Причины появления раковин на металле

Раковины на металле, или коррозионные ямы, возникают в результате воздействия влаги, кислорода и различных химических агентов на поверхность металла. Эти факторы приводят к электрохимическим реакциям, которые разрушают защитные покрытия и создают подходящую среду для дальнейшего повреждения материала.

Кроме того, неправильное хранение и эксплуатация металлических изделий могут способствовать образованию раковин. Например, наличие механических повреждений, загрязнений или недостаточной защиты от влаги увеличивает риск коррозии и приводит к образованию раковин, которые могут существенно ухудшить прочностные характеристики металла.

Причины появления раковин на металле

Текст работы размещён без изображений и формул. Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Каждое предприятие литейного производства время от времени пересекаются с вопросами газовых образований (появления газовых раковин).

Работа по предотвращению брака отливок заключается в выявлении брака, анализе характера обнаруженных дефектов, определении причин их возникновения, назначении и выполнении процедур по предупреждению дефектов.

Литературный обзор.

Определение дефекта металла

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

В прикладном, техническом понимании следует считать такие отклонения от нормального, предусмотренного стандартами качества, которые ухудшают рабочие характеристики металла или изделия и приводят к снижению сортности или отбраковке изделий. Однако не всякий изъян металла является дефектом изделия. Отклонения от нормального качества металла, которые не существенны для работы данного изделия, не должны считаться для него дефектами. Отклонения от нормального качества, являющиеся дефектами для изделий, работающих в одних условиях (например, при усталостном нагружении), могут не иметь значения при других условиях работы (например, при статическом нагружении).

Виды дефектов.

Дефекты подразделяют на явные, скрытые, критические, значительные и малозначительные, исправимые и неисправимые. Явные поверхностные дефекты выявляют глазом, а внутренние скрытые и поверхностные, неразличимые глазом, – специальными средствами. Критическим называют дефект, при наличии которого использование продукции по назначению невозможно или исключается из-за несоответствия безопасности или надежности. Значительный – дефект, который существенно влияет на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность, но не является критическим. Малозначительный – дефект, который не оказывает влияния на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность.

По происхождению дефекты изделий подразделяют: на производственно-технические, металлургические, возникающие при отливке и прокатке; технологические, возникающие при изготовлении и ремонте деталей (сварке, наплавке, механической и термической обработках, калибровке и др.); эксплуатационные, возникающие после некоторой наработки изделия в результате усталости металла деталей, коррозии, охрупчивания под действием радиации, изнашивания и т.д., а также неправильного технологического обслуживания в эксплуатации

Усадочные раковины – открытые или закрытые сравнительно большие полости произвольной формы с грубой шероховатой, иногда окисленной, поверхностью, находящиеся в теле отливки. Образуются вследствие неравномерной усадки металла при затвердевании в верхней части слитка или в утолщенных частях отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Усадочные раковины находятся между сердцевиной и коркой отливки.

Рыхлота – местное скопление мелких усадочных раковин при крупнозернистой структуре металла. Часто встречается рыхлота, расположенная над усадочной раковиной.

Пористость – местное скопление мелких газовых или усадочных раковин. Газовая пористость обычно наблюдается в большом объеме отливки или отдельных ее участках.

Ликвационные зоны – неравномерность химического состава металла в теле отливки. Газовая ликвация – характерный дефект слитка кипящей стали, представляющий собой участки структурной и химической неоднородности в виде стреловидной ликвации – каналов в зоне наружной корочки и сегрегационных пятен у внутренних концов сотовых пузырей. Участки газовой ликвации в пузырях загрязнены неметаллическими включениями (сульфидами и оксисульфидами).

Газовые пузыри или раковины в литом металле представляют собой полости (округлые, овальные или продолговатые) с чистой и гладкой, иногда окисленной поверхностью. По расположению в слитках пузыри могут быть внутренние и подкорковые.

Внутренние пузыри расположены произвольно по объему слитков, в спокойной стали преимущественно в верхней части слитков, а в кипящей в средней по высоте и сечению зоне. Подкорковые пузыри расположены у поверхности слитков и представляют собой тонкие извилистые каналы, часто выходящие на поверхность. Горячая деформация приводит к завариванию пузырей в том случае, если стенки их не содержат стойких оксидов или силикатов, а содержат только оксиды железа и марганца. На поперечных макрошлифах спокойной стали незаварившиеся пузыри имеют вид тонких полосок. Песчаная раковина – полость в теле отливки, частично или полностью заполненная формовочным материалом.

Шлаковая раковина – полость, заполненная шлаком.

Вскип, вскиповая раковина – оксидные складки или раковины, образующиеся при кипении сплава. Различают скипы со стороны формы, стержня и от холодильника.

Металлические включения – инородные металлические тела в основном металле отливки. Такими телами могут быть нерасплавленный легирующий компонент, модификатор, внутренний холодильник и т.д.

Неметаллические включения бывают двоякого рода и происхождения:

1) включения неметаллических частиц, попавших в металл извне (частицы шлака, огнеупора, графита, песка и т.д.) могут образовать шлаковые и песчаные включения, которые чаще всего расположены в верхних частях отливки или на их поверхности;

2) включения частиц окислов, сульфидов, силикатов, нитридов, образующихся внутри металла вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке сплава. Они располагаются в виде цепочек или сетки, часто по границам зерен. По форме бывают округлые или удлиненные. Последние могут сильно снижать пластичность металла.

Газовая пористость.

Газовые раковины представляют собой полости в теле отливки, образованные выделившимися из металла или внедрившимися в металл газами. Поверхность таких раковин гладкая. Газовые раковины могут быть одиночными и групповыми.

Газовая пористость определяется следующим образом (на примере алюминиевых литейных сплавов):

балл 1 — мелкая пористость;

балл 2 — пониженная пористость;

балл 3 — средняя пористость;

балл 4 — повышенная пористость;

балл 5 — высокая пористость.

Пользоваться эталонами степени пористости можно независимо от марки сплава.

Условия определения газовой пористости:

При определении пористости в алюминиевых литейных сплавах усадочная рыхлость или центральная пористость исключается.

Для определения газовой пористости темплеты (плоская масштабная модель), вырезанные из чушек, отливки или образцы, вырезанные из отливок, обрабатывают до шероховатости Ra не более 1,6 мкм.

Для определения газовой пористости макрошлиф травят, не выявляя макроструктуры, затем промывают проточной водой и просушивают фильтровальной бумагой.

Газовая пористость темплетов чушек определяется на трех квадратах площадью 1 см 2 каждый. Количество пор и размер пор определяют как среднее арифметическое трех измерений.

Балл пористости, определенный по трем квадратам на двух макрошлифах темплетов чушек, распространяют на всю плавку.

Контроль пористости проводят визуально, невооруженным глазом. Для определения диаметра пор можно пользоваться оптическими приборами с увеличением до 10 раз.

Причины образования газовых раковин:

Дефект образуется в результате механического проникновения газов в жидкий расплав с поверхности раздела металл — форма, если газы выделяются из форм и стержней. Это явление часто сопровождается видимым эффектом кипения расплава или выбросом его из формы и поэтому получило название вскип. На границе раздела металл — форма газы практически присутствуют всегда, однако внедриться в металл они могут только при условии, если избыточное газовое давление в форме или стержне будет превышать сопротивление со стороны металла, зависящее от высоты столба металла над соответствующей точкой формы или стержня и от удельного веса жидкого сплава.

Образуется газовый пузырь из-за потока газов, выходящего из поры в формовочном материале; образующегося около устья поры газовый пузырь растет до тех пор, пока силы поверхностного натяжения металла, стремящиеся округлить пузырь до шара, и подъемная сила металла не оторвут его от поверхности формы. На месте отрыва пузыря растет новый.

Газы могут механически захватываться металлом в элементах литниковой системы и непосредственно в полости литейной формы при заливке. Захваченные таким образом пузыри газа могут остаться в отливке и образовать газовые раковины.

Струя металла, вытекающая из ковша, увлекает воздух в литниковую воронку или чашу, откуда пузыри воздуха могут вместе с металлом попасть в стояк и далее — в полость литейной формы. Количество воздуха, увлекаемого струей металла, возрастаем с .увеличением высоты ее падения. Распыленная, неправильной формы струя металла увлекает больше воздуха, чем струя правильной формы — круглая. Количество воздуха, попадающего в стояк, зависит также от конструкции и объема литниковой чаши.

Причиной образования раковин могут быть газы, выделяющиеся из предметов, устанавливаемых в форму: холодильников, жеребеек, шпилек, солдатиков, асбестовых прокладок и т. п. Если поверхность этих предметов покрыта ржавчиной или сконденсированной влагой, то при контакте с металлом происходит газообразование, приводящее к возникновению в отливках местных наружных или внутренних газовых раковин. Аналогичным образом образуются газовые раковины от прокладочной глины.

Раковины часто возникают от газов, содержащихся в жидком металле. В жидком металле всегда присутствуют газы (азот, водород, кислород): а) б) в)

Скачкообразное падение растворимости газа в металле в период затвердевания приводит к образованию газовых раковин. Такое понижение растворимости приводит к тому, что из закристаллизовавшейся твердой фазы газы переходят в расплав, который непрерывно ими обогащается (степень обогащения незакристаллизовавшегося расплава газом зависит от скорости распространения газа в металле и скорости кристаллизации).

Способы решения проблемы.

Способы предотвращения газовых раковин. Для предупреждения газовых раковин, образующихся при механическом проникновении газов в металл (вскипе), следует:

Уменьшать газотворность смесей – для этого необходимо:

Цель работы заключается в снижении вероятности образования газовых раковин в отливках за счёт привнесения в расплав транспортного инертного газа. При этом уже образовавшиеся газовые пузырьки объединяются и выходят на поверхность расплава.

Экспериментальная часть.

На сегодняшний день на базе ФГУП «ПО «Маяк» реализован проект по станкостроению. На базе предприятия организована крупно узловая сборка промышленных станков, в том числе станков с числовым-программным управлением (ЧПУ). Станина станка – основная корпусная несущая составляющая. На станине монтируются узлы и механизмы технологических машин.

Качество работы станка целиком зависит от прочности, жесткости и износостойкости литой станины, так как на нее действуют усилия при работе механизмов. Станина обеспечивает точное взаимное расположение всех основных узлов станка. Станины для станков закупаются в Китае и через Балтийскую компанию (г. Санкт-Петербург), и только потом станины поставляются непосредственно на ФГУП ПО МАЯК.

Читайте: Способы извлечения ящиков из тумбы под раковиной

В рамках исследования к сотрудничеству по получению образцов отливок было задействовано «Кыштымское машиностроительное объединение» входящее в крупнейший металлургический холдинг РМК (Российская медная компания). Основным видом деятельности предприятия является литейное производство, где качество выпускаемой продукции очень высоко. Брак продукции составляет от 7-15% от всей выпускаемой продукции.

Задачи исследования по предупреждению появления газовых раковин:

уменьшение газотворности за счёт оптимизации состава формовочных и стержневых смесей;

увеличение скорости отвода образующихся в результате химических реакций или привнесённых газов из форм за счёт уменьшения длины пути фильтрации газов;

удаление из отливки внедрившихся газовых пузырей до момента ее полного затвердевания;

привнесение в расплав транспортного инертного газа;

контроль концентрации раскислителя.

Первые два метода описаны в учебниках и справочниках по металлургии, и эффект по их применению в исследовании оказался минимальным.

Контроль концентрации раскислителя позволяет существенно снизить количество окисленных форм железа и других металлов, что благотворно влияет на протекание химических реакций с образованием газов раскислителя. Однако здесь субъективным критерием является сам исходный металл и количество примесей в его составе.

Эффективным способом устранения газовых дефектов, после неоднократных исследований в стале-литейном цеху «Кыштымского машиностроительного объединения» стал метод привнесение в расплав транспортного инертного газа.

За счёт введения в расплав металла инертного транспортного газа возможно существенно повысить вынос газовых пузырей за пределы ковша. В качестве направляющего тракта применяли специально изготовленные для этих целей на предприятии «Бакор» керамические трубки, способные выдержать высокие температуры.

Инертный газ является уникальным газом, который не вступает в реакции с другими присутствующими веществами, находясь в ковше в момент заливки расплавленного метала он вызывает процесс барботажа (объединение более мелких частиц СО в более крупный), являясь при этом надежным проводником сопутствующих газов на границу раздела фаз «Металл – Воздух».

Таблица 1 — Химический анализ исходного металла, % (Атомно-эмиссионный спектрометр «Spectromaxx»)

Дефекты металла: виды, причины

Дефекты металла могут быть серьезными, и тогда всю партию отправляют на переработку, а могут оказаться незначительными. В последнем случае сырье идет по своему назначению и нет опасений, что долговечность изделий окажется недостаточной. Кроме этого, различают больше сотни видов дефектов, они классифицируются в зависимости от типа обработки.

Особого внимания заслуживают литейные изъяны. После отлива сразу видны дефекты. Это могут быть пузыри или песчинки, попавшие во время процесса или образовавшиеся в результате взаимодействия элементов. Но если тут нет вины человека, то в случае с прокатом или сваркой вся изъяны лежат на совести рабочего.

Классификация дефектов металла

Все дефекты, которые возникают на металлических деталях, разделяют на три вида: критические, значительные, малозначительные. Для этого устанавливают размеры повреждения, место его расположения, характер дефекта, назначение детали, условия эксплуатации. Любое выявленное на изделии отклонение от нормы, прописанной в технической документации ГОСТ 17102, является дефектом металла.

Поиском недостатков занимается нормоконтроль дефектов металлов (НК). В существующих документах не содержится точных определений, что является дефектом, к ним относятся все виды нарушения сплошной поверхности. При этом классифицируют дефектны на допустимые нормативно-техническими документами (НТД) и недопустимые. Среди допустимых выделяют фиксируемые или регистрируемые (согласно НТД) и нефиксируемые.

Существуют следующие виды дефектов металла: явные, скрытые, критические, значительные и малозначительные, исправимые и неисправимые нарушения. Обнаружить явные повреждения можно визуально, осмотрев поверхность. Найти скрытые дефекты внутри детали и на поверхности поможет специальное оборудование. Дефект является критическим для изделия, если он делает невозможным дальнейшее использование детали и не подлежит устранению.

Поверхностные и подповерхностные дефекты можно обнаружить с помощью дефектоскопии, которая проводится несколькими методами: визуальными, капиллярными, магнитными, электромагнитными. Также применяют способ отражения и прохождения сигналов – эхо- и амплитудно-теневой методы.

Скрытые внутренние дефекты металла обнаруживают с помощью радиационного и ультразвукового излучения. Нарушения плоскостного типа (трещины, заливы) позволяет эффективно выявлять радиационный контроль, если излучение проходит вдоль плоскости дефекта, и ультразвуковой метод, когда излучение направлено перпендикулярно плоскости дефекта.

Значительным дефектом является нарушение, которое сильно влияет на применение детали и ее износостойкость, но оно не критичное. Малозначительным дефектом называется недостаток, не влияющий на эксплуатацию детали и ее срок службы.

Есть несколько путей возникновения дефектов на металле, в связи с чем существует классификация причин нарушений: производственно-технические, металлургические (сопутствующие отливке и прокатке), технологические (вследствие сварки, наплавки, механической и термической обработки, калибровки и др.), эксплуатационные (после срока использования изделия, его усталости и износа, воздействия внешних неблагоприятных факторов, неправильного обращения и технического обслуживания).

Не всегда изделия с недостатками подлежат утилизации или ремонту. Дефекты маленького размера допускаются в производстве металлических деталей и не требуют иборьбы (поры, шлаки, расслоения и прочее). Важное значение имеют условия дальнейшей эксплуатации изделий.

Литейные дефекты

Усадочные раковины – открытые или закрытые полости разного размера и формы с шершавой поверхностью, присутствующие в металле после отливки. Причиной недостатка является неравномерное распределение сплава в процессе отливки и затвердевания. Могут появляться в верхних слоях металла и образуются вследствие неравномерной усадки металла при затвердевании в верхней части слитка или в утолщенных частях отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Усадочные раковины находятся между сердцевиной и коркой отливки.

Ужимины – протянутые и узкие вмятины в массе металла, наслоения, места с формовочной смесью (от песчаной формы), прослойки краски (литье в кокиль).
Спаи представляют собой отверстия сквозного или поверхностного характера с заваленными краями по всей массе металла, получившиеся после раннего затвердевания жидкого сплава. Эти дефекты литья металла появляются в процессе непостоянной заливки и неравномерного распределения металла в форме, из-за чего создаются окисные плены, мешающие смешиваться сплаву и сливаться с уже отлитой массой.
Оксидный спай – дефект, представляющий собой отдельные участки неслившихся потоков металла, которые разделяет пленка. Недостаток часто формируется в тонких сечениях отлива.
Пригар – частичные утолщения из формовочного или стержневого материала, смешанные со сплавом, находящиеся в местах с наиболее разогретыми частями формы.
Литейные подрезы – недостатки при отливе металла, представляющие собой углубления в местах скопления конструктивных напряжений.
Коробление – деформация формы и конструкции отлива. Становится явным только после затвердевания, выбивки и заварки.
Отклонение микроструктуры. Недостаток проявляется отклонением от установленного стандарта внешнего вида, количества и величины структурных частиц.

Неметаллические включения в металлах

Неметаллические включения появляются по разным причинам.

В металл извне попадают различные частицы, не относящиеся к сплаву. Например, компоненты шлака, огнеупора, графита, песка и прочее контактируют с массой отлива и образуют шлаковые или песчаные включения, формирующиеся в поверхностных слоях металла или сверху.

В процессе заливки происходят различные химические реакции между частицами сплава, результатом которых становятся компоненты окислов, сульфидов, силикатов, нитридов. В теле отлива они находятся в виде цепи или сетки. Включения бывают разных форм – округлые, вытянутые. Такие недостатки снижают пластичность стали.

Корочками называются места в металле, представляющие собой загрязнения из неметаллических добавок. Они могут быть в основной массе сплава или у поверхности, темного или светлого цвета. Темная корочка – дефект в виде участка различной формы, выделяющийся плохой полируемостью и повышенной травимостью, так как в нем множественные неметаллические частицы и примеси серы, фосфора. Светлая корочка – недостаток, расположенный в нижней части отлива, представляет собой светлые полоски с неметаллическими включениями.

Дефекты металла в виде трещин

Межкристаллические трещины – дефекты сварных соединений металла, нарушение сплошности металла, появляющиеся по границам кристаллов из-за их низкой прочности. Прочность отдельных участков металла понижается, потому что в нем попадаются прослойки неметаллической фазы и ликватов.

Горячие трещины – это основные дефекты в металле шва, представляющие разрывы на верхней части детали, протянувшиеся по границам кристаллов, с неровной окисленной поверхностью с едва различимыми дендритами. Также причиной появления дефекта является неравномерная усадка в формах после отлива. Особенности изъяна – рваные края и большая ширина образований.

Холодные трещины – тоненькие разрывы структуры металла, представляющие собой чистую светлую зернистую поверхность. Причиной их появления служат внутренние напряжения в сплаве, а также механические воздействия при температурах ниже порога свечения отлива. Особенность горячих трещин в том, что разлом происходит по зернам, а не по кристаллам. Дефект возникает в острых углах и других сложных напряженных местах.

Термические трещины – явно различимые невооруженным глазом нарушения целостности поверхности сплава при отливе. Края термической трещины и внутренности мелкозернистой структуры, окисленные, с цветами побежалости. Трещины становятся видны после обжига. Они возникают из-за растягивающих напряжений при высокой температуре, действующих совместно с остаточными напряжениями.

Пластические дефекты металла

Во время проверки на дефекты заготовок часто выявляют инородные включения неметаллической и металлической природы, имеющие разные формы и размеры.

Надрыв – поверхностный дефект металла, похожий на разрыв, но не сквозной, проходит поперек или под углом к линии обработки заготовки. Причиной появления дефектов являются скрытые несплошности сплава, нарушение технологии обработки металла.

Сквозной разрыв является дефектом нарушения сплошности металла, который проходит заготовку насквозь. Причиной недостатка становятся разломы плоской заготовки, если у нее неравномерная толщина. Такой дефект металла, как разрыв, появляется из-за вкатанных инородных включений.
Накол представляет собой точечное углубление. Может быть в количестве одного дефекта или нескольких. Недостаток появится, если при охлаждении металла используют загрязненные смазочно-охлаждающие жидкости и на сплав воздействуют мелкие частицы инородных компонентов смеси. Также наколы могут возникать от выступов и прилипших частиц на валках.
Вмятины – единичные или множественные углубления на поверхности металла разных форм и размеров с пологими краями. Это механические дефекты металла, они образуются во время транспортировки, обработки, хранения.
Забоина выглядит как углубление нечеткой формы. Края изъяна являются острыми, потому что деформация происходит от удара по металлу.
Отпечаток – повторяющиеся одинаковые углубления, выступы, которые распространены по всей поверхности заготовки или на отдельных частях. Причиной возникновения отпечатков является давление на прокатных и правильных валках.
Задир – дефекты при резке металла, имеющие широкое углубление с дном и краями неправильной формы. Дефекты возникают при резке металла, а также при сильном трении об оборудование для обработки металла.
Риска – длинное и узкое заглубление на металле, дно которого либо закругленное, либо плоское. Возникает в результате царапания поверхности металла острыми частями оборудования.
Царапина выглядит как углубление нечеткой формы произвольного направления. Дефект образуется при механическом воздействии острых предметов во время обработки, транспортировки, хранения.
Потертость – отсутствие блеска на каком-либо участке металлической поверхности и большое количество маленьких царапин в одном месте. Причиной появления недостатка является трение заготовок между собой или с другими предметам.
Налип образуется из-за прилипания к стальной заготовке компонентов или слоев металла с инструмента.
Закат формируется, когда металлические частицы, заусенцы, выступы вдавливают в заготовку. Появляется при некачественной обработке металла.
Пережог выглядит как пятна темного цвета, возникающие при оплавке или окислении. Причиной дефектов нагрева металла является несоблюдение температурного режима и времени закалки металла.
Расслоение проявляется отделением слоев сплава на торцах металлической заготовки. Дефект возникает, если при отливе были допущены ошибки и металл в массе имеет рыхлости, инородные включения, разрывы, пережоги.
Чешуйчатость – пластические дефекты, которые появляются при пережоге или отсутствии пластичности стали по периферийной зоне. Внешне они представляют собой чешуйки или сетку.

Рябизна – совокупность мелких углублений, которые образуются во время прокатки или плавки металла.
Смятая поверхность – недостаток, проявляющийся в виде складок, изгибов, волн на поверхности металла. При этом разрывов сплава нет.
Излом выглядит как полоса, направленная поперек проката металла или под углом к нему. Недостаток может появиться из-за дефектов обработки металлов, в местах сгиба, когда металл сматывают, разматывают, перекладывают тонкие листы.
Недотрав – это пятна, полоски, которые образовались на стальной детали при неравномерном травлении.
Перетрав представляет собой повсеместное или частичное разъедание верхнего слоя металла, выглядит как углубления в виде точек или произвольных фигур. Причиной недостатка является нарушение технологии травления металла.
Пятна загрязнения – это полосы, подтеки, разводы, появляющиеся на металлической детали при попадании на нее технологической эмульсии, грязного масла, мазута и прочего.
Коррозионные пятна – типы дефектов металла, которые возникают из-за воздействия неблагоприятных факторов и выглядят как светлые или темные пятна с шероховатой поверхностью.
Цвета побежалости – окисленные места на металле в виде пятен и полос разной формы и цвета. Поверхность этих участков всегда гладкая. Они возникают при нарушении технологии обжига и травления металла.
Кольцеватость – недостаток, присущий только круглым стальным заготовкам. Дефект характеризуют однообразные повторяющиеся круглые выступы и углубления. Кольцеватость появляется из-за нарушения пластичности при плавке заготовки.
Следы плавки чем-то похожи на кольцеватость, но отличаются формой. Это светлые и темные полоски, принимающие разные направления – продольные, поперечные, витиеватые. Причиной является плавка металла.
Омеднение – внешнее покраснение некоторых частей металлической детали. Причиной появления недостатка является выделение меди при технологических ошибках во время обжига и травления металла.
Серповидность полос и лент – несоответствие формы металлической детали проверочной линейке. При контроле производят замер и устанавливают параметры допусков в миллиметрах на метр длины заготовки.
Овальность – несоответствие поперечного сечения детали форме круга. Дефект рассчитывают по формуле c — d/m × 100 и выражают в процентах. При этом с – максимальный, d – минимальный и m – средний диаметр сечения.

Разностенность – несоответствие толщины стенки трубы стандартным параметрам, выявляемое по длине изделия или его площади.
Разнотолщинность – несоответствие толщины плоской детали или трубы требуемым параметрам, выявляемое по площади или по длине.
Фестонистость выглядит как появление выступов на краях металлических изделий при глубокой штамповке листов и лент. Выступы направлены в ту же сторону, что и оси прокатки.

Читайте: Как установить стиральную машину под раковину

Качество металлических изделий можно значительно увеличить за счет устранения крупных недостатков, например трещин, раковин. Снижение количества дефектов металла Влияет на показатели производства. Некоторые недостатки не требуют исправлений, если от них не страдает дальнейшее использование конструкций.

При изготовлении изделий и сварных конструкций возникают технологические дефекты: состава материала (включения, охрупчивающие примеси и т.д.); плавки и изготовления заготовок (пористость, усадочные раковины, неметаллические включения, закаты, расслоения); механической обработки (ожоги, продиры, заусенцы, риски, трещины, прорезы, избыточная локальная пластическая деформация); сварки (трещины, непровары, поры, подрезы, остаточные сварочные напряжения, изменение структуры зоны термического влияния основного материала и т.д..); термической обработки (перегрев, закалочные трещины, обезуглероживание, избыточные остаточные аустениты и др.); обработки поверхностей (химическая диффузия, водородное охрупчивание, снижение механических свойств и др.); сборки (риски, задиры, смещения кромок свариваемых деталей, несоответствие размеров деталей и др.). Механические, химико-термические воздействия на материалы конструкций во время обработки и сварки вызывают изменения предела прочности, сопротивления хрупкому разрушению, коррозионной стойкости и др.

Основными эксплуатационными причинами отказов и повреждений являются: дефекты; нарушение условий эксплуатации; коррозия; износ; наличие перегрузок и непредвиденных нагрузок; неправильное техническое обслуживание и т. д. Система НК направлена на поиск дефектов, которые могут быть обусловлены нарушением сплошности материалов и деталей, неоднородностью состава материала: наличием включений, изменением химического состава, наличием других фаз материала, отличных от основной фазы, отклонением размеров и физико-механических характеристик от номинальных значений, нарушениями формы и другими причинами. По влиянию на напряженно — деформированное состояние конструкций дефекты подразделяют на два класса: · классические дефекты — дефекты, имеющие конечный (ненулевой) радиус закругления в вершине ρ. Основным параметром, характеризующим уровень концентрации напряжений таких дефектов, является теоретический коэффициент концентрации напряжений ασ; · трещиноподобные дефекты — дефекты, имеющие острую вершину (с практически нулевым радиусом ρ).

Основным параметром, характеризующим уровень концентрации напряжений таких дефектов, является коэффициент интенсивности напряжений КIC. Для учета данной классификации все дефекты, выявленные при НК, по своим геометрическим параметрам подразделяются на плоскостные и объемные.

Независимо от типа дефектов их разделяют на три вида: · критические, когда при наличии дефекта использовать продукцию по назначению невозможно или недопустимо (небезопасно); · значительные, оказывающие существенное влияние на использование продукции и на ее долговечность, но не являющиеся критическими; · малозначительные, практически не влияющие на использование продукции по назначению и на ее долговечность. Вид дефекта, в отличие от типа, характеризует степень его влияния на эффективность и безопасность использования продукции с учетом ее назначения, т. е. потенциальную опасность рассматриваемого дефекта.

Очевидно, что дефект одного и того же типа и размера может принадлежать к дефектам различного вида в зависимости от условий и режимов эксплуатации продукции. По происхождению дефекты изделий подразделяют на производственно-технологические (металлургические, возникающие при отливке и прокатке, технологические, возникающие при изготовлении, сварке, резке, пайке, клепке, склеивании, механической, термической или химической обработке); эксплуатационные (возникающие после некоторой наработки изделия в результате усталости материала, коррозии металла, изнашивания трущихся частей, а также неправильной эксплуатации и технического обслуживания) и конструктивные дефекты, являющиеся следствием несовершенства конструкции из-за ошибок конструктора.

С точки зрения ремонтопригодности выявляемые при обследовании трубопроводов и других конструкций дефекты подразделяются на: исправимые — устранение которых технически возможно и экономически целесообразно; неисправимые — устранение которых связано со значительными затратами или невозможно. Наиболее типичные для стальных трубопроводов дефекты, повреждения и несовершенства конструкции, выявляемые при диагностировании, по характеру их появления могут быть подразделены на две основные группы: технологические — дефекты, возникающие в результате строительно-монтажных и ремонтных работ; эксплуатационные — дефекты, возникающие в процессе эксплуатации после некоторой наработки.

Технологические дефекты являются концентраторами напряжений и при длительной эксплуатации могут переходить в трещины и благоприятствовать усилению коррозии стенки трубопроводов. С целью выбора оптимальных методов и параметров контроля производится классификация дефектов по различным признакам: по размерам дефектов, по их количеству и форме, по месту расположения дефектов в контролируемом объекте, ориентации и т.д.

Размеры дефектов могут изменяться от долей миллиметров до сколь угодно большой величины. Практически размеры дефектов лежат в пределах 0,01 мм – 1 см. Минимально допустимые размеры несплошностей определяют выбор технологии и параметров НК.

При количественной классификации дефектов различают три случая: одиночные дефекты, групповые (множественные) дефекты, сплошные дефекты (обычно в виде газовых пузырей и шлаковых включений в металлах). При классификации дефектов по форме различают три основных случая: дефекты правильной формы, овальные, близкие к цилиндрической или сферической форме, без острых краёв; дефекты чечевицеобразной формы, с острыми краями; дефекты произвольной, неопределённой формы, с острыми краями – трещины, разрывы, посторонние включения.

Форма дефекта определяет его опасность с точки зрения разрушения конструкции. Дефекты правильной формы, без острых краёв, наименее опасны, т.к. вокруг них не происходит концентрации напряжений. Дефекты с острыми краями являются концентраторами напряжений.

Эти дефекты увеличиваются в процессе эксплуатации изделия по линиям концентрации механических напряжений, что, в свою очередь, приводит к разрушению изделия. При классификации дефектов по положению различают четыре случая: · поверхностные дефекты, расположенные на поверхности материала, полуфабриката или изделия, – это трещины, вмятины, посторонние включения; · подповерхностные дефекты – это дефекты, расположенные под поверхностью контролируемого изделия, но вблизи самой поверхности; · объёмные дефекты – это дефекты, расположенные внутри изделия; · сквозные дефекты – это наличие фосфовидных и нитридных включений и прослоек.

По форме поперечного сечения сквозные дефекты бывают круглые (поры, свищи, шлаковые включения) и щелевидные (трещины, непровары, дефекты структуры, несплошности в местах расположения оксидных и других включений и прослоек). По величине эффективного диаметра (для дефектов округлого сечения) или ширине раскрытия (для щелей, трещин) сквозные дефекты подразделяются на обыкновенные (>0,5 мм), макрокапиллярные (0,5 – 10 -4 мм) и микрокапиллярные (больше 2·10 -4 мм).

Читайте: Способы разрезания фаянсовой раковины: полезные советы и рекомендации

По характеру внутренней поверхности сквозные дефекты подразделяются на гладкие и шероховатые. Относительно гладкой является внутренняя поверхность шлаковых каналов. Внутренняя поверхность трещин, непроваров и вторичных поровых каналов, как правило, шероховатая. Ориентация дефекта влияет как на выбор метода контроля, так и на его параметры.

Опасность влияния дефектов на работоспособность зависит от их вида, типа и количества. Классификация возможных дефектов в изделии позволяет правильно выбрать метод и средства контроля.

Следует отметить, что принятые в руководящей документации нормы отбраковки по результатам НК не гарантируют, что наличие в объекте дефектов с размерами, превышающими допустимые, приводит к критическому снижению работоспособности в процессе эксплуатации. Это связано с тем, что применяемые технологии РК не позволяют уверенно установить тип дефекта и определить его характеристики (кривизна несплошности на всей ее поверхности, глубина залегания, ориентация несплошности в объекте контроля), без чего не удается достичь приемлемой достоверности прочностных расчетов.

Нормирование максимальных размеров дефектов, обнаруженных при НК, имеет смысл только для конкретного объекта (участка объекта) контроля и установленных режимов его эксплуатации, а результаты НК без существенных допущений нецелесообразно связывать с надежностью объекта контроля. В общем случае нормы отбраковки необходимо рассматривать как способ поддержания технологической дисциплины в условиях конкретного производства.

Для оценки влияния дефектов на механические и эксплуатционные свойства объекта контроля используют разрушающие испытания. Эти испытания проводят на сварных образцах, вырезаемых из самого объекта контроля или из специально сваренных контрольных соединений, выполненных в соответствии с требованиями и технологией на сварку изделия в условиях, соответствующих сварке.

Целью этих испытаний являются: · оценка прочности и надежности сварных соединений и конструкций; · оценка качества основного и сварочного материалов; оценка правильности выбранной технологии; оценка квалификации сварщиков. Свойства сварного соединения сопоставляют со свойствами основного металла.

Результаты считаются неудовлетворительными, если они не соответствуют заданному регламентированному уровню. Основными испытаниями являются механические испытания по ГОСТ 6996-66, который предусматривает следующие виды испытаний сварных соединений и металла шва: · испытание сварного соединения в целом и металла различных участков сварного соединения (наплавленного металла, зоны термического влияния, основного металла) на статическое (кратковременное) растяжение, статический изгиб, ударный изгиб (на надрезанных образцах), на стойкость против механического старения; · измерение твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла.

Контрольные образцы для механических испытаний выполняют определенных размеров в соответствии со станартами на определенный вид испытания. Испытаниями на статическое растяжение определяют прочность сварных соединений. Испытаниями на статический изгиб определяют пластичность соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне.

Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом. Испытаниями на ударный изгиб, а также ударный разрыв, определяют ударную вязкость сварного соединения.

По результатам определения твердости судят о структурных изменениях и степени упрочения (охрупчивания) металла в результате охлаждения после сварки. Любой дефект при определенных условиях может инициировать отказ отдельного элемента или всей конструкции. Основной металл и сварные соединения ТП содержат множество различных дефектов, возникающих в процессе изготовления труб, их транспортировки и монтажа на строительной площадке, при эксплуатации и ремонте трубопровода. Так как большинство дефектов имеют макроскопические размеры, они хорошо выявляются современными средствами и технологиями НК.

1. Дефекты стальных слитков

. назад к содержанию

Дефекты сталеплавильного происхождения являются следствием нарушения или несовершенства технологии при производстве слитков при выплавке и разливке, а также при их дальнейшей переработке в блюм и катанную заготовку.

Газовые пузыри представляют собой отверстия круглой или овальной формы на поверхности слитков, направленные вглубь в виде капсул. Вызваны выделением газов из жидкого металла в процессе охлаждения и кристаллизации, а также попаданием газов в металл при разливке.

Инородные металлические включения представляют собой частицы огнеупорного материала, шлака, утеплительной смеси, попадающие в металл при разливке. Инородные неметаллические включения могут быть разной формы и размеров, они расположены в металле произвольно, чаще всего в виде скоплений.

Заворот корки представляет поперечное подворачивание окисленной корки металла в тело слитка по всему периметру или его части. Как правило, эти дефекты имеют групповое расположение поперек слитка и могут образовываться по всей высоте слитка или его части параллельно друг другу. В месте расположения заворота корки (в местах подворачивания) нет щелей, разрывов, извилистых и других зигзагообразыных трещин, так как подвернувшаяся часть корки плотно прилегает к верхнему слою слитка. Этот дефект наблюдается при всех способах разливки, но более характерен для слитков, полученных сифонной разливной металла с низкой температурой и скоростью.

Подтеки представляют наплывы металла зигзагообразной формы, приварившиеся к телу слитка и расположенные по периметру на разной высоте. Нередко подтеки наблюдаются на тех же слитках, на которых имеются завороты корки, но они расположены выше последних. Возникают вследствие затекания жидкого металла межу изложницей и слитком при разрыве зеркала корки отливки в результате повышения скорости разливки.

Сетка разгара представляет невысокие выступы на поверхности слитка, распложенные в виде сетки, которые могут сопровождаться большим количеством газовых пузырей, включениями теплоизолирующих материалов, иногда трещинами поперечной ориентации. Расположение сетки разгара произвольно по периметру и высоте слитка и зависит от расположения и размеров дефектов изложниц, являющихся причиной появления сетки разгара на слитке.

Бугор представляет выпуклость на поверхности слитка, расположенную, как правило, на грани. Размеры участков с буграми бывают различные от нескольких десятков до нескольких сотен миллиметров по длине и ширине. Высота бугров может быть до нескольких десятков миллиметров. Расположение и размеры бугров на поверхности слитка соответствуют местам и размерам раковин на внутренней поверхности стенок изложницы.

.

2. Дефекты проката и труб

. назад к содержанию

Дефекты прокатного происхождения являются следствием нарушения или несовершенства технологии прокатки, настройки станов нагрева металла перед прокаткой при производстве блюмов, катанной заготовки, а также при их дальнейшей переработке в трубы. Дефекты трубного производства (рисунок 1) являются следствием нарушения или несовершенства технологии нагрева заготовки перед прокаткой в трубы и состояния инструмента, настройки станов, оборудования для отделки, термообработки.

Пузырь-вздутие (рис. 1а) — дефект поверхности в виде локализованного вспучивания металла с последующим его прикатыванием и часто с разрывом по контур. Плена (рис.

1б) — дефект поверхности, представляющий собой отслоение металла языкообразной или неправильной формы, соединенное с основным металлом одной стороной, явившийся следствием раскатки дефекта сляба или следов его грубой зачистки. Образуется вследствие раскатки или расковки рванин, подрезов, следов глубокой зачистки дефектов или сильной выработки валков. Раскатанная трещина (рис.

1в) — дефект поверхности, представляющий собой разрыв металла, образовавшийся при раскатке трещины литой заготовки. Образуется вследствие раскатки продольной или поперечной трещины слитка или литой заготовки. Прикромочные закаты (рис.

1г) — дефект поверхности листов, представляющий собой несплошности, одиночные или многочисленные, прямолинейные или извилистые, различной протяженности и степени раскрытия, ориентированные в направлении наибольшей вытяжки металла при прокатке. Образуются вследствие закатывания грубых следов зачистки и глубоких рисок. Отпечатки (рис.

1д) — дефекты поверхности в виде выступов или углублений, одиночных или периодически повторяющихся по длине листа. Образуется в результате прокатки или правки листа при дефекте валков или налипания на них инородных частиц. Рябизна (рис. 1е) — дефект поверхности в виде мелких углублений от выпавшей окалины, сгруппированных в полосы различной протяженности и ширины.

Образуется в результате прокатки или правки листа при вдавливании окалины. Раковины от окалины (рис. 1ж) — дефект поверхности в виде отдельных углублений, частично вытянутых вдоль направления прокатки, образующихся при выпадении вкатанной окалины; дефект имеет шероховатое дно, переход от основного металла к кратеру дефекта — плавный, границы — размытые.

Раковины от окалины отличаются от рябизны большими размерами и меньшим количеством. Образуется в результате прокатки или правки листа при вдавливании окалины. Вкатанные металлические частицы (рис. 1з) — дефект поверхности листа в виде приварившихся и закатанных частиц металла.

Металлические частицы, вкатанные в процессе горячей прокатки (т.е. при повышенных температурах), не выступают над поверхностью листа, имеют одинаковую степень окисленности с основным металлом, не сопровождаются ореолом. Образуется в результате прокатки или горячей правки листа при вдавливании металлических частиц. Раковина (рис.

1и) — дефект поверхности в виде одиночного углубления, образовавшегося при выпадении вкатанной инородной частицы; может располагаться вдоль направления прокатки. Характерный для повышенных температур, дефект не сопровождается ни ореолом, ни образованием наплывов металла по его контуру.

Дно дефекта может быть гладким или рельефным, в зависимости от состояния поверхности вдавливаемой частицы. Образуется при выпадении вкатанной при прокатке инородной частицы. Вдав (рис. 1к) — углубления различной формы и переменной глубины, единичные или множественные, произвольно расположенные на поверхности листа или трубы.

Глубокие дефекты сопровождаются выступом – наплывом металла. В отдельных случаях дефекты повторяют контур инородных частиц, послуживших причиной их образования, и сопровождаются ореолом. Образуется при выпадении вкатанной или вдавленной в холодном состоянии инородной частицы. Расслоение (рис.

1л) – несплошности (раскатанные или расплющенные пустоты литого металла), ориентированные строго вдоль направления деформации и проявляющиеся в изломе в виде трещин. Расслоения образуются вследствие раскатки при деформации усадочных раковин, рыхлости, газовых пузырей, неметаллических и металлических включений, имевшихся в слитке, которые служат очагами зарождения несплошности в прокате. Дефект преимущественно располагается в центральной части заготовок, обладающих пониженной пластичностью. Металлургические расслоения имеют различную форму, размеры, но глубина их залегания, как правило, одинакова — в срединной части толщины стенки трубы.