Методи контролю проникаючими речовинами – капілярний метод. Капілярний метод неруйнівного контролю зварювальних швів. Капілярна дефектоскопія зварних з'єднань Неруйнівний контроль капілярний метод

§ 9.1. Загальні відомостіпро метод
Капілярний метод контролю (КМК) заснований на капілярному проникненні індикаторних рідин у порожнину несплошностей матеріалу об'єкта контролю та реєстрації індикаторних слідів, що утворюються, візуально або за допомогою перетворювача. Метод дозволяє виявляти поверхневі (тобто виходять на поверхню) і наскрізні (тобто з'єднують протилежні поверхні стінки ОК) дефекти, які можуть бути виявлені також при візуальному контролі. Такий контроль, однак, вимагає великих витратчасу, особливо при виявленні слаборозкритих дефектів, коли виконують ретельний огляд поверхні із застосуванням засобів збільшення. Перевага КМК у багаторазовому прискоренні процесу контролю.
Виявлення наскрізних дефектів входить у завдання методів течування, які розглянуті в гол. 10. У методах течешукання поряд з іншими способами використовують КМК, причому індикаторну рідину наносять з одного боку стінки ОК, а реєструють з іншого. У цьому розділі розглянуто варіант КМК, у якому індикацію виконують із тієї ж поверхні ОК, з якою наносять індикаторну рідину. Основними документами, що регламентують застосування КМК, є ГОСТ 18442 – 80, 28369 – 89 та 24522 – 80.
Процес капілярного контролю складається з наступних основних операцій (рис. 9.1):

а) очищення поверхні 1 ОК та порожнини дефекту 2 від забруднень, жиру і т. д. шляхом їх механічного видаленнята розчинення. Цим забезпечується хороша змочуваність усієї поверхні ОК індикаторною рідиною та можливість проникнення її в порожнину дефекту;
б) просочення дефектів індикаторною рідиною. 3. Для цього вона повинна добре змочувати матеріал виробу та проникати у дефекти внаслідок дії капілярних сил. За цією ознакою метод називають капілярним, а індикаторну рідину – індикаторним пенетрантом або просто пенетрантом (від латів. penetrо – проникаю, дістаю);
в) видалення з поверхні виробу надлишків пенетранту, при цьому пенетрант у порожнині дефектів зберігається. Для видалення використовують ефекти диспергування та емульгування, застосовують спеціальні рідини – очищувачі;

Мал. 9.1 – Основні операції при капілярній дефектоскопії

г) виявлення пенетранта у порожнині дефектів. Як зазначено вище, це роблять частіше візуально, рідше – за допомогою спеціальних пристроїв- Перетворювачів. У першому випадку на поверхні наносять спеціальні речовини - проявники 4, що витягують пенетрант із порожнини дефектів за рахунок явищ сорбції або дифузії. Сорбційний проявник має вигляд порошку чи суспензії. Усі згадані фізичні явища розглянуті у § 9.2.
Пенетрант просочує весь шар проявника (зазвичай досить тонкий) і утворює сліди (індикації) 5 його зовнішньої поверхні. Ці індикації виявляють візуально. Розрізняють яскравісний або ахроматичний метод у якому індикації мають більше темний тонв порівнянні з білим проявником; кольоровий метод, коли пенетрант має яскравий помаранчевий або червоний колір, і люмінесцентний метод, коли пенетрант світиться під дією ультрафіолетового опромінення. Заключна операція при КМК – очищення ОК від проявника.
У літературі з капілярного контролю дефектоскопічні матеріали позначають індексами: індикаторний пенетрант – «І», очищувач – «М», проявник – «П». Іноді після буквеного позначенняслідують цифри в дужках або у вигляді індексу, що означає особливість застосування даного матеріалу.

§ 9.2. Основні фізичні явища, що використовуються в капілярній дефектоскопії
Поверхневий натяг та змочування. Найбільш важливою характеристикоюіндикаторних рідин є їхня здатність до змочування матеріалу виробу. Змочування викликається взаємним тяжінням атомів і молекул (надалі - молекул) рідини та твердого тіла.
Як відомо, між молекулами середовища діють сили взаємного тяжіння. Молекули, що знаходяться всередині речовини, відчувають з боку інших молекул у середньому однакова діяза всіма напрямками. Молекули ж, що знаходяться на поверхні, піддаються неоднаковому тяжінню з боку внутрішніх шарівречовини та з боку, що межує з поверхнею середовища.
Поведінка системи молекул визначається умовою мінімуму вільної енергії, тобто. тієї частини потенційної енергії, яка ізотермічно може звернутися до роботи. Вільна енергія молекул на поверхні рідини та твердого тіла більша, ніж внутрішніх, коли рідина або тверде тіло знаходяться в газі або вакуумі. У зв'язку з цим вони прагнуть набути форми з мінімальною зовнішньою поверхнею. У твердому тілі цьому перешкоджає явище пружності форми, а рідина в невагомості під впливом цього явища набуває форми кулі. Таким чином, поверхні рідини та твердого тіла прагнуть скоротитися, і виникає тиск поверхневого натягу.
Величину поверхневого натягу визначають роботою (при постійній температурі), необхідної для утворення одиниці, площі поверхні розділу двох фаз, що знаходяться в рівновазі. Її часто називають силою поверхневого натягу, знижуючи під цим таке. На межі розділу, середовищ виділяють довільний майданчик. Натяг розглядають як наслідок дії розподіленої сили, прикладеної до периметру, цього майданчика. Напрямок сил - по дотичній межі розділу і перпендикулярно периметру. Силу, що віднесена до одиниці довжини периметра, називають силою поверхневого натягу. Два рівноправні визначення поверхневого натягу відповідають двом одиницям, що застосовуються для його вимірювання: Дж/м2 = Н/м.
Для води у повітрі (точніше, у повітрі, насиченому випарами з поверхні води) при температурі 26°C нормальному атмосферному тиску сила поверхневого натягу σ = 7275 ± 0025) 10-2 Н/м. Це значення зменшується зі збільшенням температури. У різних газових середовищах поверхневий натяг рідин практично не змінюється.
Розглянемо краплю рідини на поверхні: твердого тіла (рис. 9.2). Силої тяжкості нехтуємо. Виділимо елементарний циліндр у точці А, де стикаються тверде тіло, рідина та навколишній газ. На одиницю довжини цього циліндра діють три сили поверхневого натягу: тверде тіло – газ σтг, тверде тіло – рідина σтж та рідина – газ σжг = σ. Коли крапля перебуває у стані спокою, рівнодіюча проекцій цих сил на поверхню твердого тіла дорівнює нулю:
(9.1)
Кут 9 називають крайовим кутом змочування. Якщо σтг>σтж, він гострий. Це означає, що рідина змочує тверде тіло (рис. 9.2 а). Чим менше 9, тим сильніше змочування. У межі σтг>σтж + σ відношення (σтг - ​​σтж)/ст (9.1) більше одиниці, чого не може бути, так як косинус кута завжди по модулю менше одиниці. Граничний випадок θ = 0 відповідатиме повному змочування, тобто. розтіканню рідини поверхнею твердого тіла до товщини молекулярного шару. Якщо σтж>σтг, то cos θ від'ємний, отже, кут θ тупий (рис. 9.2, б). Це означає, що рідина не змочує тверде тіло.


Мал. 9.2. Змочування (а) та незмочування (б) поверхні рідиною

Поверхневий натяг σ характеризує властивість самої рідини, a cos cos θ - змочуваність цією рідиною поверхні даного твердого тіла. Складає сили поверхневого натягу cos cos θ, що «розтягує» краплю вздовж поверхні, іноді називають силою змочування. Для більшості добре змочувальних речовин cos θ близький до одиниці, наприклад, для межі скла з водою він дорівнює 0,685, з гасом - 0,90, етиловим спиртом - 0,955.
Сильний впливна змочування надає чистота поверхні. Наприклад, шар олії на поверхні сталі або скла різко погіршує її змочуваність водою, cos стає негативним. Найтонший шаролії, що іноді зберігається на поверхні ОК і тріщин дуже заважає застосуванню пенетрантів на водяній основі.
Мікрорельєф поверхні ОК викликає збільшення площі поверхні, що змочується. Для оцінки крайового кута змочування θш на шорсткій поверхні користуються рівнянням

де θ - крайовий кут для гладкої поверхні; α – справжня площа шорсткої поверхні з урахуванням нерівності її рельєфу, а α0 – проекція її на площину.
Розчинення полягає в розподілах молекул розчиняється серед молекул розчинника. У капілярному методіКонтроль розчинення застосовують при підготовці об'єкта до контролю (для очищення порожнини дефектів). Розчинення газу (зазвичай повітря), що зібрався біля кінця тупикового капіляра (дефекту) в пенетранті, істотно підвищує глибину проникнення пенетранту в дефект.
Для оцінки взаємної розчинності двох рідин застосовують емпіричне правило, згідно з яким «подібне розчиняється в подібному». Наприклад, вуглеводні добре розчиняються у вуглеводнях, спирти - у спиртах тощо. Взаємна розчинність рідин та твердих тіл у рідині, як правило, збільшується при підвищенні температури. Розчинність газів, як правило, зменшується з підвищенням температури та покращується при підвищенні тиску.
Сорбція (від лат. Sorbeo - поглинаю) - це фізико-хімічний процес, в результаті якого відбувається поглинання якоюсь речовиною газу, пари або розчиненої речовини з навколишнього середовища. Розрізняють адсорбцію – поглинання речовини на поверхні розділу фаз та абсорбцію – поглинання речовини всім обсягом поглинача. Якщо сорбція відбувається переважно внаслідок фізичної взаємодії речовин, її називають фізичної.
У капілярному методі контролю для прояву використовують переважно явище фізичної адсорбції рідини (пенетранту) на поверхні твердого тіла (часток проявника). Це ж явище викликає осадження на дефекті контрастних речовин, розчинених у рідкій основіпенетранту.
Дифузія (від латів. diffusio - поширення, розтікання) - рух частинок (молекул, атомів) середовища, що призводить до перенесення речовини та вирівнює концентрацію частинок різного гатунку. У капілярному методі контролю явище дифузії спостерігається при взаємодії пенетранту з повітрям, стислим у глухому куті капіляра. Тут цей процес не відрізняється від розчинення повітря в пенетранті.
Важливе застосування дифузії при капілярній дефектоскопії – прояв за допомогою проявників типу швидковисихаючих фарбта лаків. Частинки пенетранта, укладеного в капілярі, входять у контакт з таким проявником (перший момент - рідким, а після застигання - твердим), нанесеним на поверхню ОК, і дифундують через тонку плівку проявника до протилежної поверхні. Таким чином, тут використовується дифузія молекул рідини спочатку через рідке, а потім через тверде тіло.
Процес дифузії обумовлений тепловим рухом молекул (атомів) чи його асоціацій (молекулярна дифузія). Швидкість перенесення через кордон визначається коефіцієнтом дифузії, що є постійним для цієї пари речовин. Дифузія зростає із підвищенням температури.
Диспергування (від лат. dispergo - розсіюю) - тонке подрібнення будь-якого тіла навколишньому середовищі. Диспергування твердих тіл у рідині відіграє важливу роль при очищенні поверхні від забруднень.
Емульгування (від латів. emulsios - видоєний) -освіта дисперсної системи з рідкою дисперсною фазою, тобто. диспергування рідини. Приклад емульсії - молоко, що складається з дрібних крапель жиру, завислих у воді. Емульгування відіграє важливу роль при очищенні, видаленні, надлишках пенетранту, приготуванні пенетрантів, проявників. Для активізації емульгування та збереження емульсії у стабільному стані застосовують речовини-емульгатори.
Поверхнево-активні речовини (ПАР) - речовини, здатні накопичуватися на поверхні зіткнення двох тіл (середовищ, фаз), знижуючи її вільну енергію. ПАР додають у засоби для очищення поверхні ОК, вводять в пенетранти, очищувачі, оскільки вони є емульгаторами.
Найважливіші ПАР розчиняються у воді. Їх молекули мають гідрофобну та гідрофільну частини, тобто. змочується і незмочується водою. Проілюструємо дію ПАР при змиванні олійної плівки. Зазвичай вода її не змочує та не видаляє. Молекули ПАР адсорбуються на поверхні плівки, орієнтуються до неї своїми гідрофобними кінцями, а гідрофільними - до водяного середовища. В результаті відбувається різке посилення змочуваності, жирова плівка змивається.
Суспензія (від латів. supspensio - підвішую) - грубодисперсна система з рідким дисперсним середовищем і твердою дисперсною фазою, частки якої досить великі і досить швидко випадають в осад або спливають. Суспензії готують зазвичай механічним подрібненням та розмішуванням.
Люмінесценція (від латів. lumen - світло) - світіння деяких речовин (люмінофорів), надлишкове над тепловим випромінюванням, що має тривалість 10-10 с і більше. Вказівка ​​на кінцеву тривалість потрібна, щоб відрізняти люмінесценцію від інших оптичних явищ, наприклад, від розсіювання світла.
У капілярному методі контролю люмінесценцію використовують як один із способів розмаїття для візуального виявлення індикаторних пенетрантів після прояву. Для цього люмінофор або розчиняють в основному речовині пенетранту, або сама речовина пенетранту є люмінофором.
Яскравий та кольоровий контрастиу КМК розглядають з погляду можливості ока людини фіксувати люмінесцентне світіння, кольорові та темні індикації на світлому фоні. Всі дані відносять до ока середньої людини. Можливість розрізняти ступінь яскравості об'єкта називають контрастною чутливістю. Її визначають за помітним оком зміни коефіцієнта відображення. У кольоровому методі контролю вводять поняття яркостно-колірного розмаїття, одночасно враховує яскравість і насиченість сліду від дефекту, який необхідно виявити.
Здатність ока розрізняти дрібні об'єкти, які мають достатній контрастом, визначають мінімальним кутомзору. Встановлено, що об'єкт у вигляді смуги (темної, кольорової або люмінесцентної) очей здатний помітити з відстані 200 мм при її мінімальній ширині понад 5 мкм. У робочих умовах розрізняють об'єкти значно більше - шириною 0,05 ... 0,1 мм.

§ 9.3. Процеси капілярної дефектоскопії

Мал. 9.3. До поняття капілярного тиску

Заповнення наскрізного макрокапіляра. Розстрім добре відомий з курсу фізики досвід: капілярна трубка діаметром 2r вертикально занурена одним кінцем у змочуючу рідину (рис. 9.3). Під дією сил змочування рідина у трубці підніметься на висоту lнад поверхнею. Це капілярного вбирання. Сили змочування діють на одиницю довжини кола меніска. Сумарна їх величина Fк=σcosθ2πr. Цій силі протидіє вага стовпа ρgπr2 l, де ρ - густина, a g - прискорення сили тяжіння. У стані рівноваги σcosθ2πr = ρgπr2 l. Звідси висота підйому рідини в капілярі l= 2σ cos θ/(ρgr).
У цьому прикладі сили змочування розглядалися як прикладені до лінії зіткнення рідини та твердого тіла (капіляра). Їх можна розглядати також як силу натягу поверхні меніска, що утворюється рідиною в капілярі. Ця поверхня є як би: розтягнутою плівкою, що прагне скоротитися. Звідси вводиться поняття капілярного тиску, що дорівнює відношенню чинної на меніск сили FK до площі поперечного перерізутрубки:
(9.2)
Капілярний тиск збільшується зі збільшенням змочуваності та зменшенням радіусу капіляра.
Більше загальна формулаЛапласа для тиску від натягу поверхні меніска має вигляд рк=σ(1/R1+1/R2), де R1 та R2 - радіуси кривизни поверхні меніска. Формула 9.2 використовується для круглого капіляра R1=R2=r/cos θ. Для щілини завширшки bз плоскопаралельними стінками R1®, R2= b/(2cosθ). В результаті
(9.3)
На явищі капілярного вбирання засноване просочення дефектів пенетрантом. Оцінимо час, необхідний для просочення. Розглянемо розташовану горизонтально капілярну трубку, один кінець якої відкритий, а інший поміщений в рідину, що змочує: Під дією капілярного тиску меніск рідини рухається у напрямку відкритого кінця. Пройдена відстань lпов'язано з часом наближеною залежністю.
(9.4)

де μ - коефіцієнт динамічний зсувної в'язкості. З формули видно, що час, необхідний проходження пенетрантом через наскрізну тріщину, пов'язані з товщиною стінки l, в якій виникла тріщина, квадратичною залежністю: воно тим менше, ніж менше в'язкість і більше змочуваність. Орієнтовна крива 1 залежності lвід tпоказано на рис. 9.4. Слід мати; у вигляді, що з заповненні пенетрантом реальної; тріщини зазначені закономірності зберігаються лише за умови одночасного дотику пенетрантом всього периметра тріщини та її рівномірної ширини. Невиконання цих умов викликає порушення співвідношення (9.4), проте вплив зазначених фізичних властивостейпенетранта на час просочення зберігається.

Мал. 9.4. Кінетика заповнення пенетрантом капіляра:
наскрізного (1), тупикового з урахуванням (2) та без урахування (3) явища дифузійного просочення

Заповнення тупикового капіляра відрізняється тим, що газ (повітря), стислий поблизу тупикового кінця, обмежує глибину проникнення пенетранта (крива 3 на рис. 9.4). Розраховують граничну глибину заповнення l 1 виходячи з рівності тисків на пенетрант зовні та зсередини капіляра. Зовнішній тиск складається з атмосферного ра й капілярного рк. Внутрішній тиск у капілярі рвизначають із закону Бойля - Маріотта. Для капіляра постійного перерізу: pа l 0S = pв( l 0-l 1) S; рв = ра l 0/(l 0-l 1), де l 0 – повна глибина капіляра. З рівності тисків знаходимо
Величина рдо<<ра тому глибина заповнення, розрахована за цією формулою, становить не більше 10% повної глибини капіляра (завдання 9.1).
Розгляд заповнення тупикової щілини з непаралельними стінками (що добре імітує реальні тріщини) або конічного капіляра (що імітує пори) складніше, ніж капілярів постійного перерізу. Зменшення поперечного перерізу в міру заповнення викликає збільшення капілярного тиску, але ще швидше зменшується об'єм, заповнений стисненим повітрям, тому глибина заповнення такого капіляра (при однаковому розмірі гирла) менша, ніж капіляра постійного перерізу (завдання 9.1).
Реально гранична глибина заповнення тупикового капіляра виявляється, як правило, більшою за розрахункове значення. Це відбувається за рахунок того, що повітря, стиснене поблизу кінця капіляра, частково розчиняється в пенетранті, дифундує в нього (дифузійне заповнення). Для протяжних тупикових дефектів іноді виникає сприятлива для заповнення ситуація, коли заповнення починається з одного кінця по довжині дефекту, а повітря, що витісняється, виходить з іншого кінця.
Кінетика руху змочує рідини в тупиковому капілярі формулою (9.4) визначається лише на початку процесу заповнення. Надалі при наближенні lдо l 1 швидкість процесу заповнення уповільнюється, асимптотично наближаючись до нуля (крива 2 на рис. 9.4).
За оцінками час заповнення циліндричного капіляра радіусом близько 10-3 мм та глибиною l 0 = 20 мм до рівня l = 0,9l 1 трохи більше 1 з. Це значно менше часу витримки в пенетранті, що рекомендується у практиці контролю (§ 9.4), що становить кілька десятків хвилин. Відмінність пояснюється тим, що після досить швидкого процесу капілярного заповнення починається значно більш повільний процес дифузійного заповнення. Для капіляра постійного перерізу кінетика дифузійного заповнення підпорядковується закономірності типу (9.4): l p = KÖt, де lр - глибина дифузійного заповнення, але коефіцієнт Доу тисячі разів менше ніж для капілярного заповнення (див. криву 2 на рис. 9.4). Він зростає пропорційно до збільшення тиску в кінці капіляра рк/(рк+ра). Звідси випливає необхідність тривалого просочення.
Видалення надлишку пенетранту з поверхні ОК зазвичай виконують за допомогою рідини – очищувача. Важливо підібрати такий очисник, який добре видаляв би пенетрант з поверхні, мінімально вимиваючи його з порожнини дефекту.
Процес вияву. У капілярній дефектоскопії використовують дифузійні чи адсорбційні проявники. Перші – це швидковисихаючі білі фарби чи лаки, другі – порошки чи суспензії.
Процес дифузійного прояву полягає в тому, що рідкий Проявник контактує з пенетрантом у гирлі дефекту та сорбує його. Зарахуємо пенетрант дифундує у проявник спочатку – як у шар рідини, а після висихання фарби – як у тверде капілярно-пористе тіло. Одночасно відбувається процес розчинення пенетранту у проявнику, який у цьому випадку не відрізняється від дифузії. У процесі просочення пенетрантом властивості проявника змінюються: він ущільнюється. Якщо застосовується проявник у вигляді суспензії, то на першій стадії прояву відбувається дифузія та розчинення пенетранту у рідкій фазі суспензії. Після висихання суспензії діє описаний механізм прояву.

§ 9.4. Технологія та засоби контролю
Схема загальної технології капілярного контролю показано на рис. 9.5. Зазначимо основні її етапи.

Мал. 9,5. Технологічна схема капілярного контролю

Підготовчі операції мають на меті вивести на поверхню виробу гирла дефектів, усунути можливість виникнення фону та хибних індикацій, очистити порожнину дефектів. Спосіб підготовки залежить від стану поверхні та необхідного класу чутливості.
Механічне зачищення проводять, коли поверхня Виробу покрита окалиною або силікатом. Наприклад, поверхня деяких зварних швів покрита шаром твердого силікатного флюсу типу "березова кора". Такі покриття закривають гирла дефектів. Гальванічні покриття, плівки, лаки не видаляють, якщо вони тріскаються разом із основним металом виробу. Якщо такі покриття наносять на деталі, в яких можуть бути дефекти, то контроль виконують до нанесення покриття. Зачищення виконують різанням, абразивним шліфуванням, обробкою металевими щітками. Цими способами видаляється частина матеріалу із поверхні ОК. Ними не можна зачищати глухі отвори, різьблення. Під час шліфування м'яких матеріалів дефекти можуть перекриватися тонким шаром деформованого матеріалу.
Механічним очищенням називають обдування дробом, піском, кісточковою крихтою. Після механічного очищення передбачають видалення її продуктів із поверхні. Очищення миючими засобами і розчинами піддають всі об'єкти, що надходять на контроль, у тому числі які пройшли механічну зачистку і очищення.
Справа в тому, що механічна зачистка не очищає порожнини дефектів, а іноді її продукти (шліфувальна паста, абразивний пил) можуть сприяти їхньому закриттю. Очищення виконують водою з добавками ПАР і розчинниками, в якості яких використовують спирти, ацетон, бензин, бензол та ін. З їх допомогою видаляють мастило, що консервує, деякі лакофарбові покриття: При необхідності обробку розчинниками виконують кілька разів.
Для повнішого очищення поверхні ОК і порожнини дефектів застосовують способи інтенсифікації очищення: вплив парами органічних розчинників, хімічне травлення (допомагає видаленню з поверхні продуктів корозії), електроліз, прогрівання ОК, вплив низькочастотними ультразвуковими коливаннями.
Після очищення проводять сушіння поверхні ОК. Цим видаляють залишки миючих рідин та розчинників з порожнин дефектів. Сушіння інтенсифікують підвищенням температури, обдуванням, наприклад використовують струмінь теплового повітря з фена.
Просочення пенетрантом. До пенетрантів висувають цілу низку вимог. Хороша змочуваність поверхні ОК – головне з них. Для цього пенетрант повинен мати досить високий поверхневий натяг та крайовий кут, близький до нуля при розтіканні по поверхні ОК. Як зазначалося в § 9.3, найчастіше як основу пенетрантів використовують такі речовини, як гас, рідкі олії, спирти, бензол, скипидар, у яких поверхневий натяг (2,5...3,5)10-2 Н/м. Рідше використовують пенетранти на водяній основі з добавками ПАР. Для всіх цих речовин cos θ не менше ніж 0,9.
Друга вимога до пенетрантів – низька в'язкість. Вона потрібна для скорочення часу просочення. Третя важлива вимога – можливість та зручність виявлення індикацій. За контрастом пенетранту КМК поділяють на ахроматичний (яскравий), кольоровий, люмінесцентний та люмінесцентно-кольоровий. Крім того, є комбіновані КМК, в яких індикації виявляють не візуально, а за допомогою різних фізичних ефектів. За типами пенетрантів, точніше за способами їхньої індикації, здійснюють класифікацію КМК. Існує також верхній поріг чутливості, який визначається тим, що з широких, але неглибоких дефектів вимивається пенетрант при усуненні надлишків пенетранту з поверхні.
Поріг чутливості конкретного вибраного способу КМК залежить від умов контролю та дефектоскопічних матеріалів. Встановлено п'ять класів чутливості (нижнього порога) залежно від розмірів дефектів (табл. 9.1).
Для досягнення високої чутливості (низького порогу чутливості) потрібно застосовувати добре змочують висококонтрастні пенетранти, лакофарбові проявники (замість суспензій або порошків), збільшувати УФ-опроміненість або освітленість об'єкта. Оптимальне поєднання цих факторів дозволяє виявляти дефекти розкриттям десятих частин мкм.
У табл. 9.2 наведено рекомендації щодо вибору способу та умов контролю, що забезпечують необхідний клас чутливості. Освітленість наведена комбінована: перше число відповідає лампам розжарювання, а друге – люмінесцентним. Позиції 2,3,4,6 засновані на застосуванні випущених промисловістю наборів дефектоскопічних матеріалів.

Таблиця 9.1 – Класи чутливості

Не слід без необхідності прагнути досягнення більш високих класів чутливості: це вимагає більш дорогих матеріалів, кращої підготовки поверхні виробу, збільшує час контролю. Наприклад, для застосування люмінесцентного методу необхідне затемнене приміщення, ультрафіолетове випромінювання, що шкідливо впливає на персонал. У зв'язку з цим застосування цього методу доцільно тільки тоді, коли потрібно досягнення високої чутливості та продуктивності. В інших випадках слід застосовувати кольоровий або більш простий та дешевий, яскравий метод. Метод суспензії, що фільтрується, - найбільш високопродуктивний. У ньому відпадає операція прояву. Однак цей метод поступається іншим за чутливістю.
Комбіновані методи через складність їх реалізації застосовують досить рідко, лише у разі необхідності вирішення будь-яких специфічних завдань, наприклад досягнення дуже високої чутливості, автоматизації пошуку дефектів, контролю неметалевих матеріалів.
Перевірку порога чутливості способу КМК згідно з ГОСТ 23349-78 виконують за допомогою спеціально відібраного або підготовленого реального зразка ОК з дефектами. Застосовують зразки з ініційованими тріщинами. Технологія виготовлення таких зразків зводиться до того, щоб викликати появу тріщин поверхневих заданої глибини.
Згідно з одним із способів зразки виготовляють з листової легованої сталі у вигляді пластин товщиною 3...4 мм. Пластини рихтують, шліфують, азотують з одного боку на глибину 0,3...0,4 мм, і цю поверхню ще раз шліфують на глибину близько 0,05...0,1 мм. Параметр шорсткості поверхні Ra0,4 мкм. Завдяки азотуванню поверхневий шар стає крихким.
Зразки деформують або розтягуванням, або вигином (шляхом вдавлювання кульки або циліндра з боку протилежного азотованого). Зусилля деформації плавно збільшують до характерного хрустка. В результаті у зразку виникає кілька тріщин, що проникають на всю глибину азотованого шару.

Таблиця: 9.2
Умови досягнення необхідної чутливості

№ п/п	Клас чутливості	Дефектоскопічні матеріали				Умови контролю
			Пенетрант	Проявник	Очищувач	Шорсткість поверхні, мкм	УФ-опроміненість, отн. од.	Освітленість, лк
		Люмінесцентно-кольоровий		Фарба Пр1
		Люмінесцентний		Фарба Пр1
					Масляно-гасова суміш
		Люмінесцентний		Порошок окису магнію
			Бензин, норинол А, скипидар, барвник	Суспензія каоліну	Проточна вода
		Люмінесцентний		Порошок MgO2	Вода з ПАР
		Фільтруюча люмінесцентна суспензія	Вода, емульгатор, люмотен				Не нижче 50

Виготовлені таким чином зразки атестують. Визначають ширину та довжину окремих тріщин вимірювальним мікроскопом і вносять їх у формуляр зразка. До формуляра додають фотографію зразка з індикаціями дефектів. Зразки зберігають у футлярах, що оберігають їх від забруднення. Зразок придатний для використання не більше 15...20 разів, після чого тріщини частково забиваються сухими залишками пенетранту. Тому зазвичай у лабораторії мають робочі зразки для повсякденного використання та контрольні зразки для вирішення арбітражних питань. Зразки використовують для перевірки дефектоскопічних матеріалів на ефективність спільного застосування, визначення правильної технології (часу просочення, прояви), атестації дефектоскопістів і визначення нижнього порога чутливості КМК.

§ 9.6. Об'єкти контролю
Капілярним методом контролюють вироби з металів (переважно неферомагнітних), неметалевих матеріалів та композитні вироби будь-якої конфігурації. Вироби з феромагнітних матеріалів контролюють зазвичай магнітопорошковим методом, який більш чутливий, хоча для контролю феромагнітних матеріалів іноді застосовують капілярний метод, якщо є труднощі з намагнічуванням матеріалу або складна конфігурація поверхні виробу створює великі градієнти магнітного поля, що ускладнюють виявлення дефектів. Контроль за капілярним методом проводять до ультразвукового або магнітопорошкового контролю, інакше (в останньому випадку) необхідно розмагнітити ОК.
Капілярним методом виявляють лише дефекти, що виходять на поверхню, порожнина яких не заповнена оксидами або іншими речовинами. Щоб пенетрант не вимивався з дефекту, глибина його повинна бути значно більшою за ширину розкриття. До таких дефектів належать тріщини, непровари зварних швів, глибокі пори.
Переважна більшість дефектів, що виявляються при контролі капілярним методом, може виявлятися при звичайному візуальному огляді, особливо якщо попередньо протравити виріб (дефекти при цьому чорніють) і застосувати засоби збільшення. Однак перевага капілярних методів полягає в тому, що при їх застосуванні кут зору на дефект зростає в 10...20 разів (за рахунок того, що ширина індикацій більша, ніж дефектів), а контраст яскравості - на 30...50%. Завдяки цьому немає необхідності у ретельному огляді поверхні та час контролю багаторазово зменшується.
Капілярні методи знаходять широке застосування в енергетиці, авіації, ракетній техніці, суднобудуванні, хімічній промисловості. Ними контролюють основний метал та зварні з'єднання зі сталей аустенітного класу (нержавіючих), титану, алюмінію, магнію та інших кольорових металів. З чутливістю за класом 1 контролюють лопатки турбореактивних двигунів, ущільнювальні поверхні клапанів та їх гнізд, металеві ущільнювальні прокладки фланців та ін. За класом 2 перевіряють корпуси та антикорозійні наплавлення реакторів, основний метал та зварні з'єднання трубопроводів, деталі підшипників. За класом 3 перевіряють кріплення ряду об'єктів, за класом 4 - товстостінне лиття. Приклади феромагнітних виробів, які контролюються капілярними методами: сепаратори підшипників, різьбові з'єднання.


Мал. 9.10. Дефекти в пере лопаток:
а - втомна тріщина, виявлена ​​люмінесцентним методом,
б - заків, виявлений кольоровим методом
На рис. 9.10 показано виявлення тріщин та заку на пере лопатки авіаційної турбіни люмінесцентним та кольоровим методами. Візуально такі тріщини спостерігають зі збільшенням удесятеро.
Дуже бажано, щоб об'єкт контролю мав гладку, наприклад, механічно оброблену поверхню. Для контролю за класами 1 та 2 придатні поверхні після холодного штампування, прокатки, аргонно-дугового зварювання. Іноді для вирівнювання поверхні проводять механічну обробку, наприклад, поверхні деяких зварних або наплавлених сполук обробляють абразивним колом для видалення застиглого зварювального: флюсу, шлаків між валиками шва.
Загальний час, необхідний контролю щодо невеликого об'єкта типу турбінної лопатки, 0,5...1,4 год залежно від дефектоскопічних матеріалів і вимог щодо чутливості. Витрати часу в хвилинах розподіляються наступним чином: підготовка до контролю 5...20, просочування 10...30, видалення надлишку пенетранта 3...5, прояв 5...25, огляд 2...5, остаточне очищення 0...5. Зазвичай витримку при просоченні або прояві одного виробу поєднують з контролем іншого виробу, в результаті середнього часу контролю виробу скорочується в 5 ... 10 разів. У задачі 9.2 наведено приклад розрахунку часу контролю об'єкта з великою площею контрольованої поверхні.
Автоматичний контроль застосовують для перевірки невеликих деталей типу лопаток турбін, кріплення, елементів кулько- та роликопідшипників. Установки є комплексом ванн і камер для послідовної обробки ОК (рис. 9.11). У таких установках широко застосовують засоби інтенсифікації операцій контролю: ультразвук, підвищення температури, вакуум і т.д. .

Мал. 9.11. Схема автоматичного встановлення для контролю деталей капілярними методами:
1 - транспортер, 2 - пневматичний підйомник, 3 - автоматичне захоплення, 4 - контейнер з деталями, 5 - візок, 6...14 - ванни, камери та печі для обробки деталей, 15 - рольганг, 16 - місце для огляду деталей при УФ-опроміненні, 17 - місце для огляду у видимому світлі

Транспортер подає деталі у ванну для ультразвукового чищення, потім у ванну для промивання проточною водою. Вологу з поверхні деталей видаляють за температури 250...300°С. Гарячі деталі охолоджують стисненим повітрям. Просочення пенетрантом здійснюють під дією ультразвуку або у вакуумі. Видалення надлишків пенетранту проводять послідовно у ванні з рідиною, що очищає, потім в камері з душовою установкою. Вологу видаляють стисненим повітрям. Проявник наносять розпорошенням фарби у повітрі (у вигляді туману). Деталі оглядають на робочих місцях, де передбачено УФ-опромінення та штучне освітлення. Відповідальну операцію огляду важко автоматизувати (див. §9.7).
§ 9.7. Перспективи розвитку
Важливий напрямок розвитку КМК - його автоматизація. Розглянуті раніше засоби автоматизують контроль невеликих однотипних виробів. Автоматизація; контролю виробів різного типу, зокрема великогабаритних, можлива із застосуванням адаптивних роботів-маніпуляторів, тобто. які мають здатність пристосовуватися до умов, що змінюються. Такі роботи успішно використовуються на фарбувальних роботах, які багато в чому подібні до операцій при КМК.
Найбільш важко піддається автоматизації огляд поверхні виробів та ухвалення рішення про наявність дефектів. В даний час для покращення умов виконання цієї операції застосовують освітлювачі та УФ-опромінювачі великої потужності. Щоб зменшити дію на контролера УФ-випромінювання, застосовують світловоди та телевізійні системи. Проте це вирішує завдання повної автоматизації з усуненням впливу суб'єктивних якостей контролера на результати контролю.
Створення автоматичних систем оцінки результатів контролю потребує розробки відповідних алгоритмів для ЕОМ. Роботи ведуться за декількома напрямками: визначення конфігурації індикацій (довжина, ширина, площа), що відповідає неприпустимим дефектам, і кореляційне порівняння зображень контрольованої ділянки об'єктів до та після обробки дефектоскопічними матеріалами. Крім зазначеної області, ЕОМ в КМК застосовують для збирання та аналізу статистичних даних з видачею рекомендацій на коригування технологічного процесу, для оптимального підбору дефектоскопічних матеріалів та технології контролю.
Важливий напрямок досліджень - пошук нових дефектоскопічних матеріалів та технології їх застосування, що має на меті підвищення чутливості та продуктивності контролю. Запропоновано застосування як пенетрант феромагнітних рідин. Вони в рідкій основі (наприклад, гасі) зважені феромагнітні частинки дуже малого розміру (2...10 мкм), стабілізовані ПАР, у результаті рідина поводиться як однофазна система. Проникнення такої рідини дефекти інтенсифікується магнітним полем, а виявлення індикацій можливе магнітними датчиками, що полегшує автоматизацію контролю.
Дуже перспективний напрямок удосконалення капілярного контролю - використання електронного парамагнітного резонансу. Порівняно нещодавно одержані речовини типу стабільних нітроксильних радикалів. Вони є слабозв'язані електрони, які можуть резонувати в електромагнітному полі частотою від десятків гігагерц до мегагерц, причому спектральні лінії визначаються з великим ступенем точності. Нітроксильні радикали стабільні, малотоксичні, здатні розчинятися у більшості рідких речовин. Це дає можливість вводити їх у рідкі пенетранти. Індикація ґрунтується на реєстрації спектра поглинання в збудливому електромагнітному полі радіоспектроскопа. Чутливість цих приладів дуже велика, вони дозволяють виявляти скупчення 1012 парамагнітних частинок і більше. Таким чином вирішується питання про об'єктивні та високочутливі засоби індикації при капілярній дефектоскопії.

Завдання
9.1. Розрахувати та порівняти максимальну глибину заповнення пенетрантом щілинного капіляра з паралельними та непаралельними стінками. Глибина капіляра l 0=10 мм, ширина гирла b=10 мкм, пенетрант на основі гасу з =3×10-2Н/м, cosθ=0,9. Атмосферний тиск прийняти ра-1,013×105 Па. Дифузійне наповнення не враховувати.
Рішення. Глибину заповнення капіляра з паралельними стінками розрахуємо за формулами (9.3) та (9.5):

Рішення виконано таким чином, щоб продемонструвати, що капілярний тиск становить близько 5% атмосферного, а глибина заповнення - близько 5% повної глибини капіляра.
Виведемо формулу для заповнення щілини з непаралельними поверхнями, що має у перерізі вигляд трикутника. Із закону Бойля - Маріотта знайдемо тиск повітря, стисненого біля кінця капіляра рв:

де b1 – відстань між стінками на глибині 9.2. Розрахувати необхідну кількість дефектоскопічних матеріалів набору відповідно до позиції 5 табл. 9.2 та час для виконання КМК антикорозійної наплавки на внутрішній поверхні реактора. Реактор складається з циліндричної частини діаметром D=4 м, висотою, H=12 м з напівсферичним дном (зварено з циліндричною частиною та утворює корпус) та кришкою, а також чотирма патрубками діаметром d=400 мм, довжиною h=500 мм. Час нанесення будь-якого дефектоскопічного матеріалу на поверхню прийняти = 2 хв/м2.

Рішення. Розрахуємо площу контрольованого об'єкта за елементами:
циліндрична S1=πD2Н=π42×12=603,2 м2;
частина
дно та кришка S2=S3=0,5πD2=0,5π42=25,1 м2;
патрубки (кожен) S4=πd2h=π×0,42×0,5=0,25 м2;
сумарна площа S=S1+S2+S3+4S4=603,2+25,1+25,1+4×0,25=654,4 м2.

Враховуючи, що контрольована поверхня наплавлення нерівна, розташована переважно вертикально, приймаємо витрату пенетранта q=0,5 л/м2.
Звідси необхідна кількість пенетранту:
Qп = S q= 654,4 0,5 = 327,2 л.
З урахуванням можливих втрат, повторного контролю тощо приймаємо необхідну кількість пенетранта рівним 350 л.
Необхідна кількість проявника у вигляді суспензії - 300 г на 1 л пенетранту, звідси Qпр = 0,3 350 = 105 кг. Очищувача потрібно у 2...3 рази більше, ніж пенетранта. Приймаємо середнє значення – у 2,5 рази. Таким чином, Qоч = 2,5 350 = 875 л. Рідини (наприклад, ацетону) для попереднього очищення потрібно приблизно 2 рази більше, ніж Qоч.
Час контролю розраховуємо з огляду на те, що кожен елемент реактора (корпус, кришка, патрубки) контролюють окремо. експозицію, тобто. час знаходження об'єкта в контакті з кожним дефектоскопічним матеріалом приймаємо середнім із нормативів, наведених у § 9.6. Найбільша експозиція для пенетранта.- в середньому tп = 20 хв. Експозиція або час знаходження ОК в контакті з іншими дефектоскопічними матеріалами менше, ніж з пенетрантом, причому його можна збільшити без шкоди ефективності контролю.
Виходячи з цього, приймаємо наступну організацію процесу контролю (вона не єдина, можлива). Корпус і кришку, де контролюються великі площі, розбиваємо на ділянки, на кожен з яких час нанесення будь-якого дефектоскопічного матеріалу дорівнює tуч = tп = 20 хв. Тоді час нанесення будь-якого дефектоскопічного матеріалу буде не меншим, чия експозиція для нього. Те саме стосується часу виконання технологічних операцій, не пов'язаних з дефектоскопічними матеріалами (сушіння огляд тощо).
Площа такої ділянки Sуч = tуч/τ = 20/2 = 10 м2. Час контролю елемента з великою площею поверхні дорівнює кількості таких ділянок з округленням у бік збільшення, помноженому на tуч = 20 хв.
Площа корпусу розбиваємо на (S1+S2)/Sуч = (603,2+25,1)/10 = 62,8 = 63 ділянки. Час, необхідне контролю, 20×63 = 1260 хв = 21 год.
Площа кришки розбиваємо на S3/Sуч = 25, l/10 = 2,51 = 3 ділянки. Час контролю 3×20 = 60 хв = 1 год.
Патрубки контролюємо одночасно, тобто, виконавши будь-яку технологічну операцію на одному, переходимо до іншого, після цього виконуємо наступну операцію і т.д. Їхня загальна площа 4S4=1 м2 значно менша, ніж площа однієї контрольованої ділянки. Час контролю, в основному, визначається сумою середніх часів експозицій для окремих операцій як для невеликого виробу в § 9.6 плюс порівняльний невеликий час для нанесення дефектоскопічних матеріалів та огляду. У сумі воно приблизно дорівнює 1ч.
Загальний час контролю 21+1+1=23 год. Приймаємо, що з контролю потрібно три 8-часовых зміни.

НЕРУЙНІВНИЙ КОНТРОЛЬ. Кн. I. Загальні питання. Контроль проникними речовинами. Гурвіч, Єрмолов, Сажин.

Ви можете завантажити документ

ВИКОНАЛА: ЛОПАТИНА ОКСАНА

Капілярна дефектоскопіяметод дефектоскопії, заснований на проникненні певних рідких речовин у поверхневі дефекти виробу під дією капілярного тиску, внаслідок чого підвищується світло- та квітконтрастність дефектної ділянки щодо непошкодженої.

Капілярна дефектоскопія (капілярний контроль)призначений для виявлення невидимих ​​або слабо видимих ​​неозброєним оком поверхневих та наскрізних дефектів (тріщини, пори, раковини, непровари, міжкристалічна корозія, нориці тощо) в об'єктах контролю, визначення їх розташування, довжини та орієнтації по поверхні.

Індикаторна рідина(пенетрант) – це пофарбована рідина, призначена для заповнення відкритих поверхневих дефектів та подальшого утворення індикаторного малюнка. Рідина являє собою розчин або суспензію барвника в суміші органічних розчинників, гасу, масел з добавками поверхнево-активних речовин (ПАР), що знижують поверхневе натяг води, що знаходиться в порожнинах дефектів і поліпшують проникнення пенетрантів в ці порожнини. Пенетранти містять барвники (кольоровий метод) або люмінесцентні добавки (люмінесцентний метод) або їх комбінацію.

Очищувач– служить для попереднього очищення поверхні та видалення надлишків пенетранту

Проявникомназивають дефектоскопічний матеріал, призначений для вилучення пенетранта з капілярної несплошності з метою утворення чіткого індикаторного малюнка і створення фону, що контрастує з ним. Існує п'ять основних видів проявників, що використовуються з пенетрантами:

Сухий порошок; - водна суспензія; - суспензія в розчиннику; - розчин у воді; - пластикова плівка.

Прилади та обладнання для капілярного контролю:

Матеріали для кольорової дефектоскопії,Люмінесцентні матеріали

Набори для капілярної дефектоскопії (очисники, проявники, пенетранти)

Пульверизатори,Пневмогідропістолети

Джерела ультрафіолетового освітлення (ультрафіолетові ліхтарі, освітлювачі).

Випробувальні панелі (тест-панель)

Контрольні зразки кольорової дефектоскопії.

Процес капілярного контролю складається з 5 етапів:

1 – попереднє очищення поверхні.Щоб барвник міг проникнути в дефекти на поверхні, попередньо очистити її водою або органічним очисником. Усі забруднюючі речовини (мастила, іржа, тощо) будь-які покриття (ЛКП, металізація) повинні бути видалені з контрольованої ділянки. Після цього поверхня висушується, щоб усередині дефекту не залишалося води чи очищувача.

2 – нанесення пенетранту.Пенетрант, зазвичай червоного кольору, наноситься на поверхню шляхом розпилення, пензлем або зануренням об'єкта контролю у ванну, для гарного просочення та повного покриття пенетрантом. Як правило, при температурі 5 ... 50 ° С, на час 5 ... 30 хв.

3 - видалення надлишків пенетранту.Надлишок пенетранта видаляється протиранням серветкою, промиванням водою, або тим же очисником, що і на стадії попереднього очищення. При цьому пенетрант повинен бути видалений тільки з поверхні контролю, але не з порожнини дефекту. Потім поверхню висушують серветкою без ворсу або струменем повітря.

4 – нанесення проявника.Після просушки відразу на поверхню контролю тонким рівним шаром наноситься проявник (зазвичай білого кольору).

5 – контроль.Виявлення дефектів починається безпосередньо після закінчення процесу прояву. При контролі виявляються та реєструються індикаторні сліди. Інтенсивність забарвлення яких говорить про глибину і ширину розкриття дефекту, чим блідіша забарвлення, тим дефект дрібніший. Інтенсивне фарбування мають глибокі тріщини. Після проведення контролю проявник видаляється водою чи очищувачем.

До недоліківкапілярного контролю слід віднести його високу трудомісткість за відсутності механізації, більшу тривалість процесу контролю (від 0.5 до 1.5 год), а також складність механізації та автоматизації процесу контролю; зниження достовірності результатів за негативних температур; суб'єктивність контролю – залежність достовірності результатів від професіоналізму оператора; обмежений термін зберігання дефектоскопічних матеріалів, залежність їх властивостей умов зберігання.

Достоїнствами капілярного контролю є:простота операцій контролю, нескладність устаткування, застосовність до широкого спектру матеріалів, зокрема немагнітних металів. Головною перевагою капілярної дефектоскопії є те, що з його допомогою можна не тільки виявити поверхневі та наскрізні дефекти, але й отримати за їх розташуванням, протяжністю, формою та орієнтацією по поверхні цінну інформацію про характер дефекту і навіть деякі причини його виникнення (концентрація напружень, недотримання технології та ін.).

Дефектоскопічні матеріали для кольорової дефектоскопії вибирають залежно від вимог, що висуваються до контрольованого об'єкта, його стану та умов контролю. Як параметр розміру дефекту приймається поперечний розмір дефекту поверхні об'єкта контролю – так звана ширина розкриття дефекту. Мінімальна величина розкриття виявлених дефектів називається нижнім порогом чутливості і обмежується тим, що дуже мала кількість пенетранта, що затрималася в порожнині невеликого дефекту, виявляється недостатнім, щоб отримати контрастну індикацію при даній товщині шару речовини, що виявляє. Існує також верхній поріг чутливості, який визначається тим, що з широких, але неглибоких дефектів вимивається пенетрант при усуненні надлишків пенетранта на поверхні. Виявлення індикаторних слідів, що відповідає зазначеним вище основним ознаками, є підставою для аналізу про допустимість дефекту за його розміром, характером, положенням. ГОСТ 18442-80 встановлено 5 класів чутливості (за нижнім порогом) залежно від розмірів дефектів

Клас чутливості	Ширина розкриття дефекту, мкм
	Від 10 до 100
	Від 100 до 500
технологічний	Не нормується

З чутливістю по 1 класу контролюють лопатки турбореактивних двигунів, ущільнювальні поверхні клапанів та їх гнізд, металеві ущільнювальні прокладки фланців та ін (виявляються тріщини та пори величиною до десятих часток мкм). По 2 класу перевіряють корпуси і антикорозійні наплавлення реакторів, основний метал і зварні з'єднання трубопроводів, деталі підшипників (тріщини, що виявляються, і пори величиною до декількох мкм). По 3 класу перевіряють кріплення ряду об'єктів, з можливістю виявлення дефектів із розкриттям до 100 мкм, по 4 класу – товстостінне лиття.

Капілярні методи залежно від способу виявлення індикаторного малюнка поділяють на:

· Люмінесцентний метод, заснований на реєстрації контрасту люмінесцентного у довгохвильовому ультрафіолетовому випромінюванні видимого індикаторного малюнка на тлі поверхні об'єкта контролю;

· контрастний (кольоровий) метод, заснований на реєстрації кольорового контрасту у видимому випромінюванні індикаторного малюнка на тлі поверхні об'єкта контролю.

· люмінесцентно-кольоровий метод, заснований на реєстрації контрасту кольорового або люмінесцентного індикаторного малюнка на тлі поверхні об'єкта контролю у видимому або довгохвильовому ультрафіолетовому випромінюванні;

· метод яскравості, Заснований на реєстрації контрасту у видимому випромінюванні ахроматичного малюнка на тлі поверхні об'єкта.

ВИКОНАВ: ВАЛЮХ ОЛЕКСАНДР

Капілярний контроль

Капілярний метод неруйнівного контролю

Капілярна дефектоскопія -метод дефектоскопії, заснований на проникненні певних рідких речовин у поверхневі дефекти виробу під дією капілярного тиску, внаслідок чого підвищується світло- та квітконтрастність дефектної ділянки щодо непошкодженої.

Розрізняють люмінесцентний та кольоровий методи капілярної дефектоскопії.

У більшості випадків за технічними вимогами необхідно виявляти настільки малі дефекти, що помітити їх при візуальний контрольнеозброєним оком практично неможливо. Застосування оптичних вимірювальних приладів, наприклад лупи або мікроскопа, не дозволяє виявити поверхневі дефекти через недостатню контрастність зображення дефекту на тлі металу і малого поля зору при великих збільшеннях. У разі застосовують капілярний метод контролю.

При капілярному контролі індикаторні рідини проникають у порожнини поверхневих і наскрізних несплошностей матеріалу об'єктів контролю, індикаторні сліди, що утворюються, реєструються візуальним способом або за допомогою перетворювача.

Контроль капілярним методом здійснюється відповідно до ГОСТ 18442-80 “Контроль неруйнівний. Капілярні методи. Загальні вимоги."

Капілярні методи поділяють на основні, використовують капілярні явища, і комбіновані, засновані на поєднанні двох або більше різних за фізичною сутністю методів неруйнівного контролю, одним з яких є капілярний контроль (капілярна дефектоскопія).

Призначення капілярного контролю (капілярної дефектоскопії)

Капілярна дефектоскопія (капілярний контроль)призначений для виявлення невидимих ​​або слабо видимих ​​неозброєним оком поверхневих та наскрізних дефектів (тріщини, пори, раковини, непровари, міжкристалічна корозія, нориці тощо) в об'єктах контролю, визначення їх розташування, довжини та орієнтації по поверхні.

Капілярні методи неруйнівного контролю засновані на капілярному проникненні індикаторних рідин (пенетрантів) у порожнини поверхневих і наскрізних несплошностей матеріалу об'єкта контролю та реєстрації індикаторних слідів, що утворюються, візуальним способом або за допомогою перетворювача.

Застосування капілярного методу неруйнівного контролю

Капілярний метод контролю застосовується при контролі об'єктів будь-яких розмірів та форм, виготовлених з чорних та кольорових металів, легованих сталей, чавуну, металевих покриттів, пластмас, скла та кераміки в енергетиці, авіації, ракетній техніці, суднобудуванні, хімічній промисловості, металургії, при будівництві ядерних реакторів, в автомобілебудуванні, електротехніки, машинобудуванні, ливарному виробництві, штампуванні, приладобудуванні, медицині та інших галузях. Для деяких матеріалів та виробів цей метод єдиний для визначення придатності деталей або установок до роботи.

Капілярну дефектоскопію застосовують також і для неруйнівного контролю об'єктів, виготовлених з феромагнітних матеріалів, якщо їх магнітні властивості, форма, вид і місцезнаходження дефектів не дозволяють досягати необхідної за ГОСТ 21105-87 чутливості магнітопорошковим методом і магнітопорошковий метод контролю не допускається застосовувати.

Необхідною умовою виявлення дефектів типу порушення суцільності матеріалу капілярними методами є наявність порожнин, вільних від забруднень та інших речовин, що мають вихід на поверхню об'єктів та глибину поширення, що значно перевищує ширину їх розкриття.

Капілярний контроль використовується також під час течування і, разом з іншими методами, при моніторингу відповідальних об'єктів і в процесі експлуатації.

Перевагами капілярних методів дефектоскопії є:простота операцій контролю, нескладність устаткування, застосовність до широкого спектру матеріалів, зокрема немагнітних металів.

Перевагою капілярної дефектоскопіїє те, що з його допомогою можна не тільки виявити поверхневі та наскрізні дефекти, але й отримати за їх розташуванням, протяжністю, формою та орієнтацією по поверхні цінну інформацію про характер дефекту і навіть деякі причини його виникнення (концентрація напруг, недотримання технології та ін.) ).

Як індикаторні рідини застосовують органічні люмінофори - речовини, що дають яскраве власне світіння під дією ультрафіолетових променів, а також різні барвники. Поверхневі дефекти виявляють за допомогою засобів, що дозволяють вилучати індикаторні речовини з порожнини дефектів та виявляти їхню присутність на поверхні виробу, що контролюється.

Капіляр (тріщина), Що виходить на поверхню об'єкта контролю тільки з одного боку, називають поверхневою несплошностью, а що з'єднує протилежні стінки об'єкта контролю, - наскрізний. Якщо поверхнева і наскрізна несплошності є дефектами, допускається застосовувати замість них терміни «поверхневий дефект» і «наскрізний дефект». Зображення, утворене пенетрантом у місці розташування несплошності та подібне до форми перерізу біля виходу на поверхню об'єкта контролю, називають індикаторним малюнком, або індикакацією.

Щодо несплошності типу одиничної тріщини замість терміна «індикація» допускається застосування терміна «індикаторний слід». Глибина несплошности - розмір несплошности у бік всередину об'єкта контролю з його поверхні. Довжина несплошності - поздовжній розмір несплошності лежить на поверхні об'єкта. Розкриття несплошности - поперечний розмір несплошности її виходу поверхню об'єкта контролю.

Необхідною умовою надійного виявлення капілярним методом дефектів, що мають вихід на поверхню об'єкта, є відносна незабрудненість сторонніми речовинами, а також глибина поширення, що значно перевищує ширину їх розкриття (мінімум 10/1). Для очищення поверхні перед нанесенням пенетранту використовують очисник.

Капілярні методи дефектоскопії поділяютьна основні, що використовують капілярні явища, та комбіновані, засновані на поєднанні двох або більше різних за фізичною сутністю методів неруйнівного контролю, одним з яких є капілярний.

Методи капілярного контролю ґрунтуються на проникненні рідини в порожнини дефектів та адсорбуванні або дифузії її з дефектів. При цьому спостерігається різниця у кольорі або світінні між фоном та ділянкою поверхні над дефектом. Капілярні методи застосовують для визначення поверхневих дефектів у вигляді тріщин, пір, волосин та інших порушень суцільності на поверхні деталей.

До капілярних методів дефектоскопії відноситься люмінесцентний метод та метод фарб.

При люмінесцентному методі очищені від забруднень досліджувані поверхні покриваються за допомогою розпилювача або кисті рідиною, що флюорескує. Як такі рідини можуть бути: гас (90 %) з автолом (10 %); гас (85%) з трансформаторною олією (15%); гас (55%) з машинним маслом (25%) та бензином (20%).

Надлишки рідини видаляють обтираючи контрольовані ділянки ганчіркою, змоченою в бензині. Щоб прискорити вихід флюоресціюючих рідин, що знаходяться в порожнині дефекту, поверхню деталі запилюють порошком, що володіє властивостями, що адсорбують. Через 3-10 хв після запилення контрольовану ділянку висвітлюють ультрафіолетовим світлом. Поверхневі дефекти, в які пройшла рідина, що люмінескує, стають добре видимими по яскравому темно-зеленому або зелено-блакитному світінню. Метод дозволяє виявити тріщини завширшки до 0,01 мм.

При контролі методом фарб зварний шов попередньо очищають та знежирюють. На очищену поверхню зварної сполуки наносять розчин барвника. Як проникаючу рідину з гарною змочуваністю застосовують червоні фарби наступного складу:

Рідину наносять на поверхню пульверизатором або пензлем. Час просочення – 10-20 хв. Після закінчення цього часу зайву рідину стирають з поверхні контрольованої ділянки шва ганчіркою, змоченою в бензині.

Після повного випаровування бензину з поверхні деталі на неї наносять тонкий шар білої суміші, що виявляє. Білу фарбу виготовляють з колодію на ацетоні (60 %), бензолу (40 %) і густотертих цинкових білил (50 г/л суміші). Через 15-20 хв білому тлі у місцях розташування дефектів з'являються характерні яскраві смужки чи плями. Тріщини виявляються як тонкі лінії, ступінь яскравості яких залежить від глибини цих тріщин. Пори з'являються як точок різної величини, а міжкристалічна корозія як тонкої сітки. Дуже дрібні дефекти спостерігають під лупою 4-10-кратного збільшення. Після закінчення контролю білу фарбу видаляють поверхню, протираючи деталь ганчіркою, змоченою в ацетоні.

Неруйнівні випробування набувають важливого значення, коли розробка покриття вже закінчилася і можна переходити до його промислового застосування. Перш ніж виріб з покриттям надійде в експлуатацію, його перевіряють на міцність, відсутність тріщин, неполадок, пір або інших дефектів, які можуть спричинити руйнування. Імовірність наявності дефектів тим більше, чим складніше об'єкт, що покривається. У таблиці 1 представлені та нижче описані існуючі неруйнівні методи визначення якості покриттів.

Таблиця 1.Неруйнівні методи контролю якості покриттів перед експлуатацією.

#	Метод контролю	Мета та придатність випробування
1	Візуальне спостереження	Виявлення поверхневих дефектів покриття візуальним оглядом
2	Капілярний контроль (кольоровий та люмінесцентний)	Виявлення поверхневих тріщин, пір та аналогічних дефектів покриття
3	Радіографічний контроль	Виявлення внутрішніх дефектів покриття
4	Електромагнітний контроль	Виявлення пір та тріщин, метод не придатний для виявлення дефектів у кутах та кромках.
5	Ультразвуковий контроль	Виявлення поверхневих та внутрішніх дефектів, метод не придатний для тонких шарів та для виявлення дефектів у кутах та кромках.

ЗОВНІШНІЙ ОГЛЯД

Найпростіша оцінка якості – зовнішній огляд виробу з покриттям. Такий контроль порівняно простий, він стає особливо ефективним при хорошому освітленні, з використанням збільшувального скла. Як правило, зовнішній огляд повинен проводитись кваліфікованим персоналом та у поєднанні з іншими методами.

Обприскування фарбою

Тріщини та заглиблення на поверхні покриття виявляються по вбиранню фарби. Випробувана поверхня обприскується фарбою. Потім її ретельно витирають і її напилюють індикатор. Через хвилину фарба виступає з тріщин та інших дрібних дефектів та забарвлює індикатор, виявляючи таким чином контур тріщини.

ФЛУОРЕСЦЕНТНИЙ КОНТРОЛЬ

Цей метод аналогічний методу поглинання фарби. Випробуваний зразок поринає в розчин, що містить флюоресцентну фарбу, яка потрапляє у всі тріщини. Після очищення поверхні зразок покривається новим розчином. Якщо покриття має якісь дефекти, флюоресцентна фарба в цьому місці буде видно під ультрафіолетовим опроміненням.

Обидві методики, засновані на вбиранні, застосовують лише виявлення поверхневих дефектів. Внутрішні дефекти у своїй не виявляються. Дефекти, що лежать на самій поверхні, важко виявляються, оскільки при обтиранні поверхні перед нанесенням індикатора фарба з них видаляється.

РАДІОГРАФІЧНИЙ КОНТРОЛЬ

Контроль проникаючим випромінюванням використовують для виявлення пор, тріщин та раковин усередині покриття. Рентгенівські та гамма-промені проходять через випробуваний матеріал і потрапляють на фотоплівку. Інтенсивність рентгенівського та гамма-випромінювання змінюється під час проходження їх через матеріал. Будь-які пори, тріщини або зміни товщини реєструватимуться на фотоплівці, і при відповідному розшифруванні плівки можна встановити положення всіх внутрішніх дефектів.

Радіографічний контроль порівняно дорогий і протікає повільно. Необхідний захист оператора від опромінення. Важко аналізувати вироби складної форми. Дефекти визначаються, коли їх розміри становлять понад 2% загальної товщини покриття. Отже, радіографічна техніка непридатна виявлення дрібних дефектів у великих конструкціях складної форми, вона дає хороші результати менш складних виробах.

СТРУМОВИХРЕВИЙ КОНТРОЛЬ

Поверхневі та внутрішні дефекти можна визначати за допомогою вихрових струмів, що індукуються у виробі, внесенням його в електромагнітне поле індуктора. При переміщенні деталі в індукторі або індуктора щодо деталі індуковані вихрові струми взаємодіють з індуктором і змінюють його опір. Індукований струм у зразку залежить від наявності дефектів провідності зразка, а також його твердості та розміру.

Застосовуючи відповідні індуктивності та частоти чи їх поєднання, можна виявити дефекти. Контроль вихровими струмами недоцільний, якщо конфігурація виробу складна. Контроль цього виду непридатний виявлення дефектів на кромках і кутах; у деяких випадках від нерівної поверхні можуть надходити самі сигнали, як і від дефекту.

УЛЬТРАЗВУКОВИЙ КОНТРОЛЬ

При ультразвуковому контролі ультразвук пропускають через матеріал та вимірюють зміни звукового поля, спричинені дефектами у матеріалі. Енергія, відбита від дефектів у зразку, сприймається перетворювачем, який перетворює її на електричний сигнал і подається на осцилограф.

Залежно від розмірів та форми зразка для ультразвукового контролю використовують поздовжні, поперечні або поверхневі хвилі. Поздовжні хвилі поширюються в випробуваний матеріал прямолінійно до тих пір, поки вони не зустрінуться з кордоном чи несплошністю. Перша межа, з якою зустрічається вхідна хвиля, -кордон між перетворювачем і виробом. Частина енергії відбивається від кордону, і екрані осцилографа з'являється первинний імпульс. Решта енергії проходить через матеріал до зустрічі з дефектом або протилежною поверхнею, положення дефекту визначається виміром відстані між сигналом від дефекту і передньої і задньої поверхонь.

Несуцільності можуть бути розташовані так, що їх можна визначити, спрямовуючи випромінювання перпендикулярно до поверхні. У цьому випадку звуковий промінь вводиться під кутом поверхні матеріалу для створення поперечних хвиль. Якщо кут входу досить збільшити, утворюються поверхневі хвилі. Ці хвилі проходять за контуром зразка і можуть виявляти дефекти поблизу його поверхні.

Існують два основні типи установок для ультразвукового контролю. При резонансному випробуванні використовують випромінювання зі змінною частотою. При досягненні власної частоти, що відповідає товщині матеріалу, амплітуда коливань різко зростає, що відбивається на екрані осцилографа. Резонансний метод застосовують головним чином вимірювання товщини.

При імпульсному луні в матеріал вводять імпульси постійної частоти тривалістю в частки секунди. Хвиля проходить через матеріал, і енергія, відбита від дефекту чи задньої поверхні, падає на перетворювач. Потім перетворювач посилає інший імпульс і сприймає відбитий.

Для виявлення дефектів у покритті та визначення міцності зчеплення між покриттям і підкладкою застосовують також трансмісійний метод. У деяких системах покриттів вимір відбитої енергії не дозволяє адекватно встановити дефект. Це зумовлено тим, що межа між покриттям та підкладкою характеризується настільки високим коефіцієнтом відбиття, що наявність дефектів мало змінює сумарний коефіцієнт відбиття.

Застосування ультразвукових випробувань обмежене. Це видно з таких прикладів. Якщо матеріал має грубу поверхню, звукові хвилі розсіюються так сильно, що випробування втрачає сенс. Для випробування об'єктів складної форми потрібні перетворювачі, що повторюють контур об'єкта; неправильності поверхні викликають появу сплесків на екрані осцилографа, що ускладнюють визначення дефектів. Кордони зерен у металі діють аналогічно дефектам і розсіюють звукові хвилі. Дефекти, розташовані під кутом до променя, виявляються насилу, оскільки відбиток відбувається в основному не до перетворювача, а під кутом до нього. Часто буває важко розрізнити непорушності, розташовані близько одна до одної. Крім того, виявляються лише ті дефекти, розміри яких можна порівняти з довжиною звукової хвилі.

Висновок

Відбіркові випробування роблять під час початкової стадії розробки покриття. Оскільки в період пошуків оптимального режиму кількість різних зразків дуже велика, застосовують комбінацію методів випробувань, щоб відсіяти незадовільні зразки. Ця відбірна програма складається зазвичай з кількох типів окисних випробувань, металографічного дослідження, випробувань у полум'ї та випробування на розтягування. Покриття, які успішно пройшли відбіркові випробування, випробовують в умовах, аналогічних експлуатаційним.

Коли встановлено, що система покриття витримала випробування в експлуатаційних умовах, її можна застосувати для захисту реального виробу. Необхідно розробити техніку неруйнівного контролю кінцевого виробу перед запуском його в експлуатацію. Неруйнівну методику можна використовувати для виявлення поверхневих та внутрішніх нір, тріщин та несплошностей, а також поганого зчеплення покриття та підкладки.