Контроль и испытания при изготовлении оборудования

Сложность и высокая стоимость современного энергетического оборудования, особые требования к обеспечению безопасности персонала и окружающей среды при его эксплуатации выдвигает на передний план контроль качества.

Традиционные методы контроля качества исходных материалов, заготовок и сварных соединений предусматривают отбор (вырезку) образцов для исследования механических свойств металла:
• временного сопротивления σВ;
• предела текучести σ0,2;
• относительного удлинения δ;
• относительного сужения ψ;
• ударная вязкость аН,
для металлографических исследований микро- и макроструктуры, а также для определения длительных свойств:
• предела длительной прочности στ/t;
• предела ползучести σc/τ/t,
для материалов, работающих при высоких температурах.

Центральные заводские лаборатории металлургических и энергомашиностроительных заводов оснащаются соответствующим контрольно-измерительным оборудованием. Каждая партия поставляемых материалов снабжается сертификатом, в котором указываются свойства металла, установленные техническими условиями или ГОСТами.

Для косвенной оценки длительных свойств жаропрочных материалов (учитывая невозможность их определения при поставке каждой партии) используют шкалы микроструктур, позволяющие косвенно оценить уровень длительной прочности по удельному весу отдельных структурных составляющих. По шкалам микроструктур оценивают также содержание α-фазы в аустенитных сталях, строчечность, содержание силикатов и сульфидов, величину зерна и пр.

На основе металлографических методов исследования оценивается качество сварных соединений, особенно не поддающихся надежному неразрушающему контролю (угловые швы с конструктивным непроваром; соединения труб, выполненные контактной стыковой сваркой и др.).

В последнее время методы контроля качества исходных материалов, заготовок и сварных соединений с вырезкой образцов и последующим их исследованием все более уступают место дефектоскопии с помощью неразрушающего контроля (НК).

В основе НК лежат процессы взаимодействия различных физических полей и веществ с дефектом. Применение НК взамен традиционных методов позволяет снизить затраты и увеличить выпуск продукции, так как отпадает необходимость в вырезке образцов.

Преимущество НК – возможность его применения по единой методике с однозначной оценкой результатов как при изготовлении и монтаже оборудования, так и при его ремонте и обследовании.

С помощью НК можно выявить малейшие признаки ухудшения состояния узлов и деталей системы задолго до возможного разрушения.

В настоящее время НК органично входит в технологический процесс изготовления оборудования, он включается во все стадии производства, начиная с входного контроля материалов и полуфабрикатов и кончая монтажными операциями.

Периодичность, объемы и порядок подобных исследований регламентированы нормативными документами.
Трудоемкость дефектоскопии составляет около 30% от общих трудозатрат на изготовление изделий, а объем радиографического контроля достигает 7 млн. снимков в год.

Наибольшее распространение в энергомашиностроении получили такие методы НК как:
• метод проникающих жидкостей;
• магнитные методы;
• ультразвуковые методы;
• радиографические методы.

Ни один из перечисленных методов не является универсальным, выбор способа контроля или их сочетания определяется в каждом случае исходя из характера предполагаемых дефектов.

Ультразвуковая дефектоскопия (УЗД) наиболее эффективна для выявления глубоко залегающих дефектов определенного типа.

УЗД выявляет небольшие по размерам начальные усталостные трещины, способные в дальнейшем вызвать разрушение изделия. Большая разрешающая способность УЗД объясняется высокой частотой ультразвуковых колебаний (15-20 МГц и выше) и соответственно малой длиной волн, которые не огибают мельчайшие неоднородности в металле, а взаимодействуют с ними.

Важно, что чувствительность УЗД в отличие от рентгеноскопии почти не зависит от толщины контролируемого материала.

Достоинства УЗД:
• безвредность для персонала;
• портативность аппаратуры;
• возможность передачи информации на компьютер для автоматизированной обработки.

В последние годы развивается ультразвуковая дефектометрия – определение размеров и формы дефектов.
Известно, что наиболее опасными являются плоские дефекты и наименее опасными округлые. Однако существующие способы НК не всегда способны однозначно оценивать форму дефекта и его ориентацию, что во многих случаях приводит к перебраковке и соответственно необоснованному увеличению затрат на производство и ремонт.

В энергомашиностроении широко применяются также радиографические средства контроля или контроль проникающим излучением (рентгеновским, гамма- и нейтронным излучением).

Эти способы контроля требуют наибольших капитальных и текущих затрат из-за необходимости сооружения крупных камер с мощной биологической защитой.

Новым методом НК с помощью рентгеновских лучей является томография, широко развитая в медицине и используемая теперь в машиностроении.

Рентгеновские томографы, сочетающие получение ряда двухмерных изображений с последующей математической обработкой данных, обеспечивают высокую контрастность изображения и повышенную разрешающую способность.

Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) использует магнитное поле рассеяния, возникающее над дефектом при намагничивании изделия. В качестве индикатора поля рассеяния служат частицы магнитного порошка. Сущность магнитопорошкового метода заключается в том, что на поверхность намагниченной детали наносят ферромагнитный порошок в виде суспензии («мокрый» метод) или в виде магнитного аэрозоля («сухой» метод) (для шероховатых поверхностей). Под действием магнитных полей рассеяния частицы порошка перемещаются по поверхности детали и скапливаются в виде валиков над дефектами, где величина этого поля максимальна. Форма скоплений соответствует очертаниям выявленных дефектов.

Чувствительность метода зависит от:
• размера частиц порошка;
• способа нанесения;
• напряженности приложенного поля;
• рода используемого тока (постоянный или переменный);
• формы, размера и глубины залегания дефектов;
• ориентации дефектов относительно поверхности изделия;
• состояния и формы поверхности.

МПД применима только для ферромагнитных материалов, т.е. для нержавеющих сталей аустенитного класса метод использовать нельзя.
Метод проникающих жидкостей (пенетрантов) используется для обнаружения дефектов, выходящих на поверхность. Пенетрант наносится тонким ровным слоем на контролируемую предварительно смоченную поверхность и при наличии поверхностных дефектов заполняет пустоты благодаря капиллярному эффекту. Затем избыток пенетранта удаляется и для повышения контрастности наносится проявляющее вещество. Этот метод чувствителен к качеству поверхности, ее чистоте и увлажнению.

В качестве пенетрантов используются:
• красители (контроль ведется при обычном освещении);
• флюоресценты (контроль в затемненном помещении при ультрафиолетовом облучении объекта);
• жидкости с двойной светочувствительностью (объединяют в себе характеристики двух предыдущих типов).

Основные этапы капиллярной дефектоскопии:
Поверхность изделия очищают от грязи, пыли, жировых загрязнений, остатков флюса и т.п. После очистки, обезжиривания и сушки на подготовленную поверхность контролируемого изделия наносят слой пенетранта и некоторое время выдерживают, чтобы жидкость могла проникнуть в открытые полости дефектов. Затем поверхность очищают от жидкости, часть которой остается в полостях дефектов. Чтобы повысить выявляемость дефектов, на поверхность изделия после удаления с нее пенетранта наносят специальный проявляющий материал (сорбент) в виде быстро сохнущей суспензии. Проявляющий материал (обычно белого цвета) вытягивает пенетрант из полости дефектов, что приводит к образованию на проявителе индикаторных следов. Индикаторные следы полностью повторяют конфигурацию дефектов в плане, но больше них по размерам. Такие индикаторные следы легко различимы невооруженным глазом. Размер индикаторного следа тем больше, чем глубже дефект, т.е., чем больше в нем пенетранта и чем больше выдержка с момента нанесения проявляющего слоя.

Метод проникающих жидкостей позволяет существенно сократить ошибки визуального контроля, зависящие от остроты зрения наблюдателя. Он применим к гладким поверхностям изделий из любых материалов (магнитных и немагнитных) и используется как при индивидуальном, так и при крупносерийном производстве.
«-» Метод применим только к поверхностным дефектам и невозможность определения глубины и ширины дефекта.

Гидроиспытание используется для общего контроля прочности и плотности узлов, работающих под давлением. Гидроиспытание проводится обычно при давлении на 25% превышающее рабочее. В соответствии с техническими условиями гидроиспытание может проводиться при повышенной температуре или при циклическом нагружении. Это способствует более полному выявлению скрытых дефектов. Для тонкостенных малогабаритных сосудов, рассчитанных для работы с небольшим избыточным давлением применяют испытание сжатым воздухом с погружением изделия в воду или нанесением на сварные швы мыльного раствора.

Среди новых методов НК можно выделить следующие.
Метод акустической эмиссии основан на улавливании и измерении звуковых колебаний, генерируемых самим контролируемым объектом при нагружении.

«+» Достоинством данного метода является возможность непрерывного контроля за состоянием всего объекта в процессе эксплуатации.

Голографические методы являются перспективными для выявления расслоений и трещин. Они обладают высокой пространственной разрешающей способностью.

Наряду с широким использованием НК значительное место в энергомашиностроении занимают натурные испытания материалов, элементов и узлов в условиях, приближенных к эксплуатационным.

Исследования механических свойств конструкционных материалов и узлов хорошо отработаны, созданы и широко используются различные виды испытательного оборудования. Однако развитие атомного машиностроения и турбостроения, увеличение единичной мощности энергоблоков вызвали необходимость создания уникального по мощности испытательного оборудования. Натурные испытания позволяют организовать систематические исследования влияния масштабного фактора при оценке сопротивления хрупкому разрушению, что имеет большое практическое значение для обеспечения надежности крупных реакторов, котельных барабанов, роторов турбины.

Стендовые испытания очень дорогостоящие способы контроля. Это связано с высокой стоимостью испытательных стендов, а также большими затратами на их обслуживание и обработку результатов испытаний.

Необходимость стендовых испытаний и обработки вызвана тем, что уровень современных теоретических знаний не позволяет прогнозировать характеристики многих видов энергооборудования при всех возможных режимах его работы.

В процессе стендовых испытаний удается в течение относительно короткого срока получить и обработать огромный объем информации. Применяемая при этом автоматизированная система эксперимента (АСЭ) позволяет осуществлять измерения, сбор результатов и первичную их обработку в режиме реального времени. Она обеспечивает выдачу экспресс-информации и ее тематическую обработку в целях получения физических параметров исследуемого узла.


Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru