Курсовая работа: Метрологическое обеспечение средств контроля
При намагничивании объекта контроля, вблизи поверхности которого имеется несплошность (дефект), в области дефекта происходит резкое пространственное изменение напряженности магнитного поля, возникает поле рассеяния (рис. 3.3). Изменение напряженности магнитного поля, точнее градиента напряженности, используют как первичный информативный параметр для выявления дефектов.
2.2. Вихретоковый вид НК
Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Его применяют только для контроля объектов из электропроводящих материалов. Вихревые токи возбуждаются в объекте преобразователем в виде индуктивной катушки, питаемой переменным или импульсным током. Приемным преобразователем (измерителем) служит та же или другая катушка.
Контроль вихревыми токами можно выполнять без непосредственного механического контакта преобразователей с объектом, что позволяет вести контроль при взаимном перемещении преобразователя и объекта с большой скоростью.
2.3 Тепловой вид НК
Тепловой вид неразрушающего контроля основан на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов. Он применим к объектам из любых материалов. Измеряемым информативным параметром служит температура или тепловой поток.
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.
2.4 Оптический вид НК
Оптический вид неразрушающего контроля основан на наблюдении или регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с ОК. Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта.
Использование гибких световодов, лазеров, оптической голографии, телевизионной техники резко расширило область применения оптических методов, повысило точность измерения.
2.5 Радиационный вид НК
Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с ОК. 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.
2.6 Акустический вид НК
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.
2.7 НК проникающими веществами
Неразрушающий контроль проникающими веществами основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов ОК. Их применяют для обнаружения слабо видимых невооруженным глазом поверхностных дефектов.
Проведя анализ статистических данных Относительной выявляемости дефектов сварки различными методами можно говорить о том что, например, для выявления Поверхностных дефектов сварки целесообразно применять Метод Проникающими Веществами (с капиллярным взаимодействием с ОК), для Неметаллических дефектов, раковин и непроваров в корне шва – Рентгеновское Просвечивание, а непроваров по скосам Ультразвуковой метод НК.
Нормативной базой метрологического обеспечения являются стандарты Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ). В состав ГСИ наряду с государственными входят отраслевые стандарты, технические условия и другие нормативно-технические документы.
Метрологическое обеспечение средств НК охватывает стадии: обоснования предложений па разработку новых средств; опытно-конструкторской разработки (ОКР) средств; постановки на производство; производства средств; эксплуатации и ремонта.
Применение Д. в процессе производства и эксплуатации изделий даёт большой экономический эффект за счёт сокращения времени, затрачиваемого на обработку заготовок с внутренними дефектами, экономии металла и др. Кроме того, Д. играет значительную роль в предотвращении разрушений конструкций, способствуя увеличению их надёжности и долговечности.
Отметим также задачу выбора метода (инструментов) или комплекса методов неразрушающего контроля (НК) для проведения диагностики технического состояния как отдельных элементов, так и их совокупности с учетом технико-экономических показателей. Инженерная практика выдвигает ряд требований, которым должны удовлетворять методы, прежде всего, например, возможность визуализации дефектов, высокая выявляемоесть дефектов, чувствительность приборов, компактность и практичность оборудования. Для различных работ применяются как отдельные методы НК, так и их комбинации (комплекты).
Однако, несмотря на значительные успехи в развитии методов НК и применяемые меры по контролю ТС различных деталей и изделий, отдельные дефекты остаются не выявленными и становятся причинами и результатами аварийных ситуаций и больших катастроф. Так, методы и средства НК, применяемые на стадиях производства и предэксплуатационного контроля, далеки от совершенства и в результате их применения не выявляется значительное число дефектов технологической природы.
В данной работе были рассмотрены роль и место методов НК для обеспечения надежности и долговечности изделий, а также рассматрены модели и способы комплексирования различных по своей природе и затратам ресурсов методов НК.
3 Стандартизация неразрушающего контроля
В зависимости от требований к объектам стандартизации стандарты подразделяют на категории: государственные (ГОСТ); отраслевые (ОСТ); предприятий (СТП).
Государственные стандарты утверждают Госстандарт и Госстрой (по закрепленной за последним номенклатуре). Эти стандарты обязательны для всех министерств и ведомств, предприятий, организаций и учреждений.
Отраслевые стандарты утверждают министерства (ведомства) являющиеся головными (ведущими) по видам выпускаемой продукции. ОСТ может охватывать деятельность ряда министерств, предприятия которых заняты производством, эксплуатацией и ремонтом конкретной продукции. Так, действие ОСТа «Ультразвуковой контроль сварных швов в мостах, вагонах, и локомотивах» распространяется не только на предприятия Министерства путей сообщения СССР но и на предприятия всех министерств, изготовляющих мостовые конструкции, вагоны, тепловозы и электровозы.
Стандарты предприятий, разрабатываемые предприятиями (организациями), обязательны для подразделений и служб предприятия (организации), утвердившего стандарт. Порядок разработки и оформления СТП устанавливает ГОСТ 1.4–85.
ОСТ и СТП разрабатывают, развивая соответствующие ГОСТы, если таковые имеются. При разработке, регистрации, внедрении и пересмотре ГОСТов, ОСТов и СТП руководствуются документами Государственной системы стандартизации (ГСС), включающей 13 стандартов. На стадии разработки стандарта выполняют его проверку на патентную чистоту.
Кроме Государственной системы стандартизации в настоящее время действует еще ряд комплексных систем (номер системы обозначают цифрой после аббревиатуры ГОСТ), среди которых: ГОСТ 4 – Система показателей качества продукции (СПК.П); ГОСТ 8 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ); ГОСТ 15 разработка и постановка продукции на производство.
Примером комплексной стандартизации служат комплексные системы управления качеством продукции (КС УКП), построенные по отраслевому принципу, а также комплексная целевая программа стандартизации НК. В соответствии с последней разработано значительное число ГОСТов и ОСТов в области НК, ряд из которых по техническому уровню превосходит соответствующие стандарты, действующие за рубежом.
Необходимость международного сотрудничества в области стандартизации вызвала создание в 1946 г. Международной организации по стандартизации (ИСО). Высший руководящий орган ИСО – Генеральная ассамблея. Практическую работу по стандартизации ведут технические комитеты (ТК), сферы деятельности которых разграничены. Технический комитет ИСО/ТК 135 ведет работы по стандартизации в области неразрушающего контроля. В некоторых направлениях международная стандартизация развивается автономно. Примером могут служить Европейская организация по контролю качества (ЕОКК) и Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), уделяющие весьма серьезное внимание вопросам стандартизации и метрологического обеспечения НК.
Стандарты на неразрушающие методы контроля относят к одной из трех групп.
1. Стандарты общего назначения. Это стандарты на классификацию методов контроля, терминологию, единую систему обозначений, требования к содержанию стандартов других групп. Примером такого стандарта может служить ГОСТ18353–79.
2. Стандарты на средства контроля, разделяющие приборы данного типа на группы по определенным признакам, определяющие основные узлы и параметры этих приборов. В этих стандартах устанавливаются цифровые ряды или предельные значения параметров, рекомендованные к использованию.
Важную роль в повышении технического уровня приборов неразрушающего контроля играют стандарты на основные технические требования (ГОСТ ОТТ), система которых разработана и введена Госстандартом в 1985–1987 гг. ГОСТ ОТТ разработаны на ультразвуковые, вихретоковые, магнитные, радиационные и т.п. дефектоскопы, толщиномеры и другие типы приборов, являющиеся основными средствами неразрушающего контроля. В этих стандартах предусмотрено планомерное улучшение основных технических параметров, чтобы сначала достичь передового международного уровня, а затем превзойти его. Несоответствие прибора ГОСТу ОТТ автоматически лишает его возможности претендовать на высокую категорию качества, а, следовательно, влияет на прибыль и фонд экономического стимулирования предприятия – изготовителя прибора.
3. Стандарты на методики контроля различных видов продукции определенными методами, например: на радиационный контроль сварных соединений, ультразвуковой контроль труб, капиллярный контроль изделий разнообразного типа. В таких стандартах указывают ограничения на виды контролируемой продукции, типы выявляемых дефектов, основные требования к применяемой аппаратуре (в некоторых случаях рекомендуют простые средства проверки ее параметров), способы ее настройки, требования по подготовке изделий к контролю, порядок его проведения и оформления результатов.
Рассмотренная система стандартов на средства и методы контроля разрабатывается в нашей стране в плановом порядке. Уже создано большинство необходимых стандартов. Они периодически пересматриваются и совершенствуются [1].
4 Эффективность комплексного применения методов НК
Объективный анализ применения различных методов привел к целесообразности применения комплексных систем контроля, которые используют разные по физической природе методы исследования, что, в свою очередь, позволит исключить недостатки одного метода, взаимодополнить методы и реализовать тем самым принцип "избыточности" для повышения надежности контроля систем и агрегатов.
Различные методы НК характеризуется разными значениями технико-экономических параметров: чувствительностью, условиями применения, типами контролируемых объектов и т.д. Поэтому при формировании комплекса методов НК разной физической природы возникает проблема оптимизации состава комплекса с учетом критериев их эффективности и затрат ресурсов.
Комплексное использование наиболее чувствительных методов не означает, что показатели достоверности будут соответственно наибольшими, а в свою очередь, учет первоочередности технических показателей может привести к противоречиям с экономическими критериями, такими как трудозатраты, стоимость, время контроля и т.д., что, в свою очередь, может привести к тому, что выбранный комплекс методов НК может оказаться с экономической точки зрения неэффективным.
Для реализации различных методов НК разработаны различные приборы: дефектоскопы (ультразвуковые дефектоскопы сварных соединений представлены в приложении 3), толщиномеры, тепловизоры для разных дефектов (трещин, негерметичностей), электронное оборудование (для нахождения ослабления электрических контактов), механическое оборудование, которое имеет различные технико-экономические характеристики и технологии использования для различных типов дефектов и др.
Из анализа имеющихся характеристик вытекает необходимость решения задачи выбора состава (комплекса) методов НК как задачи в оптимизационной постановке. Комплексное применение методов НК для диагностики и обнаружения дефектов в агрегатах и системах направлено на обеспечение увеличения эффективности и достоверности контроля, продления работоспособности и ресурса.
Задача формирования комплекса различных методов НК для обнаружения совокупности возможных (наиболее опасных дефектов) в системе может быть сформулирована как оптимизационная многоуровневая однокритериальная (многокритериальная) задача дискретного программирования.
Решение задачи - оптимальное сочетание различных методов НК, применение которых наиболее эффективно при эксплуатации и анализе ресурса дорогостоящих систем.
Актуальными при проведении НК являются также задачи оптимального распределения объемов контроля на всех этапах жизненного цикла объекта, оптимизации мест и параметров контроля, планирования технического обслуживания системы с учетом экономических показателей [3].
5 Метрологическое обеспечение средств неразрушающего контроля
Средства неразрушающего контроля в большинстве случаев следует рассматривать как средства измерения. Метрологические обеспечение средств НК, т. е. установление и применение научных и организационных основ, приборов и устройств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений, обязательная составная часть неразрушающего контроля.
Нормативной базой метрологического обеспечения являются стандарты Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ). В состав ГСИ наряду с государственными входят отраслевые стандарты, технические условия и другие нормативно-технические документы.
Метрологическое обеспечение средств НК охватывает стадии: обоснования предложений па разработку новых средств; опытно-конструкторской разработки (ОКР) средств; постановки на производство; производства средств; эксплуатации и ремонта.
На первой стадии проводят метрологическую экспертизу заявки на разработку новой техники. В ходе ее устанавливают обоснованность и достаточность норм точности, изложенных в заявке, соответствие этих норм действующим стандартам, контролепригодность норм точности, а также объем требовании к метрологическому обеспечению предстоящего производства изделий. Результаты экспертизы оформляют в виде экспертного заключения. Эти данные учитывают при составлении карт технического уровня.
На стадии ОКР средств НК метрологической экспертизе подвергают техническое задание, технические предложения и конструкторско-технологическую документацию.
При проведении метрологической экспертизы технического задания определяют соответствие построения, изложения и оформления ГОСТ 15.001–73, возможность измерения тех параметров предполагаемого к разработке средства, к которым предъявляются точностные требования; особое внимание при этом следует уделять точностным требованиям основных параметров аппаратуры, обусловливающих достоверность результатов контроля. Метрологическую экспертизу технических заданий па ОКР средств НК проводит головная организация по государственным испытаниям средств НК, утвержденная Госстандартом. Результаты экспертизы отражают в экспертном заключении, рекомендуемая форма которого приведена в одном из документов ГСИ. Положительное заключение метрологической экспертизы является необходимым условием утверждения технических заданий на разработку всех без исключения средств измерений, предназначенных для производства, выпуска в обращение и применения в стране.
В процессе метрологической экспертизы технических предложений определяют соответствие их техническому заданию и действующим стандартам. На основании сведений о предполагаемом изготовителе средств НК выявляют контролепригодность установленных норм точности и возможность их контроля в реальных условиях изготовителя средств НК.
Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации предусматривает анализ и оценку технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению, устанавливает нормы точности, методы и приборы измерений. Она осуществляется и результаты ее оформляются в соответствии со стандартами, входящими в ГСИ. Технические условия (ТУ) на средства НК и методика поверки (ПМ) этих средств, составленные в процессе ОКР, согласовываются, как правило, головной организацией по метрологическому обеспечению средств НК Госстандарта или ведомства (министерства).
Заключение
Диагностика равноправное и неотъемлемое звено технологических процессов, позволяющее повысить надёжность выпускаемой продукции. Однако методы диагностики не являются абсолютными, т. к. на результаты контроля влияет множество случайных факторов. Об отсутствии дефектов в изделии можно говорить только с той или иной степенью вероятности. Надёжности контроля способствует его автоматизация, совершенствование методик, а также рациональное сочетание нескольких методов. Годность изделий определяется на основании норм браковки, разрабатываемых при их конструировании и составлении технологии изготовления. Нормы браковки различны для разных типов изделий, для однотипных изделий, работающих в различных условиях, и даже для различных зон одного изделия, если они подвергаются различному механич., термич. или химич. воздействию.
Применение Д. в процессе производства и эксплуатации изделий даёт большой экономический эффект за счёт сокращения времени, затрачиваемого на обработку заготовок с внутренними дефектами, экономии металла и др. Кроме того, Д. играет значительную роль в предотвращении разрушений конструкций, способствуя увеличению их надёжности и долговечности.
Отметим также задачу выбора метода (инструментов) или комплекса методов неразрушающего контроля (НК) для проведения диагностики технического состояния как отдельных элементов, так и их совокупности с учетом технико-экономических показателей. Инженерная практика выдвигает ряд требований, которым должны удовлетворять методы, прежде всего, например, возможность визуализации дефектов, высокая выявляемоесть дефектов, чувствительность приборов, компактность и практичность оборудования. Для различных работ применяются как отдельные методы НК, так и их комбинации (комплекты).
Однако, несмотря на значительные успехи в развитии методов НК и применяемые меры по контролю ТС различных деталей и изделий, отдельные дефекты остаются не выявленными и становятся причинами и результатами аварийных ситуаций и больших катастроф. Так, методы и средства НК, применяемые на стадиях производства и предэксплуатационного контроля, далеки от совершенства и в результате их применения не выявляется значительное число дефектов технологической природы.
В данной работе были рассмотрены роль и место методов НК для обеспечения надежности и долговечности изделий, а также рассматриваются модели и способы комплексирования различных по своей природе и затратам ресурсов методов НК.
Библиографический список
1 Неразрушающий контроль. Кн. 1 / Под ред. В.В. Сухорукова. М.: Высш. шк., 1991-1995.
2 Методы дефектоскопии сварных соединений / Под общ. ред. В.Г. Щербинского. М.: Машиностроение, 1987.
3 Волченко В.Н. «Контроль качества сварных конструкций». — М.: Машиностроение, 1986.
4 Контроль качества сварных и паяных соединений. Учебное пособие/ С.А. Федоров, МАТИ, М, 1989.
