Учебно-исследовательская работа студента

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Реферат

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ. 3

1 НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ. МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ   4

2 ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И МОБИЛЬНЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ЛАБОРАТОРИИ.. 14

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 16

ВВЕДЕНИЕ

Качество продукции есть совокупность ее свойств, определяющих степень пригодности для использования по назначению. Уровень качества продукции во многом зависит от качества производственных процессов, гарантирующих стабильное удовлетворение требований потребителей к выпускаемой продукции. Отсюда следует, что система контроля качества продукции должна охватывать все этапы жизненного цикла изделий. При этом полученные результаты проверки соответствия показателей качества установленным требованиям должны послужить основанием для целенаправленного воздействия на те или иные условия технологических процессов, факторов, обеспечивающих требуемое качество продукции.

Одним из важнейших направлений контроля качества на этапах изготовления, испытаний и эксплуатации изделий являются неразрушающие методы контроля.

Наиболее развитые страны тратят ежегодно колоссальные средства на производство оборудования для неразрушающих методов контроля (таблица 1) [1].

Таблица 1 – Затраты на производство средств неразрушающего контроля в ведущих странах мира (млн. дол. США)

1 НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ. МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Неразрушающий контроль (англ. Nondestructive testing (NDT)) также называется оценкой надёжности неразрушающими методами (англ. nondestructive evaluation (NDE)) или проверкой без разрушения изделия (англ. nondestructive inspection (NDI)).

Неразрушающий контроль особенно важен при создании и эксплуатации жизненно важных изделий, компонентов и конструкций. Для выявления различных изъянов, таких как разъедание, ржавление, растрескивание, используются различные методы неразрушающего контроля, такие как рентгеновские лучи, на снимках с использованием которых хорошо видны трещины, каверны и неоднородности материала или сварочного шва. Другой разновидностью является ультразвуковая дефектоскопия, где трещины проявляют себя отражёнными импульсами.

Виды (методы) неразрушающего контроля:

Акустический:

– Ультразвуковая дефектоскопия;

–Ультразвуковая толщинометрия;

–Акустико-эмиссионный.

Радиационный:

–Рентгенографический;

–Гаммаграфический;

–Радиоскопический.

Магнитный:

–Магнитопорошковый;

–Магнитографический;

–Метод эффекта Холла;

–Вихретоковый

–Проникающими веществами:

–Капиллярный;

–Течеискание.

Электрический;

Оптический;

Вибродиагностический;

Тепловой;

Визуально-измерительный.

На сегодняшний день методы неразрушающего контроля находят широкое применение. Они позволяют получить информацию о внутренней структуре, дефектах, скорости и температуре объектов на удалении, без каких-то специальных условий, иногда прямо во время функционирования изделий.

Каждый вид подразделяют на методы неразрушающего контроля по различным признакам:

– характеру взаимодействия поля или вещества с объектом

– первичному информативному параметру

– способу получения первичной информации

К часто используемым методам можно отнести ультразвуковой, вибрадиагностический (акустический вид), вихретоковый (вихретоковый вид), визуальный: эдноскопический контроль, скоростная видеосъемка (оптический вид).

Одной из главных особенностей методов, связанных с их недавней разработкой и началом применения, является обработка результатов различными электронными устройствами и возможность передачи информации в ЭВМ. Это позволяет не только автоматизировать процесс контроля, т.е. сделать его дешевле и независящим от человеческого фактора, но и аккумулировать информацию о проведенных измерениях, обрабатывать статистически, выявлять тенденции изменения показателей, а, следовательно, моделировать и прогнозировать возникновение дефектов. Эти возможности позволяют перейти от практики реагирования на возникающие дефекты к их предупреждению, что, безусловно, положительно отразится на себестоимости продукции. 

Краткие характеристики перечисленных методов и области применения приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные методы неразрушающего контроля

Более подробно, основные виды неразрушающего контроля рассмотрены ниже.

Ультразвуковой неразрушающий контроль. Ультразвуковой неразрушающий контроль основывается на простом физическом принципе: на характеристики любых волн оказывает влияние среда, в которой эти волны распространяются. Таким образом, изменение значений одного или нескольких параметров высокочастотной ультразвуковой волны, зондирующей материал (время прохождения, степень ослабления, степень рассеяния и характеристики частотной составляющей) часто свидетельствует об изменениях таких физических свойств материала, как твердость, упругость, плотность, однородность или зернистость. Значительное преимущество ультразвукового анализа свойств материалов заключается в том, что он может проводиться без остановки технологических процессов или поточным способом. Высокочастотные ультразвуковые волны могут передаваться в движущиеся объекты без непосредственного контакта с ними преобразователя (так называемые иммерсионные методы контроля).

Измерения также могут проводиться в закрытых емкостях с передачей ультразвуковой энергии через стенки. То обстоятельство, что ультразвуковые волны проходят через объект контроля, позволяет изучать внутренние свойства материала. Иногда возможно, используя строб импульсы, получать данные о свойствах только одного слоя в многослойных материалах. Традиционные характеристики, измеряемые при использовании ультразвукового метода контроля

Метод основывается на простом физическом принципе: на характеристики любых волн оказывает влияние среда, в которой эти волны распространяются. Таким образом изменение значений одного или нескольких параметров высокочастотной ультразвуковой волны, зондирующей материал (время прохождения, степень ослабления, степень рассеяния и характеристики частотной составляющей) часто свидетельствует об изменениях таких физических свойств материала, как твердость, упругость, плотность, однородность или зернистость.

Значительное преимущество ультразвукового анализа свойств материалов заключается в том, что он может проводиться без остановки технологических процессов или поточным способом. Высокочастотные ультразвуковые волны могут передаваться в движущиеся объекты без непосредственного контакта с ними преобразователя (так называемые иммерсионные методы контроля). Измерения также могут проводиться в закрытых емкостях с передачей ультразвуковой энергии через стенки. То обстоятельство, что ультразвуковые волны проходят через объект контроля, позволяет изучать внутренние свойства материала. Иногда возможно, используя строб импульсы, получать данные о свойствах только одного слоя в многослойных материалах. Традиционные характеристики, измеряемые при использовании ультразвукового метода контроля.

Скорость волны во время прохождения ультразвука в объекте контроля. Скорость волны является наиболее часто измеряемым параметром. В однородной среде она непосредственно зависит от плотности и соотносится с модулем упругости. Т.о. изменения скорости волны характеризует однородность материалов, изменения упругости или плотности.

Ослабление ультразвука. Энергия ультразвука поглощается или ослабляется с различной степенью в различных материалах под влиянием плотности, твердости, вязкости, структуры материала.

Рассеяние ультразвука. Ультразвуковые волны отражаются от границы между различными материалами. Изменения структуры зернистости, ориентации частиц и волокон, пористости оказывают влияние на амплитуду, направление и частотную составляющую.

Частотная составляющая – спектр сигнала. Все материалы могут быть рассмотрены как низкочастотные фильтры, ослабляя или снижая высокочастотную составляющую широкополосной ультразвуковой волны.

В некоторых случаях данные ультразвукового контроля, например, о скорости ультразвука, могут непосредственно использоваться для расчета свойств материала, в частности модуля упругости. В других случаях ультразвуковой контроль используется для сопоставительного анализа свойств материалов, при необходимости экспериментальной оценки стандартных образцов из материала объекта контроля. У таких стандартных образцов при их акустическом зондировании можно зафиксировать соответствие изменений значений параметра ультразвука конкретным свойствам материала, после чего, опираясь на эти данные, можно определять или предсказывать аналогичные изменения в реальных объектах контроля.

Для неразрушающего контроля чаще всего используют диапазон частот ультразвуковых волн от 500 КГц до 20 МГц. При этом широко используются продольные, поперечные, поверхностные, плоскостные и другие волны. Ультразвуковые волны имеют малую длину, что определяет их высокую чувствительность к изменениям среды, в которой они проходят. Для усиления этого эффекта при анализе свойств материалов рекомендуется использовать как можно более высокую частоту ультразвука.

Ультразвуковые импульсы, проникающие в объект контроля, излучаются и принимаются пьезоэлектрическими преобразователями. В одних случаях в качестве излучающего и приемного выступает один преобразователь, размещенный с одной стороны объекта контроля (эхоимпульсный режим). В других случаях, особенно при контроле материалов с высокой степенью ослабления или рассеяния ультразвука, используются два преобразователя (излучающий и приемный), размещаемые на противоположных сторонах объекта контроля (режим сквозного прозвучивания). Ультразвуковая волна формируется возбуждением преобразователя электрическими импульсами (ударного или незатухающего типа). В эхоимпульсном режиме ультразвуковая волна проходит через объект контроля, отражается от его противоположной поверхности и возвращается на преобразователь. В режиме сквозного прозвучивания ультразвуковая волна принимается вторым преобразователем. Полученный сигнал потом усиливается и обрабатывается.

Для анализа свойств материалов могут быть использованы различные ультразвуковые приборы с аналоговой или цифровой обработкой сигналов. Измерение скорости ультразвука используется для определения толщины с помощью ультразвуковых толщиномеров. Величина изменения скорости ультразвука, степень его ослабления или рассеяния измеряются современными цифровыми дефектоскопами. Генераторы приемники с соответствующим дополнительным оборудованием, а также системы формирования акустических изображений и программное обеспечение могут быть использованы для проведения спектрального анализа (частотной составляющей) ультразвуковых эхосигналов.

Метод вихретового контроля. Вихретоковые методы контроля основаны на регистрации изменения электромагнитного поля вихревых токов, наведенных специальной катушкой в объекте контроля. Вихретоковые методы позволяют обнаруживать поверхностные и подповерхностные трещины и другие дефекты (на глубине до 2 мм) длиной 0,5 – 1 мм, глубиной 0,1 – 0,2 мм с шириной раскрытия у выхода на поверхность 0,5 мм.

С помощью вихретоковых методов неразрушающего контроля можно:

– выявлять отклонения от заданного химического состава, сортировать сплавы по маркам, контролировать качество термообработки, постоянство структуры металла, определять электропроводность и другие физико-механические свойства металлов и сплавов;

– измерять толщину гальванических, лакокрасочных и других защитных покрытий, толщину листовых материалов и стенок труб, толщину одного из слоев биметалла (если электропроводность или магнитная проницаемость слоев различны) и т. п.;

– выявлять поверхностные и подповерхностные трещины, пустоты, неметаллические включения, межкристаллитную коррозию и другие дефекты.

Вихретоковые методы наиболее эффективны при контроле деталей относительно простой геометрической формы. В этих случаях возможно их использование в поточных линиях для автоматизированного контроля деталей.

Проведение контроля физико-механических свойств полуфабрикатов и изделий, а также выявление дефектов в деталях, узлах и изделиях вихретоковыми методами дефектоскопии затрудняется или становится невозможным, если при проектировании изделий не учитывались следующие особенности применения вихретокового контроля:

Вихретоковые методы контроля целесообразно использовать при контроле деталей сравнительно простой формы (прутков, труб, проволоки, листов и других). Сложный профиль контролируемых деталей требует применения большого числа типоразмеров датчиков, что затрудняет выбор конкретного прибора, усложняет технологию и существенно снижает производительность контроля[3].

Конструкции контролируемых деталей должны предусматривать возможность свободного доступа датчика с держателем к контролируемому участку с сохранением неизменного положения датчика относительно контролируемой поверхности.

При назначении вихретокового контроля следует иметь в виду, что погрешность контроля зависит от изменений химического состава, магнитных свойств, электропроводности и других характеристик материала контролируемых деталей.

Радиус галтельных переходов элементов конструкций должен быть не менее 2 мм.

Шероховатость контролируемой поверхности должна быть не более Rz = 20 мкм.

Толщина неметаллических покрытий контролируемой поверхности не должна превышать 0,5 мм, а металлических немагнитных – 0,2 мм.

Методы эндоскопического контроля. Методы эндоскопического контроля позволяют проводить визуальную диагностику промышленных устройств в жестких условиях. Метод реализуется, в том числе, и за счет подбора щупов, объективов и другого оборудования под конкретную задачу контроля.

Видеоэндоскопы с длинной рабочей частью позволяют осматривать сварные соединения в труднодоступных местах. Иногда эндоскопы оборудуются источником ультрафиолетового света, что позволяет обнаруживать мелкие трещины.

Основное применение эндоскопического контроля лежит в идентификации очагов коррозии, определении непроваренных швов и определении линейных размеров или повреждений в ответственных и труднодоступных местах.

Эндоскопическим инструментом можно проводить контроль отложений нагара без разборки двигателя автомобиля, контроль качества антикоррозионного покрытия, форсунок, элементов турбокомпрессора.

Методы скоростной видеосъемки. Скоростные видеокамеры способны производить съемку со скоростью 150 000 кадров в секунду. Пользователи могут отслеживать правильность функционирования быстродействующего оборудования, увеличить его производительность и уменьшить стоимость затрат на обслуживание.

Кадры видеосъемки захватываются, оцифровываются и помещаются во встроенную память видеокамеры. Совместно с видеокамерой может прилагаться программное обеспечение, позволяющее оператору анализировать и улучшать полученные материалы. Также могут быть произведены измерения скорости и расстояния.

Высокоскоростная видеосъемка находит широкое применение в автомобилестроении. Оборудование используется для фиксации быстро протекающих процессов, например, при краштестах, оценке работы подушек и ремней безопасности. Замедленное воспроизведение отснятого материала позволяет производить детальный анализ перемещений и скоростей объектов. Например, сочетание высокоскоростной видеокамеры, гибкого или жесткого эндоскопа позволяет визуализировать быстро протекающие процессы внутри коробок передач или элементов подвески. Кроме того, технология позволяет проследить развитие ситуации в случае отрыва лопатки при высоких скоростях вращения турбины.

Вибродиагностика. Наиболее простым и информативным параметром для оценки состояния агрегата является вибрация.

Процедура вибродиагностики может применяться на этапах: входного контроля, для периодического и непрерывного мониторинга оборудования с вращающимися рабочими частями, диагностики состояния оборудования (в т.ч. станочного), приемосдаточных испытаний. Техническая диагностика и вибродиагностика — это ресурсосберегающая технология, квалифицированное использование которой существенно снижает затраты на обслуживание и ремонт оборудования[6].

Основным принципом обслуживания является постоянный мониторинг информации о состоянии агрегатов, контроль и документирование отклонений от норм при вводе оборудования в эксплуатацию, во время первичного монтажа и после ремонта, выводе его в ремонт, продлении срока службы. Целью проведения вибродиагностики является снижение эксплуатационных затрат и оптимизация обслуживания оборудования за счет совершенствования технического обслуживания. Предметом диагностики является ряд факторов, состояние которых необходимо также учитывать при обслуживании и ремонте техники, например:

– отклонения от технологического процесса, вызывающие повышенные нагрузки, перегрев, изменение вибрационного состояния;

– несвоевременное обнаружение дефектов и, как следствие, доведение агрегатов до критического состояния и некачественное выполнение ремонтов;

– внесение дефектов при монтаже демонтаже узлов;

– вывод в ремонт исправного оборудования;

– установка дефектных или восстановленных узлов с уменьшенным ресурсом;

– низкая квалификация обслуживающего и ремонтного персонала.

На сегодняшний день, как правило, не исследуются среднестатистические величины долей оборудования и узлов, которые демонтируются и заменяются по причине естественного физического износа. По некоторым оценкам эта величина составляет иногда всего 10%. Остальные 90% могут быть заменены без достаточных оснований под влиянием следующих факторов:

–  непонимание персоналом поставленных перед ним задач;

–  недостаточная квалификация персонала или невнимательность;

– недостаточная степень оснащенности производства техническим и инструментальным оборудованием, позволяющим правильно и своевременно определять состояние агрегатов или производить ремонт.

Такая ситуация предполагает необходимость оценки состояния технического объекта (отдельного узла или агрегата в целом) для определения возможностей дальнейшей эксплуатации. Оценка состояния технического объекта перед использованием позволяет принять обоснованное решение о возможности или целесообразности его применения. Это касается, прежде всего, отдельных приводов, подшипников качения и скольжения, других запасных частей.

Таким образом, неразрушающий контроль – обязательная и регулярная оценка характеристик деталей и оборудования, которая проводится для выявления скрытых дефектов без повреждения. Этому средству технического диагностирования в настоящее время уделяется большое внимание, поскольку именно скрытые дефекты оборудования являются причиной некачественной продукции, сбоев в работе, крупных аварий на производстве и, следовательно, больших убытков в сфере промышленности.

Неразрушающий контроль проводится при строительстве крупных объектов, при эксплуатации опасных производственных объектов в машиностроении, энергетике, металлообработке, нефтедобыче и нефтеобработке.

Неразрушающий контроль проводится в соответствии со всеми стандартами и нормами, исходя из характеристик используемой техники неразрушающего контроля. Описание мероприятий и параметров техники входит в процедуру неразрушающего контроля. При проведении неразрушающего контроля может использоваться несколько методик.

2 ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И МОБИЛЬНЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ЛАБОРАТОРИИ

Иногда с электрооборудованием приходится работать не на территории предприятия, а на выезде в полевых условиях, что крайне затрудняет энергетическое обследование и метрологический контроль. Процесс обследования может быть достаточно проблематичным в виду того, что вся необходимая измерительная и исследовательская техника должна быть укомплектована, погружена в автомобиль, должен быть подготовлен источник питания и созданы условия работы для персонала. На помощь приходят готовые передвижные лаборатории.

Сфера применения таких комплексов крайне широка. Они применяются для поиска поврежденных мест кабельной линии, для испытания высоковольтных линий электроснабжения и электроподстанций, определения мест поломок, а также испытания силовых кабельных линий и трансформаторов[7].

В каждой области производственной деятельности возникает целый ряд задач, которые требуют неотложного и эффективного решения. Например, при возникновении аварии на линии электроснабжения необходим экстренный неотложный ремонт, а для его начала нужно быстро проанализировать обстановку и охарактеризовать угрозу. Для этого необходим как можно более быстрый приезд профессионалов к месту происшествия и целый комплект контрольно-измерительной техники и другого оснащения. Для выполнения подобных задач и предназначены передвижные лаборатории, имеющие все необходимое оснащение. Они имеют на своем борту только самое качественное электрооборудование и является полностью безопасными для своих работников, а также удобными при эксплуатации в полевых условиях.

Помимо основных модификаций, передвижная лаборатория может быть оборудована и вспомогательной техникой, например, не только электроизмерительными приборами, но и компьютером для оперативного проведения расчетов. Мобильные лаборатории  могут быть обустроены на базе любого автомобиля: ГАЗ, ГАЗЕЛЬ, УАЗ, МАЗ, ЗИЛ, прицепов и полуприцепов, а также на базе коммерческих автомобилей зарубежного производства[8].

Лабораторный комплекс размещается в изотермическом фургоне и разделен на два отсека: темная комната и отсек операторов.

Встроенные системы жизнеобеспечения позволяют проводить работы в автономном режиме в любых природно-климатических условиях.

В лаборатории обеспечены комфортные условия перевозки и пребывания в полевых условиях бригады специалистов.

Основные функции диагностических комплексов и мобильных диагностических лабораторий:

Радиографический контроль;

Ультразвуковой контроль;

Визуально-измерительный контроль;

Магнитопорошковый контроль;

Капиллярный контроль;

Тепловизионный контроль;

Контроль качества изоляции.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Контроль качества изделий методами неразрушающего контроля. М.Ф.Капустьян, В.А.Рыбник. ОмГУПС, Омск 2002, 27 c

2 Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 3: И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. Ультразвуковой контроль. – 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2006. – 864 с.: ил.

3 Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 2: Кн 2: Ю.К. Федосенко, В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, Ю.Я. Останин Вихретоковый контроль. – 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2006. – 688 с.: ил.

4 Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 1: В 2 кн. Кн. 1: Ф.Р. Соснин. Визуальный и измерительный контроль. Кн. 2: Ф.Р. Соснин. Радиационный контроль. – 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2006. – 560 с.: ил.

5 Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 4: В 3 кн. Кн. 1: В.А. Анисимов, Б.И. Каторгин, А.Н. Куценко и др. Акустическая тензометрия. Кн. 2: Г.С. Шелихов. Магнитопорошковый метод контроля. Кн. 3: М.В. Филинов. Капиллярный контроль. – 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2006. – 736 с.: ил.

6 Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 7: В 2 кн. Кн. 1: В.И. Иванов, И.Э. Власов. Метод акустической эмиссии. Кн. 2: Ф.Я. Балицкий, А.В. Барков, Н.А. Баркова и др. Вибродиагностика. – 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2006. – 829 с.: ил.

7 http://www.ruscontrol.com/laboratoriya-nerazrushaushego-kontrolya.html

8 http://pribor-yar.ru/peredvizhnye_laboratorii2

9 http://ru.wikipedia.org/wiki/Неразрушающий контроль