Конструктивная ошибка
Cтраница 1
Конструктивные ошибки и технологические несовершенства изготовления в большинстве случаев вскрываются лишь при испытаниях или в процессе эксплуатации, причем по числу отказов можно дать количественную оценку надежности конструкции.
[1]
Недооценка эксплуатационных расходов приводит к серьезным конструктивным ошибкам.
[2]
Вносить изменения в чертежи деталей и узлов, если в них обнаружены конструктивные ошибки и недоработки.
[3]
Было установлено, что ежедневно большая часть рабочего времени заводских конструкторов уходит на выявление и исправление больших и малых конструктивных ошибок, причем дефекты в проектной документации стали привычным явлением.
[4]
Анализ эффективности работы действующих сооружений показал, что построенные сооружения неудовлетворительно справляются с функцией усреднения состава сточных вод. Сказываются расчетные и конструктивные ошибки при проектировании, плохое качество строительства и низкий уровень эксплуатации.
[5]
При необходимости повторного изготовления контрольного приспособления конструктор, проверяя рабочие чертежи, должен учесть все замечания, сделанные секцией наладки; это предохраняет от повторения конструктивных ошибок и обеспечивает непрерывное повышение качества конструкций контрольных приспособлений.
[6]
Можно считать, что механическим и химическим износами охватываются все основные неисправности, наблюдаемые в нормально используемых машинах. Большое разнообразие встречающихся в практике дефектов машин, не являющихся следствием указанных износов, должно быть отнесено к области неисправностей, причина которых кроется в дефектах производства, конструктивных ошибках, а чаще всего в неправильном уходе за машиной.
[7]
Сравнительно большое число разрывов происходит на технологических трубопроводах. Катастрофа во Фликсборо ( Англия), приведшая к колоссальным разрушениям, произошла от разрушения тепловых компенсаторов на трубопроводе ( перемычке между аппаратами), выполненных без соответствующих расчетов с конструктивными ошибками. В литературе описано много других подобных случаев разрушения трубопроводов от тепловых деформаций, особенно в зимних условиях. В соответствующей нормативной документации и другой специальной литературе даны рекомендации по расчетам и выбору тепловых компенсаторов для трубопроводов. Разрушение трубопроводов и аппаратов является иногда следствием воздействия одновременно нескольких факторов, например, ослабление прочности конструкции и внезапное повышение динамических нагрузок от резкого повышения давления внутри системы.
[8]
Особенно важно изучение исходных материалов при разработке новой конструкции. Основная задача заключается в правильном выборе п а — раметров машины. Частные конструктивные ошибки исправимы в процессе изготовления и доводки машины. Ошибки же в параметрах и основном замысле машины не поддаются исправлению и нередко ведут к провалу конструкции. На этом этапе не следует щадить ни времени, ни усилий на изыскания.
[9]
Особенно важно изучение исходных материалов при разработке новой конструкции. Основная задача заключается в правильном выборе параметров машины. Частные конструктивные ошибки исправимы в процессе изготовления и доводки машины. Ошибки же в параметрах и в основном замцсле машины не поддаются исправлению и нередко ведут к провалу конструкции. На этом этапе не следует щадить ни времени, ни усилий на изыскания.
[10]
Особенно важно изучение исходных материалов при разработке новой конструкции. Основная задача заключается в правильном выборе параметров машины. Частные конструктивные ошибки исправимы в процессе изготовления и доводки машины. Ошибки же в параметрах и в основном замысле машины не поддаются исправлению и нередко ведут к провалу конструкции. На этом этапе не следует щадить ни времени, ни усилий на изыскания.
[11]
В отдельных случаях монтаж затрудняется конструктивными особенностями машины, вызывающими искажения отдельных деталей. Например, большой вес машины может вызвать нарушение формы недостаточно жесткой станины и, как правило, расстройство работы узлов. Эти деформации являются следствием не монтажных, а конструктивных ошибок, но проявляются и исправляются чаще всего при монтаже.
[12]
Возьмем Всесоюзный алюминиево-магниевын институт Минцветмета СССР. Здесь были сконструированы мощные электролизеры для производства алюминия. Сейчас, когда их выпущено более 350 штук, выяснилось, что из-за конструктивных ошибок они работают с большим превышением расхода электроэнергии против проектного показателя. Теперь для доводки этих установок требуются дополнительно миллионы рублей.
[13]
В настоящей работе рассматривается задача аналитического конструирования крупнотоннажного трубчатого реактора на примере реактора полимеризации этилена под высоким давлением. Реактор представляет собой аппарат типа труба в трубе и близок к аппарату идеального вытеснения. Реакционная смесь, состоящая из этилена и инициатора ( в данном случае кислорода), подается в реактор под давлением порядка 2500 атм. Реактор может иметь по длине несколько промежуточных точек ввода реакционной смеси. От выбора количества вводов и места их расположения существенно зависит производительность реактора. Варьируя длины диаметры зон реактора к распределение реакционной смеси по вводам моняо значительно увеличить выход полиэтилена Если режимные параметры процесса может выбрать оператор ча действующей установке то конструктивные ошибки поправить в ходе процесса не удается.
[14]
Страницы:
1
Конструкторские ошибки
Конструкторская ошибка – это расхождение желаемого (необходимого заказчику) результата конструирования с действительным, то есть воплощенным в документации. Практика показывает, что при разработке новых изделий в большинстве случаев проявляются несовершенства конструкции, так как предварительно учесть все влияющие факторы зачастую невозможно; объект проектирования в этом случае нуждается в «доводке». Однако и при изготовлении документации на уже существующие и выполняющие свою функцию изделия также могут возникать некоторые несоответствия.
Последствия расхождений
Значимые параметры объекта, как правило, подвергаются надлежащему контролю, как на этапе составления документации, так и на стадии производства. Многие детали допускают некоторую вариативность своей конструкции без влияния на их работу. В этом случае разницу между исходным и полученным объектом в параметрах, не являющихся значимыми, нельзя считать ошибкой.
При несоответствии значимых параметров изделие не будет обеспечивать требуемого результата. В случае изготовления детали по образцу она может не вписаться в кинематическую схему механизма или попросту не встать на свое место. При реверсивном инжиниринге узел или агрегат может функционировать не так, как нужно, либо вовсе не функционировать. Также есть вероятность выхода из строя изделия до завершения срока эксплуатации – например, если неверно определена марка стали (деталь разрушилась, пружина потеряла упругость).
Причины ошибок
Даже при наличии у конструктора необходимой квалификации и опыта он не застрахован от ошибок, в том числе не по своей вине, при разработке документации на готовые изделия. Существуют следующие основные причины несоответствия документации исходному образцу.
Исходные данные предоставлены заказчиком в неполном объеме. Здесь проявляется субъективность конструктора.
Неточности при сканировании или обработке трехмерных моделей. Например, из-за невозможности выполнять сканирование при оптимальных условиях.
Износ исходного образца изделия. Объект в процессе эксплуатации может деформироваться, сточиться, утратить некоторые первоначальные свойства.
Человеческий фактор. И на старуху бывает проруха.
Методы предотвращения ошибок
Чтобы избежать негативного результата, следует тщательно контролировать значимые параметры объекта.
Запрашивать всю необходимую информацию у заказчика.
Дублировать информацию, в том числе полученную при сканировании: выполнять контрольные замеры вручную; делать фотографии объекта и его частей с измерительным инструментом; выполнять эскизы образца. Сравнивать полученную трехмерную модель и чертежи с исходным объектом, эскизами, фотографиями. Хранить данные обмеров в архиве.
В случае износа детали – восстанавливать размеры по ответным звеньям.
Во всех случаях – изготавливать опытный образец и тестировать его на соответствие своему назначению.
Ошибки при монтаже кровли
Все ошибки, встречающиеся при монтаже совмещенных утепленных кровель, можно разделить на две основные группы:
- ошибки проектирования;
- ошибки строительства.
Поскольку при последовательном ведении строительства строительные ошибки сводятся к самовольному упрощению или улучшению проекта прямо на строительной площадке, то останавливаться на них подробно не имеет смысла.
Наиболее часто встречающиеся ошибки проектирования обнаружить гораздо проще, исправление их на этапе проектирования стоит в сотни раз дешевле, чем на стройплощадке. Они также подразделяются на две группы:
- архитектурные ошибки;
- конструктивные ошибки.
Архитектурные ошибки
Основной и главной ошибкой при проектировании крыш является невнимание, а зачастую и игнорирование вопросов, связанных с обеспечением правильных режимов работы основных элементов «кровельного пирога». При устройстве современных утепленных крыш в основном применяется теплоизоляция из минеральной ваты, которая обладает способностью накапливать в себе воду не только путем водопоглощения собственно материалом, но и капельно, в виде росы и тумана. Как следствие, мероприятия по ограничению попадания влаги в утеплитель и обеспечению вывода излишка влаги из утеплителя — основа жизни любой крыши. При условии того, что металлическое покрытие крыш (при правильном монтаже) представляет из себя надежную как паро-, так и гидроизоляцию, то вентиляция утеплителя достигается за счет специальных узлов и устройств, которые, как правило, весьма значимы в архитектурном плане — это коньковый и карнизный вентиляционные продухи, флюгарки и крышные вентиляторы. На успешную работу этих вентиляционных устройств существенно влияют многие архитектурные элементы здания. Аттики, люкарны, парапеты и «матрицы» из мансардных окон резко сужают возможности забора воздуха из-под карниза и перегораживают вентиляционный продух в «пироге» кровли. В результате приходится увеличивать высоту продуха с обычных 50 мм до 150 мм и более в местах сужения. Это ведет к увеличению строительной высоты и к усложнению конструкции крыши, и не может не сказаться на внешнем виде здания.
Очень значимым и часто забываемым вопросом является также водоудаление с крыш. Здесь можно назвать типичными следующие ошибки:
- металлические кровли с уклонами менее 10°;
- вентстояки в ендовах, а также поперек склона;
- проектирование узких карнизов с малым уклоном, на которых невозможно разместить надстенный желоб. Этот недостаток становится особо значимым в тех случаях, когда на карнизе «стоит» окно люкарны. Здесь избежать подтекания воды в окно невозможно;
- «нагромождения» аттиков и парапетов, создающих преграды для стока воды;
- фасады, на которых не предусмотрено место для размещения водосточных труб, которые, с одной стороны, существенно влияют на архитектурный облик здания, а с другой стороны, должны находиться там, где они нужны (в частности, размещение воронок водостоков на наружных углах здания).
Таким образом, чрезмерное усложнение крыши здания архитектурными элементами, а также расположение этих элементов на кровле без учета специфики устройства кровельной вентиляции, существенно снижает надежность кровли не только с точки зрения сложности устройства гидроизоляционного металлического покрытия, но и за счет увеличения вероятности образования непроветриваемых участков.
Также при проектировании внешнего облика здания чрезвычайно важно учитывать физические свойства кровельного металла. Дело в том, что температурное расширение стальной кровельной картины при изменении температуры крыши от -30°C зимой до +70°C летом на длину 10 м составляет 12 мм, а картины из цветного металла — до 26 мм. Проектная ошибка состоит в том, что при проектировании длинных скатов (более 10 м) необходимо предусматривать элементы температурной компенсации, например, в виде ступенек. Поскольку такие элементы имеют значительные габариты, то их более позднее применение существенно искажает первоначальную задумку архитектора.
Особого внимания архитекторов требует к себе раздел проекта, связанный с инженерными системами здания. Суть распространенной ошибки состоит в том, что на кровле современного здания находится значительное количество инженерного оборудования. Невнимание архитектора к этому вопросу при проектировании систем вентиляции, кондиционирования, связи, охраны и т.д. приводит к нагромождению оборудования (чилеры, антенны, вентшахты и прочее) на крыше.
Конструктивные ошибки
И все-таки наибольшее влияние на будущую жизнь здания оказывают некорректные конструктивные решения. Каждый этап в конструировании кровли, начиная с выбора конструктивной схемы и заканчивая деталями применения того или иного кровельного материала, имеет практически решающее значение. Именно на этом этапе проектирования закладывается фундамент экономической целесообразности строительства конкретной крыши, поскольку от того или иного конструктивного решения зависит технологичность сборки этой конструкции. И если на этом этапе принимаются нетехнологичные решения, то именно они подвигают исполнителей на этапе строительства «допроектировать» узлы и конструкции в сторону упрощения.
Максимальное количество серьезных ошибок приходится на момент выбора подходящего способа утепления крыши. Это особенно важно при строительстве мансард с несущим каркасом из металлических балок. Существуют два основных типа утепленных крыш:
- с несущим каркасом, расположенным в теплой зоне;
- с несущим каркасом, расположенным в холодной зоне.
Третий возможный вариант — с размещением утеплителя между стальными стропильными балками — сразу является ошибочным, так как здесь налицо «мостик холода», который, во-первых, предопределяет появление конденсатных мокрых пятен на потолке и, во-вторых, сводит «на нет» все усилия по утеплению покрытия. Возможно частичное перекрытие слоя утепления и несущих конструкций, но, как правило, такой способ гораздо дороже при строительстве за счет значительного количества дополнительного утеплителя и повышенной трудоемкости за счет сложной формы утепляемой поверхности.
Согласно законам теплотехники, появление в слое утеплителя стального элемента, по площади равного 1% утепляемой поверхности, приводит к увеличению теплопотерь через этот участок в 10 раз, что эквивалентно уменьшению толщины утеплителя на этом участке в 10 раз! То есть, если в 1 м2 поверхности крыши, утепленной 200 мм минеральной плиты, что, как правило, достаточно для нашего климата, есть несущая металлическая балка с толщиной шейки 10 мм, то можно считать, что на этом участке лежит всего 20 мм утеплителя, а все остальные 180 просто выброшены и не работают.
Как следствие, основная ошибка состоит в первоначальном неправильном выборе системы утепления, что впоследствии приводит к смешению первых двух типов конструкций в один, который является разновидностью третьего варианта, то есть неэффективной промерзающей конструкцией.
Существуют проверенные правила, определяющие выбор типа утепления.
Несущий стальной каркас должен располагаться в теплой зоне в тех случаях, когда:
- мансарда двухэтажная или же одноэтажная, но с затяжками стропильных ног или рам, проходящими внутри помещения мансарды;
- опорный монолитный или стальной пояс, проходящий по периметру здания, смещен внутрь наружных опорных стен;
- утепление фасадов здания выполнено снаружи с использованием матов из минеральной ваты и др.;
- стропильные балки имеют большой свес наружу, например, служат несущей конструкцией козырька балконов;
- на крыше располагаются массивные сооружения или инженерное оборудование, требующие крепления к несущим конструкциям крыши;
- есть необходимость в минимизации строительной высоты покрытия.
Однако полностью избежать металлических балок или других элементов конструкции кровли, проходящих сквозь слой утепления, как правило, невозможно. И это предопределяет следующую серьезную ошибку — несоблюдение нормативных требований по значению теплового сопротивления покрытия. То есть, тепловой расчет был сделан абсолютно правильно, но для наиболее простого участка рядовой кровли, а поскольку крыши в большинстве своем на 80% состоят из исключений и особых случаев, а не типичных участков, то результаты этого расчета становятся некорректными.
То есть, для климатической зоны, например, С-Петербурга значение теплового сопротивления R0 составляет 4,7 (м2 °C)/Вт, а толщина «чистого» утеплителя (без теплопроводящих включений) из минеральной ваты со значением параметра ? = 0,04 Вт/(м °C) должна иметь толщину не менее 180 мм. С учетом обычных теплопроводящих включений (стойки, опоры, подвесы и пр.) расчетная толщина утеплителя, как правило, должна достигать значений 250 мм и более.
Поскольку мощность отопительных приборов в будущем помещении рассчитывается, исходя из норм теплового сопротивления конструкций, а в результате некорректного расчета необходимой толщины утеплителя эти нормы не соблюдены, то получается помещение, в котором холодно и сыро зимой и жарко летом…
Чрезвычайно большое значение имеет конструктивная проработанность узлов, связанных с пароизоляцией кровли. Стремление упростить технологию укладки пароизоляции при монтаже «кровельного пирога» снизу вверх приводит к появлению очагов конденсации пара в конструкции кровли. Для людей, находящихся в помещении, это — просто мокрые пятна на потолке. Очень важно, чтобы пароизоляционный слой был герметичным. К сожалению, на практике наиболее трудные и коварные места, а именно: примыкание к стенам, коробкам мансардных окон, вентстоякам, остаются без внимания конструкторов с надеждой, что «всем строителям это известно». Но, как правило, строительные бригады не обладают достаточным опытом и квалификацией для выполнения подобных работ без чертежей и контроля. Причем во многих случаях не по халатности, а по причине того, что они просто не отдают себе отчет о важности этого элемента крыши.
В заключение необходимо отметить, что описанные выше ошибки в проектировании крыш, не будучи вовремя исправленными, как правило, приводят к фатальному строительному браку. Эти ошибки невозможно исправить, не внося существенных изменений в конструкцию уже построенной крыши, что приводит к необходимости, по сути, разобрать ее и сделать заново. Такой ремонт сопряжен со значительными временными и финансовыми затратами, не говоря уж о неудобствах жильцов и сопутствующих повреждениях здания.
— аварийные;
5) по
возможности устранения —
-
на
устранимые,
устранение
которых технически возможно и
экономически целесообразно, и -
неустранимые.
Примечание.
Отнесение
дефекта к той или иной категории
определяется техническими возможностями
и экономической целесообразностью. По
мере совершенствования технологических
процессов неустранимые дефекты могут
стать устранимыми;
6) по
возможности использования продукции
—
-
на
критические
(делают
использование продукции практически
невозможным или недопустимым), -
значительные
(оказывают
существенное влияние на возможность
использования изделия по назначению
или снижают его долговечность) и -
малозначительные
(не
оказывают существенного влияния ни
на использование изделия по назначению,
ни на его долговечность).
Примечание.
Подразделение
дефектов на критические, значительные
и малозначительные служит основанием
для назначения выборочного или сплошного
качества продукции, а также в случае
выборочного контроля -для назначения
риска потребителя (заказчика). Если
есть вероятность появления критического
дефекта,
то необходим сплошной (а иногда и
неоднократный) контроль. Выборочный
контроль в случае возможности появления
значительного
дефекта
допускается, если значение риска
потребителя достаточно низкое. При
вероятности появления малозначительного
дефекта
выборочный контроль может применяться
и при относительно высоком значении
риска потребителя.
Возможны
случаи, когда несколько малозначительных
дефектов могут быть равноценны
значительному или даже критическому
дефекту.
Конструктивные
дефекты — это несоответствие требованиям
технического задания или установленным
правилам разработки (модернизации)
продукции. Они являются следствием
несовершенства конструкции и ошибок
при конструировании. Причины таких
дефектов могут быть различными:
-
неправильный
выбор материалов; -
неправильное
назначение режимов термической
обработки; -
неправильное
назначение допусков в сопряжениях; -
заниженный
класс чистоты поверхности деталей; -
неверное
определение размеров деталей (результатом
этого могут быть слишком большие
действующие напряжения);
-
нерационально
выбранная форма детали; -
малые
радиусы галтелей (это может явиться
причиной слишком больших коэффициентов
концентрации напряжений в опасных
сечениях); -
создание
концентраторов напряжений в опасных
сечениях (например, расположение
отверстия для смазки в месте с высоким
уровнем напряжений); -
малая
выносливость деталей изделия;
10) низкая
жесткость конструкции (повышение
вибрации);
и т. д.
Своевременное
выявление конструктивных дефектов
позволит непрерывно совершенствовать
выпускаемую продукцию, повышать ее
надежность и долговечность.
2.3.2. Производственные дефекты и их обнаружение
К
этим дефектам относится несоответствие
требованиям нормативной документации
на изготовление или поставку продукции.
Они возникают обычно в результате
нарушений техпроцесса при производстве
или восстановлении деталей, узлов и
машин в целом, а также при неправильно
назначенных технологических процессах.
Производственные
дефекты, если они не были выявлены в
процессе изготовления или восстановления
изделия, проявляются, как правило,
в начальный период эксплуатации.
Дефекты
этой группы могут возникнуть вследствие
применения материала не соответствующей
марки, отступления от размеров и допусков
на изготовление и ремонт деталей,
нарушения технологии механической или
термической обработки деталей, нарушения
технологических процессов сборки
или регулировки изделия или его узлов
и блоков и т. д.
Дефекты
плавления и литья
Литье
— это технологический процесс изготовления
заготовок и изделий путем заполнения
жидким материалом формы или изложницы
с последующим его затвердеванием.
Изложница — это форма простых геометрических
очертаний обычно с небольшой конусностью.
Отлитый в изложницу слиток является
заготовкой для дальнейшей обработки.
Литейная форма имеет конфигурацию,
близко или точно (точное литье) повторяющую
конфигурацию изделия. Для получения
пустотелых отливок в форму вставляют
стержни, воспро-
изводящие
конфигурацию внутренних полостей.
Формы и изложницы делают разъемными
для удобства извлечения слитка или
отливки. Через литниковую систему
в них заливают жидкий материал и
обеспечивают возможность выхода
образующихся газов и излишков материала.
Отклонение
химического состава (и,
как следствие, физических и химических
свойств металла отливок)
от
заданного вызывается неправильным
расчетом шихты или нарушением режима
ведения плавки металла. Этот дефект
является неустранимым. В результате
изменяются механические свойства
сплава, что может привести к преждевременному
разрушению изготовленной из него
детали, ее ускоренному изнашиванию и
т. п.
Дефект
обнаруживают с помощью экспрессного
химического анализа жидкого или
застывшего металла, а также применяя
электрические (по изменению термоЭДС)
и электроиндуктивные методы контроля.
Ликвация
—
неоднородность химического состава в
отдельных зонах слитка или детали.
Возникает как из-за плохого перемешивания
жидкого металла, так и в процессе
остывания и кристаллизации материала
отливки. В зоне ликвации механические
характеристики металла могут быть
пониженными. Различают следующие виды
лик-ваций. Дендритная
ликвация
— неоднородность химического состава
по объему зерна (по скелету кристалла,
имеющего древовидное, или дендритное,
строение).
Вызвана тем, что при остывании сначала
кристаллизуется аустенит* с малым
содержанием углерода, а затем — с
большим. Ликвация по
удельному весу проявляется
в обогащении нижней части слитка
или отливки компонентами с большим
удельным весом в результате плохого
перемешивания жидкого металла.
Зональная
ликвация
проявляется в отличии химического
состава металла в дендритах и
междендритных промежутках, в обогащении
легкоплавкими составляющими центральной
части слитка.
Ликвацию
обнаруживают по разному поглощению
рентгеновских и гамма-лучей, химическим
и металлографическим анализом
поверхностей или сечений металла.
Газовые
поры представляют
собой оставшиеся после затвердевания
внутри отливки или в ее поверхностном
слое растворенные в жидком металле
газы. Они имеют форму округлых пузырьков
и глад*
Аустенит — высокотемпературная
аллотропическая модификация железа.
Имеет кристаллическую решетку в виде
гранецентрированного куба. Довольно
хорошо растворяет углерод: атом углерода
внедряется в центр куба. Неферромагнитен
и в отличие от низкотемпературной
модификации железа не ржавеет.
кую
поверхность. Поры объединяются иногда
в более крупные газовые пузыри.
Появляются в результате плохой
газопроницаемости формовочной земли,
плохой вентиляции формы и стержней,
неудовлетворительного качества
металла и высокой температуры его
заливки. Если поры и газовые пузыри
в слитке имеют неокисленную поверхность,
то он заваривается в процессе обработки
давлением. В высококачественной отливке
поры и пузыри недопустимы.
Для
обнаружения применяют радиационные
методы контроля.
Неметаллические
включения возникают
от недостаточной очистки зеркала
расплавленного металла от шлака и флюса
перед разливкой, плохого отвода их
в процессе разливки. К включениям
относят также окислы железа и
различных металлов, добавляемых в
процессе плавки, частицы огнеупорного
и формовочного материала, электродов
и т. п. Включения могут быть расположены
в самых различных местах отливки.
Земляные
включения в
отливках появляются в результате плохой
отделки и очистки форм, небрежной их
сборки, неправильного выполнения
литниковой системы и заливки форм
неспокойной струей металла. Шлаковые
включения могут
возникать в отливках в случае плохой
очистки заливаемого металла и
неправильного расположения или
отсутствия шлакоуловителей. Специфическим
типом включений являются окисные
плены в
виде тонких и хрупких прослоек
окисленного металла. Они образуются
на зеркале и в струе расплавленного
металла.
Перечисленные
дефекты при превышении определенных
размеров недопустимы как в отливках,
так и в слитке. Если литье не является
конечной целью для получения детали и
слиток будет подвергаться обработке
давлением, то при деформации слитка
газовые поры и неметаллические
включения лишь вытягиваются вдоль
направления деформирования, но не
устраняются.
Неметаллические
включения обнаруживают радиационными
и ультразвуковыми методами контроля,
а плены — ультразвуковыми. В случае
выхода на поверхность их обнаруживают
методами поверхностной дефектоскопии.
Усадочные
раковины представляют
собой пустоты, образующиеся из-за
нарушения правильности усадки металла
отливок при неравномерном их
охлаждении или недостатка металла в
процессе его затвердевания. Механизм
образования усадочных раковин в общем
случае состоит в следующем. Верхнюю
часть изложницы (или сложной литейной
формы) утепляют, замедляя теплоотвод.
В результате здесь металл застывает
последним. При застывании объем металла
уменьшается, из него выделяются газы.
В результате этих причин в верхней
части слитка образуется усадочная
раковина. Появлению
усадочных
раковин способствуют: неправильное
расположение прибылей и холодильников,
излишне высокая температура металла
в момент его заливки и неудачная
конструкция отливаемых деталей.
Характерным для усадочных раковин
является их неправильная форма и грубая
поверхность. Если литье производилось
с целью получения деталей, в которых
усадочные раковины недопустимы, то
отливка бракуется. В слитках обычно
усадочная раковина вместе с частью
слитка удаляется.
Вблизи
поверхностей усадочных раковин возникают
усадочные
рыхлоты. Распространяясь
в глубину слитка, рыхлота образует
«хвост». Поверхность раковины и рыхлого
металла сильно окислена, и при
дальнейшей обработке давлением этот
дефект не заваривается. Поэтому
часть слитка, содержащую раковину и
рыхлоту, удаляют, «с запасом» обрезая
также часть здорового металла.
Применение
радиационного или ультразвукового
контроля позволяет более точно
определить местоположение усадочной
раковины и избежать удаления излишков
металла. Полноту удаления рыхлоты
проверяют путем контроля места отрезки
методами поверхностной дефектоскопии
(визуальными, магнитопорошковыми,
капиллярными, вихретоковыми).
Неспаи
и
неслитины
представляют
собой места отслоений металла
отливок. Появляются в результате встречи
струй недостаточно нагретого металла
преимущественно в местах, где сечения
отливок малы, или же вследствие перерывов
струи металла при его заливке в формы.
При этом между зернами основного металла
появляются тонкие прослойки
несоединившегося металла (прослойки
окислов). За-ливинами
называют
наплывы на поверхности слитка или
отливки. Они образуются в результате
прорыва жидкого металла из внутренних
слоев через кристаллизовавшуюся корку.
Отслоения
возникают
от брызг металла, попавших на стенки
изложницы или формы, а затем слабо
соединившихся с заполняющим форму
металлом.
Наружные
дефекты этих типов обнаруживают
поверхностными методами дефектоскопии,
а внутренние (некоторые неслитины)
-ультразвуковым методом. Эти дефекты
удаляют зачисткой поверхности или
вырубкой.
Наиболее
опасным видом дефектов литья являются
трещины.
Горячие
трещины обычно
образуются в момент затвердевания
металла в местах перехода от толстых
сечений отливок к тонким. Они возникают
в результате разрушения закристаллизовавшегося
скелета сплава под действием термических
и усадочных напряжений, особенно
при быстром твердении сплава, когда
термическому сжатию металла мешает
литейная форма. Горячие трещины появля-
ются
в результате неправильной конструкции
отливки, плохой податливости
формовочной земли, высокой температуры
заливаемого металла и неравномерного
охлаждения отливки. Внутренняя
поверхность горячих трещин обычно
сильно окислена, в изломе имеет темный
цвет.
Холодные
трещины возникают
также под действием термических и
усадочных напряжений, но они образуются
при более низких температурах после
затвердевания слитка, даже, когда металл
находится вне формы. Причиной их
образования являются: резкое изменение
температуры отливок, разные скорости
охлаждения разных участков (например,
тонких и толстых элементов отливки), а
также удары, возникающие при бросании
горячих отливок и их обрубке. Поверхность
холодных трещин светлая, не имеет следов
окисления и напоминает свежий излом.
Внутренние
трещины выявляют радиационными и
ультразвуковыми методами НК. Трещины
исправляют вырубкой и подваркой металла
с обязательным последующим контролем
на отсутствие трещин в местах ремонта.
Сдвиги
одной
части отливки относительно другой
также могут быть дефектом отливок.
Дефекты
обработки давлением
Существует
большое количество различных способов
обработки металлов давлением: свободная
ковка (ударное воздействие), прессование
(неударное воздействие), штамповка
(ковка или прессование в форму-штамп),
высадка (продавливание сквозь отверстие),
волочение (протаскивание металла
через отверстие-оправку для получения
прутка, проволоки), прокатка и др.
Обработка давлением позволяет
получить металл требуемой формы,
уплотняет его, заваривает некоторые
дефекты, измельчает структуру, улучшает
механические свойства.
Дефекты
продукции после обработки давлением
подразделяются на две группы: связанные
с дефектами исходного слитка и вызываемые
самой обработкой. Рассмотрим вначале
дефекты
первой группы.
Шлаковые
включения в
исходных заготовках — металлургический
брак, при дальнейшей горячей объемной
штамповке приводит к нарушению сплошности
в поковке.
Ликвация
по
химическому составу.
Волосовины
являются
результатом деформации неметаллических
включений и газовых пузырей. Имеют вид
тонких трещин длиной от долей миллиметра
до нескольких сантиметров и расположены
на
поверхности
и в подповерхностном слое металла.
Волосовины имеют глубину 0,5-1,5
мм.
Расслоения
возникают
при обработке давлением слитка, имеющего
усадочные раковины или рыхлоты, а также
при прокатке листа в результате плющения
неметаллических включений или газовых
пузырей. Расслоения — внутренние
нарушения сплошности, располагающиеся
по направлению волокна. При горячей
штамповке деталей из заготовок с
расслоением этот вид брака становится
иногда заметным после обрезки
заусенца (облоя).
Плены
—
заливины и брызги жидкой стали, застывшие
на поверхности слитка и раскатанные
при прокате в виде отслаивающихся с
поверхности пленок, толщиной до 1,5 мм.
Незаварившиеся
в процессе деформации поверхностные
и внутренние трещины
слитка;
« скворечники»
—
раскрытые в процессе горячей деформации
термические трещины, образующие полости
различных размеров и очертаний.
К
дефектам
второй группы, вызванным
непосредственно обработкой давлением,
относятся следующие.
Ковочные
трещины (поверхностные
и внутренние),разрывы
— появляются
из-за значительных напряжений в металле
при деформации в поковке (штамповке,
прокате). Растягивающие внутренние
напряжения могут привести к появлению
разрывов и трещин металла не только в
зонах, ослабленных дефектами слитка,
но при достаточной их величине — к
разрушению зон, не пораженных дефектами.
Следует отметить, что при обработке
давлением металл неоднократно
подвергается нагреву и охлаждению,
что приводит к возникновению термических
напряжений, способствующих образованию
внутренних разрывов и трещин. При
холодной объемной штамповке из-за
недостаточной деформируемости
исходных материалов на поверхности
обрабатываемых деталей возникают
скалывающие трещины. Эти трещины обычно
располагаются в плоскости наибольших
сдвигающих напряжений, наклоненной
под углом 45° к направлению действующего
усилия.
Рванины
—
грубые надрывы на поверхности металла,
возникшие вследствие недостаточной
его пластичности. Это происходит, когда
температура обрабатываемого металла
оказывается ниже уровня, необходимого
для того, чтобы металл выдержал заданную
деформацию. Рванины возникают также
при разной скорости деформирования
различных слоев металла.
Прессутяжины
—
это конусообразные нарушения сплошности
в центральной зоне прутка, изготавливаемого
прессованием или волочением. Они
возникают при опережающем течении
наружных слоев металла по отношению к
внутренним.
Заковы
и закаты —
возникают
при избытке металла в валках (калибрах).
Избыток металла при деформации
заворачивается в складки и вновь
прижимается к поверхности; складки
вдавливаются и раскатываются на
поверхности металла в диаметрально
противоположных направлениях.
Зажим
—
заштампованная складка, появляется в
результате неправильного наполнения
фигуры штампа металлом (встречное
движение металла) или закатывания
заусенцев, полученных на первых переходах
штамповки. Этот вид нарушения сплошности
иногда легко заметен после механической
обработки детали.
Вмятины
—
местные углубления на поверхности
заготовки, вызываемые попаданием
посторонних частиц на поверхность
бойка, штампа, валка.
Риски
—
канавки на поверхности заготовок,
полученных прессованием, прокаткой
или волочением (прутка, проката).
Появляются в результате попадания
мелких посторонних частиц на поверхность
оправки или штампа, или (при прокате)
на валки, или при износе матрицы при
прессовании. Риски могут также оставаться
как след от грубой поверхности слитка.
Они имеют глубину 0,2-0,5 мм.
Флокены
—
тонкие извилистые трещины, представляющие
в изломе светлые пятна характерного
серебристого цвета, округлой формы
диаметром до 50 мм. Они появляются
наиболее часто в среднеуг-леродистых
и среднелегированных сталях при
повышенном содержании в них водорода.
Водород, растворенный в жидкой стали
при охлаждении и особенно при фазовых
превращениях, вследствие резкого
понижения растворимости стремится
выделиться. При этом он заполняет все
пустоты вплоть до дефектов кристаллической
решетки, и, превращаясь из атомарного
в молекулярный, развивает огромные
давления, приводящие к хрупкому
разрушению металла. Флокены обычно
появляются в центральной зоне кованых
или катаных заготовок крупных сечений
и реже — в слитках. Поковки, отштампованные
из металла, пораженного флокенами,
иногда растрескиваются с отделением
кусков металла. Это обнаруживается при
закалке, после снятия припуска
механической обработкой резанием или
при поломке детали в эксплуатации.
Торцевые
трещины появляются
при резке главным образом крупных
профилей проката, когда к моменту среза
заготовка в результате больших удельных
давлений под ножом сминается из круглого
сечения в эллипс. В материале возникают
большие внутренние напряжения, он
растрескивается, иногда через 2-6 ч.
после резки. Брак возрастает по
торцевым трещинам в зимнее время, так
как низкая температура способствует
растрескиванию металла даже при резке
ма-
лых
профилей. Подбор оптимальных условий
резки сводит до минимума возникновение
торцевых трещин.
Отклонение
от номинальных размеров,разнотолщинность,
утонение и утолщение прокатных,
прессованных, тянутых полуфабрикатов
(листов, труб, прутков), разрывы
появляются
в результате нарушения технологии
производства, чаще всего — неправильной
установки инструмента (валков
листопрокатного стана, иглы трубопрокатного
стана, оправки волочильного станка).
Если
разрывы зачастую можно определить
визуально (у средне- и крупногабаритных
деталей), то недопустимую степень
утонения следует определять
специальными (например, радиоизотопными
и др.) методами. Как правило, эксплуатационная
надежность деталей, полученных
посредством глубокой вытяжки, определяется
не столько отсутствием разрывов
(трещин), сколько предельно допустимой
степенью утонения, которую может
получить материал в наиболее
деформированных зонах детали. При
эксплуатации изделий, собранных из
деталей, полученных глубокой вытяжкой,
в результате знакопеременных нагрузок
может наступить разрушение детали в
зоне утонения. Поэтому по мере увеличения
объема листовой штамповки актуальной
становится проблема автоматического
контроля степени утонения металла
при вытяжке.
Грубые
наружные дефекты продукции, обработанной
давлением (вмятины, рванины, некоторые
риски, плены, заковы), выявляют визуально.
Более тонкие дефекты того же типа
обнаруживают методами поверхностной
дефектоскопии: магнитным, капиллярным,
вих-ретоковым. Для выявления внутренних
дефектов радиационный метод применяют
редко. Он эффективен только в тех
случаях, когда дефекты (прессутяжины,
скворечники) имеют объемный характер.
Сжатые при деформации внутренние
дефекты могут быть обнаружены только
ультразвуковыми методами (эхо или
теневым).
Для
контроля продуктов прокатки и волочения
необходимо обеспечить высокую
производительность контроля. В этом
случае применяют ультразвуковые,
вихретоковые, а также индуктивные,
фер-розондовые и тому подобные методы
магнитного контроля. Эти же методы
применяют для измерения толщины изделий
при одностороннем доступе.
Дефекты
термической и химико-термической
обработки
Термическая
обработка состоит в нагреве, последующем
охлаждении металлов и сплавов по
определенному закону и направлена на
изменение их свойств в результате
изменения их внутренней структуры.
Целью
термической обработки является снятие
внутренних напряжений, а также
повышение прочности, пластичности и
вязкости металла. Специфическими
видами термообработки являются
поверхностная и химико-термическая
обработка. В этом случае воздействию
подвергают локальные (обычно
поверхностные) зоны металла. К этой
технологической операции можно
отнести также электрохимическую
обработку, с помощью которой на
поверхность наносят покрытие.
Дефекты
при термической обработке возникают
из-за несоблюдения заданной
температуры, времени выдержки, скорости
нагрева и охлаждения детали. Перегрев
приводит к образованию крупнозернистой
структуры, оксидных и сульфидных
выделений по границам зерен (в стали);
пережог вызывает не только образование
крупного зерна, но и оплавление границ
зерен, что способствует в дальнейшем
разрушению металла.
Термические
трещины (в
том числе закалочные) возникают в
металле при резких нагреве и охлаждении
(например, при закалке). В этом случае
появляются термические напряжения от
температурного перепада по сечению,
а также структурные напряжения,
связанные с тем, что структурные
превращения по сечению детали происходят
неодновременно. В результате наложения
термических напряжений на структурные
в закаливаемой детали могут появиться
закалочные трещины различной величины
и ориентировки.
Обезуглероживание
наблюдается
в металле при нагреве стальных
изделий в атмосфере, содержащей пары
воды, углекислый газ или водород. В этом
случае происходит выгорание углерода
в поверхностных слоях, что приводит
к понижению прочности стали. В изделиях
из инструментальной стали, прокаливающихся
полностью или на большую глубину и
имеющих обезуглероженный слой, возникают
поверхностные трещины глубиной до
1,2-2 мм (и даже больше). Они являются
следствием растягивающих напряжений,
вызванных тем, что в обезуглероженном
слое при закалке образуется
низкоуглеродистый мартенсит с
меньшим объемом, чем в сердцевине.
Обезуглероживание как процесс,
способствующий образованию трещин,
наиболее опасен для сталей с повышенным
содержанием углерода (C
= 0,5 %), мартенситное превращение которых
в сердцевине протекает с большим
изменением объема.
Науглероживание
наблюдается
в металле при нагреве стальных изделий
в атмосфере, содержащей избыточную
окись углерода. Это приводит к насыщению
поверхностных слоев углеродом, что
повышает хрупкость и склонность к
трещинообразованию.
Водородные
трещины возникают
в металле из-за насыщения поверхностного
слоя стали водородом под действием
щелочей, кис-
лот
и специальных растворов при травлении
и электрохимической обработке. Насыщение
поверхностного слоя водородом приводит
к резкому падению пластичности и к
хрупким разрушениям, очагом которых
обычно становятся микротрещины,
имеющиеся на поверхности детали.
Образование
мягких пятен на
закаленной поверхности происходит
в результате недостаточного нагрева
отдельных участков.
Разрушающие
методы контроля термообработки состоят
в изучении изломов и шлифов
(металлографический анализ) образцов,
вырезанных из металла. Неразрушающими
методами контроля термообработки
являются магнитный, вихретоковый и
ультразвуковой. Для обнаружения трещин
применяют методы поверхностной
дефектоскопии и ультразвуковые
методы с использованием поверхностных
волн.
Дефекты
механической обработки
Наиболее
частым дефектом механической обработки
является несоответствие
геометрических размеров, несоблюдение
требований к чистоте поверхности.
Такой
дефект обычно определяют механическими
измерительными средствами, из
неразрушающих методов для этой цели
применяют оптические.
Дефекты
типа несплошностей в процессе механической
обработки возникают редко. Например,
при обработке резанием металла, в
котором имеются большие поверхностные
напряжения, могут возникнуть трещины.
В
поверхностном слое металла, наклепанном
при отделочных операциях, возникают
отделочные
трещины. Поверхностные
микротрещины в дальнейшем, при работе
детали под нагрузкой, развиваются
(особенно при повышенной температуре).
Прижоги,
шлифовочные трещины возникают
на операции шлифовки, при которой
происходит резкий нагрев поверхностного
слоя металла и последующее его охлаждение.
Это может привести к появлению
прижогов — локальных перезакаленных
участков небольшой площади или участков
с сеткой мелких шлифовочных трещин на
поверхности детали. Шлифовочные трещины
малых размеров не имеют определенной
ориентации или расположены в виде
сетки; в стали, сильно перегретой при
закалке, они могут быть более глубокими
(3-4 мм). Причинами появления шлифовочных
трещин являются:
а)
растягивающие напряжения, возникающие
из-за нагрева и резкого охлаждения
при шлифовании, а также в результате
нагрева и
дальнейшего
отпуска мартенсита с образованием в
тонком поверхностном слое структур,
имеющих меньший объем, чем мартенсит,
сохраняющийся в нижележащих слоях;
б)
превращение остаточного аустенита в
поверхностном слое и образование
более хрупких продуктов его превращения.
Это заметно усиливает чувствительность
к трещинам сталей, имеющих повышенное
количество аустенита.
Как
прижоги, так и шлифовочные трещины
могут явиться причиной разрушения.
Поверхностные трещины обнаруживают
капиллярным, магнитным и вихретоковым,
а прижоги — склерометрическим, магнитным
и термоэлектрическим методами.
При
правке, рихтовке, монтаже оборудования
также могут появляться рихтовочные
и монтажные трещины, ориентированные
поперек направления максимальных
растягивающих напряжений. Для их
обнаружения помимо названных методов
используют ультразвуковые и
радиационные, когда поверхность с
возможными трещинами после монтажа
недоступна наблюдению.
Дефекты
соединения материалов
Неразъемные
соединения материалов выполняют
сваркой, пайкой, склейкой, клепкой.
1.
Дефекты
сварки. Все
способы сварки разделяют на две группы:
сварку плавлением и давлением. В первом
случае свариваемые заготовки располагают
на некотором расстоянии друг от друга
и осуществляют расплавление кромок
заготовок и заполнение разделки
присадочным или оплавленным основным
металлом. Во втором случае также
возможно расплавление кромок, но сварку
осуществляют при сдавливании свариваемых
заготовок. Каждому виду сварки
свойственны свои характерные дефекты.
1.1.
Для сварки
плавлением вследствие
нарушения режима сварки свойственны
некоторые металлургические
дефекты. Поскольку
при сварке металл подвергается
расплавлению и затвердеванию, то могут
возникать все дефекты, присущие литому
металлу: усадочные раковины, поры
(иногда поры располагаются цепочками,
группами), включения (шлаковые,
флюсовые, окисные, сульфидные,
металлические). Кроме того, под
воздействием высокой температуры в
зоне термического влияния могут
возникать изменения размеров зерна,
перегрев, закалка и отпуск, горячие и
холодные трещины.
Специфическими
дефектами сварки являются непровары
—
пустоты, местные несоединения,
образующиеся в результате неполного
расплавления кромок свариваемых листов,
а также малого расстоя-
ния
между кромками по отношению к диаметру
электрода. Типичной картиной непровара
в вершине шва на рентгеновском снимке
является непрерывная или прерывистая
темная полоса в центре шва.
Особенно
опасный дефект —
сварочные
трещины, возникающие
обычно в процессе остывания сварного
соединения. Они могут появиться не
только в наплавленном металле, но также
в основном металле соединения в зоне
термического влияния на него сварочного
процесса. Трещины часто возникают от
внутренних напряжений, возникающих от
усадки при охлаждении шва (технология
сварки, а также когда основной металл
или электроды не отвечают необходимым
требованиям). Трещины в наплавленном
металле, перпендикулярные оси шва,
могут распространяться и на основной
металл. Иногда трещины могут возникнуть
вдоль боковой стороны нагреваемой
зоны.
Трещины
и непровары обычно относятся к внутренним
дефектам сварного шва. К наружным
(внешним) относят: неполное заполнение
шва; вогнутость на вершине шва; избыточное
усиление (увеличение толщины шва);
нахлест (наплавление металла на основу);
проплав; продольные канавки; подрез
(углубление в основном металле вдоль
линии сплавления); смещение кромок шва;
неровности в местах смены электрода,
прожог в виде сквозного отверстия,
образовавшегося в результате
вытекания сварочной ванны и др.
Причиной
возникновения перечисленных дефектов
сварки является неправильный состав
сварочных материалов (электродов,
флюсов), неправильная подготовка к
сварке (неверная форма разделки, неверно
выбрано расстояние между свариваемыми
заготовками), нарушение режима
сварки. Трещины могут возникать также
в результате неправильной конструкции
сварного изделия, неправильного
термического режима сварки, наличия
включений, расслоений и других
дефектов в основном металле.
В
большинстве случаев внешние дефекты
могут быть определены визуально. Для
выявления внутренних и некоторых
поверхностных несплошностей применяют
радиационные и ультразвуковые методы.
Герметичные сварные конструкции
проверяются методами тече-искания.
1.2.
В сварке
давлением встречаются
некоторые дефекты, характерные для
сварки плавлением, например, поры,
шлаковые включения, смещение кромок
и др.
Специфическим
дефектом сварки давлением является
слипание.
Это
хрупкое и непрочное соединение
свариваемых заготовок, окисленное
в большей или меньшей степени. Оно
возникает при недоста-
точно
хорошей очистке свариваемых поверхностей,
недостаточном расплавлении металла
кромок. Отсутствие надежных средств
обнаружения слипаний препятствует
широкому применению сварки давлением
при изготовлении ответственных
конструкций, несмотря на ее очень
высокую производительность.
2. Дефекты
пайки. Пайкой
называется способ соединения твер-
дых
материалов путем заполнения зазора
между ними жидким отно-
сительно более
легкоплавким сплавом-припоем — с
образованием
между паяемым материалом
и припоем прочной связи. Сцепление
между
ними возникает в результате диффузионного
взаимодействия
материала заготовки
и жидкого припоя с последующей
кристалли-
зацией.
Непропай
—
основной тип дефекта пайки. Он возникает
из-за недостаточно тщательной очистки
спаиваемых поверхностей или нарушения
температурного режима пайки.
Паяные
соединения контролируют ультразвуком,
применяя эхо, теневой или импедансный
методы. Герметичные паяные конструкции
проверяются методами течеискания.
3. Клеевое
соединение получают
с помощью клея — вязкого веще-
ства,
обладающего адгезией с соединяемыми
материалами и доста-
точной прочностью
после твердения.
Непроклей
—
основной тип дефекта этого соединения.
Он возникает в результате плохой
очистки склеиваемых поверхностей или
нарушения температурного склейки.
Для
выявления дефекта применяют те же
методы, что и при контроле паяных
соединений. Герметичные клеевые
конструкции проверяются методами
течеискания.
4. Клепаное
соединение получают
с помощью заклёпок, которые
вставляют
в отверстия, просверленные в соединяемых
деталях, а за-
тем расклёпывают, т. е.
на концах заклепок формируют замыкаю-
щую
головку. Несмотря на то, что клепка
быстро вытесняется свар-
кой, она
применяется в ряде производств, например,
в авиастрое-
нии.
Дефекты
клепаных соединений связаны с
возникновением трещин
в
заклепках и соединяемых деталях.
Выявляются ультразвуковыми методами.
5. Отслоение
—
характерный дефект в изделиях,
изготавливае-
мых из двухслойных
металлов. Возникает как в процессе
получения
двухслойных листов или
труб, так и при их обработке
давлением,
сваркой. Прочность сцепления
плакирующего слоя с основным ме-
таллом
зависит от ряда факторов, влияние
которых еще полностью
не выяснено.
2.3.3.
Дефекты, возникающие при хранении и
эксплуатации, и их обнаружение
При
хранении изделие может получить
механические повреждения. Возможно
растрескивание в результате действия
внутренних напряжений. Нередкое
явление — атмосферная коррозия, которая
может быть поверхностной, а может
распространяться в глубь металла
преимущественно по границам зерен
(межкристаллитная коррозия).
При
эксплуатации дефекты деталей, узлов,
блоков и изделий в целом возникают в
результате изнашивания, коррозии,
явления усталости и т. д., а также
неправильного технического обслуживания
и эксплуатации. Техническое состояние
изделий в процессе эксплуатации с
течением времени ухудшается (изнашиваются
отдельные элементы конструкции,
появляются дефекты и повреждения). При
этом из-за износов и повреждений
снижаются работоспособность и надежность
изделий.
Обнаружение
поверхностных дефектов, возникающих
при хранении и эксплуатации,
производится путем визуального осмотра
и контролем капиллярным, магнитным
и вихретоковым методами. Внутренние
трещины любого происхождения обнаруживают
ультразвуковым эхо-методом, для
наблюдения за появлением и развитием
трещин перспективен метод акустической
эмиссии.
Дефекты,
возникающие в результате изнашивания
Износ
—
это результат изнашивания,
проявляющегося
в виде отделения или остаточной
деформации материала. В результате
износа изменяются рабочие параметры
деталей, узлов и блоков изделий, а в
итоге снижается их надежность.
В
процессе эксплуатации изделий изнашивание
того или иного вида неизбежно. Его
характер и скорость определяются
конструктивными особенностями
машины, материалами, из которых она
изготовлена, технологией производства,
испытываемыми в процессе работы
нагрузками и условиями эксплуатации.
Виды и характеристики изнашивания
даны в ГОСТ 16429-70.
В
реальных изделиях, как правило,
большинство деталей в процессе
эксплуатации подвержены одновременно
нескольким видам изнашивания, но при
этом почти всегда можно выделить ведущий
вид, который и будет лимитировать
работоспособность детали. Сопутствующие
виды изнашивания при этом, как правило,
будут мало влиять на работоспособность
детали, но в отдельных случаях они могут
резко ускорить процесс изнашивания
детали.
Изнашиванию
подвержены сопряженные пары деталей,
имеющие относительное перемещение.
Изнашивание происходит в результате
действия сил трения и ударных нагрузок.
Изнашивание при трении сопряженных
подвижных деталей связано с механическими,
тепло-физическими и химическими
процессами. Значительно усложняет
анализ процессов изнашивания одновременное
протекание процессов деформации
поверхностных слоев деталей и тепловых
явлений, деформации и адсорбции,
деформации и диффузии и других
одновременно протекающих процессов.
Интенсивность
изнашивания зависит от механических
и химических свойств материала
трущейся пары, вида трения (без смазки
-сухое, граничное или жидкостное),
характера и величины нагрузки, вида
сопряжения и шероховатости поверхности,
относительной скорости перемещения
трущихся поверхностей, их взаимодействия
с внешней средой и т. д. Изнашивание при
трении в значительной степени зависит
от прочности поверхностных слоев.
Большое
влияние на работу трения оказывает
смазка, устраняющая непосредственный
контакт сопряженных металлических
поверхностей. В настоящее время в
сопряженных парах изделий, как правило,
реализуется режим граничного трения,
при котором на отдельных микро- и
макроучастках рабочих поверхностей
наблюдается трение без смазки. В
этом случае тончайшие слои металла
трущихся поверхностей подвергаются
пластической деформации и одновременно
взаимодействуют с окружающей средой.
В
результате изнашивания происходит
постепенное изменение размеров и формы
деталей, следовательно, увеличиваются
зазоры, принятые для данной сопряженной
пары. В современных изделиях зазоры
между трущимися деталями исчисляются
сотыми и тысячными долями миллиметра,
поэтому часто даже небольшой износ
может привести к нарушению нормальной
работы изделия. При возрастании
зазора выше допустимого в сопряжении
возникают ударные нагрузки, под действием
которых интенсивность изнашивания еще
больше возрастает.
Различаются
три периода изнашивания сопряженных
пар (рис. 2.2). Начальный период, или период
приработки а
характеризуется
интенсивным изнашиванием трущихся
поверхностей. Постепенно изнашивание
уменьшается, и наступает период
установившегося изнашивания б. Этот
период характеризуется относительным
постоянством скорости изнашивания при
данных конкретных условиях работы
сопряженной пары. После превышения
некоторой предельной величины
допускаемого для данного сопряжения
износа, последний прогрессивно возрастает
(период в), резко изменяются раз-
меры
и геометрическая форма деталей,
следовательно, и зазоры, т.е. нарушается
нормальная работа деталей и возникает
необходимость в их ремонте.
Необходимо
иметь в виду, что при одинаковых условиях
изнашивания после приработки
устанавливается оптимальная, с точки
зрения износа, шероховатость,
независимо от первоначальной
шероховатости, полученной при
механической обработке (рис. 2.3).
При
трении сопряженных пар различаются
следующие виды изнашивания (по ГОСТ
16429-7θ):
механическое:
абразивное,
гидроабразивное, эрозионное, усталостное
и кавитационное;
молекулярно-механическое
(или
изнашивание при заедании);
коррозионно-механическое:
окислительное,
изнашивание при фреттинг-коррозии.
Рис.
2.3. Изменение
установившейся (оптимальной) микрогеометрии
поверхности в процессе приработки
в зависимости от исходной шероховатости:
А — грубая обработка; В — тщательная
обработка; С — оптимальная обработка
@5<O
@01>BK
5;8G8=0
87=>A0
В
основе всех видов изнашивания лежат
процессы пластических деформаций,
упрочнения, возникновения металлических
связей и их разрушения, адсорбции,
диффузии и образования химических
соединений, возникновения
термоэлектронного эффекта, нагрева и
изменения свойств металла в результате
тепловых явлений, микрорезания и
усталостных явлений.
Основными,
наиболее часто встречающимися видами
изнашивания являются следующие.
Абразивное
—
это изнашивание материала в результате
режущего или царапающего действия
твердых тел или частиц. Оно возникает
при наличии абразивной среды в зоне
трения и может существовать в самом
широком диапазоне скоростей скольжения
и удельных давлений. Сущность
абразивного изнашивания не меняется
в том случае, если абразивные частицы
попадают в трущееся сопряжение не
извне, а образуются в самом процессе
трения. Абразивное изнашивание
характеризуется внедрением абразивных
частиц в металл поверхностей трения
при их проскальзывании и срезании
микрообъемов металла с этих
поверхностей трения. Абразивные частицы,
имеющие тупые углы и небольшую высоту
выступающих частей, не режут, а скользят
с большими усилиями по поверхности
трения, пластически деформируя при
этом поверхностные слои металла. Поэтому
при абразивном изнашивании происходит
также местное упрочнение поверхностных
слоев за счет пластической деформации.
Гидроабразивное
—
это изнашивание в результате воздействия
твердых тел или частиц, увлекаемых
потоком жидкости.
Газоабразивное
—
изнашивание в результате воздействия
твердых тел или частиц, увлекаемых
потоком газа.
Эрозионное
—
это изнашивание поверхности в результате
воздействия потока жидкости или
газа. Этот вид изнашивания включает
собственно эрозионное разрушение, а
также элементы трения и коррозии.
Происходит по еще недостаточно полно
изученным закономерностям физики
твердого тела и учения о явлениях в
поверхностных слоях под действием
внешних сил. Эрозионное изнашивание
наблюдается при обтекании деталей
потоком жидких или газообразных
частиц, а также при электрических
разрядах. Вследствие ударов о поверхность
металла мельчайшие частицы потока
разрушают его поверхностный слой.
Эрозионный износ возрастает с повышением
шероховатости поверхности и с увеличением
кинетической энергии частиц потока,
особенно если деталь или поток имеют
высокую температуру. Если носителем
частичек является агрессивная среда,
то возникающее химическое взаимодействие
приводит к еще более значительному
износу. Изнашивание может происходить
или в виде рав-
номерного
«сдувания» мельчайших частичек
поверхностного слоя детали, или в виде
явно выраженного локального разрушения
поверхности. Эрозионный износ зависит
от механических свойств материала
детали, состояния поверхности и
параметров воздействующего потока
частиц и среды. Эрозионное изнашивание
можно подразделить на изнашивание
в потоке газа и в потоке жидкости, а
также изнашивание под действием
электрических (импульсных) разрядов.
Усталостное
—
это изнашивание поверхности трения
или отдельных ее участков в результате
повторного деформирования микрообъемов
материала, приводящего к возникновению
трещин и отделению частиц. Возникает
при трении качения без смазки, а со
смазкой — при удельных давлениях,
превышающих предел текучести материала
поверхностных слоев. Усталостное
изнашивание характеризуется разрушением
металла с возникновением в поверхностных
слоях микротрещин, единичных и
групповых впадин, вызванных процессами
микропластических деформаций сжатия,
упрочнения и разупрочнения металла
поверхностных слоев, возникновением
остаточных напряжений и особыми
явлениями усталости.
Кавитационное
—
это изнашивание поверхности при
относительном движении твердого
тела в жидкости в условиях кавитации.
Оно является результатом процесса
кавитации, представляющего собой
возникновение парогазовых пузырьков
в ограниченном объеме потока жидкости,
где давление ниже соответствующего
давления паров жидкости при данной
температуре, и последующего сокращения
(уничтожения) этих пузырьков в зоне
повышенного давления. Крайне вредным
следствием явления кавитации, нарушающим
нормальную работу агрегатов, является
разъедание поверхности материала
деталей. Кавитационное изнашивание
металла является следствием чисто
механических ударов, которые возникают
при быстром «захлопывании» парогазовых
кавитационных пузырьков, попадающих
в область более высоких давлений.
Кавитация может возникнуть, например,
в местах сужения потока, где скорость
увеличивается. Помимо этого, разнообразные
местные сопротивления в трубопроводах
и гидроагрегатах, способствующие
образованию криволинейных течений,
приводят к возникновению зон различного
давления, а следовательно, и
кавитационных пузырьков. Кавитационное
разрушение подразделяется на местное
и общее. Под местным понимается локальное
разрушение (точечный износ), вызываемое
местным падением давления в потоке
вследствие обтекания различных
препятствий и криволинейности
течений. Общее разрушение является
следствием процесса образования
парогазовых полостей при понижении
давления в большой области или во всем
потоке до давления насы-
щения,
т. е. парообразования, соответствующего
данной температуре.
Изнашивание
при заедании —
это изнашивание в результате схватывания,
глубинного вырывания материала, переноса
его с одной поверхности трения на другую
и воздействия возникших неровностей
на сопряженную поверхность.
Подразделяется
оно на изнашивание схватыванием первого
рода (контактное сваривание) и второго
рода (тепловое изнашивание). Контактное
сваривание характеризуется возникновением
металлических связей между
контактирующими участками поверхностей
вследствие больших пластических
деформаций, упрочнением схватывающихся
объемов металла и разрушением впереди
лежащих слоев. Возникает при трении
скольжения с малыми скоростями
относительного перемещения трущихся
поверхностей и при удельных давлениях,
превышающих предел текучести на участках
фактического контакта, при отсутствии
в них смазки и защитной пленки окислов.
Повреждения
поверхности деталей, характерные для
износа схватыванием, имеют большое
распространение.
Возникновение
металлических связей происходит при
интенсивной пластической деформации
поверхностных слоев при трении
скольжения, сопровождающейся выходом
на поверхность участков поверхностей,
свободных от адсорбированных пленок,
пленок окислов и загрязнений. При
этом происходит максимальное сближение
контактирующих поверхностей.
Из
существующих видов изнашивания этот
вид является наиболее
нежелательным, так
как происходит интенсивное разрушение
сопряженных поверхностей, причем на
одной трущейся поверхности происходит
отделение металла, а на другой — налипание
отделившихся частиц. Места вырывов
являются концентраторами напряжений,
в них образуются микротрещины и трещины,
развитие которых может привести к
усталостному разрушению деталей.
Приварившиеся налипшие частицы под
действием больших усилий упрочняются
и в дальнейшем действуют как абразив.
Тепловое
изнашивание возникает
при трении скольжения с большими
скоростями относительного перемещения,
большими удельными давлениями,
вызывающими интенсивный рост температуры
в поверхностных слоях трущихся деталей,
работающих по тем или иным причинам
без смазки или с недостаточной смазкой.
Этот вид изнашивания характеризуется
возникновением металлических связей
между контактирующими поверхностями
вследствие термической пластической
деформации, вызванной действием теплоты
внешнего трения на металл трущихся
поверхностей. При трении происхо-
дит
мгновенный нагрев тонких поверхностных
слоев металла. Температура поверхностей
фактического контакта при тепловом
износе может для стали превышать 800-900
°С, максимальная же может достигать
температуры плавления трущихся металлов.
Окислительное
—
это изнашивание при наличии на
поверхностях трения защитных пленок,
образующихся в результате взаимодействия
материала с кислородом. Характеризуется
образованием на сопряженных поверхностях
подвижных окисных пленок (слоев)
вследствие микропластических деформаций
и диффузии кислорода, взаимодействие
которых приводит к образованию твердых
растворов и возникновению химических
соединений газа с металлом. Этот вид
изнашивания возникает при трении
скольжения и трении качения. При
трении качения при нормальных нагрузках
оно является ведущим.
Дефекты,
вызванные коррозией
Коррозия
деталей происходит в результате их
химического или электрохимического
взаимодействия с внешней средой.
Различают атмосферную, газовую,
контактную, коррозию под напряжением,
в неэлектролитах и электролитах.
Характер коррозионных разрушений
(поражений) приведен на рис. 2.4.
Детали,
соприкасающиеся с атмосферой, подвергаются
атмосферной коррозии вследствие
наличия в атмосфере влаги, осадков в
виде дождя или снега, а также различных
окислов и солей, особенно в приморских
районах и около больших городов. Резкие
перепады температуры сопровождаются
конденсацией влаги, что также вызывает
коррозию.
Элементы
конструкции различных изделий имеют
обычно лакокрасочные, окисные или
металлические защитные покрытия. Но
все эти покрытия далеко не полностью
защищают изделия от воздействия
внешних агрессивных условий и
возникновения коррозии. Лакокрасочные
покрытия и окисные пленки в большей
или меньшей степени влаго- и
газопроницаемы, а следовательно,
пропускают влагу и газы к металлической
поверхности элемента конструкции.
Металлические покрытия, разрушаясь,
перестают защищать основной металл.
Особенно сильно проявляется ненадежность
различного рода покрытий на деталях
из магниевых сплавов. Продукты
коррозии магниевых сплавов обладают
щелочной реакцией. Влага, проникая
сквозь пленку лакокрасочного покрытия,
увлажняет продукты коррозии вследствие
их гигроскопичности. В результате слой
лакокрасочного покрытия теряет сцепление
с металлом и отслаивается, скопление
продуктов коррозии вызывает вспучивание
лакокрасочного слоя. Помимо этого в
различных изделиях часто имеется
значительное количество деталей, не
имеющих защитных покрытий.
В
элементах конструкции машин, где имеется
неблагоприятное сочетание сопрягаемых
металлов, в случае нарушения защитных
покрытий может возникать коррозия
из-за образования гальванической
пары. Металл, имеющий более отрицательный
потенциал, в этом случае будет разрушаться.
Например, детали из магниевых сплавов
в соединениях со стальными деталями
или деталями из алюминиевых сплавов
разрушаются в случае разрушения на них
защитных покрытий.
Влияние
рабочей жидкости на интенсивность
коррозионного разрушения особенно
часто наблюдается на деталях гидравлических
систем. В результате в элементах
гидравлических систем может наблюдаться
значительная коррозия.
Коррозия
под влиянием газовой среды при высоких
температурах вызывается воздействием
на металл продуктов сгорания топлива.
Этому виду коррозии в процессе
эксплуатации особенно подвержены
элементы энергетических машин. Совместное
действие высоких температур и
продуктов сгорания топлива вызывает
на поверхности элементов таких
изделий более или менее значительную
коррозию.
Дефекты,
вызванные усталостью
Усталость
—
процесс постепенного накопления
повреждений под действием повторно-переменных
напряжений, приводящий к уменьшению
долговечности, образованию трещин и
разрушениям. На усталостную прочность
деталей оказывают влияние самые
различные факторы:
-
концентраторы
напряжений и их распределение; -
размеры
и форма деталей; -
вид
деформации; -
режим
нагружения (в том числе частота
нагружения); -
температурные
условия; -
объемный
наклеп; -
среда;
-
термообработка;
-
величина
зерна;
-
металлургические
факторы; -
величина
и знак остаточных напряжений; -
состояние
поверхности, которое зависит от ряда
технологических факторов (механическая
обработка, упрочняющая технология,
химико-термическая обработка и
электролитические покрытия) и
всевозможных эксплуатационных факторов.
В
результате влияния всех указанных
факторов, хотя детали рассчитываются
так, чтобы рабочие напряжения в них
были ниже предела выносливости, в
деталях нередко возникают процессы
усталости. В наиболее слабом месте
детали (концентрация напряжений,
неметаллическое включение, остаточные
растягивающие напряжения и т. д.), чаще
всего в зоне максимальных растягивающих
напряжений, возникают микротрещины,
развивающиеся в дальнейшем в усталостные,
которые приводят к внезапному разрушению
детали без видимых предварительных
пластических деформаций.
Снижению
усталостной прочности детали способствуют
также местные повреждения поверхности
(забоины, риски, коррозионные раковины
и т. п.).
Усталостные
разрушения наблюдаются и на различных
сварных элементах конструкции. Этому
в значительной степени способствуют
острые углы между сопрягаемыми деталями,
резкие переходы от сварного шва к
основному металлу, отверстия вблизи
сварных швов и т. д.
Появлению
трещин и даже иногда разрушению элемента
конструкции способствует концентрация
напряжений около заклепочных отверстий.
‘8A;>
F8:;>2 N
?5@5<5==>3>
=03@C65=:
Рис.
2.5.
Кривые
истинной и коррозионной усталости: 1 —
предел выносливости (истинный); 2 —
условный предел коррозионной выносливости
(при N = 107)
Большое
влияние на снижение выносливости
деталей оказывают теплосмены (термическая
усталость), так
как при этом в поверхностных слоях
детали периодически возникают напряжения
сжатия и растяжения. Термическая
усталость проявляется на таких деталях,
как камера сгорания, лопатки соплового
аппарата и газовой турбины и др.
Заметно
снижает предел выносливости деталей
коррозия. При одновременном воздействии
коррозии и переменных нагружений
начинает проявляться так называемая
коррозионная усталость, в условиях
которой разрушение деталей происходит
при напряжениях, значительно меньших
предела выносливости (рис. 2.5). Это
требует (в процессе эксплуатации и
выполнения ремонтных работ) выявить
места конструкции, пораженные коррозией.
При этом или должны приниматься меры
к полному удалению следов коррозии или
необходимо производить замену детали
или агрегата при сильном их поражении.
Излом
при усталостном разрушении имеет две
характерные зоны: зона усталостного
разрушения и зона окончательного излома
(мгновенного разрушения). Излом
детали происходит в тот момент, когда
трещина увеличивается до таких размеров,
что оставшееся живое сечение детали
недостаточно, чтобы сопротивляться
действующим нагрузкам. Поверхность
первой зоны гладкая, притертая.
Дефекты
из-за неправильной эксплуатации
Неправильное
или небрежное техническое обслуживание,
нарушение правил эксплуатации
изделий может привести к появлению
серьезных дефектов. Например, использование
несоответствующего
129
конструктивная ошибка
- конструктивная ошибка
-
1) Construction: structural error
2) Metallurgy: fault of construction
Универсальный русско-английский словарь.
.
2011.
Смотреть что такое «конструктивная ошибка» в других словарях:
-
конструктивная недоработка — ошибка при проектировании конструктивный дефект — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы ошибка при проектированииконструктивный дефект EN… … Справочник технического переводчика
-
Секунды до катастрофы — Жанр документальное кино Режиссёр(ы) Дэн Голд Пол Нельсон Пол Бургесс Александр Данлоп Сценарист(ы) Пол Нельсон Производство National Geographic Society Darlow Smithson Productions Повествователь … Википедия
-
North American B-25 Mitchell — B 25 Mitchell Норт Америкэн B 25 Митчелл, ВВС США … Википедия
-
Ньюи, Эдриан — Эдриан Ньюи Эдриан Ньюи (англ. Adrian Newey, род. 26 декабря 1958 года в Стратфорд на Эйвоне, Великобритания) конструктор гоночных автомобилей в классе « … Википедия
-
Норс Америкэн B-25 Митчел — B 25 Mitchell Норт Америкэн B 25 Митчелл, ВВС США Тип средний бомбардировщик Разработчик John Leland Lee Atwood Производитель Норт Америкэн Первый полёт … Википедия
-
Норт Америкэн B-25 Митчелл — B 25 Mitchell Норт Америкэн B 25 Митчелл, ВВС США Тип средний бомбардировщик Разработчик John Leland Lee Atwood Производитель Норт Америкэн Первый полёт … Википедия
-
McDonnell XF-85 Goblin — XF 85 Goblin XF 85 на авиабазе «Эдвардс» … Википедия
-
максимальная — максимальная: Максимально возможная длина ЗО, в пределах которой выполняются требования настоящего стандарта и технических условий (ТУ) на извещатели конкретных типов, Источник: ГОСТ Р 52651 2006: И … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
-
НП 022-2000: Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. «Общие положения обеспечения безопасности ядерных энергетических установок судов» — Терминология НП 022 2000: Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. «Общие положения обеспечения безопасности ядерных энергетических установок судов»: 2. Активная система (элемент) система (элемент),… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
-
Винни-Пух — У этого термина существуют и другие значения, см. Винни Пух (значения). Винни Пух Winnie the Pooh … Википедия
-
Спидола (приёмник) — У этого термина существуют и другие значения, см. Спидола (значения) … Википедия