Дефектоскопія без дефектів
Неруйнівний контроль — ідеологія сучасного виробництва, за якою майбутнє, переконані вчені-метрологи.
«Поліпшити можна тільки те, що піддається вимірюванню» — говорив один із класиків менеджменту Пітер Друкер. Це справедливо не тільки для управлінської, а й для виробничої діяльності, а тому на сучасному підприємстві вимірюють та оцінюють тисячі технологічних і економічних показників. За всього величезного обсягу кількісної інформації сам процес її одержання найчастіше стає другорядним. А тим часом і в процесі вимірювання є що вимірювати, отже, і вдосконалювати, що й роблять фахівці-метрологи.
Про тенденції в сучасній метрологічній науці та практиці розповідає кандидат технічних наук, доцент кафедри метрології Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (м. Луганськ), член Українського товариства неруйнівного контролю та технічної діагностики Андрій Киреєв.
— У нашому суспільстві культура вимірів поки розвинена недостатньо. Багато хто плутає метрологів із метеорологами. А коли їм чемно говориш, що метрологія — це наука про виміри, із розумінням кивають: «А, то ви лічильники перевіряєте…»
Тим часом безпосередньо виміри — лише один з аспектів, так звана прикладна метрологія. А ще є теоретична метрологія, яка розробляє загальну теорію та методи вимірів, шукає способи досягнення їхньої єдності та необхідної точності…
Фахівці з вимірювання, яких готує наша кафедра, затребувані на будь-якому виробництві, у будь-якій дослідній лабораторії. Що ж до наших наукових розробок, то вони стосуються переважно вдосконалення методів вимірювання, зокрема для неруйнівного контролю.
— Неруйнівний контроль припускає використання таких діагностичних процедур, які не порушують придатність об’єкта до використання за призначенням. Це надзвичайно важливо в медицині, коли на кін поставлено здоров’я, щоб не було як у старому анекдоті: «Розтин показав, що причиною смерті став розтин». Останнім часом такий контроль часто застосовують реставратори та археологи. А з чим пов’язана все більша затребуваність таких методів у техніці?
— Звичайно, і деталь часом шкода знищувати, нехай навіть із шляхетною діагностичною метою. Але річ навіть не в ціні технічного виробу, а в безпеці людей, які працюють з тією або іншою технікою. Візьмемо, приміром, колесо локомотива. Конструктори розрахували його товщину, на заводі виготовили партію із заданими параметрами. Але під час лиття можливі внутрішні дефекти — скажімо, тріщини. Вони зменшують корисний переріз деталі, крім того, є концентраторами напруги — саме звідси за наддопустимого навантаження почнеться руйнування.
Коли використовують традиційні методи, розрізають, приміром, декілька коліс, і на підставі отриманих даних роблять висновок про якість всієї партії. Так, застосовують коректні статистичні методи, але однаково висновок має ймовірнісний характер. Величезна перевага неруйнівного контролю — у його тотальності: діагностиці піддається кожна деталь.
— Що можна перевіряти засобами неруйнівного контролю?
— Одна з найнаочніших сфер його застосування — дефектоскопія. Але можна також контролювати інші параметри виробу: структуру матеріалу та його фізико-механічні властивості, геометричні розміри… Відхилення цих характеристик від норми часом не такі помітні, як грубі механічні дефекти на зразок тріщин, але не менш небезпечні. Скажімо, стінки резервуара, який експлуатується під тиском, роз’їдаються ерозією та стоншуються; проконтролювати їхню товщину можна, наприклад, ультразвуковим методом.
— А які методи контролю найефективніші?
— Методів багато: оптичний, акустичний, електричний, магнітний, радіаційний, контроль проникними речовинами… Для контролю внутрішніх дефектів частіше застосовується ультразвук, поверхневих — магнітні методи. Універсальних немає — ефективність контролю саме й визначається адекватністю обраного методу.
— Тематика ваших досліджень пов’язана із залізничним транспортом. Це найбільш вдячна сфера застосування неруйнівного контролю?
— Крім викладання на кафедрі метрології, я є заступником начальника центральної заводської лабораторії ВАТ «ХК «Луганськтепловоз». Тож усі наші розробки можна вважати виробничою необхідністю.
Неруйнівний контроль дійсно щороку стає усе популярнішим на залізниці. У сучасних умовах у зв’язку з підвищенням швидкостей, збільшенням обсягів перевезень особлива увага приділяється безпеці руху, і вимоги тут весь час жорсткішають. Крім того, рухомий склад зношується, а оновляти його через фінансові труднощі вдається не так часто, як хотілося б. Тому неруйнівний контроль застосовується і під час виготовлення, і під час експлуатації.
— Андрію Миколайовичу, розкажіть, будь ласка, про ваші нові розробки.
— Одне з останніх удосконалень стосується ультразвукової діагностики несуцільностей у елементах екіпажної частини рухомого складу: суцільнокатаних залізничних колесах, катаних колісних центрах, бандажах, заготівках тягових і ведених зубчастих коліс тягового редуктора.
Для виявлення дефектів у таких виробах традиційно використовується ультразвуковий імпульсний ехо-метод із частотою хвилі 2,5 МГц. Суть його — у порівнянні амплітудної характеристики ехо-сигналу в досліджуваній деталі з тим же показником у контрольному зразку, що містить «еталонний» дефект із геометричними характеристиками, які забезпечують максимальне відбиття ультразвукової хвилі.
Однак через особливості штампувально-катаної технології виготовлення елементів екіпажа несуцільності, які виникають в деталях, є набагато різноманітнішими за «зразково-показові» відбивачі правильної форми, з якими порівнюють реальний ехо-сигнал. Дефекти мають переважно площинний характер, причому площина дефекту нахилена до площини входу ультразвукової хвилі під різним кутом. У разі розташування несуцільності під невеликим кутом до поверхні введення ультразвукова хвиля йде убік, і її амплітуда зменшується — в окремих випадках до 16 дб. Це може призвести до недостовірної оцінки дефекту та введення в експлуатацію виробів із неприпустимими внутрішніми несуцільностями.
Ми встановили, яким чином кут нахилу плоских дефектів до поверхні введення ультразвукової хвилі впливає на вірогідність діагностики, і запропонували методику, яка дозволяє врахувати цей вплив — для того, щоб підвищити вірогідність результатів.
— Наскільки такі «високі матерії» зі сфери теоретичної метрології доступні практикові на виробництві — рядовому метрологові або фахівцеві з контролю якості?
— Безперечно, ми прагнемо адаптувати отримані результати під кінцевого користувача. Виявлені розрахунково-експериментальним шляхом математичні залежності для визначення кута нахилу плоского дефекту до поверхні введення ультразвукової хвилі й коефіцієнта коректування чутливості ультразвукової апаратури було покладено в основу програмного продукту NDTRT-2, який дозволяє автоматизувати процес. Зараз ця програма успішно застосовується у ВАТ «ХК «Луганськтепловоз» — під час діагностики елементів екіпажної частини локомотивів і мотор-вагонного рухомого складу.
— Підприємства зобов’язані використовувати методи неруйнівного контролю чи такі ініціативи — не що інше, як прояв свідомості?
— В Україні набули чинності вже кілька десятків європейських стандартів із неруйнівного контролю. Але часто сам замовник просить включити в креслення на виріб той або інший поки ще не передбачений стандартами вид неруйнівного контролю.
Новітні підходи та ідеї активно просуває Українське товариство неруйнівного контролю та технічної діагностики: допомагає підприємствам у створенні власних лабораторій, проведенні випробувань, розробляє рекомендації з удосконалення нормативно-правової бази, проводить конференції, сертифікує персонал. Колективними членами цього товариства є понад 180 організацій, у тому числі такі провідні виробничі й наукові центри, як «Запоріжсталь», Інститут електрозварювання Патона, «Луганськтепловоз», «Мотор-Січ», Одеський припортовий завод, КБ «Південне»… Їхніми зусиллями неруйнівний контроль поступово стає внутрішнім стандартом, ознакою доброго тону, і це позитивно позначається на якості продукції.
Довідка «УТГ»
Метрична система відзначила 215-річчя. Її початком в далекому 1795 році став французький закон про загальне використання метра й кілограма.
