КОНТРОЛЬ ЯКОСТІ МЕТОЛОВИРОБІВ

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

• Контроль качества продукции – это процесс получения и обработки информации о продукции с целью определения нахождения ее параметров в заданных пределах.
• Процесс контроля заключается в установлении соответствия действительных значений физических величин установленным предельным значениям, т.е. в проверке соответствия показателей качества установленным требованиям.
• Критериями качества являются физические, химические, геометрические и функциональные показатели, а также технологические признаки, например, отсутствие недопустимых дефектов типа нарушения сплошности материала, соответствие физико-механических свойств и структуры основного материала и покрытия, химического состава, геометрических размеров и чистоты обработки поверхностей требуемым технической документацией и др.

ВИДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

• Технический контроль - проверка соответствия продукции или процессов, от которых зависит качество продукции, установленным техническим требованиям.
• Производственный контроль - контроль, осуществляемый на стадии производства продукции.
• Эксплуатационный контроль – контроль, осуществляемый на стадии эксплуатации продукции.
• Каждый из них может быть ручным, механизированным и автоматизированным.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ

• В зависимости от места в технологическом процессе производственный контроль подразделяют на входной, операционный и приемочный.
• Входной контроль – это контроль материалов, комплектующих изделий и готовой продукции, поступивших на предприятие–потребитель от других предприятий или участков производства. Входной контроль позволяет предупредить образование дефектов из-за ошибок поставщика, собрать объективную информацию о поступающих материалах и сформулировать дополнительные требования к качеству исходных материалов.
• Операционный контроль – контроль продукции во время выполнения или после завершения определенной производственной операции, например, сварки, термообработки и т.д.
• Приемочный контроль – контроль готовой продукции, по результатам которого принимается решение о ее пригодности к использованию или поставке. Приемочный контроль является наиболее ответственной заключительной операцией всего процесса изготовления продукции.
• В зависимости от объемов проверки продукции входной, операционный и приемочный контроль может быть сплошным или выборочным.

Технологические факторы, влияющие на точность прокатки.

• Колебания температуры раската по его длине;
• Подшипники валков и тип подшипников;
• Шпиндели и наличие радиального их биения в системе шпиндель-валок;
• Прокатный инструмент, точность его настройки, качество поверхности и стойкость;
• Колебания механических свойств заготовок и раскатов, обусловленных химической неоднородностью слитка по высоте и т.д.

Методы и средства контроля качества прокатной продукции

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ (ВИЗУАЛЬНЫЙ)

• Визуальная оценка качества поверхности:

- грубая оценка - осмотр поверхности полупродукта и готового проката, т.ч. с местной зачисткой ее (светлением) в виде колец, зигзагообразной шлифовкой наждачным кругом или без нее;

При повышенных требованиях к качеству поверхности изделия подвергают травлению в водных растворах кислот для полной очистки их от окалины.

Контроль внутренних дефектов. Макроисследования.

• Оценка внутренних дефектов осуществляется макроисследованием проката.
• Производится двумя путями:
- Способ излома. В этом случае темплет толщиной 15-30 мм подвергается термообработке и ломается по оси под молотом. Излом рассматривается невооруженным глазом или через лупу. По балльной системе оцениваются следы усадочной раковины и рыхлости, неметаллические включения, расслой, флокены, пузыристость, волокнистость, прокаливаемость, величина зерна. - Способ макротравления. Темплеты шлифуются и травятся в водных растворах кислот. По балльной шкале оцениваются дефекты макроструктуры: центральная пористость, подкорковые пузыри, межкристаллитные трещины и т.д.

Микроисследования проката

• Микроисследования проката осуществляются на полированных шлифах под микроскопом с балльной оценкой следующих дефектов:

- глубины обезуглероженного слоя;

- видов, количества и величины неметаллических включений;

- структуры стали;

- карбидной неоднородности или цементитной сетки и др.

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

• Неразрушающим контролем (НК) называют технический контроль, при котором не нарушается пригодность объекта к применению. В противном случае технический контроль называют разрушающим.
• Методом контроля называют правила применения определенных принципов и средств контроля.
• Существующие методы НК предназначены для:
• выявления дефектов типа нарушения сплошности материала изделий;
• оценки структуры материала изделий;
• контроля геометрических параметров изделий;
• оценки физико-химических свойств материала изделий;
• оценки механических свойств материала изделий.
• Неразрушающий контроль с применением дефектоскопов основан на получении информации в виде электрических, световых, звуковых и других сигналов о качестве проверяемых объектов при взаимодействии их с физическими полями (электрическими, магнитными, акустическими и др.) и веществами.
• В зависимости от физических принципов работы методы НК разделяют на группы, называемые видами.
• Применяют следующие виды НК: акустический, магнитный, оптический, радиационный, рентгеновский, вихретоковый и проникающими веществами.

Методы неразрушающего контроля

• Метод контроля, основанный на проникающих свойствах жидкости, иногда с добавкой красителя или люминофора, применяют для выявления дефектов на передельной заготовке, трещин на рабочих валках, для контроля качества поковок типа шайб-дисков и т.п.
• Магнитный метод основан на свойстве магнитного потока локализоваться около дефектов. Дефект распознают либо визуально по картине распределения ферромагнитного порошка, нанесенного предварительно в виде пасты или суспензии, либо с помощью феррозонда магниточувствительного преобразователя напряженности магнитного поля в электрический сигнал.
• Ультразвуковой метод контроля позволяет обнаруживать и определять несплошности и трещины всех типов - от микроскопических до раковин, расслоений, газовых пузырей и т.п., практически на любой глубине и в любых металлических материалах. Этот метод основан на способности отражения ультразвуковых колебаний от поверхности раздела сред с различным акустическим сопротивлением.
• Гидравлические испытания (трубы, баллоны, сосуды)

РАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ

• К преимуществам разрушающих испытаний следует отнести возможность измерения абсолютных значений разрушающих нагрузок и напряжений, определяющих эксплуатационную надежность изделия.
• Принципиальным недостатком разрушающих испытаний является то, что они проводятся выборочно, т.е. только на части изделий из партии.
• Поскольку испытываемые материалы и изделия разрушаются в процессе контроля, достоверность разрушающих методов зависит от однородности исследуемых свойств в образцах и изделиях, а также от сходства условий испытаний с условиями эксплуатации.
• По сравнению с НК разрушающие испытания, как правило, более трудоемки, менее производительны и труднее поддаются автоматизации.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ РАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

• Испытания на растяжение, сжатие. (ГОСТ 1497-84).
• Испытания на изгиб (ГОСТ 14019-80).
• Испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах (ГОСТ 9454-78).
• Коррозионные испытания (общая коррозия, питтинговая коррозия, межкристаллитная коррозия). ГОСТ 6032-2017.
• Испытания на бортование. Трубы (ГОСТ 8693-80)
• Испытания на раздачу. Трубы (ГОСТ 8694-75).
• Испытания на сплющивание. Трубы (ГОСТ 8695-75).
• Испытания на раздачу кольца конусом. Трубы (ГОСТ 11706-78.

Падаючий вантаж

СТАТИСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

• Метод статистического контроля заключается в экспериментальном и статистическом исследовании уровня качества проката.
• С помощью статистических (математической статистики) методов изучается зависимость механических свойств проката от содержания химических элементов в стали и технологических факторов производства. Данные этих зависимостей заносят в таблицы, по которым оценивают, прогнозируют показатели качества проката.
• За счет статистического метода контроля достигается сокращение объема трудоемких механических испытаний и снижение расхода металла на пробы. Ускорение процессов контроля при внедрении статистического метода контроля сокращает цикл производства, снижает загруженность складов готового проката, повышает оперативность поставки готового проката потребителям.

МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ (НК)

• Капиллярный метод контроля, основанный на проникающих свойствах жидкости, иногда с добавкой красителя или люминофора, применяют для выявления дефектов на передельной заготовке, трещин на рабочих валках, для контроля качества поковок типа шайб-дисков и т.п.
• Магнитный (магнито-порошковый и магнито-индукционный) метод контроля основан на свойстве магнитного потока локализоваться около дефектов. Дефект распознают либо визуально по картине распределения ферромагнитного порошка, нанесенного предварительно в виде пасты или суспензии, либо с помощью феррозонда магниточувствительного преобразователя напряженности магнитного поля в электрический сигнал.
• Ультразвуковой метод контроля позволяет обнаруживать и определять несплошности и трещины всех типов - от микроскопических до раковин, расслоений, газовых пузырей и т.п., практически на любой глубине и в любых металлических материалах. Этот метод основан на способности отражения ультразвуковых колебаний (0,5 – 10 МГц) от поверхности раздела сред с различным акустическим сопротивлением.
• Рентгеновский (радиоизотопный) метод контроля основан на изменении интенсивности поглощения рентгеновских -лучей или -лучей в изделии при наличии в нем несплошностей или инородных включений.
• Метод гидравлических испытаний, основан на способности трубы выдерживать испытательное гидравлическое давление жидкости, закаченной внутрь трубы, в течение определенного времени без потери сплошности тела трубы и с сохранением герметичности резьбового соединения (для обсадных, бурильных труб и НКТ).

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ УЗ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТРУБ

Виды ультразвукового контроля

На основе пьезоэлектрического эффекта

• Наиболее распространенный способ возбуждения ультразвуковых колебаний, основанный на использовании пьезоэлектрического эффекта. При этом используется свойство некоторых материалов при воздействии электрического напряжения изменять свою форму и размеры. Для проведения ультразвукового контроля, создаваемый в ультразвуковом датчике ультразвук передается в контролируемое изделие через контактную среду (вода, масло, специальные гели).

На основе ЭМА - метода

• Способ возбуждения ультразвуковых волн, в ходе которого ультразвук создается электродинамическим способом непосредственно в контролируемом изделии, благодаря чему нет необходимости в использовании контактной среды.

На основе эхо-импульсный метод

• Основан на использовании коротких ультразвуковых импульсов, которые подаются на поверхность контролируемого изделия и затем отражаются от противоположной поверхности в виде эха. Эхо сигнал может быть принят тем же пьезоэлементом, который используется для возбуждения импульса. Широко распространено применение раздельных датчиков, в корпусе которых расположены два пьезоэлемента — один для возбуждения другой для приема ультразвуковых колебаний.
• Время приема эхо-сигнала от задней поверхности используется для определения толщины стенки трубы или толщины листа.

На основе метода фазированных решеток.

• Основан на использовании в качестве источника возбуждения матричного преобразователя, содержащего множество отдельных пьезоэлементов (от 16 до 256). «Фазированный» обозначает последовательность возбуждения данных элементов. Каждый их них возбуждается отдельно по запрограммированной схеме. Эти преобразователи могут использоваться с разными типами призм, как при контактном, так и при иммерсионном контроле. Форма призм может быть квадратной, треугольной или круглой.
• Наиболее перспективный метод, т.к. позволяет с высокой достоверностью и точностью обнаруживать дефекты любой направленности.

Неразрушающий контроль вихретоковым методом

• Неразрушающий контроль методом вихревых токов представляет собой технологию контроля металлических поверхностей на наличие дефектов, таких как трещины или различные несплошности, основанную на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в объекте контроля этим полем.
• Вихретоковый контроль позволяет обнаруживать как поверхностные, так и подповерхностные (залегающие на глубине 1–4 мм) дефекты. Его применяют только для контроля объектов из электропроводящих материалов.
• В оптимальных условиях разрешающая способность обнаружения дефектов может составлять до 30 мкм.
• Контроль осуществляется бесконтактным способом с высокой скоростью.

Контроль методом магнитных полей рассеивания

Магнитопошковый контроль (МПК)

• Магнитопорошковый метод - один из самых распространённых, надёжных и производительных методов неразрушающего контроля поверхностей изделий из ферромагнитных материалов в их производстве и эксплуатации.
• МПК - один из четырех классических методов неразрушающего контроля, а также один из наиболее старых методов НК, связанных с применением приборов и дефектоскопических материалов для НК. Первые опыты описали феномен полей магнитного рассеяния и объяснили их значение. Впоследствии были предприняты попытки найти применение этому явлению и ввести его в техническую практику. В 1868 году англичанин Саксби применил компас для определения дефектов в пушечных стволах. В 1917 году американец Хок применил железные опилки для обнаружения трещин в стальных деталях.
• Суть метода: магнитный поток в бездефектной части изделия не меняет своего направления; если же на пути его встречаются участки с пониженной магнитной проницаемостью, например дефекты в виде разрыва сплошности металла (трещины, неметаллические включения и т.д.), то часть силовых линий магнитного поля выходит из детали наружу и входит в нее обратно, при этом возникают местные магнитные полюсы (N и S) и, как следствие, магнитное поле над дефектом. Так как магнитное поле над дефектом неоднородно, то на магнитные частицы, попавшие в это поле, действует сила, стремящаяся затянуть частицы в место наибольшей концентрации магнитных силовых линий, то есть к дефекту. Частицы в области поля дефекта намагничиваются и притягиваются друг к другу как магнитные диполи под действием силы так, что образуют цепочные структуры, ориентированные по магнитным силовым линиям поля.
• МПК предназначен для выявления тонких поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности металла. Такими дефектами могут быть трещины, волосовины надрывы, флокены, непровары, поры. Наибольшая вероятность выявления дефектов достигается в случае, когда плоскость дефекта составляет угол 90° с направлением намагничивающего поля (магнитного потока). С уменьшением этого угла чувствительность снижается и при углах, существенно меньших 90° дефекты могут быть не обнаружены.
• МПК является самостоятельным технологическим процессом и включает следующие операции: подготовку изделия к контролю, намагничивание, обработку поверхности магнитной суспензией или порошком, осмотр и выявление дефектов, размагничивание.

Капиллярный метод НК

• Капиллярный метод неразрушающего контроля (ГОСТ 18442-80) основан на капиллярном проникновении внутрь дефекта индикаторной жидкости, хорошо смачивающей материал объекта контроля (ОК) с последующей регистрацией индикаторных следов.
• Данный метод пригоден для выявления несплошностей с поперечными размером 0,1 - 500 мкм, в том числе сквозных, на поверхности черных и цветных металлов, сплавов, керамики, стекла и т.п. Широко применяется для контроля целостности сварного шва.

Термографический метод контроля

• Контролируемое изделие проходит через индукционную катушку, в результате чего поверхность изделия нагревается. Четыре инфракрасные камеры регистрируют распределение температуры на поверхности изделия.
• На дефектах, выходящих на поверхность, происходит локальный рост температуры, амплитуда которого зависит от размера дефекта.
• Цифровые данные анализируются и автоматически обрабатываются с целью определения точного положения и категории обнаруженных дефектов.

Магнитоиндукционный контроль

• В приемной обмотке измерительной катушки генерируется напряжение, зависящее от проводимости материала контролируемого изделия (электрический параметр), формы и размера кривой гистерезиса (анализ гистерезиса позволяет проводить контроль как ферромагнитных и аустенитных сталей, так и цветных металлов) (магнитный параметр).
• Так как кривая гистерезиса в большой степени зависит от таких параметров материала изделия как твердость, состав сплава и его структура, эти параметры можно эффективно определить по магнитным свойствам.
• Изменяя напряженность возбуждающего поля можно целенаправленно выбрать ту область модуляции кривой гистерезиса, на магнитный параметр которой особое влияние оказывает искомый параметр материала контроля.
• Кроме того, путем выбора частоты возбуждения можно по отдельности изучать свойства поверхности или внутреннего объема изделия.

Радиографический (радиоизотопный) контроль дефектов

ТРЕБОВАНИЯ К ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ, СТРУКТУРЕ, МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ МЕТАЛЛА

• Стандарты и технические условия предусмат­ривают несколько видов поставки труб:

а) по химическому составу и механическим свойствам (возможна регламентация струк­туры);

б) по химическому составу без нормирова­ния механических свойств (возможна регламен­тация структуры и твердости);

в) без нормирования химического состава и механических свойств металла, но с гарантией соответствующего испытательного гидравличе­ского давления;

г) по механическим свойствам с нормирова­нием в химическом составе только содержа­ния серы, фосфора и в некоторых случаях мышьяка;

д) по механическим свойствам и технологи­ческим испытаниям без нормирования химиче­ского состава.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО КОНТРОЛЮ И ИСПЫТАНИЯМ

• Расширенное использование процессов тер­мического упрочнения и введение в некоторые стандарты и ТУ узкого интервала нормируемых значений механических свойств требует введе­ния в технологическую документацию регла­ментации химического состава стали, даже ес­ли в стандартах требования по этому показа­телю отсутствуют.
• В ряде ТУ оговариваются специальные виды испытаний, такие как испытания на жаропроч­ность, интеркристаллитную коррозию, коррози­онную стойкость в определенных средах и др. Допускается возможность гарантии некоторых эксплуатационных свойств.
• Трубы изготовляют из углеродистой, легиро­ванной, высоколегированной сталей и сплавов (всего около 400 марок стандартного химического состава (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-74, ГОСТ 4543-71, ГОСТ 19282-73, ГОСТ 20072-74, ГОСТ 801-78, ГОСТ 5632-72), а также не­стандартного химического состава, регламен­тируемого техническими условиями по согла­шению между изготовителем и потребителем.

Требования к структуре металла

• Требования к структуре металла готовых труб изложены в сравнительно небольшом количе­стве стандартов и ТУ и ДСТУ.
• Это прежде всего ограничения по размерам зерна аустенита в котельных нержавеющих трубах, используемых в тепловой и атомной энергетике; по соотношению феррита и бейнита в котельных трубах из стали марок 12Х1МФ и 15Х1М1Ф; требования к форме иразмерам цементитных частиц в отожженной подшипниковой стали, к глубине допустимого обезуглероженного слоя в подшипниковых трубах; требование отсутствия немартенситных продуктов после закалки в трубах, пред­назначенных для работы в среде влажного сероводорода и др.
• Более распространенными являются огра­ничения по загрязненности металла неметал­лическими включениями и требования к мак­роструктуре труб (ГОСТ 550-75, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 10498-82, ГОСТ 21729-76, ТУ 14-3-460-75).

КОНТРОЛЬ МАКРОСТРУКТУРЫ ТРУБ

• Контроль макроструктуры труб, поставляемых по ГОСТ 801-78, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 550-75, ГОСТ 21729-76 и ТУ 14-3-460-75, проводят на протравленных кольцевых поперечных образцах или на изло­мах по ГОСТ 10243-75.
• В макроструктуре готовых труб не должно быть трещин, рассло­ений, флокенов, усадочной рыхлости, пузырей, пережога, посторонних включений, видимых невооруженным глазом.
• Трубы из стали ШХ15 и Ш15СГ, поставля­емые по ГОСТ 800-78, контролируют на глу­бину обезуглероженного слоя по ГОСТ 1763- 68 (методом М) на поперечных шлифах.
• Металл подшипниковых труб, изготовляе­мых по ГОСТ 800-78, контролируют на за­грязненность неметаллическими включениями, наличие микропористости, карбидной ликва­ции, карбидной сетки, структурной полосчато­сти, точечной неоднородности, а также микро­структуру по шкалам и методике ГОСТ 801-78.

КОНТРОЛЬ МИКРОСТРУКТУРЫ ТРУБ

• Микроструктура готовых труб из углеродистых марок стали должна со­стоять из мелкозернистого перлита с равно­мерно распределенными карбидами.
• Остатки карбидной сетки допускаются не выше 3 балла. Загрязненность металла котельных труб, изготавливаемых по ТУ 14-3-460-75, неметаллическими включениями контролируют по ГОСТ 1778-70 (методом III). Контроль величины зерна проводится методом сравнения по ГОСТ 5639-82 (разрешается также ультразвуковым методом); контроль полосчатости и развития видманштеттовой структуры по ГОСТ 5640-68.
• Микроструктура котельных труб контро­лируется по эталонам шкал ТУ 14-3-460-75.
• Контролю на величину зерна (по ГОСТ 5639-82), загрязненность неметаллическими включениями (по ГОСТ 1778-70) подвергают также некоторые виды труб из нержавею­щей и жаропрочной стали и сплавов.
• Металл труб из аустенитных нержавею­щих сталей контролируют на содержание аль­фа-фазы металлографическим или магнитным методом по ГОСТ 11878-66.

СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

• Физические свойства определяют поведение материала в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях: плотность, теплоемкость, температура плавления, термическое расширение, магнитные характеристики, теплопроводность, электропроводность.
• Химические свойства определяют способность материалов вступать в химические взаимодействия с другими веществами: сопротивление окислению, проникновению газов и химически активных веществ (атмосферная коррозия – один из примеров взаимодействия металлов с окружающей средой).
• Технологические свойства – способность металлов и сплавов подвергаться горячей и холодной обработке: выплавке, горячему и холодному деформированию, обработке резанием, термической обработке, сварке.
• Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием различного рода нагрузок: предел прочности, предел текучести, сопротивление деформации, относительное удлинение, относительное сужение, работа удара, твердость и т.п.

Нормы механических свойств металла бес­шовных и сварных труб

• Нормы механических свойств металла бес­шовных и сварных труб в состоянии постав­ки регламентируются соответствующими стан­дартами и ТУ либо устанавливаются соглаше­нием сторон.
• Бесшовные трубы из стали марок, поставляемых по ГОСТ 1050-74, ГОСТ 4543-71 и ГОСТ 19282-73, могут быть изготовлены с контролем механических свойств на термообработанных образцах.
• В большинстве случаев оговаривают нормы по временному сопротивлению разрыву, пре­делу текучести и относительному удлинению, значительно реже нормируют значения отно­сительного сужения, ударной вязкости и твер­дости. Например, твердость нормируется в подшипниковых трубах по ГОСТ 801—78 и некоторых других.
• Ударную вязкость контролируют в основ­ном, когда размеры трубы позволяют выре­зать стандартный образец. Если используют нестандартные образцы, нормы и метод испытания устанавливают по соглашению сторон.
• В зависимости от назначения и условий ра­боты трубы по требованию потребителя под­вергают одному или нескольким видам тех­нологических испытаний (на загиб, раздачу, сплющивание, бортование).
• Испытание на загиб труб, поставляемых по ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8733-74 и ГОСТ 705-80, проводят в соответствии с требо­ванием ГОСТ 3728-78, при этом растягива­ют сторону образца, соответствующую наруж­ной поверхности трубы.