Испытание и контроль качества в производстве

 

ИСПЫТАНИЕ И  КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

В ПРОИЗВОДСТВЕ

                   

 

                                            СОДЕРЖАНИЕ

Введение 

1. Роль и место  операций неразрушающего контроля  в системе технического контроля в промышленности                          

    1.1. Качество продукции                

    1.2. Номенклатура  показателей качества продукции  и методы их  определения

       1.2.1. Номенклатура показателей качества                              

       1.2.2. Методы определения показателей качества продукции                                           

    1.3. Технический  контроль. Контроль качества продукции.  Основные понятия     

    1.4. Общие  методы контроля              

    1.5. Испытания  продукции                 

    1.6. Виды  неразрушающего контроля                          

    1.7. Выбор  метода неразрушающего контроля                                 

    1.8. Средства  и устройства контроля качества продукции                                    

2. Организация  и проведение неразрушающего контроля                                         

    2.1. Организационная  структура службы контроля                                    

    2.2. Стандартизация  и метрологическое обеспечение средств и методов контроля              

    2.3. Дефекты продукции и их обнаружение                             

       2.3.1. Конструктивные дефекты                       

       2.3.2. Производственные дефекты  и их обнаружение          

       2.3.3. Дефекты, возникающие при хранении и эксплуатации и их обнаружение            

    2.4. Влияние  дефектов на работоспособность  деталей                            

    2.5. Общие  термины и определения                    

Библиографический список

                                      ВВЕДЕНИЕ

    Контроль качества существует с незапамятных времен, в Древнем Риме, например, при покупке сандалий и горшков придирчиво осматривалось каждое изделие. Лопнувший в дальней дороге ремешок  сандалии или вытекшая в очаг похлебка – это, конечно, неприятно. Развитие цивилизации стало приносить большие неприятности и человеческие жертвы, в их числе:

    –  разрушения плотин (первое разрушение  было зафиксировано в

Багдаде в 942 г., плотина называлась Нар Иза, через 300 лет она

разрушилась снова, причины неизвестны),

    – разрушения мостов (происходили из за коррозионного и усталостного повреждения главных тросов, на которых подвешен мост, из

за трещин в  сварных швах, в результате раскачки под действием аэродинамических сил, вследствие вибрации, из за перегрузки и т.д.),

    – разрушение строительных конструкций (фундаменты зданий,

разрушение кровли и т. д.),

    –  железнодорожные катастрофы (особенно  если они сопровождались взрывом  перевозимых воспламеняющихся жидкостей),

    –  разрушения туннелей (вследствие  оседания почвы, заливания

просочившейся водой),

    –  аварии на шахтах,

    –  авиакатастрофы,

    –  землетрясения.

    За  последние десятки лет появились  новые технически сложные крупномасштабные объекты – атомные электростанции, терминалы  со сжиженным газом, морские буровые установки, большие химические комбинаты, крупные авиалайнеры, магистральные трубопроводы. Появление этих объектов привело, с одной стороны, к экономическим выгодам, а с другой – к большим негативным последствиям в случае выхода их из строя. Аварии на этих объектах – настоящие катастрофы.. Число крупных аварий и катастроф во всем мире ежегодно увеличивается. Катастрофы сопровождаются человеческими жертвами,

финансовыми потерями, а нередко – еще и политическими  и юридическими последствиями. Развитые страны ежегодно теряют (в том числе в авариях и катастрофах) 10 % своего национального дохода из за низкого качества выпускаемой продукции. Потери только от дефектов усталости металла в США составляют более 100 млрд дол.в год, а от коррозии – более 200 млрд дол. в год. Убытки от низкого качества материалов и изделий в России значительно выше.

   Основные  причины роста числа аварий  и катастроф:

   1) критический  уровень износа оборудования;

   2) нарушения  производственной и технологической  дисциплины;

   3) ослабление роли государственных органов контроля и управления;

   4) недостаточный  уровень правовой и экологической  культуры.

   Обычно  к авариям приводят ошибки  трех типов.

   1. Технические  ошибки. Они могут быть обусловлены:

   – неправильным  проектированием (неверно определены исходные нагрузки, ошибки в расчетах, неправильный выбор материалов т.д.);

   – неправильным  изготовлением (заменили материалы,  не выдержали размеры, нарушили  заданные режимы обработки, использовали  в сборке бракованную деталь  и т. п.), – т. е. элементы изделия или

конструкции не соответствуют верному проекту;

   – неправильной  эксплуатацией (например, эксплуатация  при нагрузках больше допустимых: через мост, рассчитанный на максимальный  грузопоток 50 тонн, из за закрытия  соседнего моста пустили грузопоток 65 тонн).

   2. Организационные  ошибки. Вызваны тем, что руководитель  проекта не предусмотрел организационные  меры, предотвращающие перечисленные  технические ошибки.

   3. Недостаток квалификации, в результате чего руководитель  или ответственное лицо не были достаточно хорошо обучены для того, чтобы избежать технических и организационных ошибок.

   Человечество не  может отказаться от атомной  энергетики, воздушных перевозок,  химической промышленности и  прочих достижений цивилизации, но оно может предотвратить аварии и катастрофы или уменьшить их последствия путем эффективного использования неразрушающего контроля (НК).

   Качество любой  продукции закладывается при  ее проектировании и затем  обеспечивается при ее изготовлении. Отклонения от установленного технологического процесса изготовления и сборки ведут к ухудшению качества. С течением времени в процессе эксплуатации в объектах начинают происходить изменения, меняющие их потребительские свойства. Объекты становятся менее надежны. Поэтому возникает серьезная необходимость непрерывного контроля протекающих в объектах внутренних процессов, характеризующих прочностные свойства и степень надежности к любому моменту времени. А так как деталь или машина – не лист чертежной бумаги, а объемное тело (к тому же непрозрачное), то разработка способов получения наиболее полной информации о внутренних свойствах, качестве и происходящих в деталях процессах стала одной из актуальнейших задач сегодняшнего дня.

   Неразрушающий контроль  как наука сформировался в 40–50 х гг.прошлого века, хотя и до этого были известны и применялись такие методы контроля, как рентгеновский, ультразвуковой, магнитный

и некоторые другие. Контроль обозначает проверку соответствия параметров объекта установленным техническим  требованиям. Неразрушающие методы контроля не должны нарушать пригодность объекта к применению.

   Как осуществить  НК? Достаточно просто: надо выбрать  такое излучение, для которого  объект прозрачен (очевидный пример  – тело человека в рентгеновском  излучении). Металлы, в свою очередь, прозрачны для гаммы излучения и для ультразвуковых колебаний, и именно ультразвук находит широчайшее применение при НК. Нужно правильно выбрать частоту и мощность излучения, создать подходящие генераторы и преобразователи, а также правильно расшифровать полученные данные. А это уже не только техника, но и серьезная наука. Неразрушающий контроль как наука занимается изучением взаимодействия излучений и полей различной физической природы с материалами для обнаружения и оценки нарушения структуры с целью разработки новых методов и средств контроля. На этапе производства НК позволяет осуществлять непрерывный контроль – от операции к операции – за правильностью изменения свойств заготовок и деталей и их сборкой, а затем проверить качество готового изделия. На этапе эксплуатации НК позволяет реализовать в объектах непрерывный контроль внутренних процессов, характеризующих прочностные свойства и степень надежности этого объекта к любому моменту времени. Естественно, что достаточно полную объективную информацию о контролируемом объекте нельзя получить, регистрируя только эффекты взаимодействия с объектом контроля поля одной природы (частоты). Можно утверждать, что нет ни одного безошибочного метода контроля. Например, использование рентгеновского излучения при контроле сварных швов не гарантирует выявления трещин, не сплавлений и т. п. Поэтому должны применяться комбинированные, разные по принципу взаимодействия с веществом методы контроля, которые могут исключить недостатки исследования, взаимно дополнить друг друга и обеспечить получение достаточной информации о качестве промышленной продукции. Любое повышение качества достигается за счет необходимого дополнительного увеличения расходов. Возникает проблема определения оптимального уровня расходов, при котором технология и производство остаются рентабельными. Применение НК удорожает продукцию при выпуске и эксплуатации, однако его использование на всех стадиях изготовления, поверки и эксплуатации существенно повышает надежность изделий и объектов, обеспечивая, в конце концов, громадный в масштабе страны экономический выигрыш.

   Как наука НК  активно развивается. Развитие  происходит по следующим основным  направлениям:

   1) интеллектуализация  методов и средств контроля;

   2) разработка единой системы контроля качества технических

объектов и окружающей среды;

   3) совершенствование  диагностических технологий;

   4) организационное  обеспечение НК на международном  уровне.

   Это развитие НК  отражается в ряде научных  журналов, таких, как «Дефектоскопия» – Екатеринбург, «Контроль и диагностика» – Москва, «Мир неразрушающего контроля» – Санкт Петербург и др.

  1. РОЛЬ И МЕСТО ОПЕРАЦИЙ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

       В СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

                     1.1. Качество продукции

   Под промышленной  продукцией понимается совокупность  продуктов или отдельный продукт  промышленного производства. Промышленную  продукцию подразделяют на два  класса:

   1 й класс – продукция,  расходуемая при использовании;

   2 й класс – продукция, расходующая свой ресурс.

   В свою очередь,  классы подразделяют на 5 групп.

   К группе 1 относят  сырье, природное топливо (полезные  ископаемые, естественные стройматериалы, драгоценные камни, минералы и т.д.).

   К группе 2 – материалы  (горюче смазочные материалы, материалы для текстильной, легкой, тяжелой и других промышленностей ,лесоматериалы, материалы электрической и радиотехнической промышленности и т.д.).

   К группе 3 – расходуемые  изделия (пищевые продукты, лекарства и т.д.).

   К группе 4 – неремонтируемые изделия (элементы радиотехники –например, резисторы, конденсаторы и т.д.; элементы машиностроительной продукции – например, гайки, болты, зубчатые колеса и т.д.; двигатели и двигатели однократного использования; изделия пиротехники и т.д.).

   К группе 5 – ремонтируемые изделия (радиотехническое  оборудование, технологическое и  испытательное оборудование самого  различного назначения, сельскохозяйственные и транспортные машины, оптико-механические системы и комплексы различного назначения и т.д.).

   К первому  классу промышленной продукции  относят продукцию групп 1, 2, 3; ко второму классу – групп 4, 5.

   Уровень  развития промышленности любой  страны характеризуется не только объемами производства и ассортиментом выпускаемой продукции, но и качеством этой продукции.

   Под качеством  продукции понимается совокупность  свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением [ГОСТ 15467–79].

   Количественно  качество на этапе производства определяется (1)через характеристики дефектов в готовой продукции, а также (2) через вероятностные характеристики параметров (показателей), задающих качество в соответствии с техническими условиями и конкретными потребительскими свойствами.

   Качественная продукция – самая экономная, и для разных ее видов устанавливаются различные признаки, для характеристики которых применяют многочисленные показатели. Показатель качества промышленной продукции – это параметр или вероятностная характеристика параметра, используемые для количественного описания какого либо признака продукции. С помощью этих количественных характеристик в документации на объект задается качество готового изделия.

   Установлено  одиннадцать групп основных показателей  качества

продукции:

   1) показатели назначения (определяют такие важнейшие свойства изделия, как точность функционирования, мощность, быстродействие, габаритно весовые характеристики и другие);

   2) показатели  надежности (характеризуют свойства  безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости продукции);

   3) эргономические (определяют систему взаимодействия  «человек изделие» с точки  зрения удобства пользования  изделием в соответствии с  антропометрическими и физиологическими  особенностями человека);

   4) эстетические (красиво некрасиво);

   5) показатели  технологичности (трудоемкости, материалоемкости  и другие);

   6) стандартизации  и унификации (коэффициенты применяемости,  повторяемости, взаимной унификации);

   7) транспортабельности;

   8) патентно - правовые (патентной защиты и патентной чистоты);

   9) экологические;

   10) показатели  безопасности;

   11) экономические  (себестоимость, трудоемкость и  другие).

   Основными  показателями качества любой  продукции являются

показатели назначения и надежности.

   Показатели качества классифицируют по следующим признакам: характерным свойствам, количеству свойств, применению, этапам жизненного цикла продукции.

   По количеству  свойств показатели качества  могут быть единичные, комплексные,  групповые, интегральные, обобщенные.

   По применению, например, при оценке уровня качества  продукции показатели качества  подразделяют на базовые и  относительные.

        В зависимости от этапа жизненного цикла продукции показатели качества могут быть прогнозируемые (расчетные), проектные, производственные, эксплуатационные.

   Показатели  качества выражаются в натуральных  (вольт, км/ч,об./мин, °С, байт и  др.) и стоимостных (р.) единицах, а  также могут быть безразмерными (например, коэффициент полезного действия, сравнительная себестоимость продукции и др.).

   Качество  промышленной продукции закладывается  в процессе ее проектирования, изготовления и сборки. Качество изготавливаемой продукции в любой отрасли определяется следующими факторами:

   1) правильностью  разработки проекта (конструктивно технологических решений);

   2) правильным (для предусмотренных условий  эксплуатации) выбором сырья и материалов;

   3) качеством  исходного сырья, покупных изделий  и полуфабрикатов;

   4) совершенством технологии  производства (делаем «на коленке» или на современном отлаженном оборудовании), т. е.:

   – технологической  оснащенностью производства современным оборудованием, инструментом и оснасткой;

   – уровнем автоматизации  технологических процессов и  контрольных операций (нет потерь  качества из за ошибок человека – устал, не заметил...);

   – правильностью  выбора режимов обработки (например, температура и время отжига);

   – тщательностью  контроля изменения свойств и  характеристик изготавливающегося изделия на каждой технологической операции;

   5) качеством труда изготовителей (квалификацией и в немалой степени – совестью работников);

   6) совершенством организации  производства (технологическая оснащенность служб контроля, уровень стандартизации, унификации технологических процессов и документации);

   7) и в результате  – степенью соответствия изготовленной  продукции предъявляемым к ней  требованиям.

   Поэтому качество  продукции необходимо контролировать  и управлять им на всех стадиях  этого процесса.

   В процессе производства  от стадии поступления первичного сырья до стадии получения готового продукта материалы или изделия из них подвергают контролю, который должен обеспечить качество выпускаемой продукции. При этом на этапе производства качество может быть определено через характеристики дефектов в готовой продукции.

   Дефектом называется  каждое отдельное несоответствие  продукции установленным требованиям  [ГОСТ 15467].

   Дефектным называется  изделие, имеющее хотя бы один  дефект.

   Дефекты классифицируются  по следующим признакам:

   1) по возможности обнаружения дефекты разделяют на явные (обнаружение которых возможно предусмотренными правилами, методами и средствами контроля) и скрытые;

   2) по возможности  использования продукции – критические  (делают использование продукции  практически невозможным или недопустимым), значительные (оказывают существенное влияние на возможность или долговечность использования продукции), малозначительные;

   3) по возможности  устранения – устранимые (устранение  которых технически возможно  и экономически целесообразно) и неустранимые;

   4) по причине возникновения  можно выделить производственные дефекты (появляются в процессе изготовления и сборки изделия) и эксплуатационные (зарождаются и/или развиваются в процессе эксплуатации изделия).   Таким образом, дефекты возникают как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации.

   Браком называется  продукция, передача которой потребителю  не допускается из за наличия дефектов. Брак, все дефекты которого являются устранимыми, называется исправимым. Брак возникает в процессе производства.

   Повреждением называется  событие, заключающееся в нарушении  исправного состояния объекта  при сохранении работоспособного  состояния [ГОСТ 27.002–89]. Повреждение  возникает в процессах транспортировки  и эксплуатации.

   Отказом называется событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта [ГОСТ 27.002–89]. Отказ возникает в процессе эксплуатации.

   Производственный  отказ – отказ, возникший по  причине, связанной с несовершенством  или нарушением установленного  процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии [ГОСТ 27.002–89].

   Исправным  называется состояние объекта,  при котором он соответствует  всем требованиям нормативно  технической и (или) конструкторской  (проектной) документации [ГОСТ 27.002–89].

   Неисправным  называется состояние объекта,  при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно технической и (или) конструкторской (проектной) документации [ГОСТ 27.002–89].

     Работоспособным называется состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно технической и (или) конструкторской (проектной) документации [ГОСТ 27.002–89].

    Неработоспособным  называется состояние объекта,  при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно технической и (или) конструкторской (проектной) документации [ГОСТ 27.002–89].

    Работоспособный  объект в отличие от исправного должен удовлетворять лишь тем требованиям нормативно технической и (или)конструкторской (проектной) документации, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Работоспособный объект может быть неисправным, например, если он не удовлетворяет эстетическим требованиям, причем ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его применению по назначению.

    Для  сложных объектов возможны частично  неработоспособные состояния, при которых объект способен выполнять требуемые функции с пониженными показателями или способен выполнять лишь часть требуемых функций.

    Для  некоторых объектов признаками  неработоспособного состояния, кроме того, могут быть отклонения показателей качества изготавливаемой ими продукции. Например, для некоторых технологических систем к неработоспособному состоянию может быть отнесено такое, при котором значение хотя бы одного параметра качества изготавливаемой продукции не соответствует требованиям нормативно технической и (или) конструкторской (проектной) и технологической документации.

    Переход объекта  из одного состояния в другое  обычно происходит вследствие повреждения или отказа. Переход объекта из исправного состояния в неисправное работоспособное состояние происходит из за повреждений.

   Например, в магазин  привезли новые стиральные машины. Все они полностью соответствовали всем требованиям нормативно технической и конструкторской (проектной) документации, т. е. были исправны. При разгрузке одну машину ударили, и на ее корпусе появилась большая не красивая вмятина – повреждение. Но бак с барабаном оказались не задеты, стекло люка не пострадало, с электроникой ничего не случилось. Машина может делать все: стирать, полоскать, отжимать – т. е. она работоспособна. Но из за наличия повреждения стала неисправной, так как перестала удовлетворять части предъявляемых к ней требований, налагаемых документацией (в данном случае – конструкторской).   Понятие «неисправность» не может относиться к материалам и веществам, а «дефект» – может.

   Качество, неисправность, дефектность продукции определяют при испытаниях и техническом контроле.                                                    

     1.2. Номенклатура показателей качества продукции

                   и методы их определения

 

           1.2.1. Номенклатура показателей качества

 

   Номенклатура показателей  качества в зависимости от  конкретного вида продукции в  общем случае содержит основные  показатели, представленные в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Применяемость  показателей качества для продукции различных групп

 

                                         № группы продукции

 

                               1          2          3         4          5

       Показатели                                

                            (сырье,           (неремонтируемые     ремонтируемые)

                                              (расход природные   материалы)                

                                              Изделия топливо) 

Функционального назначения

                             

Надежности: +         +         +         +          +

111безотказности              –        –         –          +          +

111долговечности              –        –         –          +          +

111ремонтопригодности         –        +*        +*         –          +

111сохраняемости              –        +         +          +          +

Эргономические                –        (+)        +         +          +

Эстетические                 (+)       (+)        +         +          +

Технологические               +         +         +         +          +

Транспортабельности           +         +         +         +          +

Стандартизации и унификации     –         –        (+)        +          +

Патентно правовые             –        (+)        +         +          +

Экологические                (+)       (+)       (+)       (+)        (+)

Безопасности                 (+)       (+)       (+)       (+)        (+)

Экономические                 +         +         +         +          +

111* Для изделий  и материалов вместо показателей ремонтопригодности применяют показатели восстанавливаемости, к которым, например, относят: коэффициент восстановления значения показателя качества до заданного или исходного значения среднего времени восстановления работоспособности и др.

111Примечание. Знак  «+» означает применяемость, знак  «–» — не применяемость, знак (+) — ограниченную применяемость соответствующих групп показателей качества.

 

    1. Показатели назначения

    Показатели  назначения характеризуют те  свойства продукции, которые определяют основные функции, обусловливающие область ее применения.

    Показатели  назначения делятся на подгруппы:  классификационные, функциональные  и технической эффективности,  конструктивные, состава и структуры.

    1.1. Подгруппа  классификационных показателей характеризует принадлежность продукции к конкретному виду, типу, классификационной группировке и т.п. К данной подгруппе показателей можно,

например, отнести  мощность турбовинтового двигателя, предел прочности стали, грузоподъемность транспортного устройства, коэффициент усиления и т.д.

    1.2. Подгруппа  показателей функциональной и  технической эффективности определяет  полезный эффект при эксплуатации  продукции, а также прогрессивность  технических решений, заложенных  в продукцию. Для технических объектов эти показатели принято называть эксплуатационными. К данной подгруппе показателей относятся показатели производительности (машины, станки, устройства и т. д.); точности (показания прибора, позиционирования промышленного робота и т. д.); кучности стрельбы спортивного стрелкового оружия; вольт амперные характеристики электроприборов и т.д.

    1.3. Подгруппа,  характеризующая конструктивные  показатели, определяет основные проектно конструкторские решения, удобство монтажа продукции, приспособленность продукции к агрегатированию и взаимозаменяемости. К этой подгруппе показателей относят габаритно весовые характеристики (размеры), коэффициент эффективности взаимозаменяемости, коэффициент сборности (блочности) изделия и т.д.

    1.4. Показатели, относящиеся к подгруппе состава и структуры, определяют содержание в продукции структурных групп, химических элементов и т.д. К показателям данной группы можно, например, отнести процентное содержание компонент твердого, жидкого и газообразного топлива, процентное содержание основных компонент конструкционного материала, процент неметаллических и других вредных посторонних включений в высококачественной марке стали.

    2. Показатели  надежности [ГОСТ 27.002–89]

    Надежность  – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

    Надежность  является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств. Каждое из этих свойств оценивается с помощью соответствующих показателей.

    Безотказность  – свойство объекта непрерывно  сохранять работоспособное состояние  в течение некоторого времени  или наработки.

Показатели безотказности:

    1) вероятность  безотказной работы – вероятность  того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет [показатель безразмерный];

    2) гамма  процентная наработка до отказа  – наработка, в течение которой  отказ объекта не возникнет  с вероятностью γ, выраженной  в процентах [в часах];

    3) средняя  наработка до отказа – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа [в часах];

    4) средняя  наработка на отказ – отношение  суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки [в часах];

    5) интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник [безразмерная];

    6) параметр  потока отказов – отношение  матожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки [безразмерный];

    7) осредненный  параметр потока отказов –  отношение матожидания числа  отказов восстанавливаемого объекта  за конечную наработку к значению  этой наработки [безразмерный].

    Долговечность  – свойство объекта сохранять  работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Показатели долговечности:

    1) гамма  процентный ресурс – суммарная  наработка, в течение

которой объект не достигнет предельного состояния  с вероятностьюγ, выраженной в процентах [в часах];

    2) средний  ресурс – матожидание ресурса  [в часах];

    3) гамма  процентный срок службы – календарная  продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах [лет];