное издание
Сударикова Елена Васильевна
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ
В ПРОИЗВОДСТВЕ
Часть 1
Учебное пособие
Редактор В. П. Зуева
Верстальщик Т. М. Каргапольцева
Сдано в набор 26.02.07. Подписано к печати 14.03.07.
Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 8,6.
Уч. изд. л. 9,6. Тираж 100 экз. Заказ №
Редакционноиздательский центр ГУАП
190000, СанктПетербург, Б. Морская ул., 67
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
21
Размер файла
453 Кб
Теги
cudarikova
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа