Detectarea defectelor

1. Defecte, defectare, cauze de apariţie a defectelor Conceptele de defect şi defectare sunt generale şi au o arie de cuprindere practică foarte largă..La diagnosticarea defectelor se pleaca de la efectul constatat. Acesta poate fi provocat de unul sau mai multe cauze, care acționează independent sau simultan. In practică, de multe ori se confundă cauza cu defectul, fapt care ingreunează analiza defectului si stabilizarea masurilor de remediere. In procesul de diagnosticare, plecand de la efectul constatat, se definesc un numar de cauze posibile care se elimina metodic, astfel ajungandu-se la cauza primara, cautata.Analiza superficiala a defectiunilor constatate si stabilirea eronata sau incompleta a cauzelor care le-au generat sunt de natura sa conduca la repetarea defectului initial sau accentuarea unor defecte asociate. La diagnosticarea defectelor trebuie analizate sursele de zgomot si de temperatura anormale, deoarece, in general defectele sunt insotite de aceste doua fenomeneCa urmare, pentru o analiză completă a comportării sistemelor din perspectiva siguranţei lor în funcţionare este necesar să se realizeze o cât mai corectă identificare a defectelor şi a cauzelor acestora, să se identifice dependenţele cauzale şi să se delimiteze cauzele particulare de cele comune. Din această perspectivă se dovedeşte utilă introducerea unor clasificări pe domeniul defecte-defectare-cauze de apariţie a defectelor, pentru a introduce o manieră de analiză sistematică

1.1. Clasificarea defectelor O primă clasificare a defectelor se poate realiza din punctul de vedere al operabilităţii (capacităţii de a fi operaţional) considerând două categorii distincte şi anume defecte fizice şi defecte funcţionale.Criteriul operabilităţiiUn defect fizic apare în momentul în care o entitate (componentă sau element) se defectează propriu-zis şi nu mai este apt de funcţionare, nu mai este operaţional. Defectele fizice au fost studiate intensiv, iar datele sunt păstrate de fabricanţi în baze de date folosite pentru determinarea valorilor intensităţilor de defectare ale componentelor noi, respectiv ale produselor electronice.Un defect funcţional apare în momentul în care sistemul este operaţional dar nu îşi realizează funcţia specificată.Majoritatea defectelor funcţionale apar datorită erorilor din faza de proiectare şi pot fi la rândul lor permanente sau tranzitorii.O modalitate de obţinere a datelor despre defectele funcţionale ar fi consultarea fişierelor de diagnosticare automată care conţin momentul apariţiei defectului şi tipul defectului.Din punctul de vedere al analizei fiabilităţii unui sistem de reglare sunt importante şiutile trei caracteristici care pot fi atribute oricărui defect şi anume:• cauza apariţiei defectului,• efectul defectului asupra funcţiei de reglare• evoluţia în timp a ratei de defectare asociate entităţii defecte.În cele mai multe cazuri cauzele care duc la apariţia defectelor funcţionale sunt erorile din faza de proiectare. Există însă şi erori de instalare sau mentenanţă ce pot deveni cauza unui defect funcţional.

1

1.2. Cauze ale apariţiei defectelor Principalele cauze ale defectelor care apar în sistemele de conducere automată sunt:Pe de-o parte, există diferite cauze care pot genera apariţia unui defect, iar pe de altă parte ele pot acţiona individual sau combinat.O primă clasificare a cauzelor de apariţie a defectelor se poate face după criteriul localizării distingându-se cauze interne şi externe sistemului.

1.2.1 Cauze interne. Cauzele interne sistemului includ în general defecte de proiectare sau defecte de fabricaţie şi pot să apară la orice nivel – componentă, element, sistem. Ele sunt asociate primei părţi a ciclului de viaţă al produsului.Cauzele de proiectare se regăsesc în majoritatea defectelor funcţionale. Astfel, dacă în faza de proiectare nu se iau în considerare condiţiile de mediu în care va fi utilizat un sistem de reglare probabilitatea de apariţie a defectelor datorate proiectării creşte.Defectele în procesul de fabricaţie pot să apară şi datorită îmbinărilor defectuoase, instalarea inversată a unui entităţi, pierderea unei părţi a unei entităţi sau posibilele defecte de material apărute la nivel de entitate. Multe dintre defectele de fabricaţie pot fi eliminate prin efectuarea de teste accelerate.1.2.2. Cauze externeÎn general, cauzele externe ale defectelor includ cauze datorate mediului, erori de mentenanţă sau erori de operare ale sistemului, apărând în cea de a doua parte a ciclului de viaţă al unei entităţi. Sistemele de reglare sunt utilizate în medii în care sunt prezenţi mulţi factori care pot cauza apariţia defectelor. Temperatura, de exemplu, poate determina direct apariţia unui defect.În multe cazuri însă temperatura poate accelera anumite procese, mai ales cele chimice, care sunt cauze ale apariţiei defectelor – coroziune, oxidare, evaporare. Pe lângă temperatură mai există şi alţi factori externi care influenţează apariţia defectelor: curenţii de înaltă tensiune generează zgomote, procesele mecanice determină şocuri şi vibraţii.Cauzele de mediu sunt cauze externe ale apariţiei defectelor.Procesele chimice, electrice, mecanice sunt prezente în toate mediile industriale. Sistemele care sunt proiectate să reziste în condiţii vitrege de lucru nu se defectează atât de frecvent.Defectele apărute în echipamentele electronice se pot datora corodării contactelor electrice ale unei componente. În acest caz curentul electric nu mai este condus datorită apariţiei unor insuliţe de oxid. Dacă se utilizează lubrifianţi de contact procesul de corodare se încetineşte, deci defectele datorate acestei cauze nu vor mai fi atât de frecvente. Vibraţiile mecanice pot determina ruperea elementelor din metal mai ales în momentul în care se ating frecvenţele de rezonanţă. Dacă în faza de proiectare de utilizează elemente de fixare, aceste cauze pot fi eliminate. O realizare incorectă a unei activităţi de reparare în cadrul activităţii de mentenanţă a unui sistem de reglare poate fi, de asemenea, cauza apariţiei unor defecte.Activitatea de mentenanţă este influenţată de: complexitatea sistemului de reglare, posibilitatea de reparare (reparabilitatea), condiţiile de reparare, instruirea personalului

2

care realizează mentenanţa, familiarizarea acestuia cu sistemul, presiunea datorată necesităţii terminării reparaţiei/înlocuirii într-un interval de timp impus.

Orice sistem de reglare care poate fi accesat de un operator uman se poate defecta datorită unei comenzi incorecte, adică a unei erori de operare. În general erorile de operare sunt influenţate de: complexitatea sistemului, interfaţa utilizator, familiarizarea cu sistemul, condiţiile de operare (oboseală, plictiseală) precum şi fiabilitatea echipamentelor utilizate.1.3. Defectări de mod comunÎn practică pot exista cauze capabile să determine ca elemente de acelaşi tip din sisteme diferite să se defecteze sau să determine defectarea simultană a mai multor elemente din cadrul aceluiaşi sistem. Defectări astfel apărute se numesc defectări de mod comun sau de cauză comună . În cazul defectărilor de mod comun, cel mai răspândit model este cel care consideră că întreg sistemul poate fi considerat ca o structură serială formată din sistemul funcţional căreia îi corespunde fiabilitatea şi din sistemul de mod comun căruia îi corespunde fiabilitatea . Nu toate sistemele pot fi reduse la acest model pentru care probabilitatea ca întregul sistem să supravieţuiască corespunde simultaneităţii a două evenimente: sistemul funcţional să supravieţuiască şi sistemul de mod comun să supravieţuiască.O măsură posibilă de mărire a fiabilităţii de mod comun este redundanţa prin utilizarea diversităţii echipamentelor, caz în care aceeaşi funcţie poate fi implementată de mai multe sisteme funcţionale bazate pe principii de operare diferite. 1.4. Intensitatea de defectare. Modele ale intensităţii/ratei de defectare

3

Sunt necesare valorile concrete ale ratelor de defectare ale componentelor şi elementelor individuale. Obţinerea valorilor acestora sau a unor modele matematice care să permită calculul lor, reprezintă două probleme importante. De regulă,obţinerea valorilor este chestiunea cea mai complicată. Este vorba despre baze de date de cunoştinţe care se realizează în mult timp şi cer multă imaginaţie. Problema este dificilă atât în cazul unor componente şi elemente realizate într-un număr foarte mare cât şi în cazul unor componente şi elemente realizate în număr redus. Se precizează că de cele mai multe ori astfel de date sunt considerate secrete de firmă. În unele ţări se realizează bănci de date la nivel naţional.

1.4.2. Factori care influenţează ratele de defectare Se consideră că ratele de defectare sunt influenţate în principal de 4 factori:- calitatea componentelor şi elementelor;- temperatura;- mediul;- stresul.Evident, temperatura face parte din mediu. În multe situaţii influenţa ei este însă atât de mare încât poate fi detaşată ca factor distinct în raport cu restul caracteristicilor referitoare la mediu.1.4.2.1. CalitateaCalitatea unui element, alcătuit din mai multe componente depinde de calitatea componentelor, iar calitatea acestora depinde de calitatea materialelor. În general, cu cât calitatea unei componente este mai bună, cu atât este mai redusă rata de defectare, însă cu atât şi preţul este mai mare. Calitatea componentelor se apreciază (specifică) definind mai multe nivele. Numărul acestor nivele depinde de domeniile de utilizare. Un element de calitate bună nu modifică rata de defectare determinată de alte cauze. Componentele de calitate foarte bună chiar o diminuează, iar cele de calitate slabă o amplifică.

1.4.2.2.TemperaturaTemperatura influenţează rata de defectare. De regulă, defectările datorate temperaturii se explică prin anumite procese reversibile sau ireversibile declanşate termic. Astfel pot apare pierderi de sarcină,intensificări sau strangulări în fluxul de purtători de sarcina şi altele care duc la modificarea proprietăţii de conducţie electrică a echipamentelor electronice. La temperaturi mari pot apărea topiri, schimbări de fază, înrăutăţiri ale procesului de răcire etc. Alte efecte ale temperaturii pot fi: favorizarea unor reacţii chimice, a unor dilatări sau contracţii. Pierderea calităţii sub acţiunea temperaturii nu trebuie interpretată întotdeauna ca o distrugere a componentei respective. Prima interpretare la care trebuie să ne gândim este cea de „ieşire din limitele de performanţă specificate”. Ratele de defectare şi modelele care se folosesc pentru a reda acest lucru depind de domeniul de utilizare şi de natura componentelor.

4

1.4.2.3. MediulInfluenţa mediului exterior asupra ratelor de defectare se realizează prin mai mulţi factori (inclusiv temperatura). Aceşti factori sunt:- umiditatea atmosferică;- variaţia presiunii atmosferice;- impurităţile din atmosferă (sare, praf);- expunerea la îngheţ;- procese declanşate de cauze cum sunt: coroziunea, eroziunea, murdărirea, schimbarea defaza (solid→lichid);- vibraţiile;- şocurile mecanice;- şocurile termice;- radiaţiile electromagnetice. Influenţa acestor factori nu poate fi studiată la modul general. De regulă studiile se limitează la un anumit domeniu de utilizare şi la anumite condiţii de utilizare. In unele situaţii sunt posibile comparaţii.De pildă, unele instrumente de măsură universale ajung să fie folosite în diverse domenii. In funcţie de condiţiile atmosferice (impurităţi şi umiditate) ele pot să fie considerate defecte mai repede sau mai târziu.Anumite piese mecanice pot să se defecteze mai repede sau mai târziu după cum ajung sau nu în contact cu fluide.1.4.2.4.StresulÎn cele ce urmează se folosesc doi termeni: rezistenţă şi stres. Accepţiunea în care ei sunt folosiţi rezultă din următorul exemplu: Presupunem că avem în mâini o tijă pe care încercăm să o încovoiem. Acţiunea noastră reprezintă pentru tijă o solicitare care, dacă depăşeşte un anumit nivel de intensitate de la care apare posibilitatea de defectare, devine un stres. Faţă de această solicitare tija opune o rezistenţă. Presupunem că scopul acţiunii noastre este de a vedea dacă tija se poate arcui. Dacă stresul este redus tija se arcuieşte, adică se deformează elastic şi la oprirea acţiunii de încovoiere revine în forma iniţială. Dacă stresul este puternic tija nu mai revine în forma iniţială considerându-se că se defectează. Aceasta poate să însemne îndoirea tijei, dacă tija este metalică sau ruperea tijei dacă ea este făcută din lemn sau din sticlă. Deci termenul „stres” este folosit în sens de solicitare intensă care apare în cursul îndeplinirii unei anumite funcţii, solicitare care nu este neapărat exagerată dar care poate determina un defect. Să considerăm, la modul general, un sistem oarecare care se găseşte sub acţiunea unei solicitări externe caracterizată printr-un parametru x (de exemplu intensitatea solicitării). Sistemul funcţionează normal pentru un anumit domeniu de valori ale lui x şi ajunge să se defecteze când x depăşeşte domeniul de valori, devenind un stres. Graniţa dintre cele

două domenii nu este certă şi diferă de la un experiment la altul. Pentru simplitate ne imaginăm că la valori reduse ale lui x sistemul funcţionează normal, iar la valori mari se defectează.

Cap.2 Instrumente folosite la detectarea defectelor

2.1 Şublerul şi micrometrulIn general la strung, piesele se măsoară cu șublerul si cu micrometrul. In același scop se folosește, din ce in ce mai rar, compasul. Cu șublerul precizia de măsurare poate ajunge pana la0,02 mm iar cu micrometrul pana la 0,01mm. Sublerul este instrumentul de măsura cel mai des folosit de strungari. El este alcătuit dintr-o riglă, gradată în milimetri, în lungul căreia se poate deplasa cursorul. Atât rigla cat si cursorul au câte un cioc. Ciocul fix este solidar cu rigla, iar ciocul mobil este solidar cu cursorul. Cursorul are si o fereastra, unde se afla vernierul, pe care se citește distanta dintre suprafețele de măsurare ale ciocurilor. Cursorul poate fi fixat pe rigla cu ajutorul șurubului. Șublerele obișnuite folosesc vernierul zecimal, cu ajutorul căruia se pot citii dimensiuni cu precizie de 0,1 mm. La acest vernier

5

distanta dintre doua repere alăturate este de 0,9 mm, adică cu 0,1 mm mai mică decât distanta dintre două repere alăturate de pe riglă. Aducându-se ciocurile unul lângă celălalt, reperul 0 (zero), al vernierului va coincide cu reperul 0 (zero) al riglei. In acest caz, vor mai coincide reperul 10 al vernierului cu reperul 9 al riglei. Alte repere ale vernierului nu vor mai coincide cu nici un reper al riglei. Aceasta situație se va repeta de cate ori reperul 0 (zero) al vernierului va coincide cu un alt reper oarecare al riglei. Cu șublerul de adâncime se măsoară distanțele dintre pragurile axelor, precum și adâncimea găurilor. El se compune din rigla gradată, cursor, vernier, și șurubul de fixare. Cursorul este construit cu doua tălpi de sprijin. Rigla si vernierul șublerului de adâncime sunt gradate la fel ca rigla si vernierul șublerelor obișnuite când capătul riglei este la același nivel cu suprafața tălpilor de sprijin, vernierul indica cota 0 (zero). La strung, măsurătorile de precizie se fac cu micrometrul. Precizia de măsurare a micrometrelor obișnuite este de +- 0,01 mm. Micrometrul este alcătuit dint-o potcoava care are la un capăt o nicovala fixa. La celalalt capăt al potcoavei se afla fixata bucșa cilindrica filetata in interior. In filetul bucșei cilindrice se înșurubează, prin intermediul rozetei capătul filetat al rijei. Tija este solidara cu tamburul si se înșurubează in bucșa cilindrica, iar capătul celalalt al ei se apropie sau se depărtează de nicovala. Piesa de măsurat se introduce suprafețele de măsurare ale micrometrului: suprafața frontala a nicovalei si cea a tijei. Pentru ca piesa sa nu fie strânsa prea tare intre suprafețele de măsurare,tamburul se rotește prin intermediul unui dispozitiv de protecție poate cu clinchet. Când cele doua suprafețe de măsurare au atins piesa, rozeta dispozitivului de protecție poate fi rotita oricât, ea numai antrenează tija. Pe o generatoare a bucșei cilindrice este trasata o linie, iar sub aceasta linie si deasupra ei se afla cate un rând de diviziuni. Diviziunile de sub linie reprezint milimetri întregi, iar cele de deasupra jumătăți de milimetri. Partea conica a tamburului este divizata in 50 de parti. Când suprafețele de măsurare sunt in contact una cu cealaltă, tamburul gradat este in poziția 0(zero), acoperind toate diviziunile bucșei cilindrice, afara de reperul 0 (zero) al ei, iar reperul 0 (zero) al tamburului se afla in dreptul liniei longitudinale. Pasul filetului tijei este de 0,5 mm deci la o rotație tija avansează cu 0,5 mm; deoarece partea conica a tamburului este divizata in 50 de parți egale, înseamnă ca, rotindu-se tamburul cu o diviziune, tija va avansa cu o sutime de milimetru. 2.2 UltrasunetePrintre numeroasele aplicaţii ale ultrasunetelor se numără defectoscopia ultrasonorã. Controlul ultrasonor permite stabilirea existenţei unor defecte (fisuri, goluri) în interiorul unor piese metalice masive. Principalele tipuri de defectoscoape ultrasonore utilizeazã transmisia sau reflexia.În defectoscopul prin transmisie emiţãtorul şi receptorul de ultrasunete sunt situate de o parte şi de alta a piesei de cercetat . Dacã între emiţãtor şi receptor nu existã niciun defect, semnalul ultrasonor transmis va trece neatenuat producând o anumitã deviaţie a acului aparatului de înregistrare. În cazul în care întâlneşte un gol (D) o parte a semnalului ultrasonor este reflectat pe suprafaţa de separare dintre metal şi aerul din golul respectivşi semnalul este mult atenuat ceea ce se va observa la aparatul indicator. Dispozitivul folosit practic are o singurã pereche emiţãtor-receptor care este plimbatã în lungul piesei de cercetat..2.3 IR-NDT (infrared nondestructive testing)Este un sistem modular de investigație nedistructivă in timp real ce utilizează termografia activa. Programul se poate utiliza cu toate tehnicile cunoscute de control nedistructiv si cu o gama larga de surse de excitație (optice,ultrasunete, microunde ... ). IR-NDT este ideal pentru o multitudine de aplicații in control nedistructiv, atât pentru corpuri metalice cat si nemetalice. 2.4 Metoda de examinare cu particule magneticePoate fi aplicata pentru detectarea fisurilor si a altor discontinuități aflate la suprafață sau in imediata apropiere a suprafeței materialelor feromagnetice. Sensibilitatea metodei este maxima pentru discontinuitățile de la suprafața si scade rapid cu adâncimea. Discontinuitățile tipice ce pot fi detectate prin aceasta metoda sunt: fisurile, șanțurile marginale, lipsa de topire, defectele de laminare si porozitățile. In principiu aceasta

6

metoda presupune magnetizarea suprafeței de examinat si aplicarea particulelor magnetice (mediul de examinare) pe suprafață. Particulele magnetice vor forma contururi pe suprafața acolo unde fisurile sau alte discontinuitati produc distorsiuni ale campului magnetic.2.5 Metoda de examinare cu lichide penetranteEste eficienta in detectarea discontinuităților deschise la suprafața metalelor neporoase si a altor materiale. Discontinuitățile tipice detectate de aceasta metoda sunt fisurile, șanțurile marginale, lipsa de topire, defectele de laminare si porozitatile. Principiul metode este următorul: penetrantul este aplicat pe suprafața ce urmează a fi examinata si ii este permisa pătrunderea in discontinuitati. Penetrantul in exces este apoi indepartat,suprafata este uscata, apoi se aplica developantul. Developantul functioneaza atat ca material care sa absoarbă penetrantul care a rămas in discontinuitati, cat si ca fundal contrastant pentru amari vizibilitatea indicațiilor.

3. Exemplu: Detectarea și diagnosticarea defectelor caracteristice instalațiilor hidraulice.Se disting doua feluri de defecte: defecte constatate la verificarile periodice si defecte ca urmare a deteriorarii unui agregat. In prima categorie se mentioneaza: a) Neetanșeitatile exterioare pe circuitele de presiune; acestea se constată ușor, prin apariîia pierderilor de lichid de lucru în exterior. b) Încălzirea. Un alt defect frecvent al instalatiilor hidraulice este incalzirea excesiva a lichidului de lucru sau a unui element component al instalatiei. Constatarea se face cu un termometru amplasat in rezervor si prin atingere cu mana. Mâna suporta temperaturi pana la 50˚C. Verificarea zilnică a instalatiei permite formarea unei idei despre temperatura normala de functionare.ZGOMOTUL. Cresterea nivelului de zgomot al instalatiei sau a componentelor este un defect frecvent, care poate să apară si datorită alimentarii incorecte a pompei, vibratiilor datorata cuplajelor defecte, vibratiilor conductelor, vibratiilor arcului supapelor.

7