Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Астраханский государственный технический университет»

ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

Курсовая работа

по дисциплине «Диагностика технического состояния объектов нефтяных и газовых промыслов»

Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов

Выполнил:

Петров В.В.

Астрахань 2020



Введение

Техническая диагностика - молодая наука, возникшая в последние десятилетия в связи с потребностями современной техники. Все возрастающее значение сложных и дорогостоящих технических систем, применяемых при добыче, транспортировке и переработке нефти и газа, требования их безопасности, безотказности и долговечности делают весьма важной оценку состояния системы, ее надежности.

Уровень безопасности связан со свойствами перерабатываемых веществ, режимами и условиями эксплуатации оборудования, его техническим состоянием. Техническая диагностика является одним из основных элементов системы управления промышленной безопасностью в России. Общие требования по безопасности промышленных объектов установлены Федеральным законом Российской Федерации «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 20 июля 1997 г. Этот закон обязывает организации, эксплуатирующие опасные производственные объекты (к ним относятся все объекты нефтегазовой промышленности), проводить диагностику и испытания технических устройств, оборудования и сооружений в установленные сроки и в установленном порядке. Диагностика, в том числе с использованием методов неразрушающего контроля, может проводиться как самой эксплуатирующей организацией, так и с привлечением специализированной организации (имеющей соответствующую лицензию) в составе экспертизы промышленной безопасности. Надзор за безопасностью потенциально опасных производственных объектов осуществляется государственными надзорными органами: Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору, МЧС, Минэнерго, ГУПО МВД, каждым по своей части.



1. Понятия надежности

Технический объект (объект) - любое изделие (элемент, устройство, подсистема, функциональная единица или система), которое можно рассматривать в отдельности.

Объектом может выступать сборочная единица, деталь, компонент, элемент, устройство, функциональная единица, оборудование, изделие, система, сооружение.

Объектом может быть аппаратное средство, также может включать в себя программное обеспечение, персонал или их комбинации.

Техническая система - искусственно созданная система, предназначенная для удовлетворения определенной потребности, существующая, как изделие производства, как устройство, потенциально готовое совершить полезный эффект, как процесс взаимодействия с компонентами окружающей среды, в результате которого образуется полезный эффект.

К техническим системам относятся отдельные машины, аппараты, приборы, сооружения, ручные орудия, их элементы в виде узлов, блоков, агрегатов и др.

Элемент технической системы - относительно целая часть системы, обладающая некоторыми свойствами, не исчезающими при отделении от системы.

Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации

Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Примечание. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, при которых объект способен частично выполнять требуемые функции.

Исправное состояние - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Примечание. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Наработка - продолжительность или объем работы объекта.

Примечание. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т. п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т. п.).

Критерий предельного состояния - признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.

Примечание. В зависимости от условий эксплуатации для одного и того же объекта могут быть установлены два и более критериев предельного состояния.

Классификация отказов машин и оборудования

Тип отказа:

- функциональный (выполнение основных функций объектом прекращается, например, поломка зубьев шестерни);

- параметрический (некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах, например, потеря точности станка).

Природа отказа:

- случайный, обусловленный непредусмотренными перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала или сбоями системы управления и т. п.;

- систематический, обусловленный закономерными и неизбежными явлениями, вызывающими постепенное накопление повреждений: усталость, износ, старение, коррозия и т. п.

Характер возникновения:

- внезапный - отказ, характеризующийся быстрым (скачкообразным) изменением значений одного или нескольких параметров объекта, определяющих его качество;

- постепенный - отказ, характеризующийся медленным (постепенным) изменением параметров объекта.

Причина возникновения:

- конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта;

- производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии;

- эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации.

Характер устранения:

- устойчивый отказ;

- перемежающийся отказ (возникающий/исчезающий).

Последствия отказа:

- лёгкий отказ (легкоустранимый);

- средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов - вторичные отказы);

- тяжёлый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека).

Дальнейшее использование объекта:

- полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения;

- частичные отказы, при которых объект может частично использоваться.

Легкость обнаружения:

- очевидный (явный) отказ;

- скрытый (неявный) отказ - не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики.

Время возникновения:

- приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации;

- отказы при нормальной эксплуатации;

- износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов и пр.

У объектов, функционирующих не постоянно во времени, отказы могут быть следующих видов:

- отказ срабатывания, заключающийся в невыполнении объектом требуемого срабатывания;

- ложное срабатывание, заключающееся в срабатывании при отсутствии требования;

- излишнее срабатывание, заключающееся в срабатывании при требовании срабатывания других элементов.

Наряду с отказом различают также повреждения. Несущественное повреждение не нарушает работоспособность (например, перегорела сигнальная лампа). Существенное же повреждение есть отказ.

По характеру исполнения и функционирования (в зависимости от ремонтопригодности) элементы (объекты) могут быть восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Если при отказе объект либо не подлежит, либо не поддается восстановлению, то он является невосстанавливаемым. Невосстанавливаемые объекты работают только до первого отказа.



2. Понятия и положения теории вероятностей, применяемые для оценки надежности машин и оборудования

Надежность объектов нарушается возникающими отказами. Отказы рассматривают как случайные события. Для количественной оценки надежности используются методы теории вероятности и математической статистики. Показатели надежности могут определяться чисто аналитическим путем на основе математической модели - математического определения надежности. Показатели надежности могут определяться в результате обработки опытных данных -это статистическое определение показателя надежности. Момент возникновения отказа, частота возникновения отказов - величины случайные. Поэтому базовыми методами для теории надежности являются методы теории вероятности и математической статистики. Случайное событие - событие, которое при осуществлении совокупности условий S может либо произойти, либо не произойти. Случайное событие характеризуется вероятностью реализации Р.

Событие

Первичным (неопределяемым) понятием в теории вероятностей является понятие события. Под событием понимается всякое явление, о котором можно говорить, что оно происходит (имеет место) или не происходит.

Опыт или испытание

Опытом, или испытанием, называют всякое осуществление определенного комплекса условий или действий, при которых происходит соответствующее явление. Возможный результат опыта называют событием.

Частота - это отношение числа произошедших событий А к числу экспериментов, в ходе которых событие А могло произойти.

Статистическое определение вероятности - это число Р(А), около которого колеблется значение статистической частоты этого события при условии увеличения количества испытаний. Другими словами, статистическая вероятность - это вероятность события, рассчитанная опытным путем.

Вероятность - степень (относительная мера, количественная оценка) возможности наступления некоторого события.

Достоверные (закономерные) события - это такие события, которые при соблюдении определ?нных условий, должны обязательно произойти. Например, балка под нагрузкой обязательно прогн?тся.

Невозможные события - такие события, которые при определ?нных условиях произойти не могут. Например: отключенный станок работать не будет.

Случайными (вероятностными) событиями являются такие, которые при соблюдении определ?нных условий или произойдут или нет.

Несовместные

События называются несовместными, если появление одного из них исключает появление других. То есть, может произойти только одно определённое событие, либо другое.

Совместные

События называются совместными, если наступление одного из них не исключает наступления другого.

Независимые и зависимые

Два случайных события А и В называются независимыми, если наступление одного из них не изменяет вероятность наступления другого. В противном случае события А и В называют зависимыми.

Противоположные

Два случайные события А и В называются противоположными, если они несовместны и образуют полную группу событий.

Условная вероятность - вероятность наступления события А при условии, что событие B произошло.

Полная группа событий

Полной группой (системой) событий в теории вероятностей называется система случайных событий такая, что в результате произведенного случайного эксперимента непременно произойдет одно и только одно из них. Сумма вероятностей всех событий в группе всегда равна 1.

Сумма (объединение) событий - это событие, состоящее в появлении хотя бы одного из данных событий.

Произведение (пересечение) событий - это событие, состоящее в появлении всех данных событий.

Вероятность суммы двух совместных событий равна сумме вероятностей этих событий без вероятности их произведения

Вероятность произведения двух событий (совместного появления этих событий) равна произведению вероятности одного из них на условную вероятность другого, вычисленную при условии, что первое событие уже наступило.

Формула полной вероятности позволяет вычислить вероятность интересующего события через условные вероятности этого события в предположении неких гипотез, а также вероятностей этих гипотез.

Рисунок 1 - Формула полной вероятности.

Теорема Байеса (или формула Байеса) - одна из основных теорем элементарной теории вероятностей, которая позволяет определить вероятность какого-либо события при условии, что произошло другое статистически взаимозависимое с ним событие. Другими словами, по формуле Байеса можно более точно пересчитать вероятность, взяв в расчёт как ранее известную информацию, так и данные новых наблюдений.



Рисунок 2 - Формула Байеса.

3. Понятие случайной или стохастической величины

Случайная величина (случайная переменная, случайное значение) -это математическое понятие, служащее для представления случайных явлений, когда для них может быть определена их вероятность, то есть мера возможности наступления.

Распределение вероятностей - это закон, описывающий область значений случайной величины и соответствующие вероятности появления этих значений.

Дискретными называются случайные величины, значениями которых являются только отдельные точки числовой оси. (Число их может быть как конечно, так и бесконечно).

Непрерывными называются случайные величины, которые могут принимать все значения из некоторого числового промежутка.

Интегральный закон распределения

Интегральный закон распределения

Функцией распределения непрерывной случайной величины X называется функция

F(x), которая для любого действительного числа x равна вероятности события {X < x}:



Рисунок 3

Функция F(x) существует как для дискретных, так и для непрерывных случайных величин.

Дифференциальный закон распределения

Плотностью распределения непрерывной случайной величины X называется функция: f ( x )= F'( x ).

Плотность распределения указывает на то, как часто случайная величина появляется в некоторой окрестности т. x при повторении опытов.

График плотности распределения f (x) называется кривой распределения.

Выборочная (эмпирическая) функция распределения в математической статистике - это приближение теоретической функции распределения, построенное с помощью выборки из него.

Рисунок 4 - Гистограмма



Правило Стёрджеса - эмпирическое правило определения оптимального количества интервалов, на которые разбивается наблюдаемый диапазон изменения случайной величины при построении гистограммы плотности её распределения.

Количество интервалов n определяется как:

n=1+[log₂N]

где N - общее число наблюдений величины, log₂ - логарифм по основанию 2, [x]- обозначает целую часть числа.

Часто встречается записанным через десятичный логарифм:

n=1+[3,322lgN]

4. Показатели безотказности

Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданной наработки или заданном интервале времени отказ объекта не возникает.

Показатель вероятности безотказной работы определяется статистической оценкой:

,

где N₀ - исходное число работоспособных объектов, n(t) - число отказавших объектов за время t.

Вероятностью отказа называют вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации, в пределах заданной наработки произойдет хотя бы один отказ.



Q(t)=1-P(t)

Средняя наработка на отказ - технический параметр, характеризующий надёжность восстанавливаемого прибора, устройства или технической системы.

Средняя продолжительность работы устройства между отказами, то есть показывает, какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается в часах.

где t_i - наработка до наступления отказа i; m - число отказов.

Средняя наработка до отказа - эквивалентный параметр для неремонтопригодного устройства. Поскольку устройство не восстанавливаемое, то это просто среднее время, которое проработает устройство до того момента, как сломается.

Гамма-процентная наработка до отказа - показатель безотказности характеризующий наработку цифрового устройства в течение которой отказ не возникнет с вероятностью г, выраженной в процентах.

Интенсивность отказов - отношение числа отказавших объектов (образцов аппаратуры, изделий, деталей, механизмов, устройств, узлов и т. п.) в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными. Другими словами, интенсивность отказов численно равна числу отказов в единицу времени, отнесенное к числу узлов, безотказно проработавших до этого времени.

Параметр потока отказов - отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки.

Для установления значения вероятности безотказной работы серийных изделий используют формулу для среднестатистического значения:

,

где N-n(t) число наблюдаемых изделий, N₀- число отказавших элементов за время t, N_p- число работоспособных изделий к концу времени t испытаний или эксплуатации.

Как правило, на практике функция распределения наработки объектов до отказа Q(t) (или иные показатели надежности) нам не известны. Для ее приближенного вычисления используются статистические данные, определяемые опытным путем. При этом делается допущение, что в опыте используются совершенно одинаковые объекты и испытания проводятся в идентичных условиях.

Для оценки надежности по статистическим данным необходима большая работа по правильному и объективному сбору этих данных.

Расчет надежности может проводиться либо в процессе испытаний на надежность, либо на основе опыта эксплуатации.

Особенностью оценки надежности по статистическим данным является ограниченность статистического материала, которого недостаточно для точного определения показателей надежности. Приближенное случайное значение показателя называется оценкой показателя.

5. Показатели долговечности

Характеризуют свойство технического изделия сохранять во времени работоспособность до наступления предельного состояния, когда оно теряет работоспособность при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Средний ресурс - это математическое ожидание ресурса.

Гамма-процентный ресурс - это наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью, выраженной в процентах.

Остаточный ресурс - это суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в предельное состояние

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Средний срок службы - математическое ожидание срока службы.

Гамма-процентный срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта, в течение которой он не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью г, выраженной в процентах.

Остаточный срок службы - срок службы, исчисляемый от текущего момента времени.

Назначенный срок службы - календарная продолжительность эксплуатации объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.

6. Основные термины, понятия и определения технической диагностики

Техническая диагностика - область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов.

Техническое диагностирование - определение технического состояния.

Задачами технического диагностирования являются:

- контроль технического состояния;

- поиск места и определение причин отказа (неисправности);

- прогнозирование технического состояния.

Иногда допускается некорректное применение этих двух терминов в плане отождествления. Поэтому следует четко определиться, что диагностика - это наука, диагностирование -это процесс.

Техническое состояние объекта - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией.

Объект технического диагностирования (контроля технического состояния) - изделие и (или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю).

Контроль технического состояния - проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени. Видами технического состояния являются, например, исправное, работоспособное, неисправное, неработоспособное и т.п. в зависимости от значений параметров в данный момент времени.

Контроль функционирования - операции, проводимые для подтверждения способности объекта выполнять требуемые функции, в том числе и после устранения отказа

7. Прогнозирование ТС

Прогнозирование технического состояния - определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени.

Примечание. Целью прогнозирования технического состояния может быть определение с заданной вероятностью интервала времени (ресурса), в течение которого сохранится работоспособное (исправное) состояние объекта или вероятности сохранения работоспособного (исправного) состояния объекта на заданный интервал времени

Средства технического диагностирования (СТД) - это технические устройства, предназначенные для измерения текущих значений диагностических параметров.

Приспособленность объекта к диагностированию (контролепригодность)- свойство объекта, характеризующее его пригодность к проведению диагностирования (контроля) заданными средствами диагностирования (контроля)

Технический диагноз-результат диагностирования.

Приспособленность объекта к диагностированию (контролепригодность)- свойство объекта, характеризующее его пригодность к проведению диагностирования (контроля) заданными средствами диагностирования (контроля)

Система технического диагностирования (контроля технического состояния)- совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации.

Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состояния)- совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования (контроля).

Диагностическая модель - формализованное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования.

Примечание. Описание может быть представлено в аналитической, табличной, векторной, графической и других формах.

Диагностическое обеспечение - комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла объекта.



8. Структура технической диагностики

Рисунок 5 - Структура технической диагностики.

9. Параметры ТС

Параметры технического состояния (ПТС) - это различные физические величины, характеризующие работоспособность или исправность объекта, которые можно количественно измерить. Различают структурные и диагностические параметры ТС.

Диагностический (контролируемый) параметр - параметр объекта, используемый при его диагностировании (контроле).

Ресурсный параметр - это такой параметр, изменение которого сверх предельного значения приводит к потере работоспособности узла, агрегата, машины в результате исчерпания ресурса или возникновения критического дефекта.

Функциональные параметры характеризуют выполняемую функцию.

Качественные признаки технического состояния, появляющиеся в результате изнашивания, деформации, разрушения или старения детали, материалов под влиянием условий эксплуатации.

Достоверность диагностирования - это степень объективного соответствия результатов диагностирования (контроля) действительному техническому достоянию объекта.

Полнота технического диагностирования (контроля технического состояния)- характеристика, определяющая возможность выявления отказов (неисправностей) в объекте при выбранном методе его диагностирования (контроля).

Глубина поиска места отказа (неисправности)- характеристика, задаваемая указанием составной части объекта с точностью, до которой определяется место отказа (неисправности)

Условная вероятность необнаруженного отказа (неисправности) при диагностировании (контроле)- вероятность того, что неисправный (неработоспособный) объект в результате диагностирования (контроля) признается исправным (работоспособным).

Условная вероятность ложного отказа (неисправности) при диагностировании (контроле)- вероятность того, что исправный (работоспособный) объект в результате диагностирования (контроля) признается неисправным (неработоспособным).

Номинальное значение параметра - значение параметра, определенное его функциональным назначением и служащее началом отсчета отклонений. Номинальная величина параметра бывает, как правило, у новых или капитально отремонтированных узлов и агрегатов после их обкатки и приработки.

Предельное значение параметра - наибольшее или наименьшее значение параметра, которое может иметь работоспособная составная часть.



10. Постановка задач технической диагностики

1) выявление конечного множества возможных состояний объектов контроля, распознавать которые необходимо при эксплуатации.

2) анализа физических и физико-химических процессов, протекающих в элементах и узлах двигателей, механизмов, систем и конструкций при нормальном функционировании и при возникновении и развитии неисправностей.

3) разработка методов экспериментального определения диагностического распознавания состояний.

4) выбора диагностических параметров и признаков, обеспечивающих распознавание состояний.

5) разработка и обоснование выбора методов оценки состояния, поиска неисправностей и прогнозирования.

6) разработки системы сбора, хранения, анализа диагностической информации.

7) разработки системы технического диагностирования с учетом контролепригодности ТС.

8) Внедрения и определения места технической диагностики в системе эксплуатации с целью оптимизации процесса при техническом обслуживании для обнаружения неисправностей и предотвращения отказов, необходимости регулировок, полного использования ресурса механизмов, систем и конструкций.

11. Дефекты металла и металлоконструкций

Дефекты металлов:

Можно выделить процессы, при которых часто возникают дефекты:

Дефекты возникающие при деформации твердого тела. Процесс образования дефектов при деформации небольшой величины идет не интенсивно. После снятия напряжения вызывающего эту деформацию, тело может принять первоначальную форму. Однако, если уровень деформации превысить пороговое значение, то количество дефектов начнет расти очень быстро, что приведет к необратимому процессу пластической деформации материала. Вызвана пластическая деформация именно плотностью и величиной образовавшихся дефектов, которые не дадут образцу принять первоначальную форму.

Дефекты обработки поверхности. В процессе снятия стружки или шлифовки материала всегда возникают микротрещины на поверхности объекта.

Дефекты литейного происхождения. Дефектов этого типа существует очень много, приведем парочку примеров. Когда расплавленный сплав заливают в формы и он начинает остывать то из-за неравномерности остывания некоторые части слитка застывают раньше, а другие позже, это создает сдвиги слоев между собой. Кроме того, в сплав могут попасть мелкие пузыри воздуха отчего образуются поры.

Дефекты прокатного производства. Дефекты прокатного производства образуются при нарушении технологии прокатки и предварительного нагрева заготовки. Неправильный коэффициент обжатия или недостаточный нагрев заготовки перед прокаткой может привести к появлению на поверхности стали - усов, волосовин, флокенов, трещин, сколов, смятых концов и других дефектов.

Дефекты термообработки. Дефекты термообработки - образуются при неправильном выборе термического режима или его несоблюдении. Наиболее часто на этапе термообработки образуются следующие дефекты - перегрев (можно исправить повторным нагревом), пережог, термическое трещинообразование и другие. Дефекты, возникающие при хранении, транспортировке и складировании.

Дефекты хранения. В ходе перевозки или хранения металл может быть деформирован - погнут, замят. Также при длительном лежании металла происходит его старение, в результате чего он теряет прочностные и пластические свойства.

Дефекты отливок приведены на рисунке 6.

I группа - несоответствия по геометрии: недолив 1, вылом 2, перекос 3, разностенность 4;

II группа - дефекты поверхности: пригар 1, нарост 2, ужимина 3, залив 4;

III группа - несплошности в теле отливки: усадочные раковины 1, газовые раковины 2, пористость 3;

IV группа - включения: металлические 1, неметаллические (песчаные раковины) 2, королек 3.

Рисунок 6- Дефекты отливок

Дефекты при сварке плавлением:

- трещины;

- полости, поры;

- твердые включения;

- несплавления и непровары;

- нарушение формы шва;

- прочие дефекты, не включенные в вышеперечисленные группы.

Дефекты термообработки:

- перегрев-увеличение зерен (крупнозернистость);

- пережег-оплавление включений на границах зерен;

- обезуглероживание;

- науглероживание;

- мягкие пятна на поверхности;

- трещины термические;

- трещины водородные;

- флокены-тонкие извилистые трещины, светлые в изломе;

- несоответствие толщины, структуры закаленного слоя при поверхностной термообработке.

Дефекты, возникающие при механической обработке:

- трещины отделочные;

- трещины шлифовочные;

- прожог.

Обработка давлением:

- расслоение-несплошность в плоскости прокатки;

- шлаковое включение;

- волосовина-тонкие поверхностные штрихи;

- плена;

- ликвация;

- скворечник;

- рванина-надрыв на поверхности;

- пресс-утяжка-конусообразная несплошность в центральной части.



12. Классификация процессов повреждений

Объемные процессы повреждений:

Пластическая деформация. При возрастании касательных напряжений выше определенной величины (предел или порог упругости) деформация становится необратимой. При снятии нагрузки устраняется лишь упругая составляющая деформации. Часть же деформации, которую называют пластической, остается.

Изменения свойств и структуры материала достигают путём термической обработки - закалки, отпуска, отжига. Термическая обработка состоит в том, что металл нагревают до высокой температуры и затем подвергают быстрому (закалка) или медленному (отпуск, отжиг) охлаждению. При этом изменяется величина зёрен металла. Так, при закалке зёрна стали вследствие быстрого охлаждения не успевают вырасти и получается мелкозернистая структура, отличающаяся большой однородностью и твёрдостью.

Трещинообразование- хрупкое разрушение обычно пластичного материала, обусловленное коррозионным действием окружающей среды. Трещинообразование под действием окружающей среды - общий термин, который включает коррозионную усталость, высокотемпературное наводораживание, водородное вспучивание на поверхности, водородную хрупкость, жидкометаллическую хрупкость, твердое металлическое охрупчивание, трещинообразование от коррозии под напряжением и сульфидное трещинообразование под напряжением

Поверхностные процессы повреждений:

Механические:

- смятие - пластическая деформация поверхностного слоя, например, между цапфой и посадочным местом на оси, искажение профилей зубьев тяжело нагруженных колес при образовании канавок на поверхности зубьев одного колеса, а наплывов - на другом;

- обмятие - пластическая деформация по периметру детали, например, шейки вала;

- наволакивание металла на посадочные поверхности; например, происходит при небольшом проворачивании кольца подшипника качения;

- усталостное выкрашивание (питтинг) - образование раковин, например, на дорожках и телах качения подшипников из-за действия циклических нагрузок;

- отслаивание наблюдается на деталях с явно выраженным поверхностным слоем, т.е. упрочненных поверхностной закалкой, цементацией, нитроцементацией. Процесс отслаивания зарождается под упрочняющим слоем.

Разъедание:

- атмосферной коррозии подвергаются внешние части машин при действии на них атмосферных осадков и влажного воздуха.

- электрохимической коррозии способствует неоднородность материала, связанная с различными значениями электродного потенциала отдельных участков поверхности.

- коррозия газовая или химическая возникает при контакте металлов и сплавов с сухими газами или неэлектролитными теплоносителями,

- эрозия - это «размывание» поверхностного слоя потоком жидкости или газа при больших скоростях. Наличие в них абразивных частиц вызывает на поверхности появление локальных пятен, выбоин, кратеров, царапин и т.п.;

- кавитация - явление местного гидравлического удара вследствие образования в потоке жидкости пузырьков пара и газа, которые при переходе в область с высоким давлением при конденсации пара схлопываются;

- прогар - процесс, характерный для деталей, работающих при высоких температурах и соприкасающихся с горячей струей газа.

- растрескивание - процесс, происходящий при одновременном действии коррозионной среды и статических или повторно-статических нагрузок.

Наростообразование - присоединение (нарост) материала, в результате которого поверхность и ее материал изменяют размеры и свойства:

- адгезия - процесс налипания вследствие интенсивного молекулярного взаимодействия, например, нарост на токарном резце из-за высоких температур и давлений в зоне резания, изменяющий режущие свойства инструмента и влияющий на его долговечность;

- когезия - процесс сцепления молекул взаимодействующих деталей;

- адсорбция - процесс поглощения одного контактирующего материала другим;

- диффузия - процесс взаимопроникновения материалов контактирующих деталей;

- нагар - процесс налипания, например, продуктов сгорания на поверхности камер сгорания;

- облитерация - процесс заращивания каналов особенно с малыми проходными сечениями, связанный с налипанием твердых частиц и примесей в жидкости на его стенки.

Изменение свойств поверхностного слоя:

- шероховатости - изменение микрорельефа контактирующих поверхностей;

- твердости - изменение показателя твердости от наклепа или разупрочнения, полученного ранее при определенном технологическом процессе изготовления детали;

- напряженного состояния - процесс его изменения при эксплуатации;

- контактной жесткости - изменение упругих свойств материала поверхности;

- отражательной способности - процесс старения отражающих покрытий.

Изнашивание. Согласно ГОСТ 27674-88 установлены следующие виды и разновидности изнашивания деталей машин: механическое, происходящее в результате механических воздействий; коррозионно-механическое, происходящее при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой; окислительное; при фреттинг-коррозии; электроэрозионное. В данной классификации изнашивание представлено следующим образом:

- абразивное - механическое воздействие частицами и продуктами износа, попавшими извне на поверхности трения;

- гидро- и газо-абразивное - изнашивание в результате действия твердых частиц, увлекаемых потоками жидкости или газа;

- усталостное - следствие циклического воздействия на микровыступы трущихся поверхностей;

- адгезионное - изнашивание, связанное с интенсивным молекулярным взаимодействием, силы которого превосходят прочность связей материала поверхностных слоев с основным материалом;

Визуальный и измерительный контроль (ВИК) - один из методов неразрушающего контроля, в первую очередь основан на возможностях зрения, объект контроля исследуется в видимом излучении.

13. Визуальный и измерительный методы контроля

Визуально-оптический метод оптического излучения; визуально-оптический метод: Метод оптического неразрушающего контроля, основанный на наблюдении объекта контроля или его изображения с помощью оптических или оптико-электронных приборов.

Визуальный и измерительный контроль материалов на стадии входного контроля выполняют при поступлении материала (полуфабрикатов, заготовок, деталей) в организацию с целью подтверждения его соответствия требованиям стандартов, технических условий (далее - ТУ), конструкторской документации и Правил.

Визуальный и измерительный контроль материалов (заготовок, полуфабрикатов, деталей) на стадии входного контроля, изготовления деталей и сборочных единиц и при подготовке их к сборке проводят с целью выявления деформаций, поверхностных трещин, расслоений, закатов, забоин, рисок, раковин и других несплошностей; проверки геометрических размеров заготовок, полуфабрикатов и деталей; проверки допустимости выявленных деформаций и поверхностных несплошностей.

Визуальный и измерительный контроль на стадии входного контроля материалов (полуфабрикатов, заготовок, деталей) выполняют в соответствии с Программой (планом, инструкцией) входного контроля (приложение Б), которая разрабатывается организацией, выполняющей входной контроль. Программа (план, инструкция) входного контроля разрабатывается в соответствии с требованиями стандартов и отраслевых документов. В Программе (плане, инструкции) входного контроля должны быть указаны объекты контроля (заготовки, полуфабрикаты, детали), виды и объемы контроля, способы контроля, включая схемы выполнения замеров контролируемых параметров, нормативные показатели допустимых отклонений.

Визуальный и измерительный контроль при изготовлении (строительстве, монтаже, ремонте и реконструкции) технических устройств и сооружений выполняют в соответствии с требованиями Технологической карты контроля и (или) Карт (схем) операционного контроля.

Визуальный и измерительный контроль проводят невооруженным глазом и (или) с применением визуально-оптических приборов до 20-кратного увеличения (луп, микроскопов, эндоскопов, зеркал и др.). При контроле материала и сварных соединений (наплавок) при изготовлении (строительстве, монтаже, ремонте и реконструкции) технических устройств и сооружений используют лупы с 2-7-кратным увеличением, а при оценке состояния технических устройств и сооружений в процессе их эксплуатации - лупы до 20-кратного увеличения.

Визуально измерительный контроль материалов, сварных соединений

Визуальный и измерительный контроль выполняют до проведения контроля материалов и сварных соединений (наплавок) другими методами неразрушающего контроля, а также после устранения дефектов.

Поверхности материалов и сварных соединений (наплавок) перед контролем очищаются от влаги, шлака, брызг металла, ржавчины и других загрязнений, препятствующих проведению контроля.

При визуальном и измерительном контроле применяют:

- шаблоны

- нутромеры микрометрические и индикаторные

- штриховые меры длины

- лупы

- угольники

- калибры

- эндоскопы

- угломеры с нониусом

- щупы

- штангенциркули

- толщиномеры

- микрометры

- поверочные плиты

14. Дефектоскопия

Дефектоскопия - это область знаний, охватывающая теорию, методы и технические средства определения дефектов в материале контролируемых объектов, в частности в материале деталей машин и элементов металлоконструкций

Согласно ГОСТ 18353 методы неразрушающего контроля классифицируют по видам: акустические, магнитные, оптические, проникающими веществами, радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические, электромагнитные. Каждый вид представляет собой условную группу методов, объединенных общностью физических характеристик.

Выбор вида дефектоскопии зависит от материала, конструкции и размеров деталей, характера выявляемых дефектов и условий дефектоскопии (в мастерских или на машине). Основными качественными показателями методов дефектоскопии являются чувствительность, разрешающая способность, достоверность результатов. Чувствительность - наименьшие размеры выявляемых дефектов; разрешающая способность - наименьшее расстояние между двумя соседними минимальными выявляемыми дефектами, измеряется в единицах длины или числом линий на 1 мм. Достоверность результатов - вероятность пропуска дефектов или браковки годных деталей.

Чувствительность- способность метода неразрушающего контроля к обнаружению несплошностей.

Примечание - чем выше чувствительность, тем лучше выявляемость малых несплошностей (см. порог чувствительности).

Разрешающая способность - способность достоверно, уверенно различать близко расположенные несплошности.

Достоверность неразрушающего контроля - показатель неразрушающего контроля (количественный или качественный), связанный с вероятностями принятия безошибочных решений о наличии или отсутствии дефектов.



15. Краткие характеристики методов неразрушающего контроля

Магнитный неразрушающий контроль - вид неразрушающего контроля, основанный на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом

Вихретоковый неразрушающий контроль- вид неразрушающего контроля, основанный на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте.

Тепловой неразрушающий контроль- вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов, вызванных дефектами

Визуально-оптический метод- метод неразрушающего контроля, основанный на получении первичной информации об объекте при визуальном наблюдении или с помощью оптических приборов

Электрический неразрушающий контроль - вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом или возникающего в контролируемом объекте в результате внешнего воздействия.

Радиоволновой неразрушающий контроль- вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с контролируемым объектом.

Радиационный неразрушающий контроль- вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируемым объектом.

Акустический неразрушающий контроль- вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и (или) возникающих в контролируемом объекте.

Примечание. При использовании упругих волн ультразвукового диапазона частот (выше 20 кГц) допустимо применение термина "ультразвуковой" вместо термина "акустический"

Неразрушающий контроль проникающими веществами- вид неразрушающего контроля, основанный на проникновении веществ в полости дефектов контролируемого объекта.

Примечание. При выявлении невидимых или слабовидимых глазом поверхностных дефектов, термин "проникающими веществами" может изменяться на "капиллярный", а при выявлении сквозных дефектов - на "течеискание"

16. Акустические методы и средства неразрушающего контроля

Акустический метод- метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации акустических волн, возбуждаемых при вытекании пробных веществ через сквозные дефекты контролируемого объекта.

С помощью акустических (ультразвуковых) методов контролируют качество листовых материалов и других заготовок, сварных, паяных и клееных соединений, некоторые физико-механические свойства, используя законы распространения в веществе упругих колебаний (эхо-импульсный метод, импедансно-акустический метод, метод эмиссии волн напряжения - акустической эмиссии и др.).

Средства измерения УЗК

Ультразвуковой контроль предполагает применение специальных устройств и приборов:

- Высокоточные дефектоскопы (импульсные, импедансные) для сварных швов и продукции из металла с множеством функций, включая документирование результатов;

- Преобразователи, среди которых самые распространенные с пьезоэлектрическим эффектом;

- Компактные толщинометры способные оценить износ рельсов, определить толщину металлов, неметаллов и объектов с односторонним доступом. Все приборы устроены по аналогичному принципу. Они способны выявлять повреждения и определять глубину их залегания.

Рисунок 7- Схема импульсного ультразвукового дефектоскопа

1- приемник ультразвука; 2 - излучатель; 3 - генератор импульсов; 4 - усилитель; 5 - излученный импульс; 6 - электронно-лучевая трубка; 7 - импульс, отраженный от дефекта; 8 -донный импульс; 9 - блок развертки; 10 - дефект в детали

Преобразователь акустического прибора неразрушающего контроля - часть акустического прибора неразрушающего контроля, состоящая из излучающего и (или) приемного устройства, предназначенная для выработки электрических сигналов измерительной информации.



Рисунок 8 -Схема ультразвукового дефектоскопа, работающего по теневому методу.

а - без дефекта; б - с дефектом; 1 - генератор; 2 - преобразователь пьезоэлектрический; 3 - контролируемая деталь; 4 - ультразвуковые колебания; 5 - преобразователь приемный пьезоэлектрический; 6 - дефект; 7 - прибор регистрирующий

При УЗК сварных соединений применяют методы отраженного излучения и прошедшего излучения по ГОСТ 18353, а также их сочетания, реализуемые способами (вариантами методов), схемами прозвучивания, регламентированными настоящим стандартом.

При УЗК сварных соединений используют следующие типы УЗ волн: продольные, поперечные, поверхностные, продольные подповерхностные (головные).

Для УЗК сварных соединений используют следующие средства контроля:

- УЗ импульсный дефектоскоп или аппаратно-программный комплекс (далее - дефектоскоп);

- преобразователи (ПЭП, ЭМАП) по ГОСТ Р 55725 или нестандартизированные преобразователи (в том числе - многоэлементные), аттестованные (калиброванные) с учетом требований ГОСТ Р 55725;

- меры и/или НО для настройки и проверки параметров дефектоскопа.

Дополнительно могут быть использованы вспомогательные приспособления и устройства для соблюдения параметров сканирования, измерения характеристик выявленных дефектов, оценки шероховатости и др.

Ультразвуковой контроль вала:

Перед ультразвуковым контролем вал подвергается наружному осмотру. Для проведения визуального контроля применяются оптические приборы с увеличением до 10, например лупы ЛИП-3-10Методика проведения неразрушающего контроля вала ротора Р-950 (6096-00.003 МУ), ЛТ-1-4.

Методика проведения неразрушающего контроля вала ротора Р-950 (6096-00.003 МУ) ГОСТ 25706-83.

Для контроля линейных размеров применяются:

1) линейка - 500 ГОСТ 427-75

2) штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166-89

Для проведения НК акустическим (ультразвуковым) методом применяют дефектоскопы ультразвуковые типа УД2-12, УД-13П, толщиномеры "Кварц-15", УТ-80.

Порядок работы с аппаратурой приводится в технических описаниях и инструкциях по эксплуатации приборов и комплектующих их устройств.

Для обеспечения НК ультразвуковым методом необходимо иметь контрольные образцы или стандартный образец вала, подвергаемый контролю.

Вал изготовлен из стали 40 ГОСТ 1050-88.

Для изготовления образца берется вал того типоразмера и материала, который подлежит контролю. Образец должен иметь два искусственных дефекта - сегментные зарубки прямоугольного профиля глубиной 4 мм, смещенные на 180° относительно друг друга и нанесенные фрезой Методика проведения неразрушающего контроля вала ротора Р-950 (6096-00.003 МУ)80 мм.

Для НК вала ультразвуковым методом применяют наклонные преобразователи с рабочей частотой 1,8-2,5 МГц и углом 40-50°.

18 Магнитные методы

При магнитопорошковом способе для обнаружения магнитного потока рассеивания используют магнитные порошки (сухой способ) или их суспензии (мокрый способ). Проявляющийся материал наносят на поверхность изделия. Под действием магнитного поля рассеивания частицы порошка концентрируются около дефекта. Форма их скоплений соответствует очертанию дефекта (рис. 9).

Рисунок 9 - Схема выявления дефекта магнитопорошковым способом.

1-трещина; 2- магнитный поток; 3-контролируемая деталь; 4-ферромагнитные частицы.

Магнитографический метод - метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации магнитных полей рассеяния с использованием в качестве индикатора ферромагнитной пленки.

Феррозондовый метод - метод неразрушающего контроля, основанный на измерении напряженности магнитного поля феррозондами.

Магнитные методы основаны на регистрации магнитных полей рассеивания над дефектами или магнитных свойств контролируемого объекта. Их применяют для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов в деталях различной формы, изготовленных из ферромагнитных материалов.

Сущность магнитографического метода заключается в намагничивании изделия при одновременной записи магнитного поля на магнитную ленту, которой покрывают деталь, и последующей расшифровке полученной информации.

Применяют два основных способа размагничивания. Наиболее эффективный из них - нагрев изделия до температуры точки Кюри, при которой магнитные свойства материала пропадают. Этот способ применяют крайне редко, так как при таком нагреве могут изменяться механические свойства материала детали, что в большинстве случаев недопустимо. Второй способ заключается в размагничивании детали переменным магнитным полем с амплитудой, равномерно уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля. В зависимости от материала изделия, его размеров и формы применяют переменные магнитные поля различных частот: от долей Гц до 50 Гц.

Способы намагничивания:

Продольное (полюсное) - магнитные силовые линии как у прямого полосового магнита. Осуществляется путём помещения объекта контроля (правильной геометрической формы) либо между полюсами постоянного магнита, либо в соленоид.

...