Выбор метода контроля

Наиболее эффективные результаты контроля могут быть достигнуты только при технически правильном выборе метода контроля. Выбор метода неразрушающего контроля определяется конкретными требованиями практики и зависит от:

• Материала

• Конструкции контролируемого объекта

• Состояния его поверхности

• Характеристики дефектов, подлежащих обнаружению

• Условий работы деталей

• Условие контроля

• Технико-экономических показателей.

Материал

В промышленности используют различные материалы, отличающиеся химическим составом, степенью деформации, микроструктурой, термической обработкой, плотностью и другими физическими свойствами. Наличие в них дефектов вызывает локальное изменение свойств материала, которое может быть обнаружено с помощью различных методов неразрушающего контроля. Так, например, поверхностные и подповерхностные дефекты в ферромагнитных сталях могут быть обнаружены намагничиванием детали и фиксацией образующихся при этом полей рассеяния с помощью магнитных методов. В то же время такие же дефекты в изделиях, изготовленных из немагнитных сплавов, например, жаропрочных, нельзя выявить магнитными методами. В данном случае необходим другой метод контроля, например электромагнитный. Однако и этот метод окажется непригодным, если изделие окажется из неметаллических материалов.

Конструкция контролируемого объекта

Металлоизделия в машиностроении имеют самые различные формы и размеры: от крупногабаритных (валы турбин, поковки, штамповки и др.) массой в сотни килограммов до небольших изделий (болты, винты, заклепки и др.) массой в несколько десятков грамм. Заготовки имеют простую форму (цилиндры, диски и т.п.), готовые изделия – сложную (ступенечатые валы, сварные и паяные соединения, изделия, ограниченные кривыми поверхностями, и т.п.) Методы контроля выбираются в зависимости от размеров и формы изделия. Если для контроля изделий простой формы можно применять почти все методы неразрушающего контроля, то для контроля деталей сложной формы применимость методов ограничена. Чем сложнее конфигурация изделия, тем меньше методов для ее контроля. Детали, имеющие большое число выточек, канавок, переходов от одного радиуса кривизны к другому, уступов и т.д., очень трудно, а иногда невозможно контролировать такими методами как магнитный и ультрозвуковой.

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

Мелкие массовые детали – шарики, ролики, болты, шпильки, рычаги и т.п. целесообразно контралировать методами, которые легко поддаются автоматизации и механизации, например, феррозондовыми и др.

Состояние поверхности контролируемого изделия

Важной характеристикой любых методов неразрушающего контроля является их чувствительность. Чувствительность - выявление наименьшего по размерам дефекта; зависит от особенностей метода неразрушающего контроля, условий проведения контроля, материала изделий. Удовлетворительная чувствительность для выявления одних дефектов может быть совершенно непригодной для выявления дефектов другого характера.

ГОСТ 21105-87 устанавливает три условных уровня чувствительности в зависимости от размеров выявляемых поверхностных дефектов (табл.1).[4]

Табл. 1 Чувствительность методов неразрушающего контроля

Условный уровень чувствительности	Ширина дефекта, мкм	Глубина дефекта, мкм	Максимально допустимая шероховатость поверхности, мкм
А	2,5	25	Rа=2,5
Б	10,0	100	Rz=40
В	25,0	250	Rz=40

Чувствительность магнитопорошкового метода контроля в значительной мере зависит от шероховатости поверхности контролируемой детали. Максимальная чувствительность метода может быть получена при контроле детали с шероховатостью, соответствующей параметру Rа = 1,25...2,5 мкм. С увеличением шероховатости чувствительность метода снижается.

В случае контроля деталей, имеющих большую шероховатость или склонных к образованию дефектов, глубоко залегающих под поверхностью, применяют крупный порошок, который наносят на поверхность "сухим" способом.

Чувствительность магнитопорошкового метода зависит также от подвижности частиц порошка. Для обеспечения высокой подвижности частиц необходимо применять порошки с частицами неправильной формы. Они должны обладать малой коэрцитивной силой и низкой остаточной намагниченностью для исключения их "прилипания" к контролируемой поверхности.

Нельзя оставить без внимания и положение контролируемой поверхности изделия. Если она расположена горизонтально, то сила тяжести будет благоприятствовать перемещению частиц к месту дефекта. В «потолочном» положении изделия частицы порошка под действием силы тяжести будут отрываться от периферийных зон дефекта, и тем самым будет уменьшаться высота валика. При вертикальном расположении поверхности под влиянием силы тяжести частицы будут скатываться вниз.

Следует также иметь в виду, что при обнаружении подповерхностных дефектов более высокая чувствительность может быть достигнута путем применения "сухого" способа, по сравнению с "мокрым".² Причем для повышения чувствительности "сухого" способа ферромагнитный порошок предварительно распыляют в специальном устройстве, а затем подают по шлангу непосредственно на контролируемую деталь или в закрытую камеру, в которой установлена деталь. Способ нанесения ферромагнитного порошка на поверхность детали может быть реализован и с помощью специального бункера, в котором магнитный порошок находится во взвешенном состоянии. При этом намагниченную деталь погружают в рыхлый порошок, а затем медленно извлекают из него для расшифровки образовавшегося индикаторного рисунка.

Характеристики дефектов, подлежащих обнаружению

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

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

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

Условие работы деталей

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

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

Условие контроля

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

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

Технико-экономические показатели

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

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

Итак, для того чтобы выявить поверхностные и подповерхностные дефекты глубиной до 1,5…2мм на малогабаритной детали простой формы изготовленной из ферромагнитной стали 38ХМ с шероховатостью поверхности Ra=1,25…2,5мкм, целесообразнее выбрать магнитопорошковый метод контроля. Этот метод удовлетворяет условию контроля в заводской лаборатории и позволяет выявить такие дефекты как закалочные трещины.

Первопричиной появления трещин при высокочастотной поверхностной закалке, как и при обычной закалке, являются внутренние напряжения. Это все те же термические напряжения, возникающие вследствие уменьшения объема металла при охлаждении, и структурные напряжения вследствие увеличения объема стали при образовании мартенсита. Однако условия возникновения трещин, их вид и размеры при высокочастотной закалке имеют свои характерные особенности. Сущность их сводится к следующему. Поскольку нагреву подвергается только тонкий поверхностный слой металла, то при последующем резком охлаждении он будет стремиться уменьшиться в объеме, но этому будет препятствовать лежащий под ним холодный слой металла. В результате в поверхностном слое возникнут растягивающие напряжения. До 600— 500°С нагретый металл еще сохраняет сравнительно высокую пластичность, но ниже этой температуры пластичность падает, и такие напряжения могут привести к трещинам. При дальнейшем охлаждении ниже 300— 200°С, когда в поверхностном слое образуется мартенсит, происходит увеличение объема металла, и это уменьшает растягивающие напряжения, поэтому возникшие трещины, как правило, не увеличиваются по глубине. По существу это микротрещины, которые во многих случаях могут быть удалены при последующей шлифовке.