Виявлення дефекту продукції в наш час – явище досить поширене. І якщо придбання неякісних галантерейних товарів може обернутися лише тратою грошей, то порушення технології виготовлення машин і обладнання спричинить куди більш серйозні й негативні наслідки, аж до загибелі людей. У даній статті дається загальна класифікація дефектів, описуються причини їх виникнення, а також способи усунення (коли це можливо). Особлива увага приділяється порушенням внутрішньої будови металів і неякісним зварним з’єднанням, як дефектів, що представляють найбільшу небезпеку для суспільства. Нерідко причинами масштабних катастроф стають дефекти зварних швів.
Основні положення
Визначень і понять дефекту існує дуже багато. У загальному випадку, дефект – це будь-яка невідповідність конкретного виробу, конструкторської документації, галузевим стандартам і нормам, а також ГОСТу. Вони можуть бути прихованими (неможливо виявити неозброєним оком) і явними. Останні ще називаються поверхневими дефектами.
Види дефектів можна також класифікувати за ступенем впливу на здатність виробу виконувати покладені на нього функції: незначні, значні, а також критичні. Єдиного рецепту віднесення того чи іншого дефекту до конкретного класу немає. Це, можна сказати, колективна експертиза групи фахівців. Потрібно враховувати епюру навантажень вироби, наявність (відсутність) концентраторів напружень, місце виникнення дефекту.
Види дефектів можуть бути абсолютно ідентичними, а ось вплив на працездатність заданого конкретного виробу, може відрізнятися, причому досить значно. Так, скажімо, розвиток відпускної крихкості другого роду в сталі, з якої виготовлено кочерга, ніяк не вплине на її експлуатаційні характеристики і термін служби. А ось якщо подібний дефект виникне в матеріалі высоконагруженного швидкісного валу, то він просто розлетиться на дрібні осколки, коли накопичиться значна втома від високочастотних знакозмінних динамічних навантажень.
Профілактика та попередження дефектів
Щоб мінімізувати ймовірність виникнення дефектів, необхідно дуже уважно і відповідально підходити до етапу підготовки виробництва, а також дотримуватися всі вимоги технологічної і конструкторської документації:
- перед тим як приступити до зварювання поверхонь, потрібно переконатися в тому, що останні мають правильну геометрію;
- сам процес повинен проходити з дотриманням всіх норм режимів обробки; відсутність належної кваліфікації у виконавця є причиною шлюбу в більшості випадків; рішенням може стати застосування спеціальних зварювальних автоматів і роботів, які дозволяють отримувати якісний і рівномірний шов по всіх довжині;
- кожен зварний шов після закінчення робіт в обов’язковому порядку повинен перевірятись фахівцями відділу ВТК на предмет наявності прихованих і явних дефектів; дана міра дозволяє вчасно виявляти та вживати заходів щодо усунення браку.
Незначні дефекти
Даний вид дефекту не може вплинути на експлуатаційні характеристики вироби та стати причиною виходу вузла або механізму з ладу. Також його наявність ніяк не впливає на забезпечення безпечної експлуатації машини. До таких видів дефектів можна віднести будь-які зовнішні порушення: плями, неправильна форма, наявність порожнин на поверхні кованої заготовки, які згодом знімуться при обробці різанням і т. д.
Значні дефекти
До значних відносять дефекти, наявність яких робить істотний вплив на експлуатацію виробу та термін його корисної дії, але які не відносяться до критичних. Іншими словами, при наявності такого виду дефекту, характеристики виробу дещо погіршуються, але воно все ще може використовуватися безпосередньо за призначенням. Прикладом такої невідповідності конструкторської документації може служити наявність незначних пір на поверхні сталевих виробів.
Критичні види дефектів
Дефект, виникнення якого робить неможливим використання конкретного виробу за призначенням (з міркувань безпеки та зважаючи на відсутність фізичної можливості), називається критичним. Приклади таких дефектів не потрібно довго вигадувати. Класичним критичним дефектом є перепалив сталі (дефект металу, при якому границі зерен в результаті значного перевищення допустимої температури термічної обробки окислюються, і матеріал стає крихким). Виробництво комплектуючих і виробів з такої сталі категорично заборонено. Даний вид дефектів відноситься до категорії невиправного браку. Існує єдиний вихід – переплавлення сталі і отримання після відпалу рівноважної структури металу з вихідними механічними і фізичними властивостями.
До критичних належать також дефекти зварних швів навантажених елементів. Зварювальне справа – це взагалі дуже серйозне і відповідальне заняття, строго регламентований безліччю законів і підзаконних актів. Контроль якості виконання зварних з’єднань здійснюється висококваліфікованими фахівцями із застосуванням складного і дуже дорогого вузькоспеціалізованого обладнання по виявленню прихованих дефектів. Вид дефекту, а також його значимість повинні визначатися з ювелірною точністю.
Методи виявлення дефектів
Наявність дефектів свідчить про серйозні порушення технологічного процесу. І чим раніше вони виявлені, тим швидше будуть вжиті заходи до їх усунення. Це безпосередньо впливає на економічні показники роботи промислового підприємства, а в деяких випадках може запобігти катастрофу і загибель людей.
Основні способи виявлення дефектів такі: візуальні (збільшення до 30 крат, можливе застосування лупи), перевірка механічних властивостей (ударна в’язкість, опір розтягуванню, хладноломкость, червоноламкість та інші), контроль з використанням мікроаналізу (із застосуванням оптичного та електронного металографічних мікроскопів), контроль з використанням рентгенівського випромінювання, контроль ультразвуком, проведення випробувань на корозійну стійкість (як правило, використовується спеціальне обладнання – ванни соляного туману).
Внутрішні дефекти в зоні зварного шва
Дефекти зварних швів в більшості випадків є прихованими, і їх можна побачити лише за допомогою спеціальної апаратури. Тому такий вид шлюбу особливо небезпечний. Процес зварювання виробів є дуже складним. У деяких випадках зона зварювання попередньо підігрівається до певної температури, щоб забезпечити максимальну якість зварного шва.
У зварному шві можуть виникати такі види внутрішніх дефектів: пори, оксиди металів і неметалічні включення, непровари шва, розтріскування, перегрів, перепал.
Пори – це порожнини, в яких під великим тиском скупчуються гази (водень, вуглекислий газ та інші). Такі дефекти можуть спровокувати крихкий злам у зоні зварного шва. Причина виникнення дефектів такого типу – неякісні і відвологлі зварювальні електроди, наявність на зварюваної поверхні оксидів металу.
Якщо виникає такий дефект, як внутрішній непровари, то можна покладати всю провину на зварювальника. Швидше за все, роботи проводив малодосвідчений робітник, який тільки нещодавно отримав професію. Непровари являє собою відсутність зварного шва на певному (як правило, невеликого) ділянці. Окрім низької кваліфікації персоналу, даний дефект може виникнути при малому зазорі між зварюваними поверхнями, прискореної робочої подачі, наявність в зоні плавлення електрода оксидів і інших сторонніх неметалічних включень. У разі електродугового зварювання викликати непровари можуть неправильно підібрані режими (насамперед – сила струму).
Тріщини можуть виникати як у поздовжньому, так і в поперечному перерізі. Цей дефект є особливо небезпечним, так як поширення тріщин не обмежується лише зоною наплавлення, але часто зачіпає і зварювані вироби.
Перегрів виникає внаслідок протікання вторинної рекристалізації металу (прискореного зростання зерен за рахунок поглинання сусідніх зерен). Така структура приводить до того, що зона зварного шва охрупчивается. Зовні такий дефект не дає про себе знати. Щоб отримати можливість порівняти бал металу з еталонною шкалою, потрібно вирізати контрольний зразок, відшліфувати, відполірувати, а потім протравити гладку поверхню спеціальним реактивом (4-6 % розчин азотної кислоти на спирту) з метою виявити межі зерен. І тільки після цього комплексу заходів в об’єктиві металографічного мікроскопа буде проглядатися структура сталі. Якщо руйнування конструкції неприпустимо, то можна відполірувати і протруїти ділянка зварного шва, а потім прикріпити до конструкції спеціальний мобільний мікроскоп.
Усунення дефектів внутрішніх
Класифікація дефектів може проводитися також по принципу можливості усунення негативних наслідків дефекту і відновлення працездатності механізму. Зварні дефекти, в більшості своїй, є невиправними. І це накладає на виконавців робіт та інженерів, які розробляють технологічний процес, велику відповідальність.
Але деякі види невідповідностей технологічному процесу все ж можна при бажанні усунути. Зокрема, виправлення дефектів можливо здійснити при виникненні так званого перегріву. Для цього вся конструкція поміщається в піч, витримується в ній деякий час при заданій температурі (вище лінії ПСК на діаграмі залізо-вуглець), а потім остигає разом з піччю. Зрозуміло, що далеко не всі конструкції можуть поміститися в невелике пічне простір. Таким чином, відновлення нормальних розмірів зерна не завжди можливо через відсутність необхідної матеріально-технічної бази.
Зовнішні дефекти в зоні зварних швів та способи їх усунення
Такі дефекти виявляються при візуальному огляді зварного шва. До основних видів дефектів такого роду можна віднести відхилення від заданих геометричних розмірів, виникнення так званих напливів і подрєзов, непровари і пропалення.
Порушення геометричних розмірів зварного шва виникає, як правило, з вини недосвідченого зварника. Окрім чисто зовнішнього боку, наявність такого дефекту негативно позначається і на механічних властивостях всіх зварної конструкції. Усунути такий дефект практично неможливо. Та й роботи будуть коштувати дуже дорого. Тому не рекомендується доручати зварювання відповідальних виробів новачкам в професії.
Напливи – також є «хворобою» багатьох недосвідчених зварювальників. Виникають в результаті надмірного оплавлення металу електродів при сповільненій робочої подачі. Подібні дефекти відносяться до категорії незначних і впливають лише на зовнішній вигляд зварного шва. Усувається механічною обробкою різанням шва (фрезерування, шліфування, стругання, довбання і т. д.).
На відміну від напливів, так звані підрізи характеризуються недостатнім оплавленням матеріалу. Дефект полягає в утворенні незаповнених ділянок на стику зварюваних виробів. Підріз, в залежності від конкретних технічних умов, можна віднести як до поправного, так і до невиправного дефекту. Так, якщо подібний шлюб був допущений при зварюванні дуже відповідальних поверхонь (реактори атомних станцій, корпус підводного човна і т. д.), то він не підлягає виправленню. Будь-яке втручання в даному випадку з метою виправити зварний шов – грубе порушення, яке може спричинити дуже серйозні наслідки. А ось якщо майбутня конструкція не є складовою частиною дуже відповідального вузла або механізму, то допускається виправлення підріза повторним зварним швом.
Зовнішній непровари, як і внутрішній, характеризується відсутністю сплавлення між матеріалом електрода і зварюються поверхнями. Усунення такого дефекту є економічно недоцільним, так як вимагає видалення розплавленого матеріалу електрода з зазору між зварюваними поверхнями.
Тріщини на поверхні зварного шва відносяться до категорії дефектів поверхні. Можуть утворюватися вздовж зварного шва по лінії контакту зварюваних виробів, так і в поперечному перерізі. Найчастіше такі дефекти виникають як результат нерівномірного прогріву ділянок зварюваних виробів у зоні оплавлення металу. Тому при проведенні робіт з відповідальними виробами здійснюється попередній термічний нагрівання виробів в зоні зварного оплавлення.
Прожогом виникає в результаті значного локального перегріву металу і утворення наскрізного отвору, через який витікає рідкий розплав. Усунути такий дефект можна лише латкою, привареній безпосередньо над таким отвором. Але, зі зрозумілих причин, таке рішення підійде далеко не для кожного випадку.
Основні методи профілактики появи дефектів
Після проведення операцій по виправленню дефектів необхідно ще більш ретельно проводити контроль якості зварного шва. Адже найчастіше спроби усунути шлюб лише погіршують ситуацію. Якщо дефекти будуть виявлені повторно, то рекомендується більше не відправляти такі вироби на доопрацювання, а списувати їх як виробничий брак. Справа в тому, що багаторазовий нагрівання та охолодження металів можуть призвести до небажаних структурних змін в сталі, а також виникнення багатьох дефектів кристалічної будови металу.
Ні технології, ні хороша заробітна плата інженерного і робочого персоналу не може повністю гарантувати відсутність шлюбу. Хороший і досвідчений зварник здатний навіть на старому і далеко не найкращому обладнанні видавати вражаючий результат. Тому головним напрямком у справі профілактики шлюбу зварювальних робіт є постійне підвищення кваліфікації і мотивації робочого персоналу. Необхідно всіма можливими способами підвищувати культуру виробництва, збільшувати колективну відповідальність бригади робітників, встановлювати добрі стосунки в колективі.
