Оцінка загального стану об'єкта дослідження

Роботи по встановленню причин поломок деталей починаються на місці виявлення поломки, а закінчуються зазвичай в лабораторних умовах і часто не тими особами, які їх починали. Тому для розмежування робіт, що проводяться на місці поломки від лабораторного дослідження, ці роботи називаються розслідуванням.

Від ретельності і повноти розслідування багато в чому залежить правильність встановлення причин поломки деталі при дослідженні.

Розслідування включає загальний огляд об'єкта дослідження з метою виявлення наявних руйнувань і ушкоджень окремих деталей, вузлів і усієї конструкції або машини в цілому, вивчення обставин їх руйнування або ушкодження і зовнішніх ознак, якими воно супроводжувалося.

Ушкодження або поломка можуть супроводжуватися явними руйнуваннями або проявлятися побічно у вигляді вібрації, диму, течі і так далі.

Розслідування розпочинається з опитування обслуговуючих працівників, технічного складу або випадкових свідків, що виявили аварію або дефект, вивчення усіх обставин, при яких сталося порушення нормальної роботи і зовнішніх ознак, якими воно супроводжувалося. Сюди відносяться: загальна тривалість і режим роботи, характер відхилення від нормального режиму. Так, руйнування кільця підшипника автомобіля, показаного на рисунку 5.1, сталося внаслідок вібрації пола гаража, яка була викликана роботою близько розташованого двотактного двигуна.

Для отримання повнішого уявлення про характер дефекту, який привів до відмови в роботі машини, у тому випадку, коли це можливо, рекомендується зробити її випробування в роботі. Так, вібрація поршневого двигуна може бути тимчасовою, наприклад, внаслідок «зависання» клапана циліндра в направляючій втулці, але може бути викликана і руйнуванням окремих деталей або відмовою в роботі окремих агрегатів (рис. 5.1).

У разі великої аварії і значного віддалення один від одного окремих уламків необхідно вказати на плані місцевості їх взаємне розташування, місце вибуху, удару або падіння конструкції або машини. По взаємному розташуванню на місцевості уламків літака можна, наприклад, встановити напрям його польоту в процесі падіння, кут падіння, виявити елементи конструкції, якими літак спочатку торкнувся землі. Мета розслідування - визначити деталь або вузол, що спочатку зруйнувалися, встановити передбачувані причини аварії або дефекту і з максимальною повнотою описати усі обставини події, щоб допомогти визначенню істинних причин поломки при подальшому дослідженні.

Рисунок 5.1 - Вм'ятини на бігових доріжках кілець, що утворилися внаслідок вібрації підшипника

Істотною особливістю цього етапу робіт є те, що результати розслідування не можна повторити або доповнити в процесі подальшого дослідження. Це пов'язано з тим, що машина, вузол або деталь спрямовуються на дослідження, пальне і мастило зливаються, уламки перемішуються, а точність свідчень свідків поломки і обслуговуючого персоналу швидко убувають з часом. Тому від дослідників на першому етапі робіт потрібно відмінне знання матеріальної частини, особливостей її експлуатації, технічного обслуговування і технології виготовлення і ремонту.

Після того, як на місці події встановлені можливі причини появи дефекту і визначено місце первинного руйнування, деталі, їх розташування і усі помічені дефекти, які можуть бути корисними при встановленні причин поломки, фотографують. Про усі помічені ненормальності в роботі матеріальної частини, обставинах поломки встановленої послідовності руйнування і доказах або припущеннях про місце первинної поломки складається детальний опис.

Аналіз зовнішнього стану

Аналіз зовнішнього стану зруйнованих або пошкоджених деталей повинен розпочинатися з виявлення деталі, що зруйнувалася першою. Після цього робиться встановлення послідовності руйнування усіх деталей і виявлення місць зародження зламів і концентраторів напруги. Концентратори напруги оцінюють по їх формі і будові зламу. Велике значення має встановлення діючих навантажень, ступеня перевантаження при повторних вантаженнях і виявлення ненормальностей в роботі деталі, що зруйнувалася. Про ці ненормальності часто можна судити по взаємних ушкодженнях деталей.

Дослідження взаємних ушкоджень дозволяє охарактеризувати предмет, що ударив, - його форму, швидкість і напрям руху. Правильна оцінка взаємних ушкоджень іноді дозволяє встановити причину поломки без проведення будь-яких додаткових досліджень.

Так, якщо відбувається уповільнене крихке руйнування болтів і інших деталей, по наявності слідів нерівномірного торкання можна встановити перекіс при роботі болта або шпильки.

Для правильної оцінки взаємних ушкоджень (потертостей, вм'ятин), необхідно хоч би приблизно встановити час утворення цих дефектів в процесі роботи або руйнування деталей. У тому випадку, коли за характером взаємних ушкоджень видно, що вони утворилися до поломки деталей, можна робити висновок, що такі ушкодження могли сприяти руйнуванню деталі. Іноді можна встановити, що ушкодження сталося в процесі руйнування деталей і пов'язано з порушенням нормальних умов роботи.

При визначенні деталі, що спочатку зруйнувалася, необхідно усі ушкодження, наявні на деталях, розділити на дві групи, залежно від їх походження.

До першої групи відносяться усі ушкодження, що виникли в процесі руйнування. Аналіз цих ушкоджень, виконаний з урахуванням особливостей кінематики вузла і умов навантаження деталей, дозволяє визначити послідовність руйнування деталей і деталь, що зруйнувалася першою.

До другої групи відносяться ушкодження, що виникли в процесі праці машини або механізму до поломки. Наприклад, надмірний знос, виробітки, потертості, сліди сильної корозії, корозії сухого тертя і т. д. Ці ушкодження у ряді випадків можуть вказати на порушення нормальних умов роботи деталі, а встановлення їх зв'язку з поломкою грає в таких випадках істотну роль при встановленні причин руйнування.

Доцільність подібного ділення ушкоджень на дві групи очевидна і не вимагає яких-небудь додаткових пояснень. Дійсно, дослідження зруйнованих деталей показує, що при визначенні деталі, що спочатку зруйнувалася, найбільші утруднення виникають у разі руйнування деталей, що швидко рухаються та кінематично пов'язаних.

Так, спільне руйнування поршня, шатуна і поршневого пальця двигуна внутрішнього згорання може початися з будь-якою з цих трьох деталей. У разі руйнування поршня звільнений від нього поршневий палець наносить на робочій поверхні гільзи циліндра характерні подовжні смуги. Руйнування поршневого пальця супроводжується інтенсивною розробкою отворів у бобишках поршня і шатуні. Якщо ж першим зруйнувався шатун, то поршень, що відокремився від нього, може бути пошкоджений деталями колінчастого вала, що обертаються. Отже, в даному випадку подовжні смуги, розробка отворів або сліди того, що зім'яло поршень противагами колінчастого вала, вказують на первинне руйнування однієї з цих трьох деталей.

Ознаки первинного руйнування деталей можуть бути дуже різноманітними і тому не можна дати загальних рекомендацій що до виявлення таких деталей. В усякому разі, наявність втомного зламу у більшості випадків може служити достатнім доказом первинного руйнування деталі. Ділянка первинного руйнування деталі виявляється по будові зламів, а у разі значного ушкодження зламу, - за непрямими ознаками, наприклад, по мірі деформації окремих уламків, по мірі руйнування деталі на різних ділянках, по інтенсивності нагаровідкладень і т. п.

В якості прикладу на рисунку 5.2 показаний зруйнований по двох перерізах (стержню і голівці) причіпний шатун поршневого двигуна.

Рисунок 5.2 - Причіпний шатун двигуна, що зруйнувався по двох перерізах

Попри те, що злами сильно забиті, все ж можна визначити місце первинного руйнування. Аналіз умов роботи шатуна показує, що його первинне руйнування могло статися тільки по голівці, оскільки після обриву стержня шатуна зникає сила, що розтягує шатун, від якої міг піти розрив голівки.

У інших випадках визначити місце первинного руйнування допомагає виявлення поблизу місця зародження зламу різних зовнішніх ознак у вигляді дефектів матеріалу, слідів ненормальних вироблень, що свідчать про роботу машини з деталлю, що ламається, характерного місцевого зминання країв зламу, слідів залишкової деформації.

Виявлення і оцінка концентратора напруги робиться за зламом або за непрямими ознаками. Концентратор напруги, що послужив осередком зародження зламу, розташовується на ділянці первинного руйнування. У тих випадках, коли злам сильно пошкоджений, концентратор напруги може бути встановлений шляхом металографічного аналізу, застосуванням методу дефектоскопії або оцінкою розташування зламу на деталі. Так, виявлення на ділянці первинного руйнування металургійних дефектів (шліфувальних тріщин), може стати доказом того, що руйнування деталі почалося від цих концентраторів напруги. Поверхня зламу пружини, нахилена не під кутом 45° до її витка, а з подовжнім розщеплюванням, свідчить про руйнування пружини по подовжньому дефекту (рисці, волосовині) або внаслідок різко зниженої міцності упоперек волокна.

Не можна прагнути в обов'язковому порядку знаходити концентратор напруги, оскільки поломка може бути наслідком загальної підвищеної напруженості деталі або зниження міцності і пластичності в результаті впливу середовища, температури і т. д. Оцінюється концентратор напруги по зламу, розрахунковим шляхом, методами тензометрування, або натурних випробувань, а також зіставленням характеру руйнувань і термінів служби однотипних деталей.

Характер руйнування оцінюється по розташуванню поверхні зламу відносно діючих сил і зовнішніх контурів деталі. Так, наприклад, якщо поверхня зламу колінчастого вала розташовується під кутом 45° до його осі, то руйнування пішло від змінного кручення. Якщо злам колінчастого вала стався під кутом близьким до 90°, то руйнування його виникло від одноразового або повторного кручення при значних перевантаженнях, а також від повторних навантажень, що вигинають.

При оцінці характеру діючих сил необхідно враховувати умови навантаження деталі. Розташування поверхні зламу по відношенню осі вала визначається величиною перевантаження і впливом концентратора напруги.

При дуже великому перевантаженні вала крутильними коливаннями або одноразовому його скручуванні, як наприклад, при миттєвій зупинці двигуна утворюється злам майже перпендикулярно до осі вала. Також і за наявності різкого концентратора напруги, розташованого перпендикулярно до осі вала (різьблення, гостра виточка) злам зароджується по поверхні, перпендикулярній до осі вала. При подальшому розвитку, частіше при невеликому перевантаженні і не дуже різкому концентраторі напруги, тріщина втоми зазвичай переходить в спіральну. Злам вала під кутом 45° або першопричинне утворення подовжніх тріщин спостерігається при відносно невеликому циклічному перевантаженні. Злам стержнів, шпильок, труб, тяги від вигину або розтягування відбувається по площині, перпендикулярній до осі. Без аналізу умов вантаження деталі і її роботи в цьому випадку важко встановити, від яких навантажень пішов злам.

Перевантаження деталі при повторному вантаженні можна оцінювати по аналізу зламу, шляхом перевірочного розрахунку на міцність, випробувань або експериментальної оцінки напруги. Для визначення характеру діючих навантажень при утомному руйнуванні наведена орієнтовна таблиця будови зламів (таблиця 5.1).