Методы контроля проникающими веществами капиллярный метод. Капиллярный метод неразрушающего контроля сварных швов. Капиллярная дефектоскопия сварных соединений Неразрушающий контроль капиллярный метод

§ 9.1. Общие сведения о методе
Капиллярный метод контроля (КМК) основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полость несплошностей материала объекта контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуально или с помощью преобразователя. Метод позволяет обнаруживать поверхностные (т.е. выходящие на поверхность) и сквозные (т.е. соединяющие противоположные поверхности стенки ОК.) дефекты, которые могут быть обнаружены также при визуальном контроле. Такой контроль, однако, требует больших затрат времени, особенно при выявлении слабораскрытых дефектов, когда выполняют тщательный осмотр поверхности с применением средств увеличения. Преимущество КМК в многократном ускорении процесса контроля .
Обнаружение сквозных дефектов входит в задачу методов течеискания, которые рассмотрены в гл. 10. В методах течеискания наряду с другими способами используют КМК, причем индикаторную жидкость наносят с одной стороны стенки ОК, а регистрируют с другой. В этой главе рассмотрен вариант КМК, при котором индикацию выполняют с той же поверхности ОК, с которой наносят индикаторную жидкость. Основными документами, регламентирующими применение КМК, являются ГОСТ 18442 - 80, 28369 - 89 и 24522 - 80.
Процесс капиллярного контроля состоит из следующих основных операций (рис. 9.1):

а) очистка поверхности 1 ОК и полости дефекта 2 от загрязнений, жира и т. д. путем их механического удаления и растворения. Этим обеспечивается хорошая смачиваемость всей поверхности ОК индикаторной жидкостью и возможность проникновения ее в полость дефекта;
б) пропитка дефектов индикаторной жидкостью. 3. Для этого она должна хорошо смачивать материал изделия и проникать в дефекты в результате действия капиллярных сил. По этому признаку метод называют капиллярным, а индикаторную жидкость - индикаторным пенетрантом или просто пенетрантом (от лат. penetrо - проникаю, достаю);
в) удаление с поверхности изделия излишков пенетранта, при этом пенетрант в полости дефектов сохраняется. Для удаления используют эффекты диспергирования и эмульгирования, применяют специальные жидкости - очистители;

Рис. 9.1 - Основные операции при капиллярной дефектоскопии

г) обнаружение пенетранта в полости дефектов. Как отмечено выше, это делают чаще визуально, реже - с помощью специальных устройств - преобразователей. В первом случае на поверхности наносят специальные вещества - проявители 4, извлекающие пенетрант из полости дефектов за счет явлений сорбции или диффузии. Сорбционный проявитель имеет вид порошка или суспензии. Все упомянутые физические явления рассмотрены в § 9.2.
Пенетрант пропитывает весь слой проявителя (обычно довольно тонкий) и образует следы (индикации) 5 на его наружной поверхности. Эти индикации обнаруживают визуально. Различают яркостный или ахроматический метод у в котором индикации имеют более темный тон по сравнению с белым проявителем; цветной метод, когда пенетрант обладает ярким оранжевым или красным цветом, и люминесцентный метод, когда пенетрант светится под действием ультрафиолетового облучения. Заключительная операция при КМК - очистка ОК от проявителя.
В литературе по капиллярному контролю дефектоскопические материалы обозначают индексами: индикаторный пенетрант - «И», очиститель - «М», проявитель - «П». Иногда после буквенного обозначения следуют цифры в скобках или в виде индекса, означающие особенность применения данного материала.

§ 9.2. Основные физические явления, используемые в капиллярной дефектоскопии
Поверхностное натяжение и смачивание. Наиболее важной характеристикой индикаторных жидкостей является их способность к смачиванию материала изделия. Смачивание вызывается взаимным притяжением атомов и молекул (в дальнейшем - молекул) жидкости и твердого тела.
Как известно, между молекулами среды действуют силы взаимного притяжения. Молекулы, находящиеся внутри вещества, испытывают со стороны других молекул в среднем одинаковое действие по всем направлениям. Молекулы же, находящиеся па поверхности, подвергаются неодинаковому притяжению со стороны внутренних слоев вещества и со стороны, граничащей с поверхностью среды.
Поведение системы молекул определяется условием минимума свободной энергии, т.е. той части потенциальной энергии, которая изотермически может обратиться в работу. Свободная энергия молекул на поверхности жидкости и твердого тела больше, чем внутренних, когда жидкость или твердое тело находятся в газе или вакууме. В связи с этим они стремятся приобрести форму с минимальной наружной поверхностью. В твердом теле этому препятствует явление упругости формы, а жидкость в невесомости под влиянием этого явления приобретает форму шара. Таким образом, поверхности жидкости и твердого тела стремятся сократиться, и возникает давление поверхностного натяжения.
Величину поверхностного натяжения определяют работой (при постоянной температуре), необходимой для образования единицы, площади поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз. Ее часто называют силой поверхностного натяжения, понижая под этим следующее. На границе раздела, сред выделяют произвольную площадку. Натяжение рассматривают как результат действия распределенной силы, приложенной к периметру, этой площадки. Направление сил - по касательной к границе раздела и перпендикулярно периметру. Силу, отнесенную к единице длины периметра, называют силой поверхностного натяжения. Два равноправных определения поверхностного натяжения соответствуют двум применяемым для его измерения единицам: Дж/м2 = Н/м.
Для воды в воздухе (точнее, в воздухе, насыщенном испарениями с поверхности воды) при температуре 26°C нормальном атмосферном давлении сила поверхностного натяжения σ = 7,275 ± 0,025) 10-2 Н/м. Это значение уменьшается с увеличением температуры. В различных газовых средах поверхностное натяжение жидкостей практически не изменяется.
Рассмотрим каплю жидкости, лежащую на поверхности: твердого тела (рис. 9.2). Силой тяжести пренебрегаем. Выделим элементарный цилиндр в точке А, где соприкасаются твердое тело, жидкость и окружающий газ. На единицу длины этого цилиндра действуют три силы поверхностного натяжения: твердое тело - газ σтг, твердое тело - жидкость σтж и жидкость - газ σжг = σ. Когда капля находится в состоянии покоя, равнодействующая проекций этих сил на поверхность твердого тела равна нулю:
(9.1)
Угол 9 называют краевым углом смачивания. Если σтг>σтж, то он острый. Это значит, что жидкость смачивает твердое тело (рис. 9.2, а). Чем меньше 9, тем сильнее смачивание. В пределе σтг>σтж + σ отношение (σтг - σтж)/ст в (9.1) больше единицы, чего не может быть, так как косинус угла всегда по модулю меньше единицы. Предельный случай θ = 0 будет соответствовать полному смачиванию, т.е. растеканию жидкости по поверхности твердого тела до толщины молекулярного слоя. Если σтж>σтг, то cos θ отрицателен, следовательно, угол θ тупой (рис. 9.2, б). Это означает, что жидкость не смачивает твердое тело.

Рис. 9.2. Смачивание (а) и несмачивание (б) поверхности жидкостью

Поверхностное натяжение σ характеризует свойство самой жидкости, a σ cos θ - смачиваемость этой жидкостью поверхности данного твердого тела. Составляющую силы поверхностного натяжения σ cos θ, «растягивающую» каплю вдоль поверхности, иногда называют силой смачивания. Для большинства хорошо смачивающих веществ cos θ близок к единице, например, для границы стекла с водой он равен 0,685, с керосином - 0,90, с этиловым спиртом - 0,955.
Сильное влияние на смачивание оказывает чистота поверхности. Например, слой масла на поверхности стали или стекла резко ухудшает ее смачиваемость водой, cos θ становится отрицательным. Тончайший слой масла, иногда сохраняющийся на поверхности ОК и трещин очень мешает применению пенетрантов на водяной основе.
Микрорельеф поверхности ОК вызывает увеличение площади смачиваемой поверхности. Для оценки краевого угла смачивания θш на шероховатой поверхности пользуются уравнением

где θ - краевой угол для гладкой поверхности; α - истинная площадь шероховатой поверхности с учетом неровности ее рельефа, а α0 - проекция ее на плоскость.
Растворение состоит в распределений молекул растворяемого вещества среди молекул растворителя. В капиллярном методе контроля растворение применяют при подготовке объекта к контролю (для очистки полости дефектов). Растворение газа (обычно воздуха), собравшегося у конца тупикового капилляра (дефекта) в пенетранте, существенно повышает предельную глубину проникновения пенетранта в дефект.
Для оценки взаимной растворимости двух жидкостей применяют эмпирическое правило, согласно которому «подобное растворяется в подобном». Например, углеводороды хорошо растворяются в углеводородах, спирты - в спиртах и т.д. Взаимная растворимость жидкостей и твердых тел в жидкости, как правило, увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов, как правило, уменьшается с повышением температуры и улучшается при повышении давления.
Сорбция (от лат. sorbeo - поглощаю) - это физико-химический процесс, в результате которого происходит поглощение каким-либо веществом газа, пара или растворенного вещества из окружающей среды. Различают адсорбцию - поглощение вещества на поверхности раздела фаз и абсорбцию - поглощение вещества всем объемом поглотителя. Если сорбция происходит преимущественно в результате физического взаимодействия веществ, то ее называют физической.
В капиллярном методе контроля для проявления используют главным образом явление физической адсорбции жидкости (пенетранта) на поверхности твердого тела (частиц проявителя). Это же явление вызывает осаждение на дефекте контрастных веществ, растворенных в жидкой основе пенетранта.
Диффузия (от лат. diffusio - распространение, растекание) - движение частиц (молекул, атомов) среды, приводящее к переносу вещества и выравнивающее концентрацию частиц разного сорта. В капиллярном методе контроля явление диффузии наблюдается при взаимодействии пенетранта с воздухом, сжатым в тупиковом конце капилляра. Здесь этот процесс неотличим от растворения воздуха в пенетранте.
Важное применение диффузии при капиллярной дефектоскопии - проявление с помощью проявителей типа быстросохнущих красок и лаков. Частицы пенетранта, заключенного в капилляре, входят в контакт с таким проявителем (в первый момент - жидким, а после застывания - твердым), нанесенным на поверхность ОК, и диффундируют через тонкую пленку проявителя к противоположной его поверхности. Таким образом, здесь используется диффузия молекул жидкости сначала через жидкое, а потом через твердое тело.
Процесс диффузии обусловлен тепловым движением молекул (атомов) или их ассоциаций (молекулярная диффузия). Скорость переноса через границу определяется коэффициентом диффузии, который является постоянным для даной пары веществ. Диффузия возрастает с повышением температуры.
Диспергирование (от лат. dispergo - рассеиваю) - тонкое размельчение какого-либо тела в окружающей среде. Диспергирование твердых тел в жидкости играет существенную роль при очистке поверхности от загрязнений.
Эмульгирование (от лат. emulsios - выдоенный) -образование дисперсной системы с жидкой дисперсной фазой, т.е. диспергирование жидкости. Пример эмульсии - молоко, состоящее из мельчайших капель жира, взвешенных в воде. Эмульгирование играет существенную роль при очистке, удалении, излишков пенетранта, приготовлении пенетрантов, проявителей. Для активизации эмульгирования и сохранения эмульсии в стабильном состоянии применяют вещества-эмульгаторы.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - вещества, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел (сред, фаз), понижая ее свободную энергию. ПАВ добавляют в средства для очистки поверхности ОК, вводят в пенетранты, очистители, поскольку, они являются эмульгаторами.
Важнейшие ПАВ растворяются в воде. Их молекулы имеют гидрофобную и гидрофильную части, т.е. смачиваемую и несмачиваемую водой. Проиллюстрируем действие ПАВ при смывании масляной пленки. Обычно вода ее не смачивает и не удаляет. Молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности пленки, ориентируются к ней своими гидрофобными концами, а гидрофильными - к водяной среде. В результате происходит резкое усиление смачиваемости, и жировая пленка смывается.
Суспензия (от лат. supspensio - подвешиваю) - грубодисперсная система с жидкой дисперсной средой и твердой дисперсной фазой, частицы которой достаточно крупны и довольно быстро выпадают в осадок или всплывают. Суспензии приготавливают обычно механическим размельчением и размешиванием.
Люминесценция (от лат. lumen - свет) - свечение некоторых веществ (люминофоров), избыточное над тепловым излучением, обладающее длительностью 10-10 с и больше. Указание на конечную длительность нужно, чтобы отличать люминесценцию от других оптических явлений, например, от рассеяния света.
В капиллярном методе контроля люминесценцию используют как один из способов контраста для визуального обнаружения индикаторных пенетрантов после проявления. Для этого люминофор, либо растворяют в основном веществе пенетранта, либо само вещество пенетранта является люминофором.
Яркостный и цветовой контрасты в КМК рассматривают с точки зрения возможности глаза человека фиксировать люминесцентное свечение, цветные и темные индикации на светлом фоне. Все данные относят к глазу среднего человека, у Возможность различать степень яркости объекта называют контрастной чувствительностью. Ее определяют по различимому глазом изменению коэффициента отражения. В цветном методе контроля вводят понятие яркостно-цветового контраста , одновременно учитывающее яркость и насыщенность следа от дефекта, который нужно обнаружить.
Способность глаза различать мелкие объекты, обладающие достаточным контрастом, определяют минимальным углом зрения. Установлено что объект в виде полосы (темной, цветной или люминесцирующей) глаз способен заметить с расстояния 200 мм при ее минимальной ширине более 5 мкм. В рабочих условиях различают объекты на порядок больше - шириной 0,05 ... 0,1 мм.

§ 9.3. Процессы капиллярной дефектоскопии

Рис. 9.3. К понятию капиллярного давления

Заполнение сквозного макрокапилляра. Расcтрим хорошо известный из курса физики опыт: капиллярная трубка диаметром 2r вертикально погружена одним концом в смачивающую жидкость (рис. 9.3). Под действием сил смачивания жидкость в трубке поднимется на высоту l над поверхностью. Это явление капиллярного впитывания. Силы смачивания действуют на единицу длины окружности мениска. Суммарная их величина Fк=σcosθ2πr. Этой силе противодействует вес столба ρgπr2l , где ρ - плотность, a g - ускорение силы тяжести. В состоянии равновесия σcosθ2πr = ρgπr2l . Отсюда высота подъема жидкости в капилляре l = 2σ cos θ/(ρgr).
В этом примере силы смачивания рассматривались как приложенные к линии соприкосновения жидкости и твердого тела (капилляра). Их можно рассматривать также как силу натяжения поверхности мениска, образуемого жидкостью в капилляре. Эта поверхность представляет собой как бы: растянутую пленку, стремящуюся сократиться. Отсюда вводится понятие капиллярного давления, равное отношению действующей на мениск силы FK к площади поперечного сечения трубки:
(9.2)
Капиллярное давление увеличивается с увеличением смачиваемости и уменьшением радиуса капилляра.
Более общая формула Лапласа для давления от натяжения поверхности мениска имеет вид рк=σ(1/R1+1/R2), где R1 и R2 - радиусы кривизны поверхности мениска. Формула 9.2 используется для круглого капилляра R1=R2=r/cos θ. Для щели шириной b с плоскопараллельными стенками R1®¥, R2=b /(2cosθ). В результате
(9.3)
На явлении капиллярного впитывания основана пропитка дефектов пенетрантом. Оценим время, необходимое для пропитки . Рассмотрим расположенную горизонтально капиллярную трубку, один конец которой открыт, а другой помещен в смачивающую: жидкость. Под действием капиллярного Давления мениск жидкости движется в направлении открытого конца. Пройденное расстояние l связано с временем приближенной зависимостью.
(9.4)

где μ - коэффициент динамический сдвиговой вязкости. Из формулы видно, что время, необходимое для прохождения пенетрантом через сквозную трещину, связано с толщиной стенки l , в которой возникла трещина, квадратичной зависимостью: оно тем меньше чем меньше вязкость и больше смачиваемость. Ориентировочная кривая 1 зависимости l от t показана на рис. 9.4. Следует иметь; в виду, что при заполнении пенетрантом реальной; трещины отмеченные закономерности сохраняются лишь при условии одновременного касания пенетрантом всего периметра трещины и ее равномерной ширины. Невыполнение этих условий вызываетнарушение соотношения (9.4), однако влияние отмеченных физических свойств пенетранта на время пропитки сохраняется.

Рис. 9.4. Кинетика заполнения пенетрантом капилляра:
сквозного (1), тупикового с учетом (2) и без учета (3) явления диффузионной пропитки

Заполнение тупикового капилляра отличается тем что газ (воздух), сжатый вблизи тупикового конца, ограничивает глубину проникновения пенетранта (кривая 3 на рис. 9.4). Рассчитывают предельную глубину заполнения l 1 исходя из равенства давлений на пенетрант снаружи и изнутри капилляра. Наружное давление складывается из атмосферного р а и капиллярного р к. Внутреннее давление в капилляре р в определяют из закона Бойля - Мариотта. Для капилляра постоянного сечения: p аl 0S = p в(l 0-l 1)S; р в = р аl 0/(l 0-l 1), где l 0 - полная глубина капилляра. Из равенства давлений находим
Величина р к<<р а, поэтому глубина заполнения, рассчитанная по этой формуле, составляет не более 10% полной глубины капилляра (задача 9.1).
Рассмотрение заполнения тупиковой щели с непараллельными стенками (хорошо имитирующей реальные трещины) или конического капилляра (имитирующего поры) более сложно, чем капилляров постоянного сечения. Уменьшение поперечного сечения по мере заполнения вызывает увеличение капиллярного давления, но еще быстрее уменьшается объем, заполненный сжатым воздухом, поэтому глубина заполнения такого капилляра (при одинаковом размере устья) меньше, чем капилляра постоянного сечения (задача 9.1).
Реально предельная глубина заполнения тупикового капилляра оказывается, как правило, больше расчетного значения. Это происходит за счет того, что воздух, сжатый вблизи конца капилляра, частично растворяется в пенетранте, диффундирует в него (диффузионное заполнение). Для протяженных тупиковых дефектов иногда возникает благоприятная для заполнения ситуация, когда заполнение начинается с одного конца по длине дефекта, а вытесняемый воздух выходит с другого конца.
Кинетика движения смачивающей жидкости в тупиковом капилляре формулой (9.4) определяется лишь в начале процесса заполнения. В дальнейшем при приближении l к l 1 скорость процесса заполнения замедляется, асимптотически приближаясь к нулю (кривая 2 на рис. 9.4).
По оценкам время заполнения цилиндрического капилляра радиусом порядка 10-3 мм и глубиной l 0 = 20 мм до уровня l = 0,9l 1 не более 1 с. Это значительно меньше времени выдержки в пенетранте, рекомендуемого в практике контроля (§ 9.4), которое составляет несколько десятков минут. Различие объясняется тем, что после процесса довольно быстрого капиллярного заполнения начинается значительно более медленный процесс диффузионного заполнения. Для капилляра постоянного сечения кинетика диффузионного заполнения подчиняется закономерности типа (9.4): l p = K Öt, где l р - глубина диффузионного заполнения, но коэффициент К в тысячи раз меньше, чем для капиллярного заполнения (см. кривую 2 на рис. 9.4). Он растет пропорционально увеличению давления в конце капилляра рк/(рк+ра). Отсюда следует необходимость длительного времени пропитки.
Удаление избытка пенетранта с поверхности ОК обычно выполняют с помощью жидкости - очистителя. Важно подобрать такой очиститель, который хорошо удалял бы пенетрант с поверхности, в минимальной степени вымывая его из полости дефекта.
Процесс проявления. В капиллярной дефектоскопии используют диффузионные или адсорбционные проявители. Первые - это быстросохнущие белые краски или лаки, вторые - порошки или суспензии.
Процесс диффузионного проявления состоит в том, что жидкий Проявитель контактирует с пенетрантом в устье дефекта и сорбирует его. Зачтем пенетрант диффундирует в проявитель сначала - как в слой жидкости, а после высыхания краски - как в твердое капиллярно-пористое тело. Одновременно происходит процесс растворения пенетранта в проявителе, который в данном случае неотличим от диффузии. В процессе пропитки пенетрантом свойства проявителя изменяются: он уплотняется. Если применяется проявитель в виде суспензии, то на первой стадии проявления происходит диффузия и растворение пенетранта в жидкой фазе суспензии. После высыхания суспензии действует описанный ранее механизм проявления.

§ 9.4. Технология и средства контроля
Схема общей технологии капиллярного контроля показана на рис. 9.5. Отметим основные ее этапы.

Рис. 9,5. Технологическая схема капиллярного контроля

Подготовительные операции имеют целью вывести на поверхность изделия устья дефектов, устранить возможность возникновения фона и ложных индикаций, очистить полость дефектов. Способ подготовки зависит от состояния поверхности и требуемого класса чувствительности.
Механическую зачистку производят, когда поверхность Изделия покрыта окалиной или силикатом. Например, поверхность некоторых сварных швов покрыта слоем твердого силикатного флюса типа «березовая кора». Такие покрытия закрывают устья дефектов. Гальванические покрытия, пленки, лаки не удаляют, если они трескаются вместе с основным металлом изделия. Если такие покрытия наносят на детали, в которых уже могут быть дефекты, то контроль выполняют до нанесения покрытия. Зачистку выполняют резанием, абразивной шлифовкой, обработкой металлическими щетками. Этими способами удаляется часть материала с поверхности ОК. Ими нельзя зачищать глухие отверстия, резьбы. При шлифовании мягких материалов дефекты могут перекрываться тонким слоем деформированного материала.
Механической очисткой называют обдувание дробью, песком, косточковой крошкой. После механической очистки предусматривают удаление ее продуктов с поверхности. Очистке моющими средствами и растворами подвергают все поступающие на контроль объекты, в том числе прошедшие механическую зачистку и очистку.
Дело в том, что механическая зачистка не очищает полости дефектов, а иногда ее продукты (шлифовальная паста, абразивная пыль) могут способствовать их закрытию. Очистку выполняют водой с добавками ПАВ и растворителями, в качестве которых используют спирты, ацетон, бензин, бензол и др. С их помощью удаляют консервирующую смазку, некоторые лакокрасочные покрытия: При необходимости обработку растворителями выполняют несколько раз.
Для более полной очистки поверхности ОК и полости дефектов применяют способы интенсификации очистки: воздействие парами органических растворителей, химическое травление (помогает удалению с поверхности продуктов коррозии), электролиз, прогрев ОК, воздействие низкочастотными ультразвуковыми колебаниями.
После очистки проводят сушку поверхности ОК. Этим удаляют остатки моющих жидкостей и растворителей из полостей дефектов. Сушку интенсифицируют повышением температуры, обдувом, например используют струю теплового воздуха из фена.
Пропитка пенетрантом. К пенетрантам предъявляют целый ряд требований. Хорошая смачиваемость поверхности ОК - главное из них. Для этого пенетрант должен иметь достаточно высокое поверхностное натяжение и краевой угол, близкий к нулю при растекании по поверхности ОК. Как отмечалось в § 9.3, чаще всего в качестве основы пенетрантов используют такие вещества, как керосин, жидкие масла, спирты, бензол, скипидар, у которых поверхностное натяжение (2,5...3,5)10-2 Н/м. Реже используют пенетранты на водяной основе с добавками ПАВ. Для всех этих веществ cos θ не менее 0,9.
Второе требование к пенетрантам - низкая вязкость. Она нужна для сокращения времени пропитки. Третье важное требование - возможность и удобство обнаружения индикаций. По контрасту пенетранта КМК разделяют на ахроматический (яркостный), цветной, люминесцентный и люминесцентно-цветной. Кроме того, существуют комбинированные КМК, в которых индикации обнаруживают не визуально, а с помощью различных физических эффектов. По типам пенетрантов, точнее по способам их индикации, осуществляют классификацию КМК . Существует также верхний порог чувствительности, который определяется тем, что из широких, но неглубоких дефектов пенетрант вымывается при устранении излишков пенетранта с поверхности.
Порог чувствительности конкретного выбранного способа КМК зависит от условий контроля и дефектоскопических материалов. Установлено пять классов чувствительности (по нижнему порогу) в зависимости от размеров дефектов (табл. 9.1).
Для достижения высокой чувствительности (низкого порога чувствительности) нужно применять хорошо смачивающие высококонтрастные пенетранты, лакокрасочные проявители (вместо суспензий или, порошков), увеличивать УФ-облученность или освещенность объекта. Оптимальное сочетание этих факторов позволяет обнаруживать дефекты раскрытием в десятые доли мкм.
В табл. 9.2 приведены рекомендации по выбору способа и условий контроля, обеспечивающих требуемый класс чувствительности. Освещенность приведена комбинированная: первое число соответствует лампам накаливания, а второе - люминесцентным. Позиции 2,3,4,6 основаны на применении выпускаемых промышленностью наборов дефектоскопических материалов .

Таблица 9.1 - Классы чувствительности

Не следует без необходимости стремиться к достижению более высоких классов чувствительности: это требует более, дорогостоящих материалов, лучшей подготовки поверхности изделия, увеличивает время контроля. Например, для применения люминесцентного метода необходимо затемненное помещение, ультрафиолетовое излучение, оказывающее вредное действие на персонал. В связи с этим применение этого, метода целесообразно только тогда, когда требуется достижение высокой чувствительности и производительности. В других случаях следует применять цветной или более простой и дешевый, яркостный метод. Метод фильтрующейся суспензии - самый высокопроизводительный. В нём отпадает операция проявления. Однако этот метод уступает другим по чувствительности.
Комбинированные методы в силу сложности их реализации применяют довольно редко, только в случае необходимости решения каких-либо специфических задач, например достижения очень высокой чувствительности, автоматизации поиска дефектов, контроля неметаллических материалов.
Проверку порога чувствительности способа КМК согласно ГОСТ 23349 - 78 выполняют с помощью специально отобранного или подготовленного реального образца ОК с дефектами. Применяют также образцы с инициированными трещинами. Технология изготовления таких образцов сводится к тому, чтобы вызвать появление поверхностных трещин заданной глубины.
Согласно одному из способов образцы изготовляют из листовой легированной стали в виде пластин толщиной 3...4 мм. Пластины рихтуют, шлифуют, азотируют с одной стороны на глубину 0,3...0,4 мм и эту поверхность еще раз шлифуют на глубину около 0,05...0,1 мм. Параметр шероховатости поверхности Ra£0,4 мкм. Благодаря азотированию поверхностный слой становится хрупким.
Образцы деформируют либо растяжением, либо изгибом (путем вдавливания шарика или цилиндра со стороны, противоположной азотированной). Усилие деформации плавно увеличивают до появления характерного хруста. В результате в образце возникает несколько трещин, проникающих на всю глубину азотированного слоя.

Таблица: 9.2
Условия достижения требуемой чувствительности

№ п/п	Класс чувствительности	Дефектоскопические материалы				Условия контроля
№ п/п	Класс чувствительности		Пенетрант	Проявитель	Очиститель	Шероховатость поверхности, мкм	УФ-облученность, отн. ед.	Освещенность, лк
		Люминесцентно-цветной		Краска Пр1
		Люминесцентный		Краска Пр1
					Масляно-керосиновая смесь
		Люминесцентный		Порошок окиси магния
			Бензин, норинол А, скипидар, краситель	Суспензия каолина	Проточная вода
		Люминесцентный		Порошок MgO2	Вода с ПАВ
		Фильтрующая люминесцирующая суспензия	Вода, эмульгатор, люмотен				Не ниже 50

Изготовленные таким образом образцы аттестуют. Определяют ширину и длину отдельных трещин измерительным микроскопом и вносят их в формуляр образца. К формуляру прилагают фотографию образца с индикациями дефектов. Образцы хранят в футлярах, предохраняющих их от загрязнения. Образец пригоден к использованию не более 15...20 раз, после чего трещины частично забиваются сухими остатками пенетранта. Поэтому обычно в лаборатории имеют рабочие образцы для повседневного использования и контрольные образцы для решения арбитражных вопросов. Образцы используют для проверки дефектоскопических материалов на эффективность совместного применения, для определения правильной технологии (времени пропитки, проявления), аттестации дефектоскопистов и определения нижнего порога чувствительности КМК.

§ 9.6. Объекты контроля
Капиллярным методом контролируют изделия из металлов (преимущественно неферромагнитных), неметаллических материалов и композитные изделия любой конфигурации. Изделия из ферромагнитных материалов контролируют обычно магнитопорошковым методом, который более чувствителен, хотя для контроля ферромагнитных материалов также иногда применяют капиллярный метод, если имеются трудности с намагничиванием материала или сложная конфигурация поверхности изделия создает большие градиенты магнитного поля, затрудняющие выявление дефектов. Контроль капиллярным методом проводят до ультразвукового или магнитопорошкового контроля, иначе (в последнем случае) необходимо размагнитить ОК.
Капиллярным методом обнаруживают только выходящие на поверхность дефекты, полость которых не заполнена окислами или другими веществами. Чтобы пенетрант не вымывался из дефекта, глубина его должна быть значительно больше ширины раскрытия. К таким дефектам относятся трещины, непровары сварных швов, глубокие поры.
Подавляющее большинство дефектов, обнаруживаемых при контроле капиллярным методом, может выявляться при обычном визуальном осмотре, особенно если изделие предварительно протравить (дефекты при этом чернеют) и применить средства увеличения. Однако преимущество капиллярных методов состоит в том, что при их применении угол зрения на дефект возрастает в 10...20 раз (за счет того, что ширина индикаций больше, чем дефектов), а яркостный контраст - на 30...50%. Благодаря этому нет необходимости в тщательном осмотре поверхности и время контроля многократно уменьшается.
Капиллярные методы находят широкое применение в энергетике, авиации, ракетной технике, судостроении, химической промышленности. Ими контролируют основной металл и сварные соединения из сталей аустенитного класса (нержавеющих), титана, алюминия, магния и других цветных металлов. С чувствительностью по классу 1 контролируют лопатки турбореактивных двигателей, уплотнительные поверхности клапанов и их гнезд, металлические уплотнительные прокладки фланцев и др. По классу 2 проверяют корпуса и антикоррозионные наплавки реакторов, основной металл и сварные соединения трубопроводов, детали подшипников. По классу 3 проверяют крепеж ряда объектов, по классу 4 - толстостенное литье. Примеры ферромагнитных изделий, контролируемых капиллярными методами: сепараторы подшипников, резьбовые соединения.

Рис. 9.10. Дефекты в пере лопаток:
а - усталостная трещина, выявлена люминесцентным методом,
б - заков, выявлен цветным методом
На рис. 9.10 показано выявление трещин и закова на пере лопатки авиационной турбины люминесцентным и цветным методами. Визуально такие трещины наблюдают при увеличении в 10 раз.
Очень желательно, чтобы объект контроля имел гладкую, например механически обработанную, поверхность. Для контроля по классам 1 и 2 пригодны поверхности после холодной штамповки, прокатки, аргонно-дуговой сварки. Иногда для выравнивания поверхности проводят механическую обработку, например поверхности некоторых сварных или наплавленных соединений обрабатывают абразивным кругом для удаления застывшего сварочного: флюса, шлаков между валиками шва.
Общее время, необходимое для контроля относительно небольшого объекта типа турбинной лопатки, 0,5...1,4 ч в зависимости от применяемых дефектоскопических материалов и требований по чувствительности. Затраты времени в минутах распределяются следующим образом: подготовка к контролю 5...20, пропитка 10...30, .удаление избытка пенетранта 3...5, проявление 5...25, осмотр 2...5, окончательная очистка 0...5. Обычно выдержку при пропитке или проявлении одного изделия совмещают с контролем другого изделия, в результате чего среднее время контроля изделия сокращается в 5...10 раз. В задаче 9.2 приведен пример расчета времени контроля объекта с большой площадью контролируемой поверхности.
Автоматический контроль применяют для проверки небольших деталей типа лопаток турбин, крепежа, элементов шарико- и роликоподшипников. Установки представляют собой комплекс ванн и камер для последовательной обработки ОК (рис. 9.11). В таких установках широко применяют средства интенсификации операций контроля: ультразвук, повышение температуры, вакуум и т.д. .

Рис. 9.11. Схема автоматической установки для контроля деталей капиллярными методами:
1 - транспортер, 2 - пневматический подъемник, 3 - автоматический захват, 4 - контейнер с деталями, 5 - тележка, 6...14 - ванны, камеры и печи для обработки деталей, 15 - рольганг, 16 - место для осмотра деталей при УФ-облучении, 17 - место для осмотра в видимом свете

Транспортер подает детали в ванну для ультразвуковой очистки, затем в ванну для промывки проточной водой. Влагу с поверхности деталей удаляют при температуре 250...300°С. Горячие детали охлаждают сжатым воздухом. Пропитку пенетрантом осуществляют под действием ультразвука или в вакууме. Удаление излишков пенетранта проводят последовательно в ванне с очищающей жидкостью, затем в камере с душевой установкой. Влагу удаляют сжатым воздухом. Проявитель наносят распылением краски в воздухе (в виде тумана). Детали осматривают на рабочих местах, где предусмотрено УФ-облучение и искусственное освещение. Ответственную операцию осмотра автоматизировать трудно (см. §9.7).
§ 9.7. Перспективы развития
Важное направление развития КМК - его автоматизация . Рассмотренные ранее средства автоматизируют контроль однотипных небольших изделий. Автоматизация; контроля изделий разного типа, в том числе крупногабаритных, возможна с применением адаптивных роботов-манипуляторов, т.е. обладающих способностью приспосабливаться к изменяющимся условиям. Такие роботы успешно используются на окрасочных работах, которые во многом подобны операциям при КМК.
Наиболее трудно поддается автоматизации осмотр поверхности изделий и принятие решения о наличии дефектов. В настоящее время для улучшения условий выполнения этой операции применяют осветители и УФ-облучатели большой мощности. Чтобы уменьшить действие на контролера УФ-излучения, применяют световоды и телевизионные системы. Однако это не решает задачи полной автоматизации с устранением влияния субъективных качеств контролера на результаты контроля.
Создание автоматических систем оценки результатов контроля требует разработки соответствующих алгоритмов для ЭВМ. Работы ведутся по нескольким направлениям: определение конфигурации индикаций (протяженность, ширина, площадь), соответствующей недопустимым дефектам, и корреляционное сравнение изображений контролируемого участка объектов до и после обработки дефектоскопическими материалами. Кроме отмеченной области, ЭВМ в КМК применяют для сбора и анализа статистических данных с выдачей рекомендаций на корректировку технологического процесса, для оптимального подбора дефектоскопических материалов и технологии контроля.
Важное направление исследований - изыскание новых дефектоскопических материалов и технологии их применения, имеющее целью повышение чувствительности и производительности контроля. Предложено применение в качестве пенетранта ферромагнитных жидкостей . В них в жидкой основе (например, керосине) взвешены ферромагнитные частицы очень малого размера (2...10 мкм), стабилизированные ПАВ, в результате чего жидкость ведет себя как однофазная система. Проникновение такой жидкости в дефекты интенсифицируется магнитным полем, а обнаружение индикаций возможно магнитными датчиками, что облегчает автоматизацию контроля.
Очень перспективное направление совершенствования капиллярного контроля -использование электронного парамагнитного резонанса . Сравнительно недавно получены вещества типа стабильных нитроксильных радикалов. В них имеются слабосвязанные электроны, которые могут резонировать в электромагнитном поле частотой от десятков гигагерц до мегагерц, причем спектральные линии определяются с большой степенью точности. Нитроксильные радикалы стабильны, малотоксичны, способны растворяться в большинстве жидких веществ. Это дает возможность вводить их в жидкие пенетранты. Индикация основывается на регистрации спектра поглощения в возбуждающем электромагнитном поле радиоспектроскопа. Чувствительность этих приборов очень велика, они позволяют обнаруживать скопления 1012 парамагнитных частиц и более. Таким образом решается вопрос об объективных и высокочувствительных средствах индикации при капиллярной дефектоскопии.

Задачи
9.1. Рассчитать и сравнить максимальную глубину заполнения пенетрантом щелевидного капилляра с параллельными и непараллельными стенками. Глубина капилляра l 0=10 мм, ширина устья b=10 мкм, пенетрант на основе керосина с σ=3×10-2Н/м, cosθ=0,9. Атмосферное давление принять р а-1,013×105 Па. Диффузионное заполнение не учитывать.
Решение. Глубину заполнения капилляра с параллельными стенками рассчитаем по формулам (9.3) и (9.5):

Решение выполнено таким образом, чтобы продемонстрировать, что капиллярное давление составляет около 5% атмосферного, а глубина заполнения - около 5% от полной глубины капилляра.
Выведем формулу для заполнения щели с непараллельными поверхностями, имеющую в сечении вид треугольника. Из закона Бойля - Мариотта найдем давление воздуха, сжатого у конца капилляра р в:

где b1 - расстояние между стенками на глубине 9.2. Рассчитать необходимое количество дефектоскопических материалов из набора в соответствии с позицией 5 табл. 9.2 и время для выполнения КМК антикоррозионной наплавки на внутренней поверхности реактора. Реактор состоит из цилиндрической части диаметром D=4 м, высотой, H=12 м с полусферическим дном (сварено с цилиндрической частью и образует корпус) и крышкой, а также четырьмя патрубками диаметром d=400 мм, длиной h=500 мм. Время нанесения какого-либо дефектоскопического материала на поверхность принять τ=2 мин/м2.

Решение. Рассчитаем площадь контролируемого объекта по элементам:
цилиндрическая S1=πD2Н=π42×12=603,2 м2;
часть
дно и крышка S2=S3=0,5πD2=0,5π42=25,1 м2;
патрубки (каждый) S4=πd2h=π×0,42×0,5=0,25 м2;
суммарная площадь S=S1+S2+S3+4S4=603,2+25,1+25,1+4×0,25=654,4 м2.

Учитывая, что контролируемая поверхность наплавки неровная, расположена преимущественно вертикально, принимаем расход пенетранта q =0,5 л/м2.
Отсюда необходимое количество пенетранта:
Qп = Sq = 654,4×0,5 = 327,2 л.
С учетом возможных потерь, повторного контроля и т. п. принимаем, необходимое количество пенетранта равным 350 л.
Требуемое количество проявителя в виде суспензии - 300 г на 1 л пенетранта, отсюда Qпр=0,3×350=105 кг. Очистителя требуется в 2...3 раза больше, чем пенетранта. Принимаем среднее значение - в 2,5 раза. Таким образом, Qоч = 2,5×350 = 875 л. Жидкости (например, ацетона) для предварительной очистки требуется приблизительно в 2 раза больше, чем Qоч.
Время контроля рассчитаемте учетом того, что каждый элемент реактора (корпус, крышка, патрубки) контролируют отдельно. Экспозицию, т.е. время нахождения объекта в контакте с каждым дефектоскопическим материалом принимаем средним из нормативов, приведенных в § 9.6. Наиболее значительна экспозиция для пенетранта.- в среднем t п=20 мин. Экспозиция или время нахождения ОК в контакте с другими дефектоскопическими материалами меньше, чем с пенетрантом, причем его можно увеличить без ущерба для эффективности контроля.
Исходя из этого, принимаем следующую, организацию процесса контроля (она не единственно, возможная). Корпус и крышку, где контролируются большие площади, разбиваем на участки, на каждый из которых время нанесения какого-либо дефектоскопического материала равно t уч = t п = 20 мин. Тогда время нанесения любого дефектоскопического материала будет не меньше, чей экспозиция для него. То же самое относится к времени выполнения технологических операций, не связанных с дефектоскопическими материалами (сушка осмотр и т.п.).
Площадь такого участка Sуч = tуч/τ = 20/2 = 10 м2. Время контроля элемента с большой площадью поверхности равно количеству таких участков с округлением в сторону увеличения, умноженному на t уч = 20 мин.
Площадь корпуса разбиваем на (S1+S2)/Sуч = (603,2+25,1)/10 = 62,8 = 63 участка. Время, необходимое для их контроля, 20×63 = 1260 мин = 21 ч.
Площадь крышки разбиваем на S3/Sуч = 25,l/10=2,51 = 3 участка. Время контроля 3×20=60 мин = 1 ч.
Патрубки контролируем одновременно, т.е, выполнив какую-либо технологическую операцию на одном, переходим к другому, после этого также выполняем следующую операцию и т.д. Их общая площадь 4S4=1 м2 значительно меньше, чем площадь одного контролируемого участка. Время контроля, в основном, определяется суммой средних времен экспозиций для отдельных операций, как для небольшого изделия в § 9.6, плюс сравнительное небольшое время для нанесения дефектоскопических материалов и осмотра. В сумме оно будет приблизительно равно 1ч.
Общее время контроля 21+1+1=23 ч. Принимаем, что для контроля потребуется три 8-часовых смены.

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ. Кн. I. Общие вопросы. Контроль проникающими веществами. Гурвич, Ермолов, Сажин.

Вы можете скачать документ

ВЫПОЛНИЛА: ЛОПАТИНА ОКСАНА

Капиллярная дефектоскопия - метод дефектоскопии, основанный на проникновении определенных жидких веществ в поверхностные дефекты изделия под действием капиллярного давления, в результате чего повышается свето- и цветоконтрастность дефектного участка относительно неповрежденного.

Капиллярная дефектоскопия (капиллярный контроль) предназначен для выявления невидимых или слабо видимых невооруженным глазом поверхностных и сквозных дефектов (трещины, поры, раковины, непровары, межкристаллическая коррозия, свищи и т.д.) в объектах контроля, определения их расположения, протяженности и ориентации по поверхности.

Индикаторная жидкость (пенетрант) – это окрашенная жидкость, предназначенная для заполнения открытых поверхностных дефектов и последующего образования индикаторного рисунка. Жидкость представляет собой раствор или суспензию красителя в смеси органических растворителей, керосина, масел с добавками поверхностно-активных веществ (ПАВ), снижающих поверхностное натяжение воды, находящейся в полостях дефектов и улучшающих проникновение пенетрантов в эти полости. Пенетранты содержат красящие вещества (цветной метод) или люминесцирующие добавки (люминесцентный метод), или их комбинацию.

Очиститель – служит для предварительной очистки поверхности и удаления излишков пенетранта

Проявителем называют дефектоскопический материал, предназначенный для извлечения пенетранта из капиллярной несплошности с целью образования четкого индикаторного рисунка и создания контрастирующего с ним фона. Существует пять основных видов проявителей, используемых с пенетрантами:

Сухой порошок;- водная суспензия;- суспензия в растворителе;- раствор в воде;- пластиковая пленка.

Приборы и оборудования для капиллярного контроля:

Материалы для цветной дефектоскопии,Люминесцентные материалы

Наборы для капиллярной дефектоскопии(очистители,проявители, пенетранты)

Пульверизаторы,Пневмогидропистолеты

Источники ультрафиолетового освещения (ультрафиолетовые фонари, осветители).

Испытательные панели (тест-панель)

Контрольные образцы для цветной дефектоскопии.

Процесс капиллярного контроля состоит из 5 этапов:

1 – предварительная очистка поверхности. Чтобы краситель мог проникнуть в дефекты на поверхности, ее предварительно следует очистить водой или органическим очистителем. Все загрязняющие вещества (масла, ржавчина, и т.п.) любые покрытия (ЛКП, металлизация) должны быть удалены с контролируемого участка. После этого поверхность высушивается, чтобы внутри дефекта не оставалось воды или очистителя.

2 – нанесение пенетранта. Пенетрант, обычно красного цвета, наносится на поверхность путем распыления, кистью или погружением объекта контроля в ванну, для хорошей пропитки и полного покрытия пенетрантом. Как правило, при температуре 5…50°С, на время 5…30 мин.

3 - удаление излишков пенетранта. Избыток пенетранта удаляется протиркой салфеткой, промыванием водой, или тем же очистителем, что и на стадии предварительной очистки. При этом пенетрант должен быть удален только с поверхности контроля, но никак не из полости дефекта. Затем поверхность высушивается салфеткой без ворса или струей воздуха.

4 – нанесение проявителя. После просушки сразу же на поверхность контроля тонким ровным слоем наносится проявитель (обычно белого цвета).

5 - контроль. Выявление имеющихся дефектов начинается непосредственно после окончания процесса проявки. При контроле выявляются и регистрируются индикаторные следы. Интенсивность окраски которых говорит о глубине и ширине раскрытия дефекта, чем бледнее окраска, тем дефект мельче. Интенсивную окраску имеют глубокие трещины. После проведения контроля проявитель удаляется водой или очистителем.

К недостаткам капиллярного контроля следует отнести его высокую трудоемкость при отсутствии механизации, большую длительность процесса контроля (от 0.5 до 1.5 ч), а также сложность механизации и автоматизации процесса контроля; снижение достоверности результатов при отрицательных температурах; субъективность контроля - зависимость достоверности результатов от профессионализма оператора; ограниченный срок хранения дефектоскопических материалов, зависимость их свойств от условий хранения.

Достоинствами капиллярного контроля являются: простота операций контроля, несложность оборудования, применимость к широкому спектру материалов, в том числе к немагнитным металлам. Главным преимуществом капиллярной дефектоскопии является то, что с его помощью можно не только обнаружить поверхностные и сквозные дефекты, но и получить по их расположению, протяженности, форме и ориентации по поверхности ценную информацию о характере дефекта и даже некоторых причинах его возникновения (концентрация напряжений, несоблюдение технологии и пр.).

Дефектоскопические материалы для цветной дефектоскопии выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к контролируемому объекту, его состояния и условий контроля. В качестве параметра размера дефекта принимается поперечный размер дефекта на поверхности объекта контроля – так называемая ширина раскрытия дефекта. Минимальная величина раскрытия выявленных дефектов называется нижним порогом чувствительности и ограничивается тем, что весьма малое количество пенетранта, задержавшееся в полости небольшого дефекта, оказывается недостаточным, чтобы получить контрастную индикацию при данной толщине слоя проявляющего вещества. Существует также верхний порог чувствительности, который определяется тем, что из широких, но неглубоких дефектов пенетрант вымывается при устранении излишков пенетранта на поверхности. Обнаружение индикаторных следов, соответствующего указанным выше основным признакам, служит основанием для анализа о допустимости дефекта по его размеру, характеру, положению. ГОСТ 18442-80 установлено 5 классов чувствительности (по нижнему порогу) в зависимости от размеров дефектов

Класс чувствительности	Ширина раскрытия дефекта,мкм


	От 10 до 100
	От 100 до 500
технологический	Не нормируется

С чувствительностью по 1 классу контролируют лопатки турбореактивных двигателей, уплотнительные поверхности клапанов и их гнезд, металлические уплотнительные прокладки фланцев и др. (выявляемые трещины и поры величиной до десятых долей мкм). По 2 классу проверяют корпуса и антикоррозийные наплавки реакторов, основной металл и сварные соединения трубопроводов, детали подшипников (выявляемые трещины и поры величиной до нескольких мкм). По 3 классу проверяют крепеж ряда объектов, с возможностью выявления дефектов с раскрытием до 100 мкм, по 4 классу – толстостенное литье.

Капиллярные методы в зависимости от способа выявления индикаторного рисунка подразделяют на:

· Люминесцентный метод , основанный на регистрации контраста люминесцирующего в длинноволновом ультрафиолетовом излучении видимого индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля;

· контрастный (цветной) метод , основанный на регистрации контраста цветного в видимом излучении индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля.

· люминесцентно-цветной метод , основанный на регистрации контраста цветного или люминесцирующего индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля в видимом или длинноволновом ультрафиолетовом излучении;

· яркостный метод , основанный на регистрации контраста в видимом излучении ахроматического рисунка на фоне поверхности объекта.

ВЫПОЛНИЛ: ВАЛЮХ АЛЕКСАНДР

Капиллярный контроль

Капиллярный метод неразрушающего контроля

Капилл я рная дефектоскоп и я - метод дефектоскопии, основанный на проникновении определенных жидких веществ в поверхностные дефекты изделия под действием капиллярного давления, в результате чего повышается свето- и цветоконтрастность дефектного участка относительно неповрежденного.

Различают люминесцентный и цветной методы капиллярной дефектоскопии.

В большинстве случаев по техническим требованиям необходимо выявлять настолько малые дефекты, что заметить их при визуальном контроле невооруженным глазом практически невозможно. Применение же оптических измерительных приборов, например лупы или микроскопа, не позволяет выявить поверхностные дефекты из-за недостаточной контрастности изображения дефекта на фоне металла и малого поля зрения при больших увеличениях. В таких случаях применяют капиллярный метод контроля.

При капиллярном контроле индикаторные жидкости проникают в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объектов контроля, и образующиеся индикаторные следы регистрируются визуальным способом или с помощью преобразователя.

Контроль капиллярным методом осуществляется в соответствии с ГОСТ 18442-80 “Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования.”

Капиллярные методы подразделяют на основные, использующие капиллярные явления, и комбинированные, основанные на сочетании двух или более различных по физической сущности методов неразрушающего контроля, одним из которых является капиллярный контроль (капиллярная дефектоскопия).

Назначение капиллярного контроля (капиллярной дефектоскопии)

Капиллярные методы неразрушающего контроля основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетрантов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объекта контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуальным способом или с помощью преобразователя.

Применение капиллярного метода неразрушающего контроля

Капиллярный метод контроля применяется при контроле объектов любых размеров и форм, изготовленных из черных и цветных металлов, легированных сталей, чугуна, металлических покрытий, пластмасс, стекла и керамики в энергетике, авиации, ракетной технике, судостроении, химической промышленности, металлургии, при строительстве ядерных реакторов, в автомобилестроении, электротехники, машиностроении, литейном производстве, штамповке, приборостроении, медицине и других отраслях. Для некоторых материалов и изделий этот метод является единственным для определения пригодности деталей или установок к работе.

Капиллярная дефектоскопию применяют также и для неразрушающего контроля объектов, изготовленных из ферромагнитных материалов, если их магнитные свойства, форма, вид и месторасположение дефектов не позволяют достигать требуемой по ГОСТ 21105-87 чувствительности магнитопорошковым методом и магнитопорошковый метод контроля не допускается применять по условиям эксплуатации объекта.

Необходимым условием выявления дефектов типа нарушения сплошности материала капиллярными методами является наличие полостей, свободных от загрязнений и других веществ, имеющих выход на поверхность объектов и глубину распространения, значительно превышающую ширину их раскрытия.

Капиллярный контроль используется также при течеискании и, в совокупности с другими методами, при мониторинге ответственных объектов и объектов в процессе эксплуатации.

Достоинствами капиллярных методов дефектоскопии являются: простота операций контроля, несложность оборудования, применимость к широкому спектру материалов, в том числе к немагнитным металлам.

Преимуществом капиллярной дефектоскопии является то, что с его помощью можно не только обнаружить поверхностные и сквозные дефекты, но и получить по их расположению, протяженности, форме и ориентации по поверхности ценную информацию о характере дефекта и даже некоторых причинах его возникновения (концентрация напряжений, несоблюдение технологии и пр.).

В качестве индикаторных жидкостей применяют органические люминофоры - вещества, дающие яркое собственное свечение под действием ультрафиолетовых лучей, а также различные красители. Поверхностные дефекты выявляют с помощью средств, позволяющих извлекать индикаторные вещества из полости дефектов и обнаруживать их присутствие на поверхности контролируемого изделия.

Капилляр (трещина) , выходящий на поверхность объекта контроля только с одной стороны, называют поверхностной несплошностью, а соединяющий противоположные стенки объекта контроля, - сквозной. Если поверхностная и сквозная несплошности являются дефектами, то допускается применять вместо них термины «поверхностный дефект» и «сквозной дефект». Изображение, образованное пенетрантом в месте расположения несплошности и подобное форме сечения у выхода на поверхность объекта контроля, называют индикаторным рисунком, или индикакацией.

Применительно к несплошности типа единичной трещины вместо термина «индикация» допускается применение термина «индикаторный след». Глубина несплошности - размер несплошности в направлении внутрь объекта контроля от его поверхности. Длина несплошности - продольный размер несплошности на поверхности объекта. Раскрытие несплошности - поперечный размер несплошности у ее выхода на поверхность объекта контроля.

Необходимым условием надежного выявления капиллярным методом дефектов, имеющих выход на поверхность объекта, является относительная их незагрязнённость посторонними веществами, а также глубина распространения, значительно превышающая ширину их раскрытия (минимум 10/1). Для очистки поверхности перед нанесением пенетранта используют очиститель.

Капиллярные методы дефектоскопии подразделяют на основные, использующие капиллярные явления, и комбинированные, основанные на сочетании двух или более различных по физической сущности методов неразрушающего контроля, одним из которых является капиллярный.

Методы капиллярного контроля основаны на проникновении жидкости в полости дефектов и адсорбировании или диффузии ее из дефектов. При этом наблюдается разница в цвете или свечении между фоном и участком поверхности над дефектом. Капиллярные методы применяют для определения поверхностных дефектов в виде трещин, пор, волосовин и других нарушений сплошности на поверхности деталей.

К капиллярным методам дефектоскопии относится люминесцентный метод и метод красок.

При люминесцентном методе очищенные от загрязнений исследуемые поверхности покрываются с помощью распылителя или кисти флюоресцирующей жидкостью. В качестве таких жидкостей могут быть: керосин (90 %) с автолом (10 %); керосин (85 %) с трансформаторным маслом (15 %); керосин (55 %) с машинным маслом (25 %) и бензином (20 %).

Излишки жидкости удаляют обтирая контролируемые участки ветошью, смоченной в бензине. Чтобы ускорить выход флюоресцирующих жидкостей, находящихся в полости дефекта, поверхность детали опыляют порошком, обладающим адсорбирующими свойствами. Через 3-10 мин после опыления контролируемый участок освещают ультрафиолетовым светом. Поверхностные дефекты, в которые прошла люминесцирующая жидкость, становятся хорошо видимыми по яркому темно-зеленому или зелено-голубому свечению. Метод позволяет обнаружить трещины шириной до 0,01 мм.

При контроле методом красок сварной шов предварительно очищают и обезжиривают. На очищенную поверхность сварного соединения наносят раствор красителя. В качестве проникающей жидкости с хорошей смачиваемостью применяют красные краски следующего состава:

Жидкость наносят на поверхность пульверизатором или кистью. Время пропитки - 10-20 мин. По истечении этого времени лишнюю жидкость стирают с поверхности контролируемого участка шва ветошью, смоченной в бензине.

После полного испарения бензина с поверхности детали на нее наносят тонкий слой белой проявляющей смеси. Белую проявляющую краску приготовляют из коллодия на ацетоне (60 %), бензола (40 %) и густотертых цинковых белил (50 г/л смеси). Через 15-20 мин на белом фоне в местах расположения дефектов появляются характерные яркие полоски или пятна. Трещины обнаруживаются как тонкие линии, степень яркости которых зависит от глубины этих трещин. Поры появляются в виде точек различной величины, а межкристаллическая коррозия в виде тонкой сетки. Очень мелкие дефекты наблюдают под лупой 4-10-кратного увеличения. По окончании контроля белую краску удаляют о поверхности, протирая деталь ветошью, смоченной в ацетоне.

Неразрушающие испытания приобретают важное значение, когда разработка покрытия уже закончилась и можно переходить к его промышленному применению. Прежде чем изделие с покрытием поступит в эксплуатацию, его проверяют на прочность, отсутствие трещин, несплошностей, пор или других дефектов, которые могут вызвать разрушение. Вероятность наличия дефектов тем больше, чем сложнее покрываемый объект. В таблице 1 представлены и ниже описаны существующие неразрушающие методы определения качества покрытий.

Таблица 1. Неразрушающие методы контроля качества покрытий перед их эксплуатацией.

#	Метод контроля	Цель и пригодность испытания
1	Визуальное наблюдение	Выявление поверхностных дефектов покрытия визуальным осмотром
2	Капиллярный контроль (цветной и люминесцентный)	Выявление поверхностных трещин, пор и аналогичных дефектов покрытия
3	Радиографический контроль	Выявление внутренних дефектов покрытия
4	Электромагнитный контроль	Выявление пор и трещин, метод не пригоден для выявления дефектов в углах и кромках
5	Ультразвуковой контроль	Выявление поверхностных и внутренних дефектов, метод не пригоден для тонких слоев и для выявления дефектов в углах и кромках

ВНЕШНИЙ ОСМОТР

Простейшая оценка качества - внешний осмотр изделия с покрытием. Такой контроль сравнительно прост, он становится особенно эффективным при хорошем освещении, при использовании увеличительного стекла. Как правило, внешний осмотр должен производиться квалифицированным персоналом и в сочетании с другими методами.

ОПРЫСКИВАНИЕ КРАСКОЙ

Трещины и углубления на поверхности покрытия выявляются по впитыванию краски. Испытуемая поверхность опрыскивается краской. Затем ее тщательно вытирают и на нее напыляют индикатор. Через минуту краска выступает из трещин и прочих мелких дефектов и окрашивает индикатор, выявляя таким образом контур трещины.

ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ КОНТРОЛЬ

Этот метод аналогичен методу впитывания краски. Испытуемый образец погружается в раствор, содержащий флюоресцентную краску, которая попадает во все трещины. После очистки поверхности образец покрывается новым раствором. Если покрытие имеет какие-либо дефекты, флюоресцентная краска в этом месте будет видна под ультрафиолетовым облучением.

Обе методики, основанные на впитывании, применяют только для выявления поверхностных дефектов. Внутренние дефекты при этом не обнаруживаются. Дефекты, лежащие на самой поверхности, выявляются с трудом, поскольку при обтирании поверхности перед нанесением индикатора краска с них удаляется.

РАДИОГРАФИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

Контроль проникающим излучением используют для выявления пор, трещин и раковин внутри покрытия. Рентгеновские и гамма-лучи проходят через испытуемый материал и попадают на фотопленку. Интенсивность рентгеновского и гамма-излучения изменяется при прохождении их через материал. Любые поры, трещины или изменения толщины будут регистрироваться на фотопленке, и при соответствующей расшифровке пленки можно установить положение всех внутренних дефектов.

Радиографический контроль сравнительно дорог и протекает медленно. Необходима защита оператора от облучения. Трудно анализировать изделия сложной формы. Дефекты определяются, когда их размеры составляют более 2% от общей толщины покрытия. Следовательно, радиографическая техника непригодна для выявления мелких дефектов в крупных конструкциях сложной формы, она дает хорошие результаты на менее сложных изделиях.

ТОКОВИХРЕВОЙ КОНТРОЛЬ

Поверхностные и внутренние дефекты можно определять с помощью вихревых токов, индуцируемых в изделии внесением его в электромагнитное поле индуктора. При перемещении детали в индукторе, или индуктора относительно детали индуцированные вихревые токи взаимодействуют с индуктором и меняют его полное сопротивление. Индуцированный ток в образце зависит от наличия дефектов проводимости образца, а также его твердости и размера.

Применяя соответствующие индуктивности и частоты или их сочетание, можно выявить дефекты. Контроль вихревыми токами нецелесообразен, если конфигурация изделия сложна. Контроль этого вида непригоден для выявления дефектов на кромках и углах; в некоторых случаях от неровной поверхности могут поступать те же сигналы, что и от дефекта.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ

При ультразвуковом контроле ультразвук пропускают через материал и измеряют изменения звукового поля, вызванные дефектами в материале. Энергия, отраженная от дефектов в образце, воспринимается преобразователем, который превращает ее в электрический сигнал и подается на осциллограф.

В зависимости от размеров и формы образца для ультразвукового контроля используют продольные, поперечные или поверхностные волны. Продольные волны распространяются в испытуемом материал прямолинейно до тех пор, пока они не встретятся с границей или несплошностью. Первая граница, с которой встречается входящая волна, -граница между преобразователем и изделием. Часть энергии отражается от границы, и на экране осциллографа появляется первичный импульс. Остальная энергии проходит через материал до встречи с дефектом или противоположной поверхностью, положение дефекта определяется измерением расстояния между сигналом от дефекта и от передней и задней поверхностей.

Несплошности могут быть расположены так, что их можно определить, направляя излучение перпендикулярно к поверхности. В этом случае звуковой луч вводится под углом к поверхности материала для создания поперечных волн. Если угол входа достаточно увеличить, то образуются поверхностные волны. Эти волны проходят по контуру образца и могут обнаруживать дефекты близ его поверхности.

Существуют два основных типа установок для ультразвукового контроля. При резонансном испытании используют излучение с переменной частотой. При достижении собственной частоты, соответствующей толщине материала, амплитуда колебаний резко возрастает, что отражается на экране осциллографа. Резонансный метод применяют главным образом для измерения толщины.

При импульсном эхо-методе в материал вводят импульсы постоянной частоты длительностью в доли секунды. Волна проходит через материал, и энергия, отраженная от дефекта или задней поверхности, падает на преобразователь. Затем преобразователь посылает другой импульс и воспринимает отраженный.

Для выявления дефектов в покрытии и для определения прочности сцепления между покрытием и подложкой применяют также трансмиссионный метод. В некоторых системах покрытий измерение отраженной энергии не позволяет адекватно установить дефект. Это обусловлено тем, что граница между покрытием и подложкой характеризуется настолько высоким коэффициентом отражения, что наличие дефектов мало меняет суммарный коэффициент отражения.

Применение ультразвуковых испытаний ограничено. Это видно из следующих примеров. Если материал имеет грубую поверхность, звуковые волны рассеиваются так сильно, что испытание теряет смысл. Для испытания объектов сложной формы необходимы преобразователи, повторяющие контур объекта; неправильности поверхности вызывают появление всплесков на экране осциллографа, затрудняющих определение дефектов. Границы зерен в металле действуют аналогично дефектам и рассеивают звуковые волны. Дефекты, расположенные под углом к лучу, выявляются с трудом, так как отражение происходит в основном не по направлению к преобразователю, а под углом к нему. Часто бывает трудно различить несплошности, расположенные близко одна к другой. Кроме того, выявляются только те дефекты, размеры которых сравнимы с длиной звуковой волны.

Заключение

Отборочные испытания предпринимают во время начальной стадии разработки покрытия. Поскольку в период поисков оптимального режима число разных образцов очень велико, применяют комбинацию методов испытаний, чтобы отсеять неудовлетворительные образцы. Эта отборочная программа состоит обычно из нескольких типов окислительных испытаний, металлографического исследования, испытаний в пламени и испытания на растяжение. Покрытия, успешно прошедшие отборочные испытания, испытывают в условиях, аналогичных эксплуатационным.

Когда установлено, что определенная система покрытия выдержала испытания в эксплуатационных условиях, ее можно применить для защиты реального изделия. Необходимо разработать технику неразрушающего контроля конечного изделия перед пуском его в эксплуатацию. Неразрушающую методику можно использовать для выявления поверхностных и внутренних нор, трещин и несплошностей, а также плохого сцепления покрытия и подложки.