Методы контроля, применяемые при дефектации деталей. Контроль скрытых дефектов Характерные дефекты деталей

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.

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.

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.

Для обеспечения надежной работы машин большое значение имеет периодический контроль их состояния при эксплуата­ционном обслуживании.

Для определения степени износа и обнаружения появив­шихся в процессе изготовления или эксплуатации дефектов деталей производятся различные технические измерения.

Дефект - это отдельное несоответствие того или иного из­делия или детали установленным требованиям. Дефекты бы­вают явными и скрытыми, критическими и некритическими. При наличии критического дефекта использование детали по назначению невозможно.

По происхождению дефекты бывают производственными и эксплуатационными.

К производственным дефектам относятся: усадочные раковины - полости, образующиеся при остывании металла; неметаллические включения, попадающие в металл извне; неравномерность химического состава металла в отливках; волосные трещины, образующиеся внутри толстого проката; закалочные трещины - разрывы металла в процессе закал­ки. Сюда же можно отнести трещины в зоне сварного шва; не­провары -отсутствие сплавления между основным и наплав­ленным металлом, а также между отдельными слоями при многослойной сварке.

К эксплуатационным дефектам относятся: трещины ус­талости -разрывы в детали вследствие длительного действия высоких переменных напряжений, которые возникают в мес­тах концентрации напряжений. Ширина раскрытия трещин усталости не превышает нескольких микрометров. К эксплуа­тационным дефектам также можно отнести:

Коррозионные поражения металла в результате химичес­кого и электрохимического воздействия, масштаб которых за­висит от агрессивности среды. Коррозия может быть сплош­ной, точечной,ячейковой;

Трещины ползучести, которые возникают в металлах по границам зерен при высоких температурах;

Термические трещины, возникающие при резкой смене температур, при недостаточной смазке и заеданиях поверхно­стей трущихся деталей;

Трещины-надрывы, возникающие при перегрузке дета­лей при работе в нерасчетном режиме.

Дефекты геометрии трубы могут быть как производствен­ными, так и эксплуатационными: вмятина; гофр - чередую­щиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси трубы. Эрозия, вмятина в прокате, риска, расслоение, утонение стенки трубы.

Эксплуатация трубопровода при наличии опасных де­фектов допускается при введении ограничений на режимы перекачки.

Причинами дефектов и разрушения валов могут быть при­чины металлургического характера, когда имеются дефекты в заготовках: поверхностные и внутренние трещины, расслое­ния и разрывы вследствие механических и термических на­пряжений, возникающих при изготовлении прутков.

Наиболее опасными с точки зрения возникновения устало­стных трещин являются сечения, в которых изменяется диа­метр вала (галтельные переходы) и шпоночные пазы в местах посадки рабочего колеса на вал и под муфтой. Разрушение вала может произойти под рабочим колесом под действием цик­лических нагрузок. Местом зарождения трещин являются шпоночные канавки, где условия работы материала наибо­лее тяжелые.

Кроме перечисленных дефектов существуют следующие отклонения формы отдельных деталей от проектной: овальность, конусность, бочкообразность, изогнутость, неплоскостность. Существуют также отклонения относительного распо­ложения отдельных деталей в собранном узле: перекос осей и непараллельность, торцевое биение, несоосность, радиальное биение, несимметричность.

Объективная информация о техническом состоянии меха­низмов получается с помощью средств технической диагнос­тики-информационно-измерительного комплекса, позволя­ющего анализировать и накапливать информацию. В основу количественной оценки технического состояния положен ди­агностический параметр. В качестве параметров могут исполь­зоваться: мощность навалу; давление; температура; парамет­ры вибрации и т. д.

При диагностировании оборудования и трубопроводов ис­пользуют следующие важные понятия.

Работоспособность - состояние механизма или иного объекта, при котором он способен выполнять свои функции.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работос­пособности механизма или иного объекта (понятие вероятно­стное).

Неисправность - состояние объекта, при котором он не соответствует одному из требований техдокументации.

Безотказность -свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени (вре­мени наработки).

Долговечность - свойство механизма сохранять работос­пособность до наступления предельного состояния при установ­ленной системе технического обслуживания и ремонта (ТОР).

Срок службы - это все календарное время эксплуатации оборудования (например, насоса) до предельного износа.

Надежность - это свойство объекта выполнять заданные функции. Это главный качественный показатель объекта. Ос­новной показатель надежности - вероятность безотказной работы, которую называют функцией надежности.

В разные периоды эксплуатации насосов частота (ин­тенсивность) отказов разная (рис.1). Здесь три периода: I - приработки; II - нормальной эксплуатации; III - старения.

Природа высокой интенсивности отказов (период!) заклю­чается в неидеальности изготовления деталей и незамеченных дефектах.

Рис.1.Типичный график интенсивности отказов механизмов в процессе эксплуатации

Период внезапных отказов II неустраним, их интенсивность невелика до тех пор, пока износ деталей не достигает некото­рой величины - после чего наступает период старения III.

Для оценки параметров надежности насоса необходимо выбрать элемент, лимитирующий надежность. Для насосов такими элементами являются торцовые уплотнения (средняя наработка 3500 ч), щелевые уплотнения (6300 ч), подшипни­ки (12000 ч), валы (60000 ч). Главный резерв повышения па­раметров надежности насоса-повышение качества торцовых уплотнений.

Межремонтный ресурс насосного оборудования колеблет­ся в пределах 4000-8000 ч. Около 30% всех отказов падают на торцовые уплотнения валов, 15%--на подшипники, 9% - на маслосистему. Повышенная вибрация вызывает до 10% отказов. По вине персонала - до 12%.

Основной причиной снижения КПД насосов (до 3%) явля­ется износ щелевого уплотнения и рост перетока нефти из по­лости нагнетания во всасывающий патрубок.

Пагубно на состоянии насосов сказывается вибрация, при которых детали испытывают знакопеременные нагрузки и быстро разрушаются. В первую очередь разрушаются подшип­ники и соединительные муфты. Вибрация ослабляет крепле­ние узлов к фундаменту и узлов между собой.

Не существует машин с идеальным качеством изготовле­ния, поэтому невозможно ликвидировать все процессы, вызывающие вибрацию насосов. Центр масс ротора никогда не со­впадает с осью вращения вала. Сила механического дебалан­са является основным источником появления вынужденных гармоник вибрации роторных машин. Рост амплитуд отдель­ных гармоник вибрации используется в качестве диагности­ческого признака наличия дефектов. В 90% случаев аварий­ной остановки насоса этому предшествует резкое увеличение амплитуды вибраций.

Диагностический метод эксплуатации оборудования сво­дится к сопоставлению диагностического параметра с допус­тимым значением. Вибрационная диагностика основана на использовании среднеквадратичного значения виброскорос­ти (мм/с), например, крышки или корпуса подшипника.

Неразрушающий контроль (НК) позволяет обнаружить дефекты и проверить качество деталей без нарушения их пригодности к использованию по назначению. Перечислим несколько существующих методов неразрушающего конт­роля.

Визуально-оптический метод позволяет выявить относи­тельно крупные трещины, механические повреждения, оста­точную деформацию.

Капиллярный метод основан на увеличении контраста между дефектами и бездефектным материалом с помощью спе­циальных проникающих жидкостей.

Ультразвуковой контроль позволяет определить коорди­наты и площадь дефекта. Шуп должен плотно прилегать к по­верхности изделия.

Магнитная дефектоскопия основана на том, что дефекты изделий вызывают искажения магнитного поля, наведенного в изделии.

Гамма-дефектоскопия позволяет выявить скрытые дефек­ты с помощью портативных и маневренных приборов.

Важнейшими характеристиками методов неразрушающе­го контроля являются чувствительность и производитель­ность. Чувствительность определяется наименьшими разме­рами выявляемого дефекта. Вышеперечисленные методы по­зволяют обнаружить трещины раскрытием более 0,001 мм.

Гаммаграфический метод фиксирует трещины, глубина кото­рых составляет 5% от толщины детали.

Неразрушающий контроль валов насосов и электродвига­телей проводится с применением визуального, ультразвуково­го и магнитопорошкового методов при входном контроле, так и при эксплуатации и ремонте. При этом выявляются поверх­ностные и внутренние трещиноподобные дефекты, раковины и другие нарушения сплошности материала. НК проводится через каждые 10-16 тыс. ч наработки вала в зависимости от мощности и количества пусков насоса.

При выполнении послестроительной дефектоскопии про­изводится проверка:

Внутренней геометрии труб и состояние стенок после ук­ладки и засыпки трубопровода;

Сплошности изоляционного покрытия после его засыпки методом катодной поляризации.

Внутренняя геометрия (вмятины и изгибы) проверяется пропуском калибровочного устройства (снаряда-профилемера) в потоке воды или воздуха. Пропуск осуществляется по техно­логии пропуска очистного устройства.

Внутритрубная дефектоскопия проводится с целью обна­ружения трещин и других дефектов в стенках труб и сварных соединениях. Она проводится в потоке воздуха, природного газа или воды. Режим работы компрессорной или насосной станции должен быть согласован со скоростью перемещения снаряда (обычно используется скорость около 1,0 м/с). Приуве- личении скорости дефектоскопа он дает искаженные данные.

Обнаружение дефектов тела трубы осуществляется внутритрубной инспекцией с помощью снарядов-профилемеров и снарядов-дефектоскопов. Обобщенно их называю внутритрубными инспекционными снарядами (ВИС).

ВИС - это интеллектуальные инспекционные поршни, имеющие стальной корпус и полиуретановые диски. Внутри-трубные инспекционные снаряды имеют опорные ролики и средства обнаружения типа «трансмиттер». Известны случаи преодоления поршнями расстояний свыше 850 км без установ­ки промежуточных камер пуска-приема.

Снаряд-профилемер - это электронно-механический сна­ряд, оснащенный рычажными датчиками, которые измеряют проходное сечение, положение сварных швов, овальностей, вмятин и гофров. Искривление оси трубопровода фиксирует­ся индикатором поворота по взаимному положению осей двух секций профилемера. Пройденное снарядом расстояние опре­деляется с помощью измерительных колес. Привязка обнару­женных дефектов к определенным сечениям трассы осуществ­ляется с помощью специальных маркеров.

Для внутренней дефектоскопии применяются ультразву­ковые и магнитные снаряды-дефектоскопы (табл. 1). Ком­пьютеризированное диагностическое устройство использу­ет метод регистрации отраженных импульсных ультразву­ковых сигналов от внутренней и внешней поверхностей трубы. При этом датчик погружен в поток нефти. Толщина стенки определяется по времени запаздывания второго сиг­нала. Кроме того, сигнал отражается от несплошностей в металле трубы.

Таблица 1. Технические характеристики магнитных снарядов-дефектоскопов при диаметре трубопровода 1220 мм.

Для более полного обследования необходимо комплексное диагностирование, основанное на различных физических яв­лениях, потому что внутритрубные измерительные снаряды не выявляют напряженное состояние трубы.

С технической точки зрения техническая диагностика тру­бопроводов включает в себя следующие действия:

Обнаружение дефектов на трубопроводе;

Проверку изменения проектного положения трубопрово­да, его деформаций и напряженного состояния;

Оценку коррозионного состояния и защищенности трубо­проводов от коррозии;

Контроль технологических параметров транспорта про­дукта;

Интегральную оценку работоспособности трубопроводов, прогнозирование сроков службы и остаточного ресурса трубо­провода.

Система комплексной диагностики линейной части трубо­проводов базируется на использовании следующих методов контроля:

Статистических методов оценки эксплуатационных свойств элементов антикоррозийной защиты и интенсивности отказов;

Диагностики состояния металла труб с помощью внутритрубных инспекционных приборов, а также металлографичес­ких методов оценки;

Диагностики электрохимической и биологической актив­ности среды на потенциально опасных участках трассы;

Контрольной шурфовки и периодических гидравлических переиспытаний потенциально опасных участков трубопровода.

Выбор интервала времени между измерениями диагности­ческого параметра зависит от его чувствительности к измене­нию состояния объекта и от степени развития дефекта. Так процесс разрушения подшипника качения от начала появле­ния дефекта занимает 2-3 месяца.

Дополнительный дефектоскопический контроль включает идентификацию дефекта, обнаруженного инспекционным снарядом. Идентификация дефекта заключается в определе­нии типа, границ и размеров дефекта. Контроль проводится персоналом, прошедшим обучение и аттестацию по методам неразрушающего контроля.