Дефектоскопия без дефектов
Неразрушающий контроль — идеология современного производства, за которой будущее, убеждены ученые-метрологи.
«Улучшить можно только то, что поддается измерению» — говорил один из классиков менеджмента Питер Друкер. Это справедливо не только для управленческой, но и для производственной деятельности, а потому на современном предприятии измеряют и оценивают тысячи технологических и экономических показателей. За всем обилием количественной информации сам процесс ее получения зачастую отходит на второй план. А между тем и в процессе измерения есть что измерять, а значит, и совершенствовать, чем и занимаются специалисты-метрологи.
О тенденциях в современной метрологической науке и практике рассказывает кандидат технических наук, доцент кафедры метрологии Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля (г. Луганск), член Украинского общества неразрушающего контроля и технической диагностики Андрей Киреев.
— В нашем обществе культура измерений пока развита недостаточно. Многие путают метрологов с метеорологами. А когда их вежливо поправляешь, мол, метрология — это наука об измерениях, понимающе кивают: «А, так вы поверкой счетчиков занимаетесь…»
Между тем непосредственно измерения — лишь один из аспектов, так называемая прикладная метрология. Но есть и теоретическая метрология, занимающаяся построением общей теории и методами измерений, способами достижения их единства и требуемой точности…
Специалисты по измерению, которых готовит наша кафедра, востребованы на любом производстве, в любой испытательной лаборатории. Что же касается наших научных разработок, то они относятся преимущественно к усовершенствованию методов измерений, в частности методик при неразрушающем контроле.
— Неразрушающий контроль предполагает использование таких диагностических процедур, которые не нарушают пригодность объекта к использованию по назначению. Это чрезвычайно важно в медицине, когда на кон поставлено здоровье, чтобы не было как в старом анекдоте: «Вскрытие показало, что смерть наступила в результате вскрытия». В последнее время такой контроль часто берут на вооружение реставраторы и археологи. А с чем связана возрастающая востребованность подобных методов в технике?
— Конечно, и деталь порой жалко уничтожать, пусть даже в благородных диагностических целях. Но дело даже не в цене технического изделия, а в безопасности людей, использующих ту или иную технику. Возьмем, к примеру, колесо локомотива. Конструкторы рассчитали его толщину, на заводе изготовили партию с заданными параметрами. Но при литье возможны внутренние дефекты — скажем, трещины. Они уменьшают полезное сечение детали, кроме того, являются концентраторами напряжения — именно отсюда при сверхдопустимой нагрузке начнется разрушение.
При использовании традиционных методов заключение о качестве партии делают на основании данных по нескольким разрезанным колесам. Да, применяют корректные статистические методы, но все равно вывод носит вероятностный характер. Огромное преимущество неразрушающего контроля — в его тотальности: диагностику проходит каждая деталь.
— Что можно проверять средствами неразрушающего контроля?
— Одна из наиболее наглядных областей его применения — дефектоскопия. Но можно контролировать и другие параметры изделия: структуру материала и его физико-механические свойства, геометрические размеры… Отклонения этих характеристик от нормы порой не так заметны, как грубые механические дефекты вроде трещин, но не менее опасны. Скажем, стенки сосуда, эксплуатируемого под давлением, подвергаются эрозионному разъеданию и истончаются; проконтролировать их толщину можно, например, ультразвуковым методом.
— А какие методы контроля наиболее эффективны?
— Методов много: оптические, акустические, электрические, магнитные, радиационные, контроль проникающими веществами… Для контроля внутренних дефектов чаще применяется ультразвук, поверхностных — магнитные методы. Универсальных нет — эффективность контроля как раз и определяется адекватностью выбранного метода.
— Тематика ваших исследований связана с железнодорожным транспортом. Это наиболее благодарная область применения неразрушающего контроля?
— Кроме преподавания на кафедре метрологии, я являюсь заместителем начальника центральной заводской лаборатории ОАО «ХК «Лугансктепловоз». Так что все наши разработки можно смело считать производственной необходимостью.
Неразрушающий контроль действительно с каждым годом становится все более популярным на железной дороге. В современных условиях в связи с повышением скоростей, увеличением объемов перевозок особое внимание уделяется безопасности движения, и требования здесь постоянно ужесточаются. Кроме того, подвижной состав изнашивается, а обновлять его в силу финансовых трудностей удается не так часто, как того хочется. Поэтому неразрушающий контроль находит применение и при изготовлении, и при эксплуатации.
— Андрей Николаевич, расскажите, пожалуйста, о ваших новых разработках.
— Одно из последних усовершенствований касается ультразвуковой диагностики несплошностей в элементах экипажной части подвижного состава: цельнокатаных железнодорожных колесах, катаных колесных центрах, бандажах, заготовках ведущих и ведомых зубчатых колес тягового редуктора.
Для выявления дефектов в таких изделиях традиционно используется ультразвуковой импульсный эхо-метод с частотой волны 2,5 МГц. Суть его — в сравнении амплитудной характеристики эхо-сигнала в исследуемой детали с тем же показателем в контрольном образце, который содержит «эталонный» дефект с геометрическими характеристиками, обеспечивающими максимальное отражение ультразвуковой волны.
Однако из-за особенностей штамповочно-катаной технологии изготовления элементов экипажа возникающие в деталях несплошности оказываются гораздо разнообразнее «образцово-показательных» отражателей правильной формы, с которыми сравнивают реальный эхо-сигнал. Дефекты носят преимущественно плоскостной характер, причем плоскость дефекта наклонена к плоскости входа ультразвуковой волны под различным углом. При расположении несплошности под небольшим углом к поверхности ввода ультразвуковая волна уходит в сторону, и ее амплитуда уменьшается — в отдельных случаях до 16 дБ. Это может привести к недостоверной оценке дефекта и вводу в эксплуатацию изделий с недопустимыми внутренними несплошностями.
Мы установили, каким образом угол наклона плоских дефектов к поверхности ввода ультразвуковой волны влияет на достоверность диагностики, и предложили методику, позволяющую учесть это влияние с тем, чтобы повысить достоверность результатов.
— Насколько подобные «высокие материи» из области теоретической метрологии доступны практику на производстве — рядовому метрологу или специалисту по контролю качества?
— Безусловно, мы стремимся адаптировать полученные результаты под конечного пользователя. Обнаруженные расчетно-экспериментальным путем математические зависимости для определения угла наклона плоского дефекта к поверхности ввода ультразвуковой волны и коэффициента корректировки чувствительности ультразвуковой аппаратуры легли в основу программного продукта NDTRT-2, который позволяет автоматизировать процесс. Сейчас эта программа успешно применяется в ОАО «ХК «Лугансктепловоз» — при диагностике элементов экипажной части локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава.
— Предприятия обязаны использовать методы неразрушающего контроля или подобные инициативы — не что иное, как проявление сознательности?
— В Украине введены в действие уже несколько десятков европейских стандартов по неразрушающему контролю. Но часто сам заказчик просит включить в чертеж на изделие тот или иной пока еще не предусмотренный стандартами вид неразрушающего контроля.
Новейшие подходы и идеи активно продвигает Украинское общество неразрушающего контроля и технической диагностики: помогает предприятиям в создании собственных лабораторий, проведении испытаний, разрабатывает рекомендации по усовершенствованию нормативно-правовой базы, проводит конференции, осуществляет сертификацию персонала. Коллективными членами этого общества являются свыше 180 организаций, в том числе такие ведущие производственные и научные центры, как «Запорожсталь», Институт электросварки им. Патона, «Лугансктепловоз», «Мотор Січ», Одесский припортовый завод, КБ «Южное»… Их усилиями неразрушающий контроль постепенно становится внутренним стандартом, признаком хорошего тона, и это позитивно сказывается на качестве выпускаемой продукции.
Справка «УТГ»
В начале апреля метрическая система отметила 215-летие. Начало ей в далеком 1795 году положил французский закон о всеобщем использовании метра и килограмма.
