Кошти та методи контролю. Стан деталей і пар можна визначити оглядом, перевіркою на дотик, за допомогою міряльних інструментів та іншими методами.
У процесі огляду виявляють руйнування деталі (тріщини, фарбування поверхонь, злами: і т. п.), наявність відкладень (накип, нагар і т. п.), текти води, масла, палива: Перевіркою на дотик визначають знос і зминання ниток різьблення на деталях в результаті попередньої затяжки, еластичність сальників, наявність задирів, подряпин та ін.
Вибір засобів контролю повинен ґрунтуватися на забезпеченні заданих показників процесу контролю та аналізу витрат на реалізацію контролю за заданою якістю виробу. При виборі засобів контролю слід використовувати ефективні для конкретних умов засоби контролю, які регламентовані державними, галузевими стандартами та стандартами підприємств.
Вибір засобів контролю включає такі етапи:
аналіз характеристик об'єкта контролю та показників процесу контролю;
визначення попереднього складу засобів контролю;
визначення остаточного складу засобів контролю, їх економічного обґрунтування, складання технологічної документації.
Залежно від виробничої програми стабільності вимірюваних параметрів можуть бути використані універсальні, механізовані або автоматичні засоби контролю. При ремонті найбільшого поширення набули універсальні вимірювальні прилади та інструменти. За принципом дії вони можуть бути поділені на такі види.
1. Механічні прилади - лінійки, штангенциркулі, пружинні прилади, мікрометричні і т. п. Як правило, механічні прилади та інструменти відрізняються простотою, високою надійністю вимірювань, проте мають порівняно невисоку точність та продуктивність контролю. При вимірюваннях необхідно дотримуватися принципу Аббе (компараторний принцип), згідно з яким необхідно, щоб на одній прямій лінії розташовувалися вісь шкали приладу і контрольований розмір деталі, що перевіряється, тобто лінія вимірювання повинна бути продовженням лінії шкали. Якщо цей принцип не витримується, то перекіс та непаралельність напрямних вимірювального приладу викликають значні похибки вимірювання.
2. Оптичні прилади - окулярні мікрометри, вимірювальні мікроскопи, колімаційні та пружинно-оптичні прилади, проектори, інтерференційні засоби тощо. За допомогою оптичних приладів досягається найвища точність вимірювань. Однак прилади цього виду складні, їх налаштування та вимірювання вимагають великих витрат часу, вони дорогі і часто не мають високої надійності та довговічності.
3. Пневматичні прилади – довгоміри. Цей вид приладів використовується в основному для вимірювання зовнішніх і внутрішніх розмірів, відхилень форми поверхонь (у тому числі внутрішніх), конусів і т. п. Пневматичні прилади мають високу точність і швидкодію. Ряд вимірювальних завдань, наприклад, точні вимірювання в отворах малого діаметра, вирішується тільки приладами пневматичного типу. Однак прилади цього виду найчастіше вимагають індивідуального тарування шкали з використанням еталонів.
4. Електричні прилади. Вони набувають все більшого поширення в автоматичній контрольно-вимірювальній апаратурі. Перспективність приладів обумовлена їх швидкодією, можливістю документування результатів вимірювань, зручністю управління.
Основним елементом електричних вимірювальних приладів є вимірювальний перетворювач (датчик), що сприймає вимірювану величину та виробляє сигнал вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі, перетворення та інтерпретації. Перетворювачі класифікують на електроконтактні (рис. 2.1), електроконтактні шакові головки, пневмоелектроконтактні, фотоелектричні, індуктивні, ємнісні, радіоізотопні, механотронні.
Види та методи неруйнівного контролю.Візуальний контроль дозволяє визначити видимі порушення цілісності деталі. Візуально-оптичний контроль має низку очевидних переваг перед візуальним контролем. Гнучка волоконна оптика з маніпулятором дозволяє оглянути великі зони, недоступні для відкритого огляду. Однак багато небезпечних дефектів, що виявляються в процесі експлуатації, візуально-оптичними методами здебільшого не виявляються. До таких дефектів відносяться в першу чергу втомні тріщини невеликих розмірів, корозійні поразки, структурні перетворення матеріалу, пов'язані з процесами природного та штучного старіння тощо.
У таких випадках використовуються фізичні методи неруйнівного контролю (НК). В даний час відомі такі основні види неруйнівного контролю: акустичний, магнітний, радіаційний, капілярний та вихрострумовий. Їхня коротка характеристика наведена в табл. 2.3.
Кожен із видів неруйнівного контролю має кілька різновидів. Так, серед акустичних методів можна виділити групу ультразвукових методів, імпедансний, вільних коливань, велосиметричний і т. д. Капілярний метод поділяється на кольоровий та люмінесцентний, радіаційний метод – на рентгено- та гамма-методи.
Загальною особливістю методів неруйнівного контролю є те, що такими методами, що безпосередньо вимірюються, є фізичні параметри такі, як електропровідність, поглинання рентгенівських променів, характер відображення і поглинання рентгенівських променів, характер відображення і поглинання ультразвукових коливань в досліджуваних виробах і т. д. параметрів у ряді випадків можна будувати висновки про зміну властивостей матеріалу, мають дуже важливе значення для експлуатаційної надійності виробів. Так, різка зміна магнітного потоку на поверхні намагніченої сталевої деталі свідчить про наявність у цьому місці тріщини; поява додаткового відображення ультразвукових коливань при прозвучуванні деталі сигналізує про порушення однорідності матеріалу (наприклад, розшарування, тріщини та ін.); по зміні електропровідності матеріалу часто можна судити і про зміну його властивостей міцності і т. п. Не у всіх випадках можна дати точну кількісну оцінку виявленого дефекту, так як зв'язок між фізичними параметрами і параметрами, що підлягають визначенню в процесі контролю (наприклад, розмір тріщини, ступінь зниження властивостей міцності та ін), як правило, не буває однозначною, а має статистичний характер з різним ступенем кореляції. Тому фізичні методи неруйнівного контролю у більшості випадків є скоріше якісними та рідше – кількісними.
Характерні недоліки деталей. Структурні параметри автомобіля та його агрегатів залежать від стану сполучень, деталей, що характеризується посадкою. Будь-яке порушення посадки викликається: зміною розмірів та геометричної форми робочих поверхонь; порушенням взаємного розташування робочих поверхонь; механічними ушкодженнями, хімікотепловими ушкодженнями; зміною фізико-хімічних властивостей матеріалу деталі.
Зміна розмірів та геометричної форми робочих поверхонь деталей відбувається внаслідок їх зношування. Нерівномірне зношування викликає виникнення таких дефектів форми робочих поверхонь, як овалість, конусність, бочкоподібність, корсетність. Інтенсивність зношування залежить від навантажень на сполучені деталі, швидкості переміщення поверхонь, що труться, температурного режиму роботи деталей, режиму змащування, ступеня агресивності навколишнього середовища.
Порушення взаємного розташування робочих поверхонь проявляється у вигляді зміни відстані між осями циліндричних поверхонь, відхилень від паралельності або перпендикулярності осей та площин, відхилень від співвісності циліндричних поверхонь. Причинами цих порушень є нерівномірне зношування робочих поверхонь, внутрішні напруги, що виникають в деталях при їх виготовленні та ремонті, залишкові деформації деталей внаслідок впливу навантажень.
Взаємне розташування робочих поверхонь найчастіше порушується у корпусних деталей. Це викликає перекоси інших деталей агрегату, що прискорюють процес зношування.
Механічні пошкодження деталей - тріщини, обломи, фарбування, ризики та деформації (вигини, скручування, вм'ятини) виникають внаслідок перевантажень, ударів та втоми матеріалу.
Тріщини є характерними для деталей, що працюють в умовах циклічних знакозмінних навантажень. Найчастіше вони з'являються на поверхні деталей у місцях концентрації напруги (наприклад, у отворів, у галтелях).
Обломи, характерні для литих деталей, і фарбування на поверхнях сталевих цементованих деталей виникають у результаті динамічних ударних навантажень і внаслідок втоми металу.
Ризики на робочих поверхнях деталей з'являються під дією абразивних частинок, що забруднюють мастило.
Деформаціям схильні деталі з профільного прокату та листового металу, вали та стрижні, що працюють в умовах динамічних навантажень.
Хіміко-теплові ушкодження - короблення, корозія, нагар і накип з'являються під час експлуатації автомобіля у важких умовах.
Короблення поверхонь деталей значної довжини зазвичай виникає за впливу високих температур.
Корозія - результат хімічного та електрохімічного впливу навколишнього окисного та хімічно активного середовища. Корозія проявляється на поверхнях деталей у вигляді суцільних оксидних плівок або місцевих пошкоджень (плям, раковин).
Нагар є результатом використання у системі охолодження двигуна води.
Накип є результатом використання у системі охолодження двигуна води.
Зміна фізико-механічних властивостей матеріалів виявляється у зниженні твердості та пружності деталей. Твердість деталей може знизитися внаслідок застосування структури матеріалу під час нагрівання в процесі роботи до високих температур. Пружні властивості пружин та ресор знижуються внаслідок втоми матеріалу.
Граничні та допустимі розміри та зношування деталей. Розрізняють розміри робочого креслення, допустимі та граничні розміри та зноси деталей.
Розмірами робочого креслення називаються розміри деталі, зазначені заводом-виробником у робочих кресленнях.
Допустимими називаються розміри та знос деталі, при яких вона може бути використана повторно без ремонту і буде безвідмовно працювати до чергового плавного ремонту автомобіля (агрегату).
Граничними називаються розміри та зношування деталі, при яких її подальше використання технічно неприпустиме або економічно недоцільне.
Зношування деталі в різні періоди її роботи відбувається не рівномірно, а за певними кривими.
Перша ділянка тривалістю t 1 характеризує зношування деталі в період опрацювання. У цей період шорсткість поверхонь деталі, отримана при її обробці, зменшується, а інтенсивність зношування знижується.
Друга ділянка тривалістю t 2 відповідає періоду нормальної роботи сполучення, коли зношування відбувається порівняно повільно та рівномірно.
Третя ділянка характеризує період різкого підвищення інтенсивності зношування поверхонь, коли заходи технічного обслуговування перешкоджати цьому не можуть. За час Т, що минуло з початку експлуатації, поєднання досягає граничного стану і потребує ремонту. Зазор у сполученні, відповідний початку третьої ділянки кривої зношування, визначає значення граничних зносів деталей.
Послідовність контролю деталей під час дефектації. В першу чергу виконують візуальний контроль деталей з метою виявлення пошкоджень, видимих неозброєним оком: великих тріщин, обломів, рисок, фарбування, корозії, нагару та накипу. Потім деталі перевіряють на пристосуваннях для виявлення порушень взаємного розташування робочих поверхонь і фізико-механічних властивостей матеріалу, а також відсутність прихованих дефектів (невидимих тріщин). На закінчення контролюють розміри та геометричну форму робочих поверхонь деталей.
Контролює взаємне розташування робочих поверхонь. Відхилення від співвісності (зміщення осей) отворів перевіряють за допомогою оптичних, пневматичних та індикаторних пристроїв. Найбільше застосування під час ремонту автомобілів знайшли індикаторні пристрої. Під час перевірки відхилення від співвісності обертають оправлення, а індикатор вказує на значення радіального биття. Відхилення від співвісності дорівнює половині радіального биття.
Неспіввісність шийок валів контролюють виміром їхнього радіального биття за допомогою індикаторів із установкою в центрах. Радіальне биття шийок визначається як різницю найбільшого та найменшого показань індикатора за один оборот валу.
Відхилення від паралельності осей отворів визначають різницю | а 1 - a 2 | відстаней а 1 і а 2 між внутрішніми утворюють контрольних оправок на довжині L за допомогою штихмасу або індикаторного нутроміра.
Відхилення від перпендикулярності осей отворів перевіряють за допомогою оправки з індикатором або калібру, вимірюючи зазори Д 1 і Д 2 на довжині L. У першому випадку відхилення осей від перпендикулярності визначають як різницю показань індикатора у двох протилежних положеннях, у другому - як різницю зазор 1 - Д 2 |
Відхилення від паралельності осі отвору щодо площини перевіряють на плиті шляхом зміни індикатором відхилення розмірів h 1 і h 2 на довжині L. Різниця цих відхилень відповідає відхилення від паралельності осі отвору та площини.
Відхилення від перпендикулярності осі отвору до площини визначають на діаметрі D як різницю показань індикатора при обертанні на оправці щодо осі отвору або шляхом вимірювання зазорів у двох діаметрально протилежних точках периферії калібру. Відхилення від перпендикулярності у разі одно різниці результатів вимірів |Д 1 -Д 2 | на діаметрі D.
Контроль прихованих дефектів необхідний особливо для відповідальних деталей, від яких залежить безпека руху автомобіля. Для контролю застосовують методи опресування, фарб, магнітний, люмінесцентний та ультразвуковий.
Метод опресування застосовують для виявлення тріщин у корпусних деталях (гідравлічне випробування) та перевірки герметичності трубопроводів, паливних баків, шин (пневматичне випробування). Корпусну деталь встановлюю для випробування на стенд, герметизують кришками та заглушками зовнішні отвори, після чого у внутрішні порожнини деталі насосом нагнітають воду до тиску 0,3...0,4 МПа. Підтікання води показує місцезнаходження тріщини. При пневматичному випробуванні внутрішньо деталі подають повітря тиском 0,05... 0,1 МПа і занурюють її у ванну з водою. Бульбашки повітря, що виходить, вказують місцезнаходження тріщини.
Методом фарб користуються виявлення тріщин шириною щонайменше 20...30 мкм. Поверхня контрольованої деталі знежирюють і наносять на неї червону фарбу, розведену гасом. Змивши червону фарбу розчинником, поверхню покривають деталі білою фарбою. Через кілька хвилин на білому тлі виявиться червона фарба, що проникла у тріщину.
Магнітний метод застосовують для контролю прихованих тріщин у деталях із феромагнітних матеріалів (сталі, чавуну). Якщо деталь намагнітити і посипати сухим феромагнітним порошком або полити суспензією, їх частинки притягуються до країв тріщин, як до полюсів магніту. Ширина шару порошку може у 100 разів перевищити ширину тріщини, що дозволяє виявити її.
Намагнічують деталі на магнітних дефектоскопах. Після контролю деталі розмагнічують, пропускаючи через соленоїд, що живиться змінним струмом.
Люмінесцентний метод застосовують для виявлення тріщин шириною понад 10 мкм у деталях, виготовлених із немагнітних матеріалів. Контрольовану деталь занурюють на 10...15 хв у ванн з рідиною, що флюорескує, здатної світитися при впливі на неї ультрафіолетового випромінювання. Потім деталь протирають і наносять на контрольовані поверхні тонкий шар вуглекислого магнію, тальку або силікагелю. Порошок витягує флюоресцентну рідину з тріщини на поверхню деталі.
Після цього, користуючись люмінесцентним дефектоскопом, деталь впливають на ультрафіолетове випромінювання. Порошок, просочений флюоресцентною рідиною, виявляє тріщини деталі у вигляді ліній і плям, що світяться.
Ультразвуковий метод, який відрізняється дуже високою чутливістю, застосовують для виявлення в деталях внутрішніх тріщин. Розрізняють два способи ультразвукової дефектоскопії - звукової тіні та імпульсний.
Для способу звукової тіні характерно розташування генератора з випромінювачем ультразвукових коливань з одного боку деталі, а приймача з іншого. Якщо при переміщенні дефектоскопа вздовж деталі дефекту не виявляється, ультразвукові хвилі досягають приймача, перетворюються на електричні імпульси і через підсилювач потрапляють на індикатор, стрілка якого відхиляється. Якщо ж по дорозі звукових хвиль зустрічається дефект, всі вони відбиваються. За дефектною ділянкою деталі утворюється звукова тінь і стрілка індикатора не відхиляється. Цей спосіб застосовується для контролю деталей невеликої товщини при можливості двостороннього доступу до них.
Імпульсний спосіб не має обмежень області застосування та більш поширений. Він полягає в тому, що послані випромінювачем імпульси, досягнувши протилежної сторони деталі, відбиваються від неї та повертаються до приймача, в якому виникає слабкий електричний струм. Сигнали проходять через підсилювач і подаються до електронно-променевої трубки. При пуску генератора імпульсів одночасно за допомогою блоку розгортки включається горизонтальна розгортка електронно-променевої трубки, що є вісь часу.
Моменти спрацьовування генератора супроводжуються початковими імпульсами А. За наявності дефекту на екрані з'явиться імпульс У. Характер і величину сплесків на екрані розшифровують за еталонними схемами імпульсів. Відстань, між імпульсами А і відповідає глибині залягання дефекту, а відстань, між імпульсами А і С - товщині деталі.
Контроль розмірів та форми робочих поверхонь деталей дозволяє оцінювати їх зношування та вирішувати питання про можливість їх подальшого використання. При контролі розмірів і форми деталі використовуються як універсальні інструменти (штангенциркулі, мікрометри, індикаторні нутроміри, мікрометричні штихмаси та ін), так і спеціальні інструменти та пристосування (калібри, качалки, пневматичні пристосування та ін).
Зварні з'єднання перевіряють для визначення можливих відхилень від технічних умов, що пред'являються даному виду виробів. Виріб вважається якісним, якщо відхилення не перевищують допустимі норми. Залежно від виду зварних з'єднань та умов подальшої експлуатації вироби після зварювання піддають відповідному контролю.
Контроль зварних з'єднань може бути попереднім, коли перевіряють якість вихідних матеріалів, підготовку поверхонь, що зварюються, стан оснастки та обладнання. До попереднього контролю відносять також зварювання дослідних зразків, які піддають відповідним випробуванням. При цьому в залежності від умов експлуатації дослідні образи піддають металографічним дослідженням і методам контролю, що не руйнують або руйнують.
Під поточним контролемрозуміють перевірку дотримання технологічних режимів, стабільність режимів зварювання. При поточному контролі перевіряють якість накладання шарових швів та їх зачистку. Остаточний контрольздійснюють відповідно до технічних умов. Дефекти, виявлені внаслідок контролю, підлягають виправленню.
Неруйнівні методи контролю зварних з'єднань
Існує десять неруйнівних методів контролю зварних з'єднань, які застосовують відповідно до технічних умов. Вид та кількість методів залежать від технічної оснащеності зварювального виробництва та відповідальності зварного з'єднання.
Зовнішній огляд- Найбільш поширений і доступний вид контролю, що не потребує матеріальних витрат. Даному контролю піддають усі види зварних з'єднань, незважаючи на використання подальших методів. При зовнішньому огляді виявляють майже всі види зовнішніх недоліків. При цьому виді контролю визначають непровари, напливи, підрізи та інші дефекти, доступні для огляду. Зовнішній огляд виконують неозброєним оком або використовують лупу з 10-кратним збільшенням. Зовнішній огляд передбачає як візуальне спостереження, а й обмір зварних з'єднань і швів, і навіть замір підготовлених кромок. В умовах масового виробництва існують спеціальні шаблони, що дозволяють з достатньою мірою точності виміряти параметри зварних швів.
У разі одиничного виробництва зварні з'єднання обмірюють універсальними мірювальними інструментами чи стандартними шаблонами, приклад яких наведено на рис.1.
Набір шаблонів ШС-2є комплектом сталевих пластинок однакової товщини, розташованих на осях між двома щоками. На кожній осі закріплено по 11 пластин, які з двох сторін підтискаються плоскими пружинами. Дві пластини призначені для перевірки вузлів оброблення кромок, решта - для перевірки ширини та висоти шва. За допомогою цього універсального шаблону можна перевіряти кути оброблення кромок, зазори та розміри швів стикових, таврових та кутових з'єднань.
Непроникність ємностей та судин, що працюють під тиском, перевіряють гідравлічними та пневматичними випробуваннями. Гідравлічні випробування бувають із тиском, наливом або поливом водою. Для випробування наливом зварні шви сушать або протирають насухо, а ємність заповнюють водою так, щоб вода не потрапила на шви. Після наповнення ємності водою всі шви оглядають, відсутність вологих швів свідчить про їхню герметичність.
Випробуванням поливомпіддають громіздкі вироби, які мають доступ до швів з двох сторін. Один бік виробу поливають водою зі шланга під тиском і перевіряють герметичність швів з іншого боку.
При гідравлічному випробуванніз тиском посудину наповнюють водою та створюють надлишковий тиск, що перевищує в 1,2 -2 рази робочий тиск. У такому стані виріб витримують протягом 5-10 хвилин. Герметичність перевіряють за наявності вологи наливами та величиною зниження тиску. Усі види гідравлічних випробувань проводять за позитивних температур.
Пневматичні випробуванняу випадках, коли неможливо виконати гідравлічні випробування. Пневматичні випробування передбачають заповнення судини стисненим повітрям під тиском, що перевищує на 10-20 кПа атмосферне або 10 - 20% вище робітника. Шви змочують мильним розчином або занурюють виріб у воду. Відсутність пухирів свідчить про герметичність. Існує варіант пневматичних випробувань з гелієвим течешукачем. Для цього всередині посудини створюють вакуум, а зовні його обдувають сумішшю повітря з гелієм, який має виняткову проникність. Потрапив усередину гелій відсмоктується і потрапляє на спеціальний прилад - течешукач, що фіксує гелій. За кількістю уловленого гелію судять про герметичність судини. Вакуумний контроль проводять тоді, коли неможливо виконати інші види випробувань.
Герметичність швів можна перевірити гасом. Для цього одну сторону шва за допомогою пульверизатора фарбують крейдою, а іншу змочують гасом. Гас має високу проникаючу здатність, тому при нещільних швах зворотний бік забарвлюється в темний тон або з'являються плями.
Хімічний методвипробування заснований на використанні взаємодії аміаку з контрольною речовиною Для цього в посудину закачують суміш аміаку (1%) з повітрям, а шви проклеюють стрічкою, просоченою 5% розчином азотнокислої ртуті або розчином фенілфталеїну. При витоках колір стрічки змінюється у місцях проникнення аміаку.
Магнітний контроль. При цьому методі контролю дефекти швів виявляють розсіюванням магнітного поля. Для цього до виробу підключають осердя електромагніта або поміщають його всередину соленоїда. На поверхню намагніченого з'єднання наносять залізну тирсу, окалину і т.д., що реагують на магнітне поле. У місцях дефектів поверхні вироби утворюються скупчення порошку, як спрямованого магнітного спектра. Щоб порошок легко переміщався під впливом магнітного поля, виріб злегка постукують, надаючи найдрібнішим крупинкам рухливість. Поле магнітного розсіювання можна фіксувати спеціальним приладом, що називається магнітографічним дефектоскопом. Якість сполуки визначають шляхом порівняння з еталонним зразком. Простота, надійність та дешевизна методу, а головне його висока продуктивність та чутливість дозволяють використовувати його в умовах будівельних майданчиків, зокрема при монтажі відповідальних трубопроводів.
Дозволяє виявити у порожнині шва дефекти, невидимі при зовнішньому огляді. Зварний шов просвічують рентгенівським або гамма-випромінюванням, що проникає через метал (рис.2), для цього випромінювач (рентгенівську трубку або гамма-установку) розміщують навпроти контрольованого шва, а з протилежного боку - рентгенівську плівку, встановлену у світлонепроникній касеті.
Промені, проходячи через метал, опромінюють плівку, залишаючи в місцях дефектів темніші плями, так як дефектні місця мають менше поглинання. Рентгенівський метод безпечніший для працюючих, проте його встановлення занадто громіздке, тому він використовується тільки в стаціонарних умовах. Гамма-випромінювачі мають значну інтенсивність і дозволяють контролювати метал більшої товщини. Завдяки портативності апаратури та дешевизні методу цей тип контролю широко поширений у монтажних організаціях. Але гамма-випромінювання становить велику небезпеку при необережному поводженні, тому користуватися цим методом можна лише після відповідного навчання. До недоліків радіографічного контролю відносять той факт, що просвічування не дозволяє виявити тріщини, розташовані за напрямом основного променя.
Поряд із радіаційними методами контролю застосовують рентгеноскопію, тобто отримання сигналу дефектів на екрані приладу. Цей метод відрізняється більшою продуктивністю, а його точність практично не поступається радіаційним методам.
Ультразвуковий метод(Рис.3) відноситься до акустичних методів контролю, що виявляє дефекти з малим розкриттям: тріщини, газові пори та шлакові включення, в тому числі і ті, які неможливо визначити радіаційною дефектоскопією. Принцип його дії заснований на здатності ультразвукових хвиль відбиватися від межі поділу двох середовищ. Найбільшого поширення набув п'єзоелектричний спосіб отримання звукових хвиль. Цей метод заснований на збудженні механічних коливань при накладеннях змінного електричного поля в п'єзоелектричних матеріалах, як використовують кварц, сульфат літію, титанат барію та ін.
Для цього за допомогою п'єзометричного щупа ультразвукового дефектоскопа, що поміщається на поверхню зварного з'єднання, метал посилають спрямовані звукові коливання. Ультразвук із частотою коливань понад 20 000 Гц вводять у виріб окремими імпульсами під кутом до металу. При зустрічі з кордоном розділу двох середовищ ультразвукові коливання відбиваються та уловлюються іншим щупом. При однощуповій системі це може бути той самий щуп, який подавав сигнали. З приймального щупа коливання подаються на підсилювач, а потім посилений сигнал відбивається на екрані осцилографа. Для контролю якості зварних швів у важкодоступних місцях за умов будівельних майданчиків використовують малогабаритні дефектоскопи полегшеної конструкції.
До переваг ультразвукового контролю зварних з'єднань відносять: велику проникаючу здатність, що дозволяє контролювати матеріали великої товщини; високу продуктивність приладу чутливість, що визначає місцезнаходження дефекту площею 1 - 2 мм2. До недоліків системи можна зарахувати складність визначення виду дефекту. Тому ультразвуковий метод контролю іноді застосовують у комплексі з радіаційним.
Руйнівні методи контролю зварних з'єднань
До руйнівних методів контролю належать способи випробування контрольних зразків з метою отримання необхідних характеристик зварного з'єднання. Ці методи можуть застосовуватися як на контрольних зразках, так і на відрізках, вирізаних із самої сполуки. В результаті методів контролю, що руйнують, перевіряють правильність підібраних матеріалів, обраних режимів і технологій, здійснюють оцінку кваліфікації зварювальника.
Механічні випробування є одним із основних методів руйнівного контролю. За їх даними можна судити про відповідність основного матеріалу та зварного з'єднання технічним умовам та іншим нормативам, передбаченим у цій галузі.
До механічним випробуваннямвідносять:
- випробування зварного з'єднання загалом на різних його ділянках (наплавленого металу, основного металу, зони термічного впливу) на статичне (короткочасне) розтяг;
- статичний вигин;
- ударний вигин (на надрізаних зразках);
- на стійкість до механічного старіння;
- вимір твердості металу на різних ділянках зварного з'єднання.
Контрольні зразки для механічних випробувань варять з того ж металу, тим самим методом і зварювальником, що і основний виріб. У виняткових випадках контрольні зразки вирізують безпосередньо з виробу, що контролюється. Варіанти зразків визначення механічних властивостей зварного з'єднання показано на рис.4.
Статичним розтягуваннямвідчувають міцність зварних з'єднань, межу плинності, відносне подовження та відносне звуження. Статичний вигин проводять визначення пластичності з'єднання за величиною кута вигину до утворення першої тріщини в розтягнутій зоні. Випробування на статичний вигин проводять на зразках з поздовжніми та поперечними швами зі знятим посиленням шва врівень з основним металом.
Ударний вигин- Випробування, що визначає ударну в'язкість зварного з'єднання. За результатами визначення твердості можна судити про характеристиках міцності, структурні зміни металу та про стійкість зварних швів проти крихкого руйнування Залежно від технічних умов виріб може зазнавати ударного розриву. Для труб малого діаметра з поздовжніми та поперечними швами проводять випробування на сплющування. Мірою пластичності служить величина просвіту між поверхнями, що підтискаються при появі першої тріщини.
Металографічні дослідженнязварних з'єднань проводять для встановлення структури металу, якості зварного з'єднання, виявляють наявність та характер дефектів. За видом зламу встановлюють характер руйнування зразків, вивчають макро- та мікроструктуру зварного шва та зони термічного впливу, судять про будову металу та його пластичність.
Макроструктурний аналізвизначає розташування видимих дефектів та його характер, і навіть макрошлифи і злами металу. Його проводять неозброєним оком або під лупою з 20-кратним збільшенням.
Мікроструктурний аналізпроводиться із збільшенням у 50-2000 разів за допомогою спеціальних мікроскопів. При цьому методі можна виявити оксиди на межах зерен, перепал металу, частинки неметалевих включень, величину зерен металу та інші зміни у його структурі, спричинені термічною обробкою. При необхідності роблять хімічний та спектральний аналіз зварних сполук.
Спеціальні випробуваннявиконують для відповідальних конструкцій. Вони враховують умови експлуатації та проводяться за методиками, розробленими для цього виду виробів.
Усунення дефектів зварювання
Виявлені в процесі контролю дефекти зварювання, які не відповідають технічним умовам, мають бути усунені, а якщо це неможливо, виріб бракує. У сталевих конструкціяхзняття бракованих зварних швів здійснюють плазмово-дуговою різкою або стружкою з подальшою обробкою абразивними колами.
Дефекти у швах, що підлягають термічній обробці, виправляють після відпустки зварного з'єднання. При усуненні дефектів слід дотримуватись певних правил:
- довжина ділянки, що видаляється, повинна бути з кожної сторони довшою за дефектну ділянку;
- ширина обробки вибірки має бути такою, щоб ширина шва після заварювання не перевищувала його подвійну ширину до заварювання.
- профіль вибірки повинен забезпечувати надійність провару будь-де шва;
- поверхня кожної вибірки повинна мати плавні контури без різких виступів, гострих заглиблень і задирок;
- при заварці дефектної ділянки має бути забезпечене перекриття прилеглих ділянок основного металу.
Після заварки ділянку зачищають до видалення раковин і пухкості в кратері, виконують плавні переходи до основного металу. Видалення заглиблених зовнішніх та внутрішніх дефектних ділянок у з'єднаннях з алюмінію, титану та їх сплавів слід виконувати лише механічним способом – шліфуванням абразивними інструментами або різанням. Допускається вирубка з наступним шліфуванням.
Підрізи усувають наплавлення ниткового шва по всій довжині дефекту.
У виняткових випадках допускається застосування оплавлення невеликих підрізів аргонно-дуговими пальниками, що дозволяє згладжувати дефект без додаткового наплавлення.
Напливи та інші нерівності форми шва виправляють механічною обробкою шва по всій довжині, не допускаючи заниження загального перерізу.
Кратери швів заварюють.
Пропали зачищають та заварюють.
Усі виправлення зварних з'єднань повинні виконуватися за тією ж технологією та тими самими матеріалами, що застосовувалися при накладенні основного шва.
Виправлені шви піддають повторному контролю за методиками, відповідними вимогам до даного виду зварного з'єднання. Число виправлень однієї і тієї ж ділянки зварного шва не повинно перевищувати трьох.
В АРП знайшли застосування такі методи виявлення прихованих дефектів на деталях: фарб, лаків, люмінесцентний, намагнічування, ультразвуковий.
Метод опресуваннязастосовується виявлення дефектів в порожнистих деталях. Опресовування деталей ведуть водою (гідравлічний метод) і стисненим повітрям (пневматичний метод).
а) Метод гідравлічний застосовується для виявлення тріщин у корпусних деталях (блок та головка циліндрів). Випробування ведуть на спец. стенді, який забезпечує повну герметизацію деталі, яку заповнюють гарячою водою під тиском 0,3-0,4 МПа. Про наявність тріщин судять з підтікання води.
б) Пневматичний метод застосовують для радіаторів, баків, трубопроводів та інших деталей. Порожнину деталі заповнюють стисненим повітрям під тиском і потім занурюють у воду. Про місце тріщин судять по бульбашках повітря, що виходять.
Метод фарбзаснований на властивостях рідких фарб до взаємної дифузії. На знежирену поверхню деталі наносять червону фарбу, розведену гасом. Потім фарбу змивають розчинником та наносять шар білої фарби. Через кілька секунд на білому тлі з'являється малюнок тріщини, збільшений по ширині кілька разів. Можна виявити тріщини завширшки 20 мкм.
Люмінесцентний методзаснований на властивості деяких речовин світитися при опроміненні ультрафіолетовими променями. Деталь спочатку занурюють у ванну з флуоресцентною рідиною (сумішою 50% гасу 25% бензину, 25% трансформаторної олії з добавкою флуоресцентного барвника). Потім деталь промивають водою, просушують теплим повітрям і припудрюють порошком силікагелю, який витягує рідину флуоресцентну з тріщини на поверхню деталі. При опроміненні деталі ультрафіолетовими променями межі тріщини будуть виявлені світінням. Люмінесцентні дефектоскопи застосовують для виявлення тріщин понад 10 мкм у деталях, виготовлених із немагнітних матеріалів.
Метод магнітної дефектоскопіїшироко застосовується при виявленні прихованих дефектів в автомобільних деталях, виготовлених із феромагнітних матеріалів (сталь, чавун). Деталь спочатку намагнічують, потім поливають суспензією, що складається з 5% трансформаторної олії та гасу та дрібного порошку окису заліза. Магнітний порошок чітко описує межі тріщини, т.к. на краях тріщини утворюються магнітні смуги. Метод магнітної дефектоскопії має високу продуктивність і дозволяє виявляти тріщини шириною до 1 мкм.
Ультразвуковий методзаснований на властивості ультразвуку проходити через металеві вироби і відбиватися від межі двох середовищ, у тому числі від дефекту. Розрізняють 2 методи ультразвукової дефектоскопії: просвічування та імпульсний.
Метод просвічуваннязаснований на появі звукової тіні за дефектом, при цьому випромінювач ультразвукових коливань розташовується з одного боку від дефекту, а приймач - з іншого.
Імпульсний методзаснований на тому, що ультразвукові коливання відбившись від протилежної сторони деталі, повернуться назад і на екрані буде 2 сплески. Якщо деталі є дефект, то ультразвукові коливання відіб'ються від нього і на екрані трубки проявиться проміжний сплеск.
Мета контролю становлять виявлення дефектів у виливках та визначення відповідності хімічного складу, механічних властивостей, структури та геометрії виливків вимогам технічних умов та креслення. Контролю можуть бути піддані і готові виливки, і технологічні процеси їх виготовлення. Методи контролю поділяють на руйнівні та неруйнівні.
Руйнівний контрольможе проводитися як на спеціальних зразках, що відливаються одночасно з виливком, так і на зразках, вирізаних з різних ділянок контрольованого виливки. Останнє застосовується під час доведення технологічного процесу або при контрольно-приймальних випробуваннях. У цьому випадку стає неможливим подальше використання виливка за призначенням. Руйнівні методи контролю передбачають визначення хімічного складу та механічних властивостей металу виливків, вивчення його макро- та мікроструктури, пористості тощо.
Неруйнуючий контрольне впливає на подальшу працездатність виливків і вони залишаються повністю придатними до експлуатації. До неруйнівних методів контролю належать: вимірювання розмірів та шорсткості поверхні виливки, візуальний огляд їх поверхні, рентгенівський, ультразвуковий, люмінесцентний та інші спеціальні методиконтролю.
Литі титанові деталі застосовуються, як правило, у відповідальних вузлах та агрегатах різних машин, і з цієї причини контролю виливків та параметрів технологічного процесу їх виробництва приділяється велика увага. Перед контрольних операцій припадає до 15 % витрат під час виробництва титанових виливків. Контролюються хімічний склад сплаву, механічні властивості литого металу, зовнішні та внутрішні дефекти виливків, її геометричні розміри та шорсткість поверхні. Контролю також піддається ряд етапів технологічного процесу виготовлення виливків.
Хімічний склад сплаву у виливках контролюють на вміст легуючих компонентів та домішок. Як відомо, він залежить від хімічного складу електродів, що витрачаються, і ливарних відходів, що залучаються в плавку. Тому контроль хімічного складу литого металу зазвичай проводять від групи плавок, в яких використовували одну партію електродів, що витрачаються, і одну партію відходів з відомим вмістом легуючих компонентів і домішок.
Контроль сплаву на вміст вуглецю проводять від кожної плавки, оскільки плавка металу проводиться у графітових гарнісажних тиглях і вміст вуглецю в металі може змінюватися від плавки до плавки.
Для визначення вмісту легуючих компонентів та домішок використовують квантометр типу ДФС-41, а для контролю вмісту кисню, водню та азоту – прилади ЕАО-201, ЕАН-202, ЕАН-14 відповідно.
Механічні властивості литого металу - межа міцності, межа плинності, відносне подовження, поперечне звуження і ударну в'язкість - контролюють після кожної плавки, випробовуючи стандартні зразки, вирізані з брусків, що відливаються разом з виливками, або елементів литниковой системи.
У процесі освоєння технології виготовлення виливки контролюють також твердість поверхневого шару виливки та структуру металу.
Виливки після вибивання з форм піддаються ретельному візуальному контролю. Для лиття титану специфічним є контроль поверхні виливків з метою виявлення неспаїв. Для виявлення застосовують лупи, а складних випадках - люмінесцентний контроль. За допомогою візуального контролю виявляють також такі дефекти, як незатоки, місця утворення пригару та підвищеної шорсткості, зовнішні раковини, поверхневі засмічення.
Внутрішні дефекти в титанових виливках – раковини, пори, засмічення – виявляють за допомогою рентгеноскопії. Для цього застосовують рентгенівські апарати типу РУП -150/300-10.
Контроль геометрії виливків та шорсткості їхньої поверхні не відрізняється від подібного контролю виливків з інших сплавів.
Великий вплив на якість виливків (геометрична точність, якість поверхні) мають вихідні формувальні матеріали - графітовий порошок і сполучна. Початковий графітовий порошок контролюють на зольність. Вміст золи не повинен перевищувати 0,8%, а вологість не повинна перевищувати 1%. Зерновий склад графітового порошку визначають на приладі 029. Зерновий склад повинен відповідати нормам, встановленим у технологічних інструкціях на дану формувальну композицію.
В органічних сполучних контролюють сухий залишок, щільність та в'язкість. Для контролю готових ущільнюваних графітових сумішей на міцність, газопроникність, обсипаність застосовують стандартні методики та прилади марок 084М, 042М, 056М.
Теплова обробка графітових форм ретельно контролюється у вигляді вимірювання параметрів температурного режиму.
Особливо великий обсяг контролю різних параметрів проводиться при вакуумному гарнісажному плавленні титанових сплавів. До початку плавки контролюють герметичність робочої камери установки та залишковий тиск. Контроль натікання повинен проводитися не рідше одного разу на зміну. Крім того, натікання перевіряють після кожного навіть незначного ремонту камери печі або вакуумної системи.
До початку плавлення та під час плавки контролюють наявність охолоджуючої рідини та її тиск на вході та виході систем охолодження всіх вузлів установки (тигель, електродотримач, камера, охолодження вакуумних насосів тощо). Зазвичай засоби контролю параметрів роботи гарнісажної установки є інтегрованими.
У ході приварювання електрода та його плавлення контролюють параметри електричної дуги – силу струму та напругу. Для цієї мети застосовуються поряд з показуючими приладами записуючі контрольні прилади. У цей період також обов'язковий контроль температури охолоджуючої рідини за допомогою приладів, що записують.
У процесі плавлення необхідно контролювати зміну тиску з метою своєчасного виявлення розгерметизації установки (попадання в камеру води, оплавлення струмопідведення, виникнення нещільностей тощо). Зазвичай під час зливу металу з тигля різко підвищується залишковий тиск, проте таке підвищення є нормальним і не має аварійного характеру.
До початку зливу металу включають відцентрову машину. Для контролю частоти обертання столу зазвичай застосовують вольтметр типу М-4200.
Сигнали багатьох приладів контролю плавки сприймаються як плавильником, а й передаються на виконавчі механізми. Так, за сигналами раптового підвищення тиску в камері, падіння тиску рідини, що охолоджує, або недопустимого підвищення її температури здійснюється негайне вимикання електричної дуги. Цілий комплекс контрольних операцій виконують пристрої автоматичного ведення процесу плавки.
При освоєнні нових технологічних процесівта номенклатури лиття, а також нового обладнання застосовують різні додаткові види контролю та відповідну апаратуру.