Контроль оборудования в процессе эксплуатации. Проведение статического и динамического испытания

1. Комплекс мероприятий по проведению статических и динамических испытаний

Контроль качества продукции

На всех этапах создания продукции, а также при ее эксплуатации необходимым элементом управления качества является контроль. Контроль не только необходим для достоверной оценки результатов деятельности предприятий и его подразделений, но также служит основным информативным источником, используемым для принятия решений о необходимости и степени корректировки системы управления качеством продукции.

Совершенствование форм контроля определяет достоверность и своевременность получаемой информации. Организационные формы и технические средства контроля качества продукции чрезвычайно разнообразны, и основной задачей современного контроля следует считать предупреждение появления бракованной продукции.

Важно создать такую систему контроля качества на этих этапах жизненного цикла изделия, чтобы не допускать появления дефектной, недоброкачественной продукции, а также обеспечить стабильность показателей качества продукции.

Сущность всякого контроля можно свести к получению информации о фактическом состоянии некоторого объекта, его признаках и показателях (первичная информация); сопоставлению первичной информации с ранее установленными требованиями и нормами, т.е. определению соответствия или несоответствия фактических данных ожидаемым (вторичная информация).

Принципы рациональной организации технического контроля на металлообрабатывающих предприятиях.

Традиционно выделяют две группы методов контроля: технический и автоматизированный.

Большое значение для улучшения качества продукции имеет правильная организация технического контроля на предприятии.

Под техническим контролем понимается проверка соблюдения требований, предъявляемых к качеству продукции на всех стадиях ее изготовления, и наличие производственных условий, обеспечивающих требуемое качество.

Технический контроль включает:

• контроль качества материалов и полуфабрикатов, поступающих на предприятие от поставщиков;
• контроль качества продукции, предупреждение, выявление и учет брака;
• установление причин брака и разработку мероприятий по их устранению;
• разработку и осуществление мероприятий по улучшению качества продукции;
• контроль орудий труда (оборудования и технологического оснащения).

Основными принципами рациональной организации технического контроля на металлообрабатывающих предприятиях являются:

• профилактичность — предупреждение возникновения брака. Обеспечивается правильным выбором соответствующих видов и объектов технического контроля;
• точность и объективность определения качества продукции (количества, видов, причин и виновников). Обеспечивается соответствием ТУ, используемых измерительных инструментов и приборов, квалификацией персонала, осуществляющего контроль, выбором видов контроля;
• максимальное привлечение к контролю качества изготовителей продукции повышает ответственность исполнителей, снижает затраты на контрольные операции.

Система контроля представляет собой совокупность средств контроля, методов выполнения контрольных операций и исполнителей, взаимодействующих с объектом контроля по правилам, установленным документацией.

На металлообрабатывающих предприятиях контрольные операции выполняются представителями многих служб, цехов, отделов. Так, контроль за правильным использованием стандартов, технических условий, руководящих материалов и другой нормативно-технической документации в процессе подготовки производства осуществляет служба нормоконтроля. Кроме того, качество технической документации контролируется непосредственными исполнителями и руководителями всех уровней в отделах главного конструктора, главного технолога, главного металлурга и в других службах завода.

Контроль качества в процессе изготовления продукции осуществляют отдел технического контроля (ОТК), а также исполнители и руководители производственных подразделений.

Автоматизированный контроль качества продукции имеет своей целью повышение быстродействия и точности измерительных операций, сокращение времени на обработку и оценку результатов измерений, а также повышение объективности контрольных операций.

При пассивном контроле продукции либо пооперационно, либо комплексно автоматизация контрольных операций производится, как правило, с помощью универсальных средств многофункционального действия либо с применением специализированных приборов, устройств, стендов и т.д.

Активный контроль в автоматизированных решениях применяют, как правило, во время выполнения технологических операций или во всем процессе. При этом методы контроля деталей делят на прямые и косвенные.

При прямом методе, например, контролируют непосредственно размер обрабатываемой детали, при косвенном — определяют параметры, косвенно связанные с основным параметром детали, например, положение обрабатываемой поверхности относительно контрольной базы или величину перемещения суппорта станка, несущего режущий инструмент.

Устройства прямого метода обеспечивают более высокую точность контроля, так как имеется возможность устранить многие составляющие погрешности контроля.

Преимущество косвенного метода — размещение контрольного устройства вне рабочей зоны станка и более простая конфигурация измерительной схемы, а также возможность использовать стандартизованные или типовые отсчетные устройства.

Виды контроля качества продукции

Для качественного выполнения задач технического контроля необходимо правильно определить вид контроля на той или иной стадии производственного процесса изготовления изделия.

Виды технического контроля на металлообрабатывающих предприятиях удобно свести в таблицу следующей формы (табл. 1).

Таблица 1 – Виды технического контроля качества продукции

По признакам	Вид контроля
По объекту контроля	Контроль качества продукции Контроль технологического процесса
По стадии создания и существования продукции	Контроль проектирования Производственный контроль Эксплуатационный контроль
По этапам процесса контроля	Входной контроль Операционный контроль Приемочный контроль
По полноте охвата контролем	Сплошной контроль Выборочный контроль
По связи с объектом контроля	Летучий контроль Непрерывный контроль Периодический контроль
По влиянию на возможность последующего использования	Разрушающий контроль. Неразрушающий контроль
По степени использования средств	Измерительный контроль Регистрационный контроль Контроль по контрольному образцу Органолептический контроль Визуальный контроль Технический контроль
По проверке эффективности контроля	Инспекционный контроль
По исполнителям контроля	Ведомственный контроль Государственный контроль

1. Контроль технологического процесса заключается в контроле режимов, характеристик, параметров технологического процесса. По своей сути, он является частным случаем производственного контроля.
2. Контроль проектирования — это контроль конструкторской и технологической документации с целью определения соответствия разрабатываемой продукции техническому заданию и необходимому техническому уровню и качеству. Контроль проектирования включает также проверку внедрения и соблюдения стандартов, соответствие разрабатываемой продукции требованиям безопасности и санитарно-гигиеническим нормам, возможности сокращения номенклатуры и типоразмеров составных частей, дальнейшей унификации и уменьшения количества применяемых марок и сортаментов материалов, а также правильность оформления конструкторской документации. Такая проверка осуществляется службами нормоконтроля.
3. Производственный контроль — контроль качества, осуществляемый при изготовлении продукции службой технического контроля. Он заключается в контроле производственного процесса и его результатов. Производственный контроль охватывает вспомогательные, подготовительные и технологические операции и должен быть организован таким образом, чтобы снизить брак в производстве, уменьшив объем доработок, потерь и отходов.
4. Эксплуатационный контроль осуществляется, как правило, в условиях эксплуатации, после сдачи продукции потребителю. Насколько бы тщательно ни проводился контроль продукции в производственных условиях, практически невозможно учесть и воспроизвести все многообразие внешних воздействий, условий и режимов работы, встречающихся в реальных эксплуатационных условиях. Поэтому эксплуатационный контроль, проводимый путем наблюдения и сбора информации о надежности и других свойствах продукции, позволяет определить наиболее слабые места продукции, выявить основные виды разрушений и причины их возникновения, получить фактические данные о показателях надежности, в частности ремонтопригодности.
5. Входной контроль заключается в контроле продукции поставщика, поступающей к потребителю (заказчику) и предназначенной для использования при изготовлении, ремонте и эксплуатации продукции. Он осуществляется при контроле материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий, поступающих на предприятие.
6. Операционный контроль состоит в контроле продукции или процесса во время выполнения или после завершения определенной операции. Он проводится на основе предварительно разработанной схемы, с указанием технологических операций, во время или после которых следует операция технического контроля.
7. Приемочный контроль — это контроль готовой продукции, по результатам которого принимается решение о ее пригодности к поставке и использованию. Он является важным заключительным этапом всего процесса изготовления продукции.

В зависимости от полноты охвата контролем может быть предусмотрен сплошной или выборочный контроль.

1. Сплошной контроль — контроль, при котором решение о качестве продукции принимается по результатам проверки каждой единицы продукции. Такой контроль должен исключать возможность попадания к потребителю дефектной продукции.
2. Эффективный выборочный контроль можно организовать только на основании методов математической статистики, принимая во внимание как статистическую, так и практическую (технико-экономическую) стороны, поскольку его применение не всегда можно считать целесообразным.
3. Летучий контроль является разновидностью предупредительного контроля, в ходе которого контролер, или контрольный мастер Бюро технического контроля (БТК), периодически обходит закрепленные за ним рабочие места. При этом осуществляется выборочный контроль качества изготовленных рабочими деталей и проверяется соблюдение технологических процессов и дисциплины.
4. Разрушающий контроль применяют для получения показателей качества материалов (образцов и заготовок), деталей, узлов и машин в целом. Например, оценка механических свойств материалов проводится путем растяжения и сжатия, изгиба и кручения, воздействием коррозионной среды и др.
5. Неразрушающий контроль осуществляется такими методами, которые не оказывают влияния на работоспособность изделия. Поэтому после проведения неразрушающего контроля изделие остается полностью пригодным к эксплуатации.
6. По степени использования измерительных средств и средств вычислительной и организационной техники выделяют измерительный контроль, характеризующийся процессами измерения параметров качества изделия на всех стадиях его жизненного цикла.
7. В тех случаях, когда нет необходимости в получении точных значений параметров качества продукции, а требуется провести ее идентификацию и дать количественную оценку численности (объем продукции, ее количество, вид, форма и т.д.), применяют регистрационный контроль. Эта форма контроля наиболее эффективно используется при контроле документации в управлении производством.
8. Контроль по контрольному образцу требует, как правило, эталонирования продукции и использует сравнительный метод контроля изделия с эталонным (контрольным) образцом.
9. Органолептический контроль подразумевает ощупывание, осматривание и описание внешнего вида изделия с помощью средств обоняния, осязания, зрения человека. Он очень тесно связан с визуальным контролем — контролем внешнего вида изделия и как правило, они применяются совместно.
10. Технический контроль предусматривает применение технических ручных, механизированных и автоматизированных средств в контрольных процедурах.
11. Особое место среди использованных на предприятии методов технического контроля отводится инспекционному контролю. Он осуществляется специально уполномоченными представителями с целью проверки эффективности ранее выполненного контроля.

Испытания продукции

Испытания — это экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний в результате воздействия на него предельных нагрузок и возмущающих отклонений внешней среды. Испытания могут производиться путем измерений, анализов, диагностирования, регистрации определенных событий (отказы, повреждения) и т.п.

При испытаниях полученные характеристики объектов могут оцениваться, если целью испытаний является получение количественных или качественных оценок, и контролироваться, если задачей испытаний является установление соответствия характеристик объекта заданным требованиям. Многие виды испытаний на предприятиях, как показывает практика, являются контрольными: приемно-сдаточные, периодические, инспекционные, квалификационные и т.п.

Таблица 2 – Классификация видов испытаний продукции по определенным признакам испытаний

Признак испытаний	Вид испытаний
Цель испытаний	Контрольные испытания Исследовательские испытания Граничные испытания
Наличие базы для сравнения	Сравнительные испытания (идентификация)
Точность значения параметров	Определительные испытания Оценочные испытания
Этапы разработки продукции	Доводочные испытания. Предварительные испытания Приемочные испытания
Уровень проведения	Ведомственные испытания Межведомственные испытания Государственные испытания
Этапы процесса	Испытания при входном контроле Испытания при операционном контроле Приемо-сдаточные испытания
Оценка уровня качества	Аттестационные испытания
Продолжительность проведения	Ускоренные испытания Нормальные испытания
Степень интенсификации	Форсированные испытания Сокращенные испытания
Влияние на возможность последующего использования продукции	Разрушающие испытания Неразрушающие испытания
Место проведения	Полигонные испытания Эксплуатационные испытания

Объектами испытаний могут быть материалы, детали, узлы машин, металлообрабатывающие станки и технические системы, включающие множество машин и приборов.

Методом испытаний называют совокупность правил применения определенных принципов осуществления испытаний.

На многие виды испытаний существуют стандарты, устанавливающие условия испытаний, режимы, форму и размеры образцов, перечень регистрируемых параметров, правила, устанавливающие объем выборки, порядок проведения испытаний и критерии их прекращения.

Анализ брака

Продукция, соответствующая чертежам, ТУ или стандартам, признается годной, или качественной. Продукция, имеющая отступления от перечисленных документов, считается дефектной, или браком. Дефектная продукция, которая после исправления (дополнительной обработки) может быть использована как годная, называется исправимым браком. Продукция, исправление которой технически невозможно или экономически нецелесообразно, называется неисправимым или полным браком.

По месту обнаружения брак подразделяется на внутренний, обнаруженный внутри предприятия на различных стадиях производственного процесса, и внешний, обнаруженный у потребителя продукции в процессе монтажа или эксплуатации. Брак классифицируется также по признакам (видам), причинам и виновникам. Под признаком (видом) брака понимается содержание дефекта (отступление от чертежа, непараллельность, забоины и т.п.). Под причинами брака понимаются недостатки или ошибки, возникающие в ходе производственного процесса (небрежность рабочего, ошибка конструктора, скрытые пороки литья, неисправность оборудования и т.п.). Виновником брака может быть лицо, работающее на предприятии, или внешняя организация.

В зависимости от способа приложения нагрузки методы испытаний механических свойств металлов делят на три группы:

• статические, когда нагрузка возрастает медленно и плавно (испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез, твердость);

Рисунок 1 – Статическое испытание

• динамические, когда нагрузка возрастает с большой скоростью, ударно (испытание на удар);

Рисунок 2 – Динамическое испытание

• испытания при повторно-переменных нагрузках, когда нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и знаку (испытание на усталость).

Необходимость проведения испытания в различных условиях определяется различием в условиях работы деталей машин, инструментов и других металлических изделий.

Испытание на растяжение

Чтобы определить прочность металла, работающего на растяжение, изготовляют образец 1 и устанавливают его в зажимы (или захваты) 2 разрывной машины (рисунок 3). Для этих целей чаще всего используют машины с гидравлической системой передачи усилия или с винтовой системой.

Растягивающая сила F создает напряжение в испытываемом образце и вызывает его удлинение. Когда напряжение превысит прочность образца, он разорвется.

Рисунок 3 – Диаграмма растяжения

Результаты испытания обычно изображают в виде диаграммы. По оси абсцисс откладывают нагрузку F, по оси ординат — абсолютное удлинение ∆l. Из диаграммы видно, что вначале образец удлиняется пропорционально нагрузке. Прямолинейный участок OA соответствует обратимым, упругим деформациям. При разгрузке образец принимает исходные размеры (этот процесс описывается все тем же прямолинейным участком кривой). Искривленный участок АС соответствует необратимым, пластическим деформациям. При разгрузке (штриховая прямая СВ) образец не возвращается к начальным размерам и сохраняет некоторую остаточную деформацию.

От точки С образец удлиняется без увеличения нагрузки. Горизонтальный участок СМ диаграммы называется площадкой текучести. Напряжение, при котором происходит рост деформаций без увеличения нагрузки, называется пределом текучести.

Как показывают исследования, текучесть сопровождается значительными взаимными сдвигами кристаллов, в результате чего на поверхности образца появляются линии, наклонные к оси образца под углом 45°. Претерпев состояние текучести, материал снова обретает способность сопротивляться растяжению (упрочняется), и диаграмма за точкой М поднимается вверх, хотя гораздо более полого, чем раньше. В точке D напряжение образца достигает своей наибольшей величины, и на образце появляется резкое местное сужение, так называемая шейка. Площадь сечения шейки быстро уменьшается и, как следствие, происходит разрыв образца, что на диаграмме соответствует положению точки К. Предел прочности образца определяют по формуле:

опч = FD / S; (1)

где: S_пч — предел прочности; F_D — нагрузка, при которой через определенный промежуток времени наступает разрушение растянутого образца, Н (кгс); S — площадь поперечного сечения образца в исходном положении, м² (мм²).

Экспериментально было установлено, что напряжение в материале при упругой деформации возрастает пропорционально относительному удлинению образца. Эта зависимость получила название закона Гука.

Для одностороннего (продольного) растяжения закон Гука имеет вид:

О = Е-е; (2)

где: O = F/s — нормальное напряжение; F — растягивающая сила; s — площадь поперечного сечения; е — относительное удлинение; Е — постоянная величина, зависящая от материала стержня.

Примечание. В системе СИ единицей измерения напряжений служит Паскаль — напряжение, вызванное силой 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м².

1 Па = 0,102 • 10^-4 кгс/см²; (3)

1 Па = 0,102 • 10^-6 кгс/мм²; (4)

1 кгс/см² = 9,81 • 10⁴ Па; (5)

1 кгс/мм² = 9,81 • 10⁶ Па; (6)

В связи с тем, что единица напряжения паскаль очень мала, приходится пользоваться более крупной единицей — мегапаскаль 1 МП а = 10⁶ Па; (7)

Госстандарт допускает к применению единицу ньютон на квадратный миллиметр (Н/мм²). Числовые значения напряжений, выраженные в Н/мм² и в МПа, совпадают. Единица Н/мм² удобна и потому, что размеры на чертежах проставляют в миллиметрах.

Коэффициент пропорциональности Е называется модулем упругости при растяжении или модулем Юнга. Каков физический смысл модуля упругости? Обратимся к диаграмме растяжения образца (см. рис. 3, II).

Модуль упругости на ней пропорционален тангенсу угла наклона а к оси абсцисс. Значит, чем круче прямая OA, тем жестче материал, и тем большее сопротивление оказывает он упругой деформации.

Для характеристики металла важно знать не только относительное удлинение е, но и относительное сужение площади поперечного сечения, которое также позволяет характеризовать пластичность материала.

Естественно, что при растяжении образца площадь поперечного сечения уменьшается. В месте разрыва она будет наименьшей. Относительное сужение определяют по формуле:

Z = (S₀ — S₁) / S₀ • 100%; (88)

где: Z — относительное сужение; S₀ — площадь поперечного сечения образца до испытания; S₁ — площадь сечения образца в месте разрыва (в шейке).

Чем больше относительное удлинение и относительное сужение поперечного сечения образца, тем более пластичен материал.

Кроме трех рассмотренных характеристик механических свойств металлов: предела прочности (oпч), относительного удлинения (е) и относительного сужения (Z), можно определить, пользуясь записанной на машине диаграммой, предел упругости (оy) и предел текучести (оm).

Испытание на сжатие

Для испытания металлов на сжатие (рис. 4) чаще всего применяют прессы, в которых сжимающая сила образуется путем увеличения гидравлического давления. При сжатии образца из пластичного материала, например малоуглеродистой стали (рис. 4, I), его поперечные размеры увеличиваются, в то время как длина значительно уменьшается. Нарушение целостности образца при этом не происходит (рис. 4). Из диаграммы сжатия (рис. 4, II) видно, что в начальной стадии нагружения деформация возрастает пропорционально нагрузке, затем деформация резко возрастает при незначительном увеличении нагрузки, далее рост деформации постепенно замедляется вследствие увеличения сечения образца.

Рисунок 4 — Испытания металлов на сжатие

Образцы из хрупких материалов при сжатии разрушаются (рис. 5, III). Например, стержень из чугуна при достижении разрушающей нагрузки распадается на части, которые сдвигаются относительно друг друга по косым площадкам (рис. 5, III).

Рисунок 5 — Образцы испытаний хрупких материалов при сжатии

Для сжатия полностью применим закон Гука, согласно которому материалы противодействуют сжатию пропорционально приложенной силе до предела упругости. Модуль упругости при сжатии для большинства материалов равен модулю упругости при растяжении. Исключение составляют только некоторые хрупкие материалы — бетон, кирпич и т. д.

Аналогия в характере напряжения сжатия с напряжением растяжения позволяет описывать эти процессы одними и теми же математическими уравнениями.

Испытание на изгиб

При испытании на изгиб образец (брус) укладывают концами на две опоры и в середине нагружают (рис. 6). О сопротивлении материала изгибу судят по величине прогиба образца.

Рисунок 6 — Образцы испытаний на изгиб

Представим теперь себе в брусе воображаемые продольные волокна. При деформации изгиба волокна одной зоны сжимаются, другой — растягиваются (рис. 6, II).

Между зонами сжатия и растяжения расположен нейтральный слой, волокна которого не подвергаются деформации, то есть их длина не изменяется. Из рис. 6 видно, что, чем больше волокна расположены от нейтрального слоя, тем большую деформацию они испытывают. Таким образом, можно сделать вывод, что при изгибе в поперечных сечениях бруса под действием внутренних сил возникают нормальные напряжения сжатия и растяжения, величина которых зависит от положения рассматриваемых точек в сечении. В точках, расположенных на нейтральной оси, напряжения равны нулю.

Испытание на срез

При испытании на срез (рис. 7) металлический образец 3, имеющий цилиндрическую форму, вставляют в отверстие приспособления, представляющего собой вилку 1 и диск 2. Машина вытягивает диск из вилки, вследствие чего происходит перемещение средней части образца относительно крайних его частей. Рабочая площадь S (площадь среза) равна удвоенной площади поперечного сечения образца, так как срез происходит одновременно по двум плоскостям.

Рисунок 7 — Испытание на срез

При срезе все точки деформируемых сечений, ограниченных плоскостями действующих сил, смещаются на равные расстояния, то есть материал в этих точках испытывает одинаковую деформацию. Это означает, что во всех точках сечения будут одинаковые действующие напряжения.

Величину напряжения определяют делением равнодействующей F внутренних (поперечных) сил на площадь поперечного сечения стержня S. Так как вектор напряжения расположен в плоскости сечения, в ней возникает касательное напряжение, определяемое по формуле:

r_ср = F/2S; (9)

где: r_ср — величина напряжения среза; F — равнодействующая сила; S — площадь поперечного сечения образца.

Срез — это разрушение в результате сдвига одной части материала относительно другой, возникающее под действием касательных напряжений. Для деформации сдвига справедлив закон Гука: в зоне упругости напряжения прямо пропорциональны относительным деформациям. Коэффициентом пропорциональности служит величина модуля упругости при сдвиге G. Относительный сдвиг (угол сдвига) обозначается у. Таким образом, закон Гука для деформации сдвига имеет вид:

t = Gg; (10)

где: r = F/S — касательное напряжение; F — касательная сила; S — площадь сдвигающихся слоев; y — угол сдвига; G — модуль сдвига, зависящий от материала тела.

Испытание на кручение

При испытании образцов на кручение один конец трубы 2 закрепляют неподвижно 1, другой вращают с помощью рычага 3 (рис. 8). Кручение характеризуется взаимным поворотом поперечных сечений стержня, вала, трубы под влиянием моментов (пар сил), действующих в этих сечениях. Если на поверхности стержня до приложения сил кручения нанести прямолинейные образующие (рис. 8, I), то после скручивания эти образующие принимают вид винтовых линий, а каждое поперечное сечение по отношению к соседнему поворачивается на некоторый угол (см. рис. 8, II). Это значит, что в каждом сечении происходит деформация сдвига и возникают касательные напряжения. Абсолютная величина кручения определяется углом закручивания рассматриваемого сечения относительно неподвижно закрепленного сечения. Наибольший угол закручивания получается на самом большом расстоянии от закрепленного конца стержня.

Рисунок 8 — Испытание образцов на кручение

Определение твердости тарированными напильниками

Твердость HRC может быть определена с помощью ряда напильников, подвергнутых термической обработке на различную твердость насечки. Обычно интервал насечек колеблется от 3 до 5 единиц HRC. Тарирование напильников производится по эталонным плиткам, твердость которых заранее точно определена на приборе.

Твердость испытуемой детали определяется двумя напильниками с минимальным интервалом по твердости, один из которых может только скользить по детали, а второй ее слегка царапать. Если напильник с НRС62 царапает металл, а с HRC59 только скользит по поверхности детали, то твердость HRC60-61.

Практически этим способом пользуются для установления твердости инструментов (разверток, фрез и т. п.), твердость которых измерить иным способом бывает трудно.

Существуют и другие способы определения твердости (способ Виккерса, электромагнитные способы и др.).

Испытание на твердость

Твердостью называется способность металла сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела. Определение твердости является наиболее часто применяемым методом испытания металлов. Для определения твердости не требуется изготовления специальных образцов, т. е. испытание проводится без разрушения детали.

Существуют различные методы определения твердости — вдавливанием, царапанием, упругой отдачей, а также магнитный метод. Наиболее распространенным является метод вдавливания в металл стального шарика, алмазного конуса или алмазной пирамиды. Для испытания на твердость применяют специальные приборы, несложные по устройству и простые в обращении.

При определении твердости материалов в заводской и лабораторной практике пользуются двумя методами: методом Бринелля и методом Роквелла. Существует таблица перевода твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу.

Твердость по Бринеллю. В поверхность испытываемого металла с определенной силой вдавливают стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм. В результате на поверхности металла получается отпечаток (лунка). Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой с делениями. Число твердости по Бринеллю записывается латинскими буквами НВ, после которых записывается числовой показатель твердости. Например, твердость по НВ 220. Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов твердостью более НВ 450, так как шарик может деформироваться и результат получится неправильным. Нельзя также испытывать тонкие материалы, которые при вдавливании шарика продавливаются.

Рисунок 9 – Твердость по Бринеллю

Твердость по Роквеллу — испытание на твердость вдавливанием конуса или шарика в поверхность испытываемого металла. Вдавливают алмазный конус с углом 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм Испытания шариком применяют при определении твердости мягких материалов, а алмазным конусом – при испытании твердых материалов. Число твердости по Роквеллу записывается латинскими буквами HRC (шкала С), после которых записывается числовое значение твердости. Например, твердость по HRC 230.

Рисунок 10 – Твердость по Роквеллу

Твердость по Виккерсу — испытание на твердость вдавливанием пирамиды. В поверхность металла вдавливают четырехгранную алмазную пирамиду. По нагрузке, приходящейся на единицу поверхности отпечатка, определяют число твердости, обозначаемое HV 140.

Рисунок 11 – Твердость по методу Виккерса

Испытание на микротвердость. Это испытание применяют при определении твердости микроскопически малых объемов металла, например твердости отдельных структурных составляющих сплавов. Микротвердость определяют на специальном приборе, состоящем из механизма нагружения с алмазным наконечником и металлографического микроскопа. Поверхность образца подготавливают так же, как и для микроисследования (шлифование, полирование, травление). Четырехгранная алмазная пирамида (с углом при вершине 136°, таким же, как и у пирамиды при испытании по Виккерсу) вдавливается в испытываемый материал под очень малой нагрузкой. Твердость определяется величиной Н/м² или кгс/мм².

Рисунок 12 – Микротвердомер ПМТ-3

2. Порядок проведения испытания оборудования

Естественно, все начинается с подачи заявки на сертификацию в орган по сертификации.

При получении заявки на проведение работ по подтверждению соответствия продукции орган по сертификации проводит анализ представленного комплекта документов, и организует проведение испытаний продукции в аккредитованной испытательной лаборатории, если это предусмотрено схемой сертификации.

Организация проведения испытания оборудования поэтапно:

Этап 1: Вам не придется искать аккредитованную лабораторию самостоятельно. Выбор испытательной лаборатории осуществляет орган по сертификации. И этот выбор должен основываться не только на соответствии критериям аккредитации испытательной лаборатории, но и на полном доверии органа по сертификации и заявителя к проведению работ по испытаниям продукции.

Этап 2: Отбор образцов для проведения испытания оборудования проводит сам орган по сертификации. Вам нужно только предоставить сами образцы.

Одним из основных элементов некоторых схем сертификации являются испытания продукции. Иначе говоря, Вам необходимо предоставить образец для испытаний.

Совокупный подход к этому вопросу обеспечит Вам качественно выполненную органом по сертификации работу в части отбора образцов при минимальных затратах с Вашей стороны.

Отбор образцов для испытаний при серийном выпуске проводится на складе готовой продукции изготовителя.

Где и как отбирается образец для испытаний при сертификации партии продукции?

На месте нахождения партии. Это может быть склад готовой продукции изготовителя, склад временного хранения, таможенный склад или склад получателя при ответственном хранении, а так же емкости транспортного средства.

На месте нахождения единицы продукции. Например, на производственном участке изготовителя, на месте монтажа изделия у приобретателя или на складе временного хранения.

Отбираемые образцы по конструкции, составу и технологии изготовления должны быть такими же, как и для реализации потребителю.

Как подготовить образец для испытаний и какие особенности учитываются при отборе

В процессе отбора образцов для испытаний в общем случае учитывается:

• однородность партии;
• представленность выборки по составу;
• представленность выборки по количеству;
• соответствие образцов идентификационным признакам продукции.

И это формулировки из ГОСТа. Давайте же попробуем разобраться с этим по порядку.

Однородность партии – это продукция из одной группы. Например, насосы, компрессоры, арматура промышленная трубопроводная и так далее.

Представленность выборки по составу – если на сертификацию заявлена продукция одной группы с учетом различия свойств отдельных типов, моделей, марок и прочее, то на складе готовой продукции должно быть обеспечено их наличие.

Представленность выборки по количеству – на складе готовой продукции образцы продукции одной группы с учетом различия свойств отдельных типов, моделей, марок и прочее должны быть представлены в количестве достаточном для проведения отбора.

Соответствие образцов идентификационным признакам продукции – сопоставление отобранных образцов в части маркировки с технической документацией, представленной вместе с заявкой на сертификацию продукции.

Потребуется один образец для испытаний или сколько же в итоге будет отобрано образцов.

Когда заявлена продукция с множеством типов, марок, моделей и прочее, по правилам орган по сертификации должен отобрать минимум по 1 штуке представленного типа, марки, модели продукции. А это может быть не один образец для испытаний, а очень много. И, скорее всего, сильно затратно для Вас. Поэтому в обоснованных случаях орган по сертификации может принять решение о количестве отбираемых образцов, которые смогут в полном объеме охарактеризовать и представить всю заявленную продукцию на испытаниях.

По результатам отбора образцов составляется акт отбора образцов и подписывается обеими сторонами.

Рисунок 13 – Акт отбора образцов

Отобранный образец для испытаний (или несколько образцов) изолируют от других единиц продукции, упаковывают, пломбируют или опечатывают на месте отбора.

Образцы готовы для испытаний и их необходимо передать в испытательную лабораторию. А вот способ передачи их на испытания нужно заранее согласовать с органом по сертификации.

Этап 3: Необходимо организовать передачу отобранного образца в испытательную лабораторию для испытаний. Для этого существуют два варианта передачи отобранного образца:

• отобранный образец передает в испытательную лабораторию орган по сертификации;
• отобранный образец по направлению органа по сертификации вместе с копией акта отбора образцов передает в испытательную лабораторию заявитель.

В зависимости от вида оборудования и затрат на его доставку в испытательную лабораторию заявителем и органом по сертификации согласовывается вариант передачи отобранного образца.

Этап 4: Проведения испытания оборудования испытательной лабораторией могут проводиться непосредственно в испытательной лаборатории, либо могут быть организованы выездные испытания (например, на заводе-изготовителе или на месте монтажа). Это зависит от вида продукции и возможности или невозможности доставки оборудования в испытательную лабораторию.

За проведение испытаний оборудования испытательная лаборатория несет такую же ответственность, как и орган по сертификации за проведение работ по сертификации. В целом, совокупность ответственности органа по сертификации и испытательной лаборатории гарантирует качественное выполнение работ по подтверждению соответствия вашего оборудования. Хотим отметить, что заявитель имеет право присутствовать на проведении испытаний.

Этап 5: Возврат или не возврат образца заявителю. Если были проведены неразрушающие испытания продукции, образец подлежит возврату. Если же при проведении испытания оборудования необходимы разрушающие испытания, то образец, естественно, возврату не подлежит.

Уточнить способ проведения испытания продукции Вы можете перед началом испытаний. Возврат образца заявителю может быть осуществлен как самой испытательной лабораторией, так и органом по сертификации.

Испытания прошли. Дальше…

По полученным результатам проведения испытания оборудования испытательная лаборатория оформляет протокол испытаний, а орган по сертификации его анализирует.

Что же входит в анализ протокола испытаний:

• проверка соответствия данных о продукции в протоколе с данными, заявленными на сертификацию;
• проверка сведений об испытательном оборудовании и средствах измерений (сроки поверки и аттестации испытательного оборудования);
• проверка соответствия результатов испытаний требованиям нормативно-технической документации, на соответствие требованиям которой проводились испытания;
• анализ заключения (вывода) испытательной лаборатории по проведенным испытаниям.

Результат анализа протокола испытаний является одним из главных составляющих оснований для принятия органом по сертификации решения о соответствии продукции и возможности выдачи сертификата соответствия.

3. Осмотр оборудования

Анализ риска и причин аварий на ОПО показывает, что они, как правило, происходят на объектах, не подвергавшихся обследованию технического состояния и экспертизе промышленной безопасности (ЭПБ), при несоблюдении сроков очередных ЭПБ, и происходят на любой стадии жизненного цикла ОПО.

Поэтому, обеспечение безопасной ресурсосберегающей эксплуатации агрегатов и оборудования является первостепенной задачей, решать которую помогает техническое диагностирование оборудования металлургической промышленности.

Основной задачей технического диагностирования является обеспечение безопасности, функциональной надёжности и эффективности работы технического объекта, а также сокращение затрат на его техническое обслуживание и уменьшение потерь от простоев в результате отказов и преждевременных выводов в ремонт.

В ходе технического диагностирования металлургического оборудования проводится оценка соответствия оборудования правилам промышленной безопасности для опасных производственных объектов Приказ Министра по инвестициям и развитию Республики Казахстан от 30 декабря 2014 года №343. Зарегистрирован в Министерстве юстиции

Республики Казахстан 12 февраля 2015 года №10244; проверка его технического состояния на предмет наличия дефектов; если таковые имеются, то оценивается влияние дефектов на работоспособность объекта, и в итоге определяется остаточный ресурс и продлевается срок эксплуатации данного оборудования.

Техническое диагностирование является инструментом поддержания установленного уровня надежности оборудования, обеспечения требований промышленной безопасности и эффективности использования объектов металлургической промышленности.

Качество металлоконструкций без нарушения пригодности к использованию по назначению проверяется различными физическими методами и средствами неразрушающего контроля (НК) металлов и металлоизделий.

Согласно ГОСТ 18353-73 методы неразрушающего контроля классифицируются на следующие виды:

Визуальный измерительный метод дефектоскопии

Внешним осмотром (ВИК) проверяют качество сварных соединений: дефекты швов в виде трещин, подрезов, пор, свищей, прожогов, наплывов, непроваров в нижней части швов.

Акустические методы

Позволяют измерять геометрические параметры при одностороннем доступе к изделию, а также физико-механические свойства металлов и металлоизделий без их разрушения. При технической диагностике металлургического оборудования данный метод применяется достаточно часто для контроля толщины листовых металлоконструкций технических устройств, проверки качества сварных швов.

Магнитные методы

С помощью магнитно-порошкового метода надежно выявляют поверхностные трещины, микротрещины, волосовины, флокены и другие дефекты. Магнитно-графический метод наибольшее применение получил для контроля сварных соединений. Он позволяет выявлять трещины, непровары, шлаковые и газовые включения и другие дефекты в стыковых сварных швах. При технической диагностике металлургического оборудования данный метод применяется часто при контроле цапф наклоняющихся печей и литейных ковшей.

Оптические методы

Оптические методы основаны на взаимодействии светового излучения с контролируемым объектом. При технической диагностике металлургического оборудования этот метод применяется очень редко. Может применяться совместно с визуально измерительным контролем.

Методы контроля проникающими веществами

При технической диагностике металлургического оборудования применяется самый распространенный метод капиллярного контроля – цветной. Он позволяет обнаруживать дефекты производственнотехнологического и эксплуатационного происхождения: трещины шлифовочные, термические, усталостные, волосовины, закаты и др.

Радиационные методы

Основаны на взаимодействии проникающих излучений (рентгеновское, потока нейтронов, γ- и β-лучей) с контролируемым объектом. Их применяют для контроля качества сварных и паяных швов, литья, качества сборочных работ, состояния закрытых полостей агрегатов и т. д. При технической диагностике металлургического оборудования применяется редко.

Радиоволновые методы

При технической диагностике металлургического оборудования применяются редко. Эти методы еще не нашли должного применения в промышленности, хотя и являются весьма перспективными. Так, с их помощью можно обнаруживать непроклеи, расслоения (площадью от 10 мм² и более), воздушные включения, трещины (от 10 мкм и более), неоднородности по плотности, напряжения, измерять геометрические размеры и т. п.

Тепловые методы

Применяют для измерения температур, получения информации о тепловом режиме объекта, определения и анализа температурных полей, дефектов типа нарушения сплошности (расслоения, трещины и т.п.), выявления дефектов пайки многослойных соединений из металлов и неметаллов, склейки металл — металл, металл — неметалл и т. п. При технической диагностике оборудования в металлургической промышленности активно применяется тепловизионный метод.

Тепловизионный контроль металлургического оборудования является эффективным методом обнаружения таких дефектов, как разрушение футеровки и прогорание печей при критических температурах.

Тепловизионная диагностика устройств и оборудования в металлургической промышленности позволяет:

• выявлять участки с повышенной температурой;
• определять температуру в любом участке оборудования;
• сформировать температурные профили;
• сравнивать различные участки оборудования;
• решать задачу энергоэффективности эксплуатации оборудования.

Что в свою очередь способствует предотвращению аварий и высокозатратного ремонта оборудования.

Электрические методы

Применяют для выявления раковин и других дефектов в отливках, расслоений в металлических листах, различных дефектов в сварных и паяных швах, трещин в металлических изделиях, растрескиваний в эмалевых покрытиях и органическом стекле и т. д.

Электромагнитный (вихревых токов) метод

Применяется для обнаружения поверхностных дефектов в магнитных и немагнитных деталях и полуфабрикатах. Метод позволяет выявлять нарушения сплошности, в основном трещин, на различных по конфигурации деталях, в том числе имеющих покрытия.

Приведенный краткий обзор методов НК позволяет сделать вывод, что для контроля металлов и металлоизделий имеется достаточный арсенал методов и средств неразрушающего контроля. Следует отметить, что методы НК не являются универсальными. Каждый из них может быть использован наиболее эффективно для обнаружения определенных дефектов.

4. Методы обнаружения дефектов

Дефект – каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. Несоответствие требованиям технического задания или установленным правилам разработки продукции относится к конструктивным дефектам. Требованиям нормативной документации на изготовление или поставку продукции – к производственным дефектам.

Методы дефектации (обнаружения дефектов) разделяются на разрушающие и неразрушающие.

Разрушающие методы:

• механические испытания деталей и образцов;
• гидравлические и воздушные испытания под давлением,
• металлографический и химический анализы материалов деталей;

Неразрушающие методы делятся по способам дефектации, использующим какое-либо общее физическое явление или свойство. Неразрушающие методы наиболее распространены в судовом машиностроении и при ремонте судов.

1. Капиллярные методы – позволяют выявить поверхностные или подповерхностные дефекты в виде трещин и пор. Они основаны на капиллярных свойствах жидкости, проникающей в открытые дефекты, и ее адсорбции на поверхности дефектов.

• керосино-меловой метод: очищенная поверхность детали смачивается керосином, протирается насухо, затем наносится слой меловой обмазки. Керосин способен растекаться по поверхности и образовывать тонкие молекулярные пленки. Выходя на поверхность детали из дефекта, он окрашивает мел. По оттенку сухого и смоченного керосином мела судят о характере дефекта. Данный способ применяется для контроля плотности сварных швов.
• цветной метод: применяются проникающие и проявляющие жидкости и очищающие составы. Дефектация осуществляется в следующем порядке: деталь очищается и обезжиривается бензином или ацетоном. На поверхность наносится проникающий раствор с пигментным красителем (керосин -65%, трансформаторное масло – 30%, скипидар – 5%, краситель «судан» -5-6г на 1 л раствора). После выдержки 5-10 минут поверхность моется струей воды. Наносится слой каолина с добавкой сульфонола (1 кг на литр воды), который просушивается потоком теплого воздуха. Дефект проявляется в виде цветного (красного) изображения. Контрастность зависит от глубины и величины раскрытия дефекта. После дефектации деталь очищается.
• люминесцентная дефектоскопия – осуществляется с помощью стационарных дефектоскопов типа ЛД-4 или переносных ультрафиолетовых осветителей типа УМ-1. Деталь очищается и обезжиривается, покрывается флуоресцирующим составом, промывается и сушится струей теплого воздуха, покрывается тонким слоем порошка (талька), облучается ртутнокварцевой лампой. Декорирование дефектов происходит в результате свечения люминофора. Дефекты рассматриваются в затемненном помещении. Из описанных капиллярных методов люминесцентный обладает наибольшей чувствительностью. Капиллярные методы широко используются для выявления трещин в поршнях, втулках, цилиндровых крышках ДВС.

2. Магнитные методы дефектоскопии – позволяют обнаруживать дефекты, поверхностные и внутренние, находящиеся на глубине до 30 мм.

• магнитно-порошковый метод: позволяет выявить поверхностные и подповерхностные дефекты на глубине до 2 мм. Метод основан на искажении дефектами поля намагничиванием детали. Картина такого искажения декорируется суспензией магнитного порошка, располагающегося по направлениям магнитно-силовых линий на поверхности детали. В зависимости от расположения ожидаемых дефектов применяются различные схемы намагничивания деталей.

Метод позволяет обнаруживать реальные поверхностные дефекты шириной от 0,001мм, глубиной 0,005 мм и длиной 2 мм. Процесс дефектации: очистка поверхности, местное или общее намагничивание, нанесение магнитной суспензии, осмотра и размагничивания.

• магнитнографический метод: применяется для контроля качества сварных швов. На очищенную поверхность сварного шва и околошовной зоны накладывается и плотно прижимается ферромагнитная лента, которая намагничивается подвижным устройством. На ленте создается запись искаженного магнитного поля в соответствии с имеющимися дефектами. Экспонированную ленту осторожно снимают и вводят в читающий блок прибора и на экране осциллоскопа воспроизводятся дефекты сварного шва. Выпускаемые серийные приборы МД-11, МДУ-1, МГК -1 позволяют дефектовать швы и прокат толщиной 1-16 мм.

3. Индукционные методы основаны на измерении искажения магнитных полей из-за дефектов деталей.

• феррозондовый метод: используется для контроля сплошности стальных труб, прутков, деталей шарикоподшипников, контроля сварных соединений, поверхностных и подповерхностных дефектов деталей на глубине до 15 мм, выявлений усталостных трещин резьбовых деталей. Применение метода основано на намагничивании поверхности детали до насыщения. По поверхности перемещается датчик прибора. Дефекты искажают поле рассеяния магнитного потока, что фиксируется феррозондовым датчиком. Приборы типа МД-41К.
• Электроиндукционный метод: метод вихревых токов основан на регистрации изменений во взаимодействии наведенного электромагнитного поля вихревых токов в детали с измерительным электромагнитным полем катушки.

Метод осуществляется в трех вариантах: — помещения объекта в индукционную катушку (метод проходной катушки);

• накладывание катушки на деталь (метод накладной катушки);
• помещение объекта между первичной и вторичной катушкой (экранный метод).

4. Радиационные методы дефектоскопии – основаны на ионизирующем излучении рентгеновских аппаратов и гамма – излучении радиоизотопных источников: применяются для обнаружения скрытых дефектов деталей.

Радиационные методы контроля являются надежным и широко распространенными методами контроля, основанными на способности рентгеновского и гамма-излучения проникать через металл. Выявление дефектов при радиационных методах основано на разном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают специальными аппаратами. С одной стороны шва на некотором расстоянии от него помещают источник излучения, с противоположной стороны плотно прижимают кассету с чувствительной фотопленкой (рис. 14). При просвечивании лучи проходят через сварное соединение и облучают пленку. В местах, где имеются поры, шлаковые включения, непровары, крупные трещины, на пленке образуются темные пятна. Вид и размеры дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками. Источниками рентгеновского излучения служат специальные аппараты (РУП-150-1, РУП-120-5-1 и др.).

Рисунок 14 — Схема радиационного просвечивания швов: а – рентгеновское, б – гамма-излучение: 1 – источник излучения, 2 – изделие, 3 – чувствительная пленка.

Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в деталях толщиной до 60 мм. Наряду с рентгенографированием (экспозицией на пленку) применяют и рентгеноскопию, т.е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экран с флуоресцирующим покрытием. Имеющиеся дефекты в этом случае рассматривают на экране. Такой способ можно сочетать с телевизионными устройствами и контроль вести на расстоянии.

При просвечивании сварных соединений гамма-излучением источником излучения служат радиоактивные изотопы: кобальт-60, тулий- 170, иридий-192 и др. Ампула с радиоактивным изотопом помещается в свинцовый контейнер. Технология выполнения просвечивания подобна рентгеновскому просвечиванию. Гамма-излучение отличается от рентгеновского большей жесткостью и меньшей длиной волны, поэтому оно может проникать в металл на большую глубину. Оно позволяет просвечивать металл толщиной до 300 мм. Недостатками просвечивания гамма-излучением по сравнению с рентгеновским являются меньшая чувствительность при просвечивании тонкого металла (менее 50 мм), невозможность регулирования интенсивности излучения, большая опасность гаммаизлучения при неосторожном обращении с гамма-аппаратами.

5. Рентгеновские методы – подразделяются на рентгенографирование и ксерографию. При ксерографии в качестве регистратора используют алюминиевую пластину, покрытую аморфным селеном. Перед просвечиванием пластина заряжается статическим электричеством. После просвечивания различные участки пластины разряжаются по-разному и образуют скрытое электростатическое изображение в аморфном слое пластины, которое затем появляется электростатическим способом.

6. Ультразвуковые способы. Используется один из трех методов прозвучивания: — теневой, — отражения, — резонансный в зависимости от дефектации и конструкции прибора).