Возможности криминалистической экспертизы металлов, сплавов и изделий из них при исследовании разрушенных деталей и механизмов промышленного оборудования

формирование единых подходов к правовому, научно-методическому обеспечению, профессиональной подготовке и аттестации специалистов, технической политике, метрологическому обеспечению, организации контроля качества работы специалистов в государственных судебно-экспертных учреждениях и подразделениях.

Для повышения эффективности экспертно-криминалистической деятельности в борьбе с преступностью ЭКЦ МВД России разработана Концепция развития экспертно-криминалистических подразделений органов внутренних дел России на 2006—2015 годы. Главной целью развития ЭКП является всестороннее и оперативное обеспечение потребностей ОВД в эффективном применении современных экспертно-криминалистических средств и методов в целях предупреждения, выявления, раскрытия и расследования преступлений.

Концепцией предусматривается:

– повышение эффективности управления ЭКП;

– совершенствование правовой и информационно-методической базы функционирования ЭКП;

– активное использование положительно зарекомендовавших себя на практике форм и методов экспертно-криминалистической деятельности, внедрение современных научных достижений, рекомендаций и приемлемого в российских условиях зарубежного опыта;

– улучшение работы с экспертными кадрами и закрепление их в ОВД, повышение уровня профессионализма и научной организации их труда;

– укрепление взаимодействия с другими подразделениями ОВД, судебно-экспертными учреждениями и правоохранительными органами, в том числе в рамках реализации федеральных и региональных программ по борьбе с преступностью (ее видами);

– расширение и углубление взаимовыгодных международных связей;

– доведение до нормативного уровня штатного, финансового и материально-технического обеспечения ЭКП.

Анализ причин поломок и аварий КПО и металлообрабатывающего оборудования

Методология диагностики причин разрушения деталей и узлов оборудования представлена в работах таких авторов, как: Чижмаков М. Б., Шапиро М. Б., Белинкий А. Л., Лапидус А. С., Марголин Л. В., Портман В. Т., Пратусевич Р. М. и др [35;66].

Согласно существующих в технической литературе описаний физико-химических методов исследования и их возможностей применительно к анализу разрушений основного металла и сварных соединений, направление исследования и выбор методов определяется особенностью разрушения материала и условиями эксплуатации оборудования.

Начинать исследование необходимо с визуального осмотра поврежденного узла КПО или металлообрабатывающего оборудования. Это необходимо для определения участков с очагом разрушения коррозионного поражения, трещин, последовательности этапов разрушения и др.

В большинстве случаев приходится определять химический состав стали и его соответствие ГОСТу, при этом следует обращать внимание на содержание в стали вредных примесей и газов. Проверка прочностных и пластических характеристик металла необходима для установления соответствия свойств нормам технических условий. При контроле механических свойств важно оценить их однородность в различных участках разрушенной детали в различных сечениях (в сердцевине и в поверхностных слоях детали).

Во многих случаях полезно определять в материале уровень остаточных напряжений, опасных при коррозионном растрескивании, коррозионной усталости и сложнонапряженном состоянии, их характер, в частности, важно оценить уровень и распределение растягивающих напряжений.

Кроме того, можно провести цветную дефектоскопию разрушенных деталей и узлов КПО или металлообрабатывающего оборудования (для немагнитных материалов можно применять метод люминисцентной дефектоскопии). Дефектоскопия позволяет установить наличие в металле трещин и характер их расположения в детали, а также в ряде случаев получить важные сведения об особенностях повреждения металла. Кроме того, дефектоскопия металла необходима в тех случаях, когда основной излом детали испорчен или поврежден в результате контакта с другими кусками металла и с агрессивной средой; в этом случае определенную информацию о характере разрушения можно получить по дополнительным трещинам.

Металлографическое исследование структуры детали или поврежденного узла дает ценную информацию о металле. Так, в процессе эксплуатации металла могут происходить существенные изменения в структуре, вызванные наклепом металла, рекристаллизационными процессами.

На поверхности деталей могут образовываться слои, обедненные или обогащенные рядом элементов, что, естественно, должно отразиться на особенностях структуры металла.

Контроль изменений в структуре металла детали или узла после эксплуатации по сравнению с исходной позволяет оценить, в какой мере эти изменения структуры могли вызвать повреждение материала при эксплуатации. Кроме того, анализ микроструктуры дает информацию о дефектах металлургического характера (например, крупных неметаллических включениях, строчечных выделениях, наличии феррита в аустенитной фазе); дефектах сварного соединения и других, а также их возможном влиянии на разрушение деталей и узлов КПО и металлообрабатывающего оборудования. Металлографическими методами можно также выявлять дефекты сварных швов изделий. Описанные методы исследования металлов детально изложены во многих работах и широко применяются в ряде металловедческих лабораторий НИИ и заводов различных отраслей промышленности.

Иногда проведение анализа аварийного металла с помощью этих методов позволяет выяснить причину разрушения.

Изучение причин поломок и других повреждений деталей КПО состоит из следующих трех этапов:

– выявление разрушений;

– изучение и фиксирование условий разрушения;

– установление причин разрушений.

Выявление причин и изучение условий поломок пресса (станка, технологической оснастки) начинается на месте возникновения разрушения.

В ряде случаев собранной информации оказывается достаточно для установления действительной причины повреждения. Однако в большинстве случаев приходится проводить дополнительные исследования: лабораторный

анализ деталей, уточненные расчеты на прочность специализированные испытания и т. д.

Выявление разрушений осуществляется изучением поломок и других повреждений деталей и узлов обследуемого КПО (станка, технологической оснастки). Данные признаки (наличие деформаций и разрушений) выявляются при авариях, текущем техническом обслуживании пресса, предупредительных осмотрах и разборках механизмов, а также при появлении признаков ненормальной работы пресса.

При проведении экспертизы КЭМСИ необходимо пользоваться всеми вышеназванными способами диагностики и обследования оборудования и оснастки (см. ГОСТ, эксплуатационную документацию (ЭД) с описанием методов проведения диагностических и осмотровых технических мероприятий оборудования [58]), т. к. методология осмотров оборудования и диагностических мероприятий по нему достаточно подробно раскрывает сущность поиска визуальных и вещественных данных о причинах проишествия, которые могут с успехом использоваться при разработке экспертных версий в виде источников доказательств по разрабатываемым версиям о причине аварийного и (или) травматического случая.

Повреждение можно обнаружить по двум признакам: либо непосредственно по прекращению работы механизма пресса, либо по косвенным показателям: повышению шума, появлению ударов, вибрации, течи, повышению температуры узла, отказу органов управления, ухудшению качества обрабатываемых изделий, появлению брака и т. д.

Установив поломку или ненормальную работу, необходимо по возможности определить конкретную деталь и узел, вызвавшие неисправность или аварию пресса.

Работа по выявлению поломок и установлению причин разрушений предъявляет высокие требования к квалификации персонала, который должен знать наблюдаемые прессы; слабые места и типичные неисправности механизмов.

На данном этапе экспертного исследования рекомендуется проведение экспертом (специалистом) надлежаще процессуально оформленных консультаций с персоналом, осуществляющим ремонт и техническое обслуживание (ТО) непосредственно исследуемого на производственном участке объекта КЭМСИ (оборудования, механизма, узла, технологической системы), а также его (эксперта) ознакомление с аналогичными видами оборудования, эксплуатирующимися на других производственных объектах.

Изучение и фиксирование условий разрушения и поломок включает опрос персонала, обслуживающего пресс (рабочий-штамповщик, сменный мастер, механик цеха и т.д.), а также лиц, присутствовавших при аварии; тщательный осмотр и исследование характерных особенностей разрушенных и поврежденных деталей; установление общей продолжительности работы пресса с начала эксплуатации, номенклатуры обрабатываемых деталей и характерных режимов обработки. Особое внимание обращается на перегрузочные режимы и режим обработки при возникновении аварии. Проводятся также необходимые измерения и проверки: зазоров в зубчатых передачах и шлицевых соединениях, муфте, тормозе; проверяется качество изготовления отдельных деталей, температура узла, регулировки механизмов и т. д. В случае необходимости производится полная разборка поврежденного узла КПО или металлообрабатывающего оборудования.

Если результаты проведенного исследования позволяют установить причину поломки и повреждений, то составляется технически точное объективное описание разрушения, в котором приводится предполагаемая причина разрушения и дается предварительное заключение. Если причину поломки не удалось выяснить – необходимо более основательно исследовать разрушенную деталь, провести дополнительные лабораторные измерения, исследования (металлографические, химические) и испытания, а также рекомендуется использовать результаты расчетов на прочность и данные испытаний опытных образцов КПО или металлообрабатывающего оборудования изучаемой модели.

К описанию разрушения рекомендуется прилагать эскиз и фотографию излома или поврежденного участка детали, а в необходимых случаях – схему расположения обломков и повреждений в механизме.

При поломках и повреждениях деталей, требующих разборки узла и замены разрушенных элементов новыми, разрушенные детали сохраняются с бирками, на которых должно быть указано наименование детали, модель и инвентарный номер КПО или металлообрабатывающего оборудования, дата аварии; предполагаемая причина и номер документа, в котором зафиксированы подробные сведения об аварии.

В дальнейшем эти детали осматриваются представителями завода-изготовителя и в случае необходимости подвергаются дополнительным лабораторным исследованиям.

Для определения первоначально разрушившейся детали, последовательности повреждения других деталей и выявления причин разрушения важное значение имеет анализ обнаруженных изломов и повреждений. В связи с этим повреждения и дефекты деталей исследуемого механизма необходимо разделить на две группы. К первой группе относятся повреждения, возникшие при изготовлении или эксплуатации КПО (металлообрабатывающего оборудования) до аварии: износ рабочих поверхностей, следы контактной коррозии, забоины и т. п. Изучение этих повреждений облегчит определение непосредственных причин поломок. Ко второй группе – повреждения, возникшие при разрушения деталей. Анализ повреждений этой группы позволит восстановить ход процесса разрушения.

Изучение строения излома позволяет определить вид разрушения, получить дополнительные данные об условиях нагружения, оценить концентраторы напряжений, снижающие сопротивление детали разрушению.

Для установления вида разрушения важно определить характер излома. Признаками усталостного излома являются характерные зоны, линии и ступеньки на поверхности излома, блеск и мелкозернистая структура этой поверхности, зигзагообразные трещины на участках разрушенной детали или аналогичных деталях механизма, а также определенный срок службы детали до разрушения (не менее десятков тысяч нагружений, а чаще – сотни тысяч и миллионы циклов).

Характер и величину нагрузок определяют по расположению поверхности излома относительно действующих сил и контура детали, расположению и количеству различных зон на поверхности излома и т. п. Например, при скручивании вала от действия однократной перегрузки большой величины или от крутильных колебаний большой амплитуды поверхность излома располагается под углом 90° к оси вала. При развитии усталостного разрушения от длительного действия циклических перегрузок небольшой величины поверхность излома направлена либо под углом 45° к оси вала, либо частично параллельно оси вала и частично под углом 45°. При наличии на поверхности вала источников концентрации напряжений, расположенных перпендикулярно оси (например шлицевых, шпоночных соединений, резьбы), трещина может развиваться также перпендикулярно поверхности вала даже при действии‚ незначительных перегрузок. При анализе изломов необходимо учитывать, что перегрузка, вызвавшая усталостное разрушение, тем выше, чем большую площадь усталостного излома занимает доломленная зона и чем ближе к центру она смещена; чем больше в изломе ступенек и рубцов; чем дальше они расположены друг от друга; чем меньше выражены притертость и блеск поверхности излома.

Концентраторы напряжений обнаруживаются обычно в очаге разрушения или в местах изменения направления развития трещины.

Фокус излома располагается в зоне концентраторов, связанных с резким изменением контура детали (например дно кольцевой выточки или резьбы вала, основание шлицев и зубьев шестерен и т.д.), с плохим качеством поверхности (следы грубой обработки, шлифовочные трещины и ожоги, забоины, коррозионные раковины и т.д.).

Иногда повреждение развивается из начальных (зародышевых) дефектов материала: раковин, волосовин, флокенов, включений.

При оценке влияния концентратора напряжений на разрушение необходимо иметь в виду, что он является обычно фактором, способствующим разрушению, но не всегда единственным и главным. Сопоставляя случаи поломки аналогичных деталей, иногда можно выяснить степень влияния концентратора напряжений и других факторов на возникновение излома.

Установление причин разрушения деталей КПО (металлообрабатывающего оборудования) начинается после того, как определен вид разрушения и выявлены характерные обстоятельства поломки, на основе обобщения всей собранной информации устанавливаются причины разрушений.

Разрушение деталей объясняется, с одной стороны, неполнотой и неточностью данных о нагрузках, с другой – отклонением фактической прочности деталей от расчетных значений под влиянием различных факторов, недостаточно учитываемых при проектировании.

Причины снижения прочности могут быть связаны с конструкцией и расчетом, технологией изготовления, эксплуатацией и ремонтом как самих деталей, так и механизма пресса, в состав которого входят эти детали.