Тема 1. Понятие и показатели качества и надежности сварных и паяных соединений

Качество- это совокупность характерных свойств изделия, обуславливающих его пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением. Свойства изделия объективная особенность изделия, проявляющаяся при проектировании, изготовлении и эксплуатации. Свойства могут быть охарактеризованы количественно и качественно. Количественные характеристикисвойств изделий называются показателями качества.

Отдельные свойства изделий могут оцениваться несколькими показателями. В этом случае вводят понятие уровень качества. Под оценкой уровня качества понимают совокупность действий, включающих выбор номенклатуры показателей качества, определение их фактических значений и сопоставление с регламентированными (нормативными) значениями. Анализ полученных результатов позволяет принять решение о соответствии или несоответствии изделия установленным требованиям.

Номенклатуру показателей качества выбирают из условий необходимости и достаточности. Известно более 10 групп показателей качества. К ним относятся показатели назначения, надежности, технологичности, экологичности и др. Номенклатуру показателей и их регламентированные значения устанавливают в нормативно-технической документации (НТД). К НТД относят стандарты, ТУ, СНиП, РД и др.

В зависимости от специфики изделий необходимые показатели должны характеризовать их важнейшие свойства. Применительно к сварным и паяным изделиям важнейшими показателями являются показатели назначения и надежности. Они в значительной степени определяются показателями качества сварных (паяных) соединений. Если показатели назначения обуславливают качество в процессе изготовления, то показатели надежности в процессе эксплуатации изделий.

Показатели назначения сварных (паяных) изделий характеризуют свойства, определяющие основные функции сварных (паяных) соединений и обуславливающие область применения изделий.

Используя те или иные типы и способы соединений и разработанную технологию, получают сварные (паяные) соединения, обеспечивающие соответствующие показатели назначения сварных (паяных) изделий. Для этого сварные (паяные) соединения должны иметь регламентированные значения конструктивно-технологических и эксплуатационных показателей.

К конструктивно-технологическим показателям сварных (паяных) соединений относятся геометрические размеры и форму шва, химический состав и структуру металла шва.

К эксплуатационным показателям сварных и паяных соединений относят показатели прочности, герметичности и д.р.

Каждый из этих показателей оценивают, используя различные методы. Область деятельности, связанная с количественной оценкой показателей качества, называется квалиметрией. Основное средство квалиметрии – экспертная оценка свойств изделия по избираемым показателям. Источником информации о показателях качества являются должностные лица предприятия-изготовителя изделия и в частности работники службы технического контроля.

Для оценки показателей сварных (паяных) соединений используют следующие методы:

1. Измерительный метод;

2. Расчетный метод;

3. Органолептический метод.

Измерительный и расчетный методы используются для количественной оценки, а органолептический метод для качественной оценки сварных соединений.

Измерительный метод базируется на прямых измерениях, выполняемых с помощью различных технических средств. Объектами технических измерений являются как сварные (паяные) соединения, так и параметры режима технологических процессов.

Расчетный метод основан на использовании теоретических и экспериментальных зависимостей одних показателей сварных (паяных) соединений от других, количественное значение которых получают путем прямых измерений. В данном случае речь идёт об определении как абсолютных, так и относительных параметров, к числу последних относят, например, коэффициент формы шва ; мощность дуги: P = I U, где I – ток дуги, U – напряжение на дуге.

Относительные показатели, как правило, используют при сравнительной оценке сварных (паяных) соединений, полученных при использовании различных технических решений.

Органолептический метод используется для оценки качественных показателей. Он основан на наблюдении и анализе восприятия чувств оператора. Точность оценки зависит от его опыта, уровня квалификации, способностей, характера. Для исключения субъективности оценки используют эталоны качества – образцы качественных сварных (паяных) соединений или их фотографии с недопустимыми дефектами. Примером качественного показателя является окисленность сварных соединений (цвета побежалости).

Установление регламентированных (нормированных) значений показателей считается как нормирование требований. Эти значения устанавливают на основе экспериментальных исследований или испытаний и фиксируют в НТД. Принимая за фактическое значение контролируемого показателя, нормирование производят или по его наименьшему значению > или по его наибольшему значению, то есть < (односторонние ограничения), или одновременно по его наименьшему или наибольшему значению, то есть ≤ ≤ (двухсторонние ограничения). Выход за установленные ограничения (приделы) считается как отклонение (несоответствие) изделия от требований НТД (изделие не качественное). Эти отклонения возникают в результате воздействия различных факторов, что позволяет технологическому персоналу принимать решения об исправлении сварных (паяных) соединений и корректировке параметров технологического процесса.

Надежность - свойство сварных (паяных) соединений сохранять эксплуатационные показатели в заданных пределах при заданных условиях эксплуатации в течении установленного периода времени.

Условия эксплуатации сварных соединений зависят от назначения изделия и характеризуется воздействием следующих внешних факторов:

1. Вид, величина, характер действия нагрузки;

2. Параметры окружающей среды (температура, давление);

3. Химическое состояние окружающей среды, например, наличие активных газов.

Надежность сварных (паяных) соединений неразрывно связана с их качеством. Если понятие качества относится к стадии изготовления, то о понятии надежности говорят при испытании и эксплуатации.

В процессе эксплуатации сварные (паяные) изделия могут находиться в 2-х состояниях: исправном и неисправном. Исправное состояние характеризуется тем, что контролируемые эксплуатационные показатели сварных (паяных) соединений соответствуют требованиям НТД (неразъемное соединение выполняет свои функции). Неисправное состояние характеризуется тем, что контролируемые эксплуатационные показатели сварного (паяного) соединения не соответствуют требованием НТД (неразъемное соединение не выполняет свои функции).

В теории надежности переход изделия из исправного состояния в неисправное называется повреждением, которое может быть существенным или несущественным. Несущественные повреждения, как правило, связаны с изменением размеров и состояния поверхности. Существенные повреждения связаны с нарушением сплошности и ухудшением эксплуатационных свойств сварных (паяных) соединений. В течение времени несущественные повреждения могут накапливаться и развиваться в существенные повреждения. Так как существенные повреждения приводят к существенному изменению эксплуатационных показателей, то говорят о нарушении работоспособности сварных (паяных) соединений.

Работоспособность - состояние сварных (паяных) соединений, при котором в данный момент времени контролируемые эксплуатационные показатели находятся в пределах, установленных НТД.

Переход из работоспособного состояния в неработоспособное состояние в теории надежности характеризуется как событие и называется отказом. Под отказом понимают выход одного или нескольких контролируемых эксплуатационных показателей за установленные пределы.

Отказы разделяют на постепенные и внезапные. Постепенные отказы являются результатом медленных необратимых физико-химических процессов, связанных с износом (изменение размеров), изменением состояния поверхности (коррозия) и изменением структуры (старение) вследствие воздействия внешних факторов. Развитие этих процессов может привезти к образованию микронесплошностей (микротрещин). Внезапные отказы характеризуются увеличением концентрации напряжения в местах расположения дефектов, быстрым развитием микротрещин в макротрещины и в итоге к разрушению изделия.

Отсутствие отказов является признаком надежности сварных (паяных) соединений. Информацию о показателях надежности получают в процессе эксплуатации, а так же при испытаниях сварных (паяных) соединений. К таким испытаниям относят испытания на усталость (оценивают сварные (паяные) соединения в результате циклического нагружения, приводящего к разрушению) и длительную прочность (соединение испытывают длительное время в условиях ползучести, т.е. медленного нарастания пластической деформации). При испытании на усталость образцы испытывают периодически изменяющимися во времени нагрузками, а при испытании на длительную прочность образцы находятся в течение длительного времени под постоянно действующей нагрузкой. Испытания назначают в зависимости от назначения сварных (паяных) соединений и проводят в условиях, близких к реальным. Полученные при испытаниях результаты должны быть использованы при доработке сварных (паяных) конструкций и оптимизации технологии их изготовления и контроля. Так как отказ трактуется как случайное событие, то количественные показатели надежности должны быть основаны на учете времени до возникновения отказа.

Для оценки показателей надежности используют регистрационный метод, основанный на наблюдении испытуемых образцов, фиксации количества вышедших из строя соединений и времени их наработки до отказа. На испытание ставится определенное число соединений и наблюдаются моменты, когда возникает разрушение. Как правило, испытания проводят до полного разрушения всех сварных (паяных) соединений, затем проводят статистическую обработку полученных результатов и определяют показатели надежности. При этом определяют время до возникновения разрушения, например, при испытании на длительную прочность, или определяют число циклов испытаний, например, при испытании на усталость.

Показатели надежности характеризуют свойства соединений и способность выполнять заданные функции в заданных условиях эксплуатации в установленном временном интервале. К показателям надежности относятся:

1. Безотказность;

2. Долговечность;

3. Сохраняемость;

4. Ремонтопригодность.

Безотказность - свойство сварных (паяных) соединений сохранять работоспособность в течении регламентируемого периода времени в заданных условиях эксплуатации. К показателям безотказности относят среднее время безотказной работы (время наработки на отказ)

,

где n - число испытываемых соединений.

Это время можно гарантировать.

Долговечность - свойство сварных (паяных) соединений сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, когда дальнейшая эксплуатация изделий невозможна. Под предельным состоянием понимают момент появления дефекта критических размеров. Долговечность оценивается ресурсом в часах или циклах нагружения. Для ремонтируемых изделий под долговечностью понимают срок службы, который характеризуется календарным сроком работы, включающим время наработки и время перерывов для технического обслуживания и ремонта.

Для обеспечения высоких показателей безотказности и долговечности сварные (паяные) конструкции должны быть спроектированы и изготовлены с учётом свойств сохраняемости и ремонтопригодности сварных соединений.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять показатели безотказности и долговечности при транспортировке и хранении.

Под ремонтопригодностью понимают свойство изделия, заключающееся в приспособленности сварных (паяных) соединений к обнаружению дефектов и выявления причин возникновения повреждений и отказов, а так же восстановлению и поддержанию работоспособности соединения при проведении технического контроля и ремонта. Ремонтопригодность сварных соединений определяют числом подварок, а паяных соединений числом перепаек, число которых устанавливается НТД.