1   2   3   4   5   6
Ім'я файлу: Контроль качества металлопродукции - учебное пособие.doc
Розширення: doc
Розмір: 534кб.
Дата: 16.10.2020
Пов'язані файли:
Quiz.docx

Радиоволновой вид неразрушающего контроля основан на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с ОК. Обычно применяют волны сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона длиной 1…100 мм и контролируют изделия из материалов, где радиоволны не очень сильно затухают: диэлектрики (пластмассы, керамика, стекловолокно), магнитодиэлектрики (ферриты), полупроводники, тонкостенные металлические объекты. По характеру взаимодействия с объектом контроля различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного излучения и резонансный. Первичными информативными параметрами служат амплитуда, фаза, поляризация, частота, геометрия распространения вторичных волн, время их прохождения и др.

Тепловой вид неразрушающего контроля основан на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов. Он применим к объектам из любых материалов. По характеру взаимодействия поля с ОК различают методы: пассивный или собственного излучения (на объект не воздействуют внешним источником энергии) и активный (объект нагревают или охлаждают от внешнего источника). Измеряемым информативным параметром служит температура или тепловой поток.

При контроле пассивным методом измеряют тепловые потоки или температурные поля работающих объектов с целью определения неисправностей, проявляющихся в виде мест повышенного нагрева. Так выявляют уменьшение толщины футеровки доменных и мартеновских печей, места утечки теплоты в зданиях, участки электроцепей и радиосхем с повышенным нагревом, находят трещины в двигателях и т.д.

При контроле активным методом объект обычно нагревают и измеряют температуру или тепловой поток с одной из сторон объекта. Это позволяет обнаруживать несплошности (трещины, пористость, инородные включения) в объектах, изменения в структуре и физико-химических свойствах материалов по изменению теплопроводности, коэффициенту теплоотдачи. Таким способом выявляют участки с плохой теплопроводностью в многослойных панелях. Неплотное прилегание слоев и дефекты обнаруживают как участки повышенного или пониженного нагрева поверхности панели. Измерения температур или тепловых потоков выполняют контактным или бесконтактным способом. В последнем случае передача теплоты происходит в основном за счет радиации, т.е. излучения электромагнитных волн в инфракрасной или видимой части спектра в зависимости от температуры тела. Наиболее эффективным средством бесконтактного наблюдения, регистрации температурных полей и тепловых потоков является сканирующий тепловизор.

Оптический вид неразрушающего контроля основан на наблюдении или регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с ОК. По характеру взаимодействия различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного и индуцированного излучения. Последним термином определяют оптические излучения объекта под действием внешнего воздействия, например, люминесценцию. первичными информативными параметрами служит амплитуда, фаза, степень поляризации, частота или частотный спектр, время прохождения света через объект, геометрия преломления и отражения лучей.

Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта. Самым простым методом является органолептический визуальный контроль, с помощью которого находят видимые дефекты, отклонения от заданных формы, цвета и т.д. Применение инструментов (визуально-оптический контроль) типа луп, микроскопов, эндоскопов для осмотра внутренних полостей, проекционных устройств для контроля формы изделий, спроектированных в увеличенном виде на экран, значительно расширяет возможности этого метода. Использование интерференции позволяет с точностью до 0,1 длины волны контролировать сферичность, плоскостность, шероховатость, толщину изделий. Дифракцию применяют для контроля диаметров тонких волокон, толщины лент, форм острых кромок.

Оптические методы широко применяют для контроля прозрачных объектов. В них обнаруживают макро- и микродефекты, структурные неоднородности, внутренние напряжения (по вращению плоскости поляризации). Использование гибких световодов, лазеров, оптической голографии, телевизионной техники резко расширило область применения оптических методов, повысило точность измерения.

Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с ОК. В зависимости от природы ионизирующего излучения вид контроля подразделяют на подвиды: рентгеновский, гамма-, бета- (поток электронов), нейтронный. В последнее время находят применение потоки позитронов, по степени поглощения которых определяют участки объекта, обедненные или обогащенные электронами.

Наиболее широко используют для контроля рентгеновское и гамма-излучения. Их можно использовать для контроля объектов из самых различных материалов, подбирая благоприятный частотный диапазон. Напомним, что эти виды излучения являются электромагнитными волнами.

Все рассмотренные ранее виды контроля основаны на применении электромагнитного излучения. Частота колебаний повышалась от метода к методу. При контроле магнитными и электрическими методами использовались постоянные или медленно изменяющиеся поля. В вихретоковом контроле частоты достигали мегагерцевого диапазона. Далее частота увеличивалась при использовании СВЧ, инфракрасного, оптического излучения. Рентгеновское и гамма-излучения являются наиболее коротковолновыми из всех рассмотренных ранее: гамма-излучение имеет длину волны 10-10…10-13 м (частоту 3 . 1018…3 . 1021 Гц).

По характеру взаимодействия с ОК основной способ радиационного (рентгеновского и гамма-) контроля – метод прохождения. Он основан на разном поглощении излучения материалом объекта и дефектом. Таким образом, информативный параметр здесь – плотность потока излучения: в местах утонений и дефектов плотность прошедшего потока возрастает. Чем больше толщина ОК, тем более высокочастотное (более жесткое) излучение применяют для контроля: рентгеновское, гамма- (от распада ядер атомов), жесткое тормозное (от ускорителя электронов: бетатрона, микротрона, линейного ускорителя). Предельное значение толщины объектов из стали, контролируемых с помощью излучения последнего типа – около 600 мм. Приемником излучения служат: рентгенопленка (радиографический метод), сканирующий сцинтилляционный счетчик частиц и фотонов (радиометрический метод), флуоресцирующий экран с последующим преобразованием изображения в телевизионное (радиоскопический метод) и т.д. Наиболее перспективное направление развития радиационного контроля – вычислительная томография.

Акустический вид неразрушающего контроля основан на регистрации параметров упругих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте. Чаще всего используют упругие волны ультразвукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 кГц), этот метод называют ультразвуковым. В отличие от всех ранее рассмотренных методов здесь применяют и регистрируют не электромагнитные, а упругие волны, параметры которых тесно связаны с такими свойствами материалов, как упругость, плотность, анизотропия (неравномерность свойств по различным направлениям) и др.

Акустические свойства твердых материалов и воздуха настолько сильно отличаются, что акустические волны отражаются от тончайших зазоров (трещин, непроваров) шириной 10-6…10-4 мм. Этот вид контроля применим ко всем материалам, достаточно хорошо проводящим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бетону и т.д.

По характеру взаимодействия с ОК различают пассивный и активный методы. Пассивный акустический метод предусматривает регистрацию упругих волн, возникающих в самом объекте. Шумы работающего механизма (особенно, если обеспечить регистрацию таких информационных параметров, как место их возникновения и амплитудно-частотная характеристика) позволяют судить о исправности механизма и даже о характере неисправности. Этот пассивный метод акустического контроля называют шумовибрационным. Многие машины снабжают датчиками, регистрирующими их работоспособность. Это вибрационный метод контроля или диагностики.

Перестройка структуры материала, вызываемая движением групп дислокаций, возникновением и развитием трещин, аллотропическими превращениями в кристаллической решетке, сопровождается появлением упругих волн ультразвукового (резе звукового) диапазона. На использовании этих волн основан метод акустической эмиссии. Используя такие информативные параметры, как количество сигналов в единицу времени, их частота, амплитудное распределение, локация места возникновения упругих волн, судят о состоянии материала, происходящих в нем изменениях, прогнозируют работоспособность конструкции.

Активные ультразвуковые методы применяются более широко. Для контроля используют стоячие волны (вынужденные или свободные колебания объекта контроля или его части), бегущие волны по схемам прохождения и отражения. Методы колебаний используют для измерения толщин при одностороннем доступе и контроля свойств материалов (модуля упругости, коэффициента затухания). Информативным параметром служат частоты свободных или вынужденных колебаний и их амплитуды. Используют также метод (импедансный), основанный на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом. По амплитудам и резонансным частотам такого преобразователя (часто имеющего вид стержня) судят о твердости материала изделия, податливости (упругому импедансу) его поверхности. Податливость, в частности, улучшается под влиянием дефектов, близких к поверхности изделия.

Наиболее широкое распространение получил метод отражения или эхо-метод (рис. 6). Преобразователь 1 возбуждает в объекте контроля 2 ультразвуковой импульс. Он отражается от нижней поверхности объекта или от дефекта 3 и принимается тем же (или другим) преобразователем. Генератор электрических импульсов 6 синхронизирован с генератором развертки 7 электронно-лучевой трубки 5. отраженные сигналы усиливаются в 4 и вызывают появление на линии развертки пиков. На рис. 6,а показаны посылаемый в изделие сигнал 8, эхо-сигнал от дефекта 9 и донный сигнал 10. Информативными параметрами в этом случае являются амплитуда и время прихода эхо-импульсов.

Эхо-метод очень широко применяют для дефектоскопии металлических заготовок и сварных соединений (рис. 6,б), контроля структуры металлов, измерения толщины труб и сосудов. Значительно реже используют метод прохождения. Им дефектоскопируют изделия простой формы (листы), оценивают прочность бетона, дерева и других материалов, в которых прочность коррелирует со скоростью ультразвука.

Средством возбуждения и приема ультразвуковых волн, как правило, служат пьезопреобразователи. Учитывая сильное отражение ультразвука от тончайших воздушных зазоров, для передачи волн от пьезопреобразователя к изделию используют жидкостный контакт. Для возбуждения волн звукового диапазона кроме пьезопреобразователей применяют ударное воздействие, а для приема – микрофоны.

Из многочисленных направлений развития акустических методов контроля назовем разработку бесконтактных преобразователей: лазерных возбудителей и приемников, электромагнитно-акустических преобразователей, основанных на возбуждении колебаний поверхности объекта внешним электромагнитным полем. Это открывает возможность повышения производительности при автоматическом контроле.

Ряд работ направлен на отстройку от шумов, главным образом связанных с отражением упругих волн от структурных неоднородностей, например границ кристаллов в поликристаллическом материале. Осваивается применение специфических типов упругих волн в твердом теле: поверхностных волн, волн в пластинах и стержнях. Это существенно расширяет область изделий, доступных контролю. Разработка средств высокочастотного измерения внутренних напряжений в твердых телах по изменению скорости или затухания.


Рис. 6. Схема импульсного ультразвукового дефектоскопа: а – контроль поковки прямым

преобразователем; б – контроль сварного шва наклонным преобразователем
Разрабатываются новые способы обработки информации, где очень перспективна вычислительная ультразвуковая голография. Например, используя преобразователи так, как показано на рис. 6, сканируют большой участок (порядка 200200 мм) поверхности объекта контроля. Получаемую при этом информацию направляют в память ЭВМ. Дальнейшую обработку всей информации, полученной на большом участке сканирования, выполняют на ЭВМ, используя те же алгоритмы, которые реализуются в оптической голографии при наложении световых пучков. Благодаря этому удается значительно точнее представить форму и размеры выявляемых дефектов и более обоснованно судить об их потенциальной опасности.

Неразрушающий контроль проникающими веществами основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов ОК. Его делят на методы капиллярные и течеискания. Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении в полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, скипидара), хорошо смачивающей материал объекта. Их применяют для обнаружения слабо видимых невооруженным глазом поверхностных дефектов.

Методы течеискания используют для выявления только сквозных дефектов в перегородках. В полость дефекта пробное вещество проникает либо под действием разности давлений, либо под действием капиллярных сил, однако в последнем случае нанесение и индикацию пробных веществ выполняют по разные стороны перегородки.

Сопоставление видов неразрушающего контроля. Проводить сопоставление методов неразрушающего контроля между собой следует с учетом следующих обстоятельств. Как отмечалось в описании методов, многие из них применимы для контроля только определенных типов материалов: радиоволновой и электроемкостный – для неметаллических, плохо проводящих ток материалов; магнитный – для ферромагнитных материалов, вихретоковый – для электропроводящих, акустический – для материалов, обладающих небольшим затуханием звука соответствующей частоты. Далее следует иметь в виду различную область применения разновидности методов: измерение размеров, исследование химсостава и структуры, поиск несплошностей. Поэтому сопоставление различных методов контроля можно проводить только в тех условиях, когда возможно применение нескольких методов. Проведем сопоставление для дефектоскопического контроля металлических ферромагнитных материалов типа стали, когда применимо большинство из рассмотренных методов.

Сравнение можно проводить по глубине расположения дефектов, которые этими методами выявляются. Контроль течеисканием рассчитан на выявление только сквозных дефектов. Визуальные и капиллярные методы контроля позволяют обнаруживать только дефекты, выходящие на поверхность (в том числе несквозные). Магнитные и вихретоковые методы позволяют обнаруживать как поверхностные, так и подповерхностные (залегающие на глубине нескольких миллиметров) дефекты. Радиационные и акустические методы могут обнаруживать как поверхностные, так и внутренние.

Наиболее вредны для здоровья обслуживающего персонала радиационные и радиоволновые методы. Определенную токсичность имеют методы капиллярные и течеискания при использовании некоторых типов пробных веществ и ультрафиолетовых осветителей.

Наиболее благоприятны для автоматизации контроля вихретоковые, магнитные методы с феррозондовыми и индукционными преобразователями; радиационный радиометрический и некоторые тепловые методы. Главные их преимущества заключаются в отсутствии механического контакта преобразователя с объектом и представлении информации о дефектах в виде показаний приборов. Перечисленным методам уступает ультразвуковой метод, для которого, как правило, необходим акустический контакт преобразователей с изделием, например, через слой воды. Трудность автоматизации других методов заключается в необходимости визуальной обработки информации о дефектах, которую эти методы представляют.

По стоимости выполнения контроля наиболее дорогие методы - радиографические и течеискания. Это связано с длительностью операций контроля, а также необходимостью капитальных затрат на оборудование и помещения. Низка производительность также у капиллярного контроля. Если сравнить затраты на проведение радиационного и ультразвукового контроля сварных соединений толщиной 10…20 мм, то для ультразвукового контроля они будут в 3…5 раз меньше. Преимущество будет возрастать с увеличением толщины сварных соединений.

Функциональные особенности видов НК определяют принципиальные возможности и рациональные области применения метода методов НК (табл. 2, 3). Для контроля качества ответственных объектов необходимо использовать системы НК, включающие несколько дополняющих друг друга методов.
Таблица 2. Рекомендации по выбору методов НК в зависимости от характера дефектов


Дефекты

Акустический

Вихрето-ковый

Магнитный

Оптический

Радиационный

Радиоволно-вой

Тепловой

Электричес-кий

Прони-кающими веществами

прошедшего излучения

отраженного излучения

резонансный

импеданс-ный

свободных колебаний

акустико-эмисионный

трансформа-торный

параметри-ческий

магнитопо-рошковый

магнитогра-фический

феррозон-довый

индукцион-ный

визуально-оптический

голографи-ческий

рефракито-метрический

сцинтилля-ционный

ионизацион-ный

радиографи-ческий

радиоскопи-ческий

прошедшего излучения

отраженного излучения

рассеянного излучения

контактный

конвектив-ный

собственно-го излучения

электричес-кий

трибоэлект-рический

термоэлект-рический

капиллярный

течеискания

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

Плавка и литье

Шлаковые включения

+

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-



-

-



-

+



-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Неслитины





-

-

-

-

+

+

+

+

+

+



-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

Усадочные раковины

+

+

+

-

+

-

+

+

-

-

-

-

+

-

-



-

+



+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Пористость

+



-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

+

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

Ликвация

-

-

-

-

-

-

+

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Трещины

+

+

-

-

-



+

+

-

-

-

+



-

-



-





-

-

-

-

-

-



-





+

Обработка давлением

Внутренние трещины

+

+

-

-

-



-

-

-

-

+

+

-

-

-



-





-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Поверхностные трещины

+

+

-

-

-



+

+

+

-

+

+



+

-

-

-

-

-

-

-

-



-

-

+







-

Рааслоения

+

+

+

-

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

-

-



-

-

-

-

-

1   2   3   4   5   6

скачати

© Усі права захищені
написати до нас