Средства и методы контроля. Состояние деталей и сопряжений можно определить осмотром, проверкой на ощупь, при помощи мерительных инструментов и другими методами.
В процессе осмотра выявляют разрушение детали (трещины, выкрашивание поверхностей, изломы: и т. п.), наличие отложений (накипь, нагар и т. п.), течь воды, масла, топлива: Проверкой на ощупь определяют износ и смятие ниток резьбы на деталях в результате предварительной затяжки, эластичность сальников, наличие задиров, царапин и др. Отклонения сопряжений от заданного зазора или натяга деталей от заданного размера, от плоскостности, формы, профиля и т. д. определяют при помощи измерительных инструментов.
Выбор средств контроля должен основываться на обеспечении заданных показателей процесса контроля и анализа затрат на реализацию контроля при заданном качестве изделия. При выборе средств контроля следует использовать эффективные для конкретных условий средства контроля, регламентированные государственными, отраслевыми стандартами и стандартами предприятий.
Выбор средств контроля включает следующие этапы:
анализ характеристик объекта контроля и показателей процесса контроля;
определение предварительного состава средств контроля;
определение окончательного состава средств контроля, их экономического, обоснования, составление технологической документации.
В зависимости от производственной программы, стабильности измеряемых параметров могут быть использованы универсальные, механизированные или автоматические средства контроля. При ремонте наибольшее распространение получили универсальные измерительные приборы и инструменты. По принципу действия они могут быть разделены на следующие виды.
1. Механические приборы - линейки, штангенциркули, пружинные приборы, микрометрические и т. п. Как правило, механические приборы и инструменты отличаются простотой, высокой надежностью измерений, однако имеют сравнительно невысокую точность и производительность контроля. При измерениях необходимо соблюдать принцип Аббе (компараторный принцип), согласно которому необходимо, чтобы на одной прямой линии располагались ось шкалы прибора и контролируемый размер проверяемой детали, т. е. линия измерения должна являться продолжением линии шкалы. Если этот принцип не выдерживается, то перекос и непараллельность направляющих измерительного прибора вызывают значительные погрешности измерения.
2. Оптические приборы - окулярные микрометры, измерительные микроскопы, коллимационные и пружинно-оптические приборы, проекторы, интерференционные средства и т. д. При помощи оптических приборов достигается наивысшая точность измерений. Однако приборы этого вида сложны, их настройка и измерение требуют больших затрат времени, они дороги и часто не обладают высокой надежностью и долговечностью.
3. Пневматические приборы - длинномеры. Этот вид приборов используется в основном для измерений наружных и внутренних размеров, отклонений формы поверхностей (в том числе внутренних), конусов и т. п. Пневматические приборы имеют высокую точность и быстродействие. Ряд измерительных задач, например точные измерения в отверстиях малого диаметра, решается только приборами пневматического типа. Однако приборы этого вида чаще всего требуют индивидуальной тарировки шкалы с использованием эталонов.
4. Электрические приборы. Они получают все большее распространение в автоматической контрольно-измерительной аппаратуре. Перспективность приборов обусловлена, их быстродействием, возможностью документирования результатов измерений, удобством управления.
Основным элементом электрических измерительных приборов является измерительный преобразователь (датчик), воспринимающий измеряемую величину и вырабатывающий сигнал измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования и интерпретации. Преобразователи классифицируют на электроконтактные (рис. 2.1), электроконтактные шкальные головки, пневмоэлектроконтактные, фотоэлектрические, индуктивные, емкостные, радиоизотопные, механотронные.
Виды и методы неразрушающего контроля. Визуальный контроль позволяет определить видимые нарушения целостности детали. Визуально-оптический контроль обладает рядом очевидных преимуществ перед визуальным контролем. Гибкая волоконная оптика с манипулятором позволяет осмотреть значительно большие зоны, недоступные для открытого обзора. Однако многие опасные дефекты, проявляющиеся в процессе эксплуатации, визуально-оптическими методами в большинстве своем не обнаруживаются. К таким дефектам относятся в первую очередь усталостные трещины небольших размеров, коррозионные поражения, структурные превращения материала, связанные с процессами естественного и искусственного старения и т. д.
В этих случаях используются физические методы неразрушающего контроля (НК). В настоящее время известны следующие основные виды неразрушающего контроля: акустический, магнитный, радиационный, капиллярный и вихретоковый. Их краткая характеристика приведена в табл. 2.3.
Каждый из видов неразрушающего контроля имеет несколько разновидностей. Так, среди акустических методов можно выделить группу ультразвуковых методов, импедансный, свободных колебаний, велосимметрический и т. д. Капиллярный метод подразделяется на цветной и люминесцентный, радиационный метод - на рентгено - и гамма-методы.
Общей особенностью методов неразрушающего контроля является то, что непосредственно измеряемыми этими методами являются физические параметры такие, как электропроводность, поглощение рентгеновских лучей, характер отражения и поглощения рентгеновских лучей, характер отражения и поглощения ультразвуковых колебаний в исследуемых изделиях и т. д. По изменению значений этих параметров в ряде случаев можно судить об изменении свойств материала, имеющих весьма важное значение для эксплуатационной надежности изделий. Так, резкое изменение магнитного потока на поверхности намагниченной стальной детали свидетельствует о наличии в данном месте трещины; появление дополнительного отражения ультразвуковых колебаний при прозвучивании детали сигнализирует о нарушении однородности материала(например, расслоений, трещин и др.); по изменению электропроводности материала часто можно судить и об изменении его прочностных свойств и т. п. Не во всех случаях можно дать точную количественную оценку обнаруженного дефекта, так как связь между физическими параметрами и параметрами, подлежащими определению в процессе контроля (например, размер трещины, степень понижения прочностных свойств и др.), как правило, не бывает однозначной, а имеет статистический характер с различной степенью корреляции. Поэтому физические методы неразрушающего контроля в большинстве случаев являются скорее качественными и реже - количественными.
Характерные дефекты деталей. Структурные параметры автомобиля и его агрегатов зависят от состояния сопряжений, деталей, которое характеризуется посадкой. Всякое нарушение посадки вызывается: изменением размеров и геометрической формы рабочих поверхностей; нарушением взаимного расположения рабочих поверхностей; механическими повреждениями, химикотепловыми повреждениями; изменением физико-химических свойств материала детали.
Изменение размеров и геометрической формы рабочих поверхностей деталей происходит в результате их изнашивания. Неравномерное изнашивание вызывает возникновение таких дефектов формы рабочих поверхностей, как овалость, конусность, бочкообразность, корсетность. Интенсивность изнашивания зависит от нагрузок на сопряженные детали, скорости перемещения трущихся поверхностей, температурного режима работы деталей, режима смазывания, степени агрессивности окружающей среды.
Нарушение взаимного расположения рабочих поверхностей проявляется в виде изменения расстояния между осями цилиндрических поверхностей, отклонений от параллельности или перпендикулярности осей и плоскостей, отклонений от соосности цилиндрических поверхностей. Причинами этих нарушений являются неравномерный износ рабочих поверхностей, внутренние напряжения, возникающие в деталях при их изготовлении и ремонте, остаточные деформации деталей вследствие воздействия нагрузок.
Взаимное расположение рабочих поверхностей наиболее часто нарушается у корпусных деталей. Это вызывает перекосы других деталей агрегата, ускоряющие процесс изнашивания.
Механические повреждения деталей - трещины, обломы, выкрашивание, риски и деформации (изгибы, скручивание, вмятины) возникают в результате перегрузок, ударов и усталости материала.
Трещины являются характерными для деталей, работающих в условиях циклических знакопеременных нагрузок. Наиболее часто они появляются на поверхности деталей в местах концентрации напряжений (например, у отверстий, в галтелях).
Обломы, характерные для литых деталей, и выкрашивание на поверхностях стальных цементованных деталей возникают в результате воздействия динамических ударных нагрузок и вследствие усталости металла.
Риски на рабочих поверхностях деталей появляются под действием абразивных частиц, загрязняющих смазку.
Деформациям подвержены детали из профильного проката и листового металла, валы и стержни, работающие в условиях динамических нагрузок.
Химико-тепловые повреждения - коробление, коррозия, нагар и накипь появляются при эксплуатации автомобиля в тяжелых условиях.
Коробление поверхностей деталей значительной длины обычно возникает при воздействии высоких температур.
Коррозия - результат химического и электрохимического воздействия окружающей окислительной и химически активной среды. Коррозия проявляется на поверхностях деталей в виде сплошных оксидных пленок или местных повреждений (пятен, раковин).
Нагар является результатом использования в системе охлаждения двигателя воды.
Накипь является результатом использования в системе охлаждения двигателя воды.
Изменение физико-механических свойств материалов выражается в снижении твердости и упругости деталей. Твердость деталей может снизится вследствие применения структуры материала при нагреве в процессе работы до высоких температур. Упругие свойства пружин и рессор снижаются вследствие усталости материала.
Предельные и допустимые размеры и износы деталей. Различают размеры рабочего чертежа, допустимые и предельные размеры и износы деталей.
Размерами рабочего чертежа называются размеры детали, указанные заводом-изготовителем в рабочих чертежах.
Допустимыми называются размеры и износы детали, при которых она может быть использована повторно без ремонта и будет безотказно работать до очередного плавного ремонта автомобиля (агрегата).
Предельными называются размеры и износы детали, при которых ее дальнейшее использование технически недопустимо или экономически нецелесообразно.
Изнашивание детали в различные периоды ее работы происходит не равномерно, а по определенным кривым.
Первый участок продолжительностью t 1 характеризует изнашивание детали в период приработки. В этот период шероховатость поверхностей детали, полученная при ее обработке, уменьшается, а интенсивность изнашивания снижается.
Второй участок продолжительностью t 2 соответствует периоду нормальной работы сопряжения, когда изнашивание происходит сравнительно медленно и равномерно.
Третий участок характеризует период резкого повышения интенсивности изнашивания поверхностей, когда мероприятия технического обслуживания препятствовать этому уже не могут. За время Т, прошедшее с начала эксплуатации, сопряжение достигает предельного состояния и требует ремонта. Зазор в сопряжении, соответствующий началу третьего участка кривой изнашивания, определяет значения предельных износов деталей.
Последовательность контроля деталей при дефектации. В первую очередь выполняют визуальный контроль деталей с целью обнаружения повреждений, видимых невооруженным глазом: крупных трещин, обломов, рисок, выкрашивания, коррозии, нагара и накипи. Затем детали проверяют на приспособлениях для обнаружения нарушений взаимного расположения рабочих поверхностей и физико-механических свойств материала, а также на отсутствие скрытых дефектов (невидимых трещин). В заключение контролируют размеры и геометрическую форму рабочих поверхностей деталей.
Контроль взаимного расположения рабочих поверхностей. Отклонение от соосности (смещение осей) отверстий проверяют с помощью оптических, пневматических и индикаторных приспособлений. Наибольшее применение при ремонте автомобилей нашли индикаторные приспособления. При проверке отклонения от соосности вращают оправку, а индикатор указывает значение радиального биения. Отклонение от соосности равно половине радиального биения.
Несоосность шеек валов контролируют замером их радиального биения с помощью индикаторов с установкой в центрах. Радиальное биение шеек определяется как разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора за один оборот вала.
Отклонение от параллельности осей отверстий определяют разность |а 1 - a 2 | расстояний а 1 и а 2 между внутренними образующими контрольных оправок на длине L с помощью штихмасса или индикаторного нутромера.
Отклонение от перпендикулярности осей отверстий проверяют с помощью оправки с индикатором или калибра, измеряя зазоры Д 1 и Д 2 на длине L. В первом случае отклонение осей от перпендикулярности определяют как разность показаний индикатора в двух противоположных положениях, во втором - как разность зазоров |Д 1 - Д 2 |.
Отклонение от параллельности оси отверстия относительно плоскости проверяют на плите путем изменения индикатором отклонения размеров h 1 и h 2 на длине L. Разность этих отклонений соответствует отклонению от параллельности оси отверстия и плоскости.
Отклонение от перпендикулярности оси отверстия к плоскости определяют на диаметре D как разность показаний индикатора при вращении на оправке относительно оси отверстия или путем измерения зазоров в двух диаметрально противоположных точках по периферии калибра. Отклонение от перпендикулярности в этом случае равно разности результатов измерений |Д 1 -Д 2 | на диаметре D.
Контроль скрытых дефектов особенно необходим для ответственных деталей, от которых зависит безопасность движения автомобиля. Для контроля применяют методы опрессовки, красок, магнитный, люминесцентный и ультразвуковой.
Метод опрессовки применяют для выявления трещин в корпусных деталях (гидравлическое испытание) и проверки герметичности трубопроводов, топливных баков, шин (пневматическое испытание). Корпусную деталь устанавливаю для испытания на стенд, герметизируют крышками и заглушками наружные отверстия, после чего во внутренние полости детали насосом нагнетают воду до давления 0,3... 0,4 МПа. Подтекание воды показывает местонахождение трещины. При пневматическом испытании внутрь детали подают воздух давлением 0,05... 0,1 МПа и погружают ее в ванну с водой. Пузырьки выходящего воздуха указывают местонахождение трещины.
Методом красок пользуются для обнаружения трещин шириной не менее 20...30 мкм. Поверхность контролируемой детали обезжиривают и наносят на нее красную краску, разведенную керосином. Смыв красную краску растворителем, покрывают поверхность детали белой краской. Через несколько минут на белом фоне проявится красная краска, проникшая в трещину.
Магнитный метод применяют для контроля скрытых трещин в деталях из ферромагнитных материалов (стали, чугуна). Если деталь намагнитить и посыпать сухим ферромагнитным порошком или полить суспензией, то их частицы притягиваются к краям трещин, как к полюсам магнита. Ширина слоя порошка может в 100 раз превысить ширину трещины, что позволяет выявить ее.
Намагничивают детали на магнитных дефектоскопах. После контроля детали размагничивают, пропуская через соленоид, питаемый переменным током.
Люминесцентный метод применяют для обнаружения трещин шириной более 10 мкм в деталях, изготовленных из немагнитных материалов. Контролируемую деталь погружают на 10... 15 мин в ванн с флюоресцирующей жидкостью, способной светиться при воздействии на нее ультрафиолетового излучения. Затем деталь протирают и наносят на контролируемые поверхности тонкий слой порошка углекислого магния, талька или силикагеля. Порошок вытягивает флюоресцирующую жидкость из трещины на поверхность детали.
После этого, пользуясь люминесцентным дефектоскопом, деталь подвергают воздействию ультрафиолетового излучения. Порошок, пропитанный флюоресцирующей жидкостью, выявляет трещины детали в виде светящихся линий и пятен.
Ультразвуковой метод, отличающийся очень высокой чувствительностью, применяют для обнаружения в деталях внутренних трещин. Различают два способа ультразвуковой дефектоскопии - звуковой тени и импульсный.
Для способа звуковой тени характерно расположение генератора с излучателем ультразвуковых колебаний с одной стороны детали, а приемника - с другой. Если при перемещении дефектоскопа вдоль детали дефекта не оказывается, ультразвуковые волны достигают приемника, преобразуются в электрические импульсы и через усилитель попадают на индикатор, стрелка которого отклоняется. Если же на пути звуковых волн встречается дефект, то они отражаются. За дефектным участком детали образуется звуковая тень, и стрелка индикатора не отклоняется. Этот способ применим для контроля деталей небольшой толщины при возможности двустороннего доступа к ним.
Импульсный способ не имеет ограничений области применения и более распространен. Он состоит в том, что посланные излучателем импульсы, достигнув противоположной стороны детали, отражаются от нее и возвращаются к приемнику, в котором возникает слабый электрический ток. Сигналы проходят через усилитель и подаются в электронно-лучевую трубку. При пуске генератора импульсов одновременно с помощью блока развертки включается горизонтальная развертка электронно-лучевой трубки, представляющая собой ось времени.
Моменты срабатывания генератора сопровождаются начальными импульсами А. При наличии дефекта на экране появится импульс В. Характер и величину всплесков на экране расшифровывают по эталонным схемам импульсов. Расстояние, между импульсами А и В соответствует глубине залегания дефекта, а расстояние, между импульсами А и С - толщине детали.
Контроль размеров и формы рабочих поверхностей деталей позволяет оценивать их износ и решать вопрос о возможности их дальнейшего использования. При контроле размеров и формы детали используются как универсальные инструменты (штангенциркули, микрометры, индикаторные нутромеры, микрометрические штихмассы и др.), так и специальные инструменты и приспособления (калибры, скалки, пневматические приспособ-ления и др.).
Сварные соединения подвергают проверке для определения возможных отклонений от технических условий, предъявляемых данному виду изделий. Изделие считается качественным, если отклонения не превышают допустимые нормы. В зависимости от вида сварных соединений и условий дальнейшей эксплуатации, изделия после сварки подвергают соответствующему контролю.
Контроль сварных соединений может быть предварительным, когда проверяют качество исходных материалов, подготовку свариваемых поверхностей, состояние оснастки и оборудования. К предварительному контролю относят также сварку опытных образцов, которые подвергают соответствующим испытаниям. При этом в зависимости от условий эксплуатации опытные образы подвергают металлографическим исследованиям и неразрушающим или разрушающим методам контроля.
Под текущим контролем понимают проверку соблюдения технологических режимов, стабильность режимов сварки. При текущем контроле проверяют качество наложения послойных швов и их зачистку. Окончательный контроль осуществляют в соответствии с техническими условиями. Дефекты, обнаруженные в результате контроля, подлежат исправлению.
Неразрушающие методы контроля сварных соединений
Существует десять неразрушающих методов контроля сварных соединений, которые применяют в соответствии с техническими условиями. Вид и количество методов зависят от технической оснащенности сварочного производства и ответственности сварного соединения.
Внешний осмотр - наиболее распространенный и доступный вид контроля, не требующий материальных затрат. Данному контролю подвергают все виды сварных соединений, несмотря на использования дальнейших методов. При внешнем осмотре выявляют практически все виды наружных дефектов. При этом виде контроля определяют непровары, наплывы, подрезы и другие дефекты, доступные обозрению. Внешний осмотр выполняют невооруженным глазом или используют лупу с 10-ти кратным увеличением. Внешний осмотр предусматривает не только визуальное наблюдение, но и обмер сварных соединений и швов, а также замер подготовленных кромок. В условиях массового производства существуют специальные шаблоны, позволяющие с достаточной степенью точности измерить параметры сварных швов.
В условиях единичного производства сварные соединения обмеряют универсальными мерительными инструментами или стандартными шаблонами, пример которых приведен на рис.1.
Набор шаблонов ШС-2 представляет собой комплект стальных пластинок одинаковой толщины, расположенных на осях между двумя щеками. На каждой из осей закреплено по 11 пластин, которые с двух сторон поджимаются плоскими пружинами. Две пластины предназначены для проверки узлов разделки кромок, остальные - для проверки ширины и высоты шва. С помощью этого универсального шаблона можно проверять углы разделки кромок, зазоры и размеры швов стыковых, тавровых и угловых соединений.
Непроницаемость емкостей и сосудов, работающих под давлением, проверяют гидравлическими и пневматическими испытаниями. Гидравлические испытания бывают с давлением, наливом или поливом водой. Для испытания наливом сварные швы сушат или протирают насухо, а емкость заполняют водой так, чтобы влага не попала на швы. После наполнения емкости водой все швы осматривают, отсутствие влажных швов будет свидетельствовать об их герметичности.
Испытаниям поливом подвергают громоздкие изделия, у которых есть доступ к швам с двух сторон. Одну сторону изделия поливают водой из шланга под давлением и проверяют герметичность швов с другой стороны.
При гидравлическом испытании с давлением сосуд наполняют водой и создают избыточное давление, превышающее в 1,2 -2 раза рабочее давление. В таком состоянии изделие выдерживают в течение 5 - 10 минут. Герметичность проверяют по наличию влаги наливах и величине снижения давления. Все виды гидравлических испытаний проводят при положительных температурах.
Пневматические испытания в случаях, когда невозможно выполнить гидравлические испытания. Пневматические испытания предусматривают заполнение сосуда сжатым воздухом под давлением, превышающим на 10-20 кПа атмосферное или 10 - 20% выше рабочего. Швы смачивают мыльным раствором или погружают изделие в воду. Отсутствие пузырей свидетельствует о герметичности. Существует вариант пневматических испытаний с гелиевым течеискателем. Для этого внутри сосуда создают вакуум, а снаружи его обдувают смесью воздуха с гелием, который обладает исключительной проницаемостью. Попавший внутрь гелий отсасывается и попадает на специальный прибор - течеискатель, фиксирующий гелий. По количеству уловленного гелия судят о герметичности сосуда. Вакуумный контроль проводят тогда, когда невозможно выполнить другие виды испытаний.
Герметичность швов можно проверить керосином . Для этого одну сторону шва при помощи пульверизатора окрашивают мелом, а другую смачивают керосином. Керосин имеет высокую проникающую способность, поэтому при неплотных швах обратная сторона окрашивается в темный тон или появляются пятна.
Химический метод испытания основан на использовании взаимодействия аммиака с контрольным веществом. Для этого в сосуд закачивают смесь аммиака (1%) с воздухом, а швы проклеивают лентой, пропитанной 5%-ным раствором азотнокислой ртути или раствором фенилфталеина. При утечках цвет ленты меняется в местах проникновения аммиака.
Магнитный контроль . При этом методе контроля дефекты швов обнаруживают рассеиванием магнитного поля. Для этого к изделию подключают сердечник электромагнита или помещают его внутрь соленоида. На поверхность намагниченного соединения наносят железные опилки, окалину и т.д., реагирующие на магнитное поле. В местах дефектов на поверхности изделия образуются скопления порошка, в виде направленного магнитного спектра. Чтобы порошок легко перемещался под воздействием магнитного поля, изделие слегка постукивают, придавая мельчайшим крупинкам подвижность. Поле магнитного рассеивания можно фиксировать специальным прибором, называемым магнитографическим дефектоскопом. Качество соединения определяют методом сравнивания с эталонным образцом. Простота, надежность и дешевизна метода, а главное его высокая производительность и чувствительность позволяют использовать его в условиях строительных площадок, в частности при монтаже ответственных трубопроводов.
Позволяет обнаружить в полости шва дефекты, невидимые при наружном осмотре. Сварной шов просвечивают рентгеновским или гамма-излучением, проникающим через металл (рис.2), для этого излучатель (рентгеновскую трубку или гамма-установку) размещают напротив контролируемого шва, а с противоположной стороны - рентгеновскую пленку, установленную в светонепроницаемой кассете.
Лучи, проходя через металл, облучают пленку, оставляя в местах дефектов более темные пятна, так как дефектные места обладают меньшим поглощением. Рентгеновский метод более безопасен для работающих, однако его установка слишком громоздка, поэтому он используется только в стационарных условиях. Гамма-излучатели обладают значительной интенсивностью и позволяют контролировать металл большей толщины. Благодаря портативности аппаратуры и дешевизне метода этот тип контроля широко распространен в монтажных организациях. Но гамма-излучение представляет большую опасность при неосторожном обращении, поэтому пользоваться этим методом можно только после соответствующего обучения. К недостаткам радиографического контроля относят тот факт, что просвечивание не позволяет выявить трещины, расположенные не по направлению основного луча.
Наряду с радиационными методами контроля применяют рентгеноскопию , то есть получение сигнала о дефектах на экране прибора. Этот метод отличается большей производительностью, а его точность практически не уступает радиационным методам.
Ультразвуковой метод (рис.3) относится к акустическим методам контроля, обнаруживающим дефекты с малым раскрытием: трещины, газовые поры и шлаковые включения, в том числе и те, которые невозможно определить радиационной дефектоскопией. Принцип его действия основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух сред. Наибольшее распространение получил пьезоэлектрический способ получения звуковых волн. Этот метод основан на возбуждении механических колебаний при наложениях переменного электрического поля в пьезоэлектрических материалах, в качестве которых используют кварц, сульфат лития, титанат бария и др.
Для этого с помощью пьезометрического щупа ультразвукового дефектоскопа, помещаемого на поверхность сварного соединения, в металл посылают направленные звуковые колебания. Ультразвук с частотой колебаний более 20 000 Гц вводят в изделие отдельными импульсами под углом к поверхности металла. При встрече с границей раздела двух сред ультразвуковые колебания отражаются и улавливаются другим щупом. При однощуповой системе это может быть тот же щуп, который подавал сигналы. С приемного щупа колебания подаются на усилитель, а затем усиленный сигнал отражается на экране осциллографа. Для контроля качества сварных швов в труднодоступных местах в условиях строительных площадок используют малогабаритные дефектоскопы облегченной конструкции.
К преимуществам ультразвукового контроля сварных соединений относят: большую проникающую способность, позволяющую контролировать материалы большой толщины; высокую производительность прибора него чувствительность, определяющую местонахождение дефекта площадью 1 - 2 мм2. К недостаткам системы можно отнести сложность определения вида дефекта. Поэтому ультразвуковой метод контроля иногда применяют в комплексе с радиационным.
Разрушающие методы контроля сварных соединений
К разрушающим методам контроля относятся способы испытания контрольных образцов с целью получения необходимых характеристик сварного соединения. Эти методы могут применяться как на контрольных образцах, так и на отрезках, вырезанных из самого соединения. В результате разрушающих методов контроля проверяют правильность подобранных материалов, выбранных режимов и технологий, осуществляют оценку квалификации сварщика.
Механические испытания являются одним из основных методов разрушающего контроля. По их данным можно судить о соответствии основного материала и сварного соединения техническим условиям и другим нормативам, предусмотренным в данной отрасли.
К механическим испытаниям относят:
- испытание сварного соединения в целом на различных его участках (наплавленного металла, основного металла, зоны термического влияния) на статическое (кратковременное) растяжение;
- статический изгиб;
- ударный изгиб (на надрезанных образцах);
- на стойкость против механического старения;
- измерение твердости металла на различных участках сварного соединения.
Контрольные образцы для механических испытаний варят из того же металла, тем же методом и тем же сварщиком, что и основное изделие. В исключительных случаях контрольные образцы вырезают непосредственно из контролируемого изделия. Варианты образцов для определения механических свойств сварного соединения показаны на рис.4.
Статическим растяжением испытывают прочность сварных соединений, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Статический изгиб проводят для определения пластичности соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом.
Ударный изгиб - испытание, определяющее ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости можно судить о прочностных характеристиках, структурных изменениях металла и об устойчивости сварных швов против хрупкого разрушения. В зависимости от технических условий изделие может подвергаться ударному разрыву. Для труб малого диаметра с продольными и поперечными швами проводят испытания на сплющивание. Мерой пластичности служит величина просвета между поджимаемыми поверхностями при появлении первой трещины.
Металлографические исследования сварных соединений проводят для установления структуры металла, качества сварного соединения, выявляют наличие и характер дефектов. По виду излома устанавливают характер разрушения образцов, изучают макро- и микроструктуру сварного шва и зоны термического влияния, судят о строении металла и его пластичности.
Макроструктурный анализ определяет расположение видимых дефектов и их характер, а также макрошлифы и изломы металла. Его проводят невооруженным глазом или под лупой с 20-ти кратным увеличением.
Микроструктурный анализ проводится с увеличением в 50-2000 раз с помощью специальных микроскопов. При этом методе можно обнаружить окислы на границах зерен, пережог металла, частицы неметаллических включений, величину зерен металла и другие изменения в его структуре, вызванные термической обработкой. При необходимости делают химический и спектральный анализ сварных соединений.
Специальные испытания выполняют для ответственных конструкций. Они учитывают условия эксплуатации и проводятся по методикам, разработанным для данного вида изделий.
Устранение дефектов сварки
Выявленные в процессе контроля дефекты сварки, которые не соответствуют техническим условиям, должны быть устранены, а если это невозможно, изделие бракуют. В стальных конструкциях снятие бракованных сварных швов осуществляют плазменно-дуговой резкой или строжкой с последующей обработкой абразивными кругами.
Дефекты в швах, подлежащих термической обработке, исправляют после отпуска сварного соединения. При устранении дефектов следует соблюдать определенные правила:
- длина удаляемого участка должна быть с каждой стороны длиннее дефектного участка;
- ширина разделки выборки должна быть такой, чтобы ширина шва после заварки не превышала его двойную ширину до заварки.
- профиль выборки должен обеспечивать надежность провара в любом месте шва;
- поверхность каждой выборки должна иметь плавные очертания без резких выступов, острых углублений и заусенцев;
- при заварке дефектного участка должно быть обеспечено перекрытие прилегающих участков основного металла.
После заварки участок зачищают до полного удаления раковин и рыхлости в кратере, выполняют плавные переходы к основному металлу. Удаление заглубленных наружных и внутренних дефектных участков в соединениях из алюминия, титана и их сплавов следует выполнять только механическим способом - шлифовкой абразивными инструментами или резанием. Допускается вырубка с последующей шлифовкой.
Подрезы устраняют наплавкой ниточного шва по всей длине дефекта.
В исключительных случаях допускается применение оплавления небольших подрезов аргонно-дуговыми горелками, что позволяет выполнить сглаживание дефекта без дополнительной наплавки.
Наплывы и другие неровности формы шва исправляют механической обработкой шва по всей длине, не допуская занижения общего сечения.
Кратеры швов заваривают.
Прожоги зачищают и заваривают.
Все исправления сварных соединений должны выполняться по той же технологии и теми же материалами, что применялись при наложении основного шва.
Исправленные швы подвергают повторному контролю, по методикам, соответствующим требованиям к данному виду сварного соединения. Число исправлений одного и того же участка сварного шва не должно превышать трех.
В АРП нашли применение следующие методы обнаружения скрытых дефектов на деталях: красок, лаков, люминесцентный, намагничивание, ультразвуковой.
Метод опрессовки применяется для обнаружения дефектов в полых деталях. Опрессовку деталей ведут водой (гидравлический метод) и сжатым воздухом (пневматический метод).
а) Метод гидравлический применяется для выявления трещин в корпусных деталях (блок и головка цилиндров). Испытания ведут на спец. cтенде, который обеспечивает полную герметизацию детали, которую заполняют горячей водой под давлением 0,3-0,4 МПа. О наличии трещин судят по подтеканию воды.
б) Пневматический метод применяют для радиаторов, баков, трубопроводов и др. деталей. Полость детали заполняют сжатым воздухом под давлением и затем погружают в воду. О месте трещин судят по выходящим пузырькам воздуха.
Метод красок основан на свойствах жидких красок к взаимной диффузии. На обезжиренную поверхность детали наносят красную краску, разведенную керосином. Затем краску смывают растворителем и наносят слой белой краски. Через несколько секунд на белом фоне появляется рисунок трещины, увеличенный по ширине в несколько раз. Можно обнаружить трещины шириной 20 мкм.
Люминесцентный метод основан на свойстве некоторых веществ светиться при облучении их ультрафиолетовыми лучами. Деталь сначала погружают в ванну с флуоресцирующей жидкостью (смесью 50% керосина 25% бензина, 25% трансформаторного масла с добавкой флуоресцирующего красителя). Затем деталь промывают водой, просушивают теплым воздухом и припудривают порошком силикагеля, который вытягивает флуоресцирующую жидкость из трещины на поверхность детали. При облучении детали ультрафиолетовыми лучами границы трещины будут обнаружены свечением. Люминесцентные дефектоскопы применяют для обнаружения трещин более 10 мкм в деталях, изготовленных из немагнитных материалов.
Метод магнитной дефектоскопии широко применяется при обнаружении скрытых дефектов в автомобильных деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов (сталь, чугун). Деталь сначала намагничивают, затем поливают суспензией, состоящей из 5% трансформаторного масла и керосина и мельчайшего порошка окиси железа. Магнитный порошок четко обрисует границы трещины, т.к. на краях трещины образуются магнитные полосы. Метод магнитной дефектоскопии обладает высокой производительностью и позволяет обнаруживать трещины шириной до 1 мкм.
Ультразвуковой метод основан на свойстве ультразвука проходить через металлические изделия и отражаться от границы двух сред, в том числе и от дефекта. Различают 2 метода ультразвуковой дефектоскопии: просвечивания и импульсионный.
Метод просвечивания основан на появлении звуковой тени за дефектом, при этом излучатель ультразвуковых колебаний располагается по одну сторону от дефекта, а приемник - по другую.
Импульсный метод основан на том, что ультразвуковые колебания отразившись от противоположной стороны детали, возвратятся обратно и на экране будет 2 всплеска. Если в детали есть дефект, то ультразвуковые колебания отразятся от него и на экране трубки проявится промежуточный всплеск.
Цель контроля составляют выявление дефектов в отливках и определение соответствия химического состава, механических свойств, структуры и геометрии отливок требованиям технических условий и чертежа. Контролю могут подвергаться и готовые отливки, и технологические процессы их изготовления. Методы контроля подразделяют на разрушающие и неразрушающие.
Разрушающий контроль может производиться как на специальных образцах, отливаемых одновременно с отливкой, так и на образцах, вырезанных из различных участков контролируемой отливки. Последнее применяется при доводке технологического процесса или при контрольно-приемочных испытаниях. В этом случае становится невозможным дальнейшее использование отливки по назначению. Разрушающие методы контроля предусматривают определение химического состава и механических свойств металла отливок, изучение его макро- и микроструктуры, пористости и т.п.
Неразрушающий контроль не влияет на дальнейшую работоспособность отливок, и они остаются полностью пригодными к эксплуатации. К неразрушающим методам контроля относятся: измерение размеров и шероховатости поверхности отливки, визуальный осмотр их поверхности, рентгеновский, ультразвуковой, люминесцентный и другие специальные методы контроля.
Литые титановые детали применяются, как правило, в ответственных узлах и агрегатах различных машин, и по этой причине контролю отливок и параметров технологического процесса их производства уделяется большое внимание. На долю контрольных операций приходится до 15 % затрат при производстве титановых отливок. Контролируются химический состав сплава, механические свойства литого металла, внешние и внутренние дефекты отливок, ее геометрические размеры и шероховатость поверхности. Контролю также подвергается ряд этапов технологического процесса изготовления отливок.
Химический состав сплава в отливках контролируют на содержание легирующих компонентов и примесей. Как известно, он зависит от химического состава расходуемых электродов и литейных отходов, вовлекаемых в плавку. Поэтому контроль химического состава литого металла обычно проводят от группы плавок, в которых использовали одну партию расходуемых электродов и одну партию отходов с известным содержанием легирующих компонентов и примесей.
Контроль сплава на содержание углерода проводят от каждой плавки, так как плавка металла проводится в графитовых гарни- сажных тиглях и содержание углерода в металле может изменяться от плавки к плавке.
Для определения содержания легирующих компонентов и примесей используют квантометр типа ДФС-41, а для контроля содержания кислорода, водорода и азота - приборы ЕАО-201, ЕАН-202, ЕАН-14 соответственно.
Механические свойства литого металла - предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, поперечное сужение и ударную вязкость - контролируют после каждой плавки, испытывая стандартные образцы, вырезанные из брусков, отливаемых вместе с отливками, или из элементов литниковой системы.
В процессе освоения технологии изготовления отливки контролируют также твердость поверхностного слоя отливки и структуру металла.
Отливки после выбивки из форм подвергаются тщательному визуальному контролю. Для титанового литья специфичным является контроль поверхности отливок с целью выявления неспа- ев. Для их обнаружения применяют лупы, а в сложных случаях - люминесцентный контроль. Посредством визуального контроля обнаруживают также такие дефекты, как незаливы, места образования пригара и повышенной шероховатости, наружные раковины, поверхностные засоры.
Внутренние дефекты в титановых отливках - раковины, поры, засоры - выявляют с помощью рентгеноскопии. Для этой цели применяют рентгеновские аппараты типа РУП -150/300-10.
Контроль геометрии отливок и шероховатости их поверхности не отличается от подобного контроля отливок из других сплавов.
Большое влияние на качество отливок (геометрическая точность, качество поверхности) оказывают исходные формовочные материалы - графитовый порошок и связующее. Исходный графитовый порошок контролируют на зольность. Содержание золы не должно превышать 0,8 %, а влажность не должна быть выше 1 %. Зерновой состав графитового порошка определяют на приборе 029. Зерновой состав должен соответствовать нормам, установленным в технологических инструкциях на данную формовочную композицию.
В органических связующих контролируют сухой остаток, плотность и вязкость. Для контроля готовых уплотняемых графитовых смесей на прочность, газопроницаемость, осыпаемость применяют стандартные методики и приборы марок 084М, 042М, 056М.
Тепловая обработка графитовых форм тщательно контролируется посредством измерения параметров температурного режима.
Особенно большой объем контроля различных параметров проводится при вакуумной гарнисажной плавке титановых сплавов. До начала плавки контролируют герметичность рабочей камеры установки и остаточное давление. Контроль натекания должен производиться не реже одного раза в смену. Кроме того, натекание проверяют после каждого, даже незначительного ремонта камеры печи или вакуумной системы.
До начала плавления и во время плавки контролируют наличие охлаждающей жидкости и ее давление на входе и выходе систем охлаждения всех узлов установки (тигель, электрододержатель, камера, охлаждение вакуумных насосов и т.п.). Обычно средства контроля параметров работы гарнисажной установки являются встроенными.
В ходе приварки электрода и его плавления контролируют параметры электрической дуги - силу тока и напряжение. Для этой цели применяются наряду с показывающими приборами записывающие контрольные приборы. В этот период также обязателен контроль температуры охлаждающей жидкости с помощью записывающих приборов.
В процессе плавления необходимо контролировать изменение давления с целью своевременного обнаружения разгерметизации установки (попадание в камеру воды, оплавление токоподводов, возникновение неплотностей и т.п.). Обычно во время слива металла из тигля резко повышается остаточное давление, однако такое повышение является нормальным и не носит аварийного характера.
До начала слива металла включают центробежную машину. Для контроля частоты вращения стола обычно применяют вольтметр типа М-4200.
Сигналы многих приборов контроля плавки воспринимаются не только плавильщиком, но и передаются на исполнительные механизмы. Так, по сигналам внезапного повышения давления в камере, падения давления охлаждающей жидкости или недопустимого повышения ее температуры осуществляется немедленное выключение электрической дуги. Целый комплекс контрольных операций выполняют устройства автоматического ведения процесса плавки.
При освоении новых технологических процессов и номенклатуры литья, а также нового оборудования применяют различные дополнительные виды контроля и соответствующую аппаратуру.