2 Дефекты металлов, их виды и возможные последствия

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией (ГОСТ 17102).

Вид дефекта является характеристикой, обуславливающей степень потенциальной опасности (ПО) дефекта и проявляются в возможности возникновения из-за дефекта чрезвычайной ситуации в эксплуатации (аварии, крушения и т.д.). Степень опасности дефекта характеризуется вероятностью возникновения аварийной ситуации как случайного события из-за дефекта (если он единственный в ОК).

Виды дефектов

– Явные — дефекты, обнаружение которых описано в нормативно-технических документах (НТД);

– Скрытые. Методика обнаружения дефектов не описана в НТД;

– Критические — дефекты, наличие которых делает использование вагона по назначению невозможным вследствие нарушения функционирования и угрожает безопасности движения;

– Значительные — дефекты, которые существенно влияют на использование продукции по назначению или на ее долговечность, но не являются критическими;

– Малозначительные — дефекты, которые не влияют на долговечность и безопасность движения;

По происхождению дефекты подразделяются на

– Производственно-технические (металлургические, возникающие при отливке и прокатке; технологические, возникающие при производстве сварочных и наплавочных работ, механической и термической обработках и др.)

– Эксплуатационные — дефекты, возникающие в результате длительной эксплуатации вагонов, их сборочных единиц и деталей (усталостные трещины, коррозия, износ и др.), а также неправильного технического обслуживания.

Литейные дефекты

• Усадочные раковины, представляющие собой открытые или закрытые полости произвольной формы с грубой шероховатой поверхностью в верхней части слитка, образующиеся при неравномерной усадке металла в процессе затвердевания;

• Рыхлоты, пористость — местное скопление мелких газовых или усадочных раковин при крупнозернистой структуре металла;

• Ликвационные зоны — неравномерность химического состава металла в теле отливки, образующаяся при различной температуре затвердевания чистого металла и содержащихся в расплаве примесей;

• Газовые пузыри или раковины, образующиеся вследствие выделения газов в процессе кристаллизации под коркой (вверху) или произвольно по всему объему слитков (на микрошлифах представляют собой тонкие полости);

• Песчаные раковины — полости, заполненные шлаком;

• Неметаллические включения, представляющие собой, попавшие в металл извне шлак, огнеупорный графит, песок и расположенные в верхних частях отливки или образующиеся внутри металла вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке сплава (частицы окислов, сульфидов, силикатов);

• Металлические включения — инородные металлические тела в металле отливки (нерасплавленный легирующий элемент, модификатор, внутренний холодильник);

• Утяжины — углубления с пологими краями на массивной части отливки, образованные не слившимися потоками преждевременно застывшего металла;

• Горячие трещины — хорошо видимые разрывы поверхности отливки по границам кристаллов с неровной окисленной поверхностью, образующиеся вследствие усадки при затвердевании расплава в формах;

• Холодные трещины — тонкие разрывы поверхности отливки с чистой, светлой, с цветами побежалости зернистой поверхностью, образующиеся из-за внутренних напряжений в острых углах отливок;

• Термические трещины — хорошо видимые глубокие разрывы поверхности, образующиеся при высокой температуре после термообработки отливок вследствие температурных растягивающих напряжений, совпадающих по знаку с остаточными напряжениями.

Дефекты прокатанного и кованого металла

• Трещины — одиночные и групповые, длиной до нескольких метров и глубиной до 10…15 мм;

• Флокены, представляющие собой волосные трещины с кристаллическим строением поверхности стенок внутри толстостенного проката диаметром более 30 мм из сталей перлитного и мартенситного классов (хром, марганец и др.);

• Волосовины — мелкие внутренние или поверхностные трещины, образовавшиеся из газовых пузырей или неметаллических включений при прокате и направленные вдоль волокон металла. Длина их — от 20 до 150 мм;

• Расслоения, имеющие вид раскатанных параллельно плоскости прокатки нарушений сплошности (усадочных раковин, усадочных пористостей, скоплений пузырей и неметаллических включений);

• Внутренние разрывы — крупные нарушения сплошности внутри заготовки, повторяющиеся по ее длине, имеющие крупнокристаллическую решетку;

• Рванины — разрывы, надрывы по краям листов у высоколегированных сталей с крупнозернистой структурой;

• Закаты, заковы, визуально представляющие собой заусенцы или возвышения, вдавленные и закатанные при пропуске слитка через калибр прокатного стана и не сварившиеся с основной массой проката;

• Плены — тонкие плоские расслоения на поверхности прокатанного металла, имеющие форму «языка», чешуек (до 100 мм по длине и ширине, а мелких — от десятых долей до 3…5 мм).

Дефекты сварных соединений

• Трещины в наплавленном металле — продольные, поперечные, темного цвета, окисленные или светлые;

• Холодные трещины в шве и переходной зоне в изломе светлые с цветами побежалости, возникающие при остывании детали в зоне пониженных температур (низколегированная сталь большой толщины);

• Горячие извилистые трещины в переходной зоне от шва к основному металлу, имеющие, как правило, темный цвет и образующиеся по границам зерен;

• Микротрещины или надрывы в шве или переходной зоне, возникающие вследствие неудовлетворительного качества присадочной проволки, обмазки и флюса;

• Трещины при термообработке, возникающие при несоблюдении режимов и условий термообработки сварных узлов и неудовлетворительной конструкции детали;

• Трещины рихтовочные, образующиеся вследствие неправильной технологии правки изделий, получивших коробление;

• Непровар, представляющий собой отсутствие сплавления между основным и наплавленным слоем в корне шва или по кромке между отдельными слоями;

• Поры и раковины, образовавшиеся вследствие присутствия газов, поглощенных жидким металлом в процессе сварки (заполнены шлаками, окислами, водородом, окисью углерода);

• Шлаковые включения — объемы в металле шва, заполненные шлаками, окислами.

Дефекты при технологической обработке деталей

• Заколоченные трещины, представляющие разрывы металла, возникающие при охлаждении деталей сложной формы в процессе закалки из-за высоких внутренних напряжений, эти трещины извилисты в разных направлениях;

• Шлифовочные трещины, возникающие при шлифовании деталей из закаленных высокоуглеродистых и легированных сталей;

• Надрывы в виде неглубоких трещин, возникающих при холодной деформации детали (сверлении, развертке, холодной штамповке), когда металл не обладает хорошими пластичными свойствами из-за дефектов структуры, а также при значительной горячей деформации (ковке, штамповке, протяжке).

Дефекты эксплуатационные

• Трещины усталости, возникающие под действием переменных напряжений по галтелям, в местах резких переходов сечений и других концентратов напряжений (поперечные — кольцевые и продольные), раковины, выщербины, отколы;

• Коррозионные повреждения, зависящие от наличия агрессивных сред, качества защитных покрытий;

• Трещины при перегрузке — надрывы в поверхностном слое детали при нагрузках, превышающих предел прочности детали;

• Механические повреждения в виде забоин, вмятин, рисок, местного наклепа, местного уширения, ползунов, шелушений.

3 Характеристика видов НК, применяемых на железнодорожном транспорте

3.1 Оптический вид НК

Оптический контроль основан на анализе взаимодействия оптического излучения (свет) с объектом контроля.

Методы оптического контроля:

• Визуальный;

• Визуально-измерительный.

Дефекты, подлежащие выявлению:

• Поверхностные типа трещин, раковин, выщербин, сколов;

• Отклонения от заданных геометрических параметров.

Дефекты, возможно, определить при помощи глаз, а также химических реагентов, которые образуют индикаторный рисунок.

Классификация средств оптического контроля:

1. По расположению

• для контроля близко расположенных объектов, l˂250 мм (лупы, микроскопы);

• для контроля удаленных объектов, l˃250 мм (зрительные трубы);

• для контроля скрытых объектов (эндоскопы, бороскопы).

2. По назначению

• Цеховые приборы;

• Полевые приборы.

3.2 Тепловой вид НК

Тепловой вид НК основан на регистрации изменений тепловых и температурных полей объекта контроля

Методы теплового НК:

• Активный. При этом методе происходит нагрев ОК внешними источниками энергией (контроль изоляции контейнеров и рефрижераторных вагонах);

• Пассивный. При этом методе ОК нагревается в процессе эксплуатации.

А также существует еще несколько методов теплового НК:

• Вибротепловизионный метод применяется для анализа тепловых полей изделий, работающих в условиях вибрации;

• Метод тепловой томографии заключается в визуализации внутренних сечений с помощью тепловых эффектов;

• Методы теплового контроля на основе термофотоупругости используются в современных лазерных технологиях с применением высокопрозрачных оптических кристаллов. Реализация методов осуществляется с помощью измерителей слабого оптического поглащения, в которых использован эффект фототермоупругости;

• Тепловизионные методы контроля влажности позволяют дистанционно, наглядно и оперативно определять места скопления влаги в объектах по термографическому изображению;

• Вихретоковый метод (ВТТ) основан на радиоимпульсном возбуждении металлических объектов полем индуктора, приеме теплового отклика приповерхностным преобразователем во время ти после теплового воздействия и анализе амплитудно-временной информации.;

• Радиотепловые методы чаще всего применяются в медицине с целью измерения температуры приповерхностных и глубинных слоев;

• Фазовая термография применяется для контроля тонких пленок, различных покрытий;

• Фототермоакустические методы основаны на регистрации температурных и акустических полей, возникающих под воздействием лазерного излучения на поверхности исследуемого образца, по которым можно судить о структуре и параметрах изделия.

Информационный параметр при тепловом НК — это температура и тепловой поток.

Технология теплового НК:

• Подготовка средств контроля;

• Установка средств контроля в необходимое положение;

• Нанесение границ контроля на объект контроля. Выполнение теплового контроля (пассивным методом);

• Оценка результатов контроля;

• Запись в журнал установленной формы.