Основные факторы, определяющие выбор метода контроля

Наиболее эффективные результаты контроля могут быть достигнуты только при технически правильном выборе и применении методов дефектоскопии. Выбор метода неразрушающего контроля (НК) определяется конкретными требованиями практики и зависит от материала и конструкции контролируемого объекта, состояния его поверхности, характеристики дефектов, подлежащих обнаружению, условий работы детали, условий контроля и технико-экономических показателей. Рассмотрим влияние этих факторов.

Материал детали

В промышленности используют различные материалы, отличающиеся химическим составом, степенью деформации, макроструктурой, термической обработкой, плотностью и другими физическими свойствами. Наличие в них дефектов вызывает локальное изменение свойств материала, которое может быть обнаружено с помощью различных методов неразрушающего контроля (МНК). Так, например, поверхностные и подповерхностные дефекты в ферромагнитных сталях могут быть обнаружены намагничиванием детали и фиксацией образующихся при этом полей рассеяния с помощью магнитных методов. В то же время такие же дефекты в изделиях, изготовленных из немагнитных сплавов, например жаропрочных, нельзя выявить магнитными методами. В данном случае необходим другой метод контроля, например электромагнитный. Однако и этот метод окажется непригодным, если изделие изготовлено из пластмассы. В этом случае поверхностные дефекты можно обнаружить капиллярными методами. Ультразвуковой метод нельзя эффективно использовать для выявления внутренних дефектов в литых сплавах и сплавах с высокой степенью упругой анизотропии. Однако они могут быть успешно проконтролированы с помощью рентгеновских или γ-лучей.

Конструкция (форма и размеры) изделий

Металлоизделия в металлургии и машиностроении имеют самые различные размеры и форму: от крупногабаритных (слитки, поковки, штамповки, диски, листы, валы турбин и компрессоров энергетических машин и. др.) массой в сотни килограмм до небольших изделий (болты, винты, заклепки и др.) массой в несколько десятков грамм. Заготовки имеют простую форму (параллелепипеды, цилиндры, диски, кубы и т.п.), готовые детали— сложную (ступенчатые валы, сварные и паяные соединения, изделия, ограниченные кривыми поверхностями, и т.п.). Методы контроля выбирают в зависимости от размеров и формы изделия. Если для контроля изделия простой формы можно применить почти все МНК, то для контроля деталей сложной формы применимость методов ограничена. Чем сложнее конфигурация изделия, тем меньше методов для ее контроля. Детали, имеющие большое число выточек, канавок, переходов от одного радиуса кривизны к другому, уступов и т.д., очень трудно, а иногда невозможно контролировать такими методами, как магнитный, ультразвуковой и радиационный.

Крупногабаритные изделия контролируют, как правило, по частям. При этом важно правильно определить зоны контроля, знание которых облегчает разработку методики проверки опасных участков детали.

Мелкие массовые детали — шарики, ролики, болты, шпильки и т.п. целесообразно контролировать методами, которые легко поддаются автоматизации или механизации, например электромагнитными, феррозондовыми и др.

Состояние поверхности детали

Под состоянием поверхности понимается степень ее шероховатости и наличие защитных покрытий. Грубая шероховатая поверхность детали исключает применение капиллярных методов, вихревых токов, магнитных и ультразвукового в контактном варианте. Малая шероховатость расширяет возможности методов дефектоскопии.

Так, например, ультразвуковой и капиллярный методы применяют при шероховатости поверхности по 5-му классу и более, магнитный и токовихревой — не менее 3-го класса.

Операции контроля — неотъемлемые звенья технологического процесса. Поэтому там, где это нужно, следует предусматривать операции по уменьшению шероховатости поверхности контролируемого изделия (особенно на промежуточных стадиях изготовления детали, когда заготовка имеет припуски на обработку).

Защитные покрытия не позволяют применить оптические, магнитные и капиллярные методы контроля. Эти методы можно применить только после удаления защитных покрытий. Если же удалить покрытие нельзя или нецелесообразно, то для обнаружения внутренних дефектов используют радиационные и ультразвуковые методы, а для поверхностных — ультразвуковой, электромагнитный и магнитно-порошковый. Так, например, магнитно-порошковым методом обнаруживают трещины на стальных деталях, имеющих хромовое покрытие толщиной до 0,2 мм. Электромагнитным методом обнаруживают трещины на деталях, имеющих лакокрасочное, эмалевое и другие неметаллические покрытия толщиной до 0,5 мм и металлические немагнитные—до 0,2 мм.

Характеристика дефектов (вид и размер дефекта, место его расположения)

Дефекты могут иметь самое различное происхождение и отличаться по виду, размерам, месту расположения, ориентировке относительно волокна металла и т.д. Прежде чем выбрать метод контроля, следует изучить технологию изготовления изделия, характер возможных дефектов и технические условия на браковку.

Дефекты по расположению относительно поверхности детали могут быть внутренними, залегающими на глубине более 1 мм, подповерхностными, залегающими на глубине менее 1 мм, и поверхностными.

Установив вид и место расположения предполагаемого дефекта, выбирают метод контроля, для чего оценивают технические возможности МНК и отбирают наиболее подходящий.

Так, например, для обнаружения внутренних дефектов в стальных изделиях используют радиационные и ультразвуковые методы. Если изделия имеют сравнительно небольшую толщину, а дефекты, подлежащие выявлению (например, раковины),—достаточно большие размеры, то лучше воспользоваться радиационными методами. При этом можно точно определить и зафиксировать на пленке размеры и местоположение дефекта. Если толщина изделия в направлении просвечивания более 100—150 мм или требуется обнаружить в нем внутренние дефекты в виде трещин или тонких расслоений, то применять радиационные (Здесь имеются в виду только рентгено- и гамма-графические методы. Металлические изделия толщиной более 150 мм могут быть просвечены с помощью бетатронов и линейных ускорителей) методы нецелесообразно, так как они «не пробивают» толщину металла более 150 мм, а кроме того, обнаруживать трещины и расслоение радиационными методами неэффективно из-за низкой чувствительности. В данном случае наиболее подходящим является ультразвуковой контроль.

Поверхностные дефекты обнаружить проще, чем внутренние, так как для этого имеется больше и технических возможностей (число методов). Однако и в данном случае следует выбирать и применять методы контроля в зависимости от того, где расположена трещина: на гладкой плоской или кривой поверхности, в галтельном переходе или в резьбе и т. д.

Условия работы детали

Детали и узлы многих машин работают в условиях повышенных статических, динамических и вибрационных нагрузок. Некоторые элементы конструкции испытывают периодические перегрузки (например, при грубых посадках самолетов, повышении температуры в двигателе при форсаже, тепловых ударах при запуске и остановке двигателя и т.д.), работают в агрессивной среде и подвергаются коррозионному и эрозионному воздействию. Все это приводит к возникновению дефектов в элементах конструкций, которые могут явиться причиной усталостного их разрушения.

Поэтому важно знать условия работы машины для определения критических мест на деталях и выбора метода контроля, обеспечивающего надежное выявление дефектов в опасных участках.

Условия контроля

Контроль продукции металлургических и машиностроительных предприятий проводят как в заводских условиях, так и в эксплуатации.

На заводе-изготовителе изделия контролируют с целью выявления дефектов металлургического или производственно-технологического происхождения; для этого применяют пооперационный контроль с использованием инструментальных средств, позволяющих отбраковывать дефектные детали на ранней стадии изготовления. Контролировать однотипные заготовки или детали простой формы на промежуточной стадии их изготовления, когда внешняя поверхность хорошо обработана и не имеет защитных покрытий, значительно проще, чем готовых изделий, имеющих сложную форму, защитные покрытия и собранных в отдельные узлы. Поэтому на заводах имеются широкие возможности организации участков для проведения массового контроля заготовок и деталей с применением типовой контрольно-измерительной и дефектоскопической аппаратуры.

На ремонтных заводах целью контроля является выявление дефектов, связанных с продолжительностью и условиями работы деталей и агрегатов: механических повреждений, деформаций, износов, усталостных трещин, коррозии и т. д.

При ремонте контролю подвергают разнообразные по размерам, форме и материалам детали и узлы машин, причем контролируют их обычно в одном цехе. Детали, бывшие в эксплуатации, имеют антикоррозионные защитные покрытия; на некоторых деталях в результате воздействия высоких температур образовались нагар или окисные пленки, в результате износа — риски и надиры, при работе в агрессивных средах — коррозионное поражение. Некоторые детали, соединенные тугой посадкой, сваркой или заклепками, при ремонте не разбирают и их контролируют в собранном виде.

Такие условия усложняют контроль и требуют более широкого и гибкого применения контрольно-измерительной аппаратуры и различных методов НК, использования универсальных дефектоскопов с различными устройствами и приспособлениями, а также введения операций по подготовке деталей к контролю (очистки от нагара, удаления защитных покрытий, зачистки рисок, забоин и др.).

В условиях эксплуатации целью контроля является обнаружение дефектов, возникающих на деталях в процессе работы, в основном усталостных трещин и коррозионного поражения. В этом случае контролируют небольшую номенклатуру деталей и агрегатов. Однако их поверхность защищена покрытием, поражена коррозией, загрязнена или покрыта нагаром и имеет механические повреждения. Контролировать изделия в условиях эксплуатации сложнее, так как объекты контроля, как правило, не демонтируются, находятся в конструкции и доступ к ним в ряде случаев затруднен. Для контроля деталей, расположенных в труднодоступных местах, необходимы преобразователи и датчики, посаженные на удлинительные ручки, полюсные наконечники, зажимные и сканирующие устройства, фиксаторы, осветители, поворотные зеркала, механические отсчетные устройства и т. д.

Все это нужно учитывать при выборе метода контроля.

Технико-экономические показатели

При выборе метода контроля по этому фактору в первую очередь учитывают технические возможности метода: оценивают его чувствительность, разрешающую способность, достоверность результатов контроля и надежность аппаратуры. Затем оценивают его техническую доступность для применения в конкретных условиях: сложность аппаратуры и возможность обеспечения ею, сложность технологии контроля и дефицитность применяемых при этом материалов и т. д. В ряде случаев при выборе метода решающим фактором является его производительность. Чем проще метод, объективнее результаты контроля, выше производительность и ниже трудоемкость работ при контроле и дешевле применяемая аппаратура, тем предпочтительнее метод.

При оценке производительности метода следует иметь в виду и трудовые затраты, необходимые для выполнения подготовительных работ при контроле, особенно в условиях эксплуатации. Преимущество имеет тот метод, который может быть и труднее по применению, по аппаратуре, но для его осуществления не требуется полной или частичной разборки агрегата или машины, так как последняя увеличивает сроки и трудоемкость работ и приносит значительные убытки за счет вынужденного простоя машин.