Методы контроля проникающими веществами

 

 

На тему: «Методы контроля проникающими веществами»

Выполнила: Кониболоцкая А.А.

Проверил: Юрченко А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2016 г.

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

Капиллярная дефектоскопия – метод контроля, основанный на проникновении определенных контрастных веществ в поверхностные дефектные слои контролируемого изделия под действием капиллярного (атмосферного) давления, в результате последующей обработки проявителем повышается свето- и цветоконтрастность дефектного участка относительно неповрежденного, с выявлением количественного и качественного состава повреждений.

Методы капиллярного контроля:

Метод проникающих растворов — жидкостный метод капиллярного неразрушающего контроля, основанный на использовании в качестве проникающего вещества жидкого индикаторного раствора.

Метод фильтрующихся суспензий - жидкостный метод капиллярного неразрушающего контроля, основанный на использовании в качестве жидкого проникающего вещества индикаторной суспензии, которая образует индикаторный рисунок из отфильтрованных частиц дисперсной фазы.

Впервые материалы для капиллярного контроля были приведены в 1956 г. в военной спецификации MIL-1-25135, которая впоследствии (1996 г. и переиздание в 2002 г.) трансформировалась в AMS-2644 (American Material Specification).

Затем с середины шестидесятых годов начали использоваться высокочувствительные водосмываемые пенетранты. Кроме того, потребовалось учитывать гидрофильные эмульгаторы, пенетранты с чувствительностью более высокого уровня, а также распознавание различий в чувствительности сухих, водных и безводных мокрых проявителей. Экологические требования и необходимость совместимости также привели к появлению новых материалов, новых технологий и нового оборудования.

Основной метод капиллярного контроля не изменялся в течение многих лет. Внедрение современных новых материалов и технологий в основном было направлено на расширение диапазона чувствительности и повышение качества контроля. Имеется достаточное количество материалов, которые позволяют провести выбор и разработку методов, удовлетворяющих, по существу, любым требованиям чувствительности, совместимости или экологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Методы контроля проникающими веществами

При контроле проникающими веществами используют газоаналитический, газогидравлический, вакуумно-жидкостный и капиллярный методы. Первые три метода объединены понятием «течеискание».

 

 

Газоаналитический метод состоит в следующем (рис. 6). Герметически закрытый объект наполняют химически активным газом (аммиак) под давлением. В качестве индикатора используют отрезок лакмусовой бумаги или специальный портативный прибор – газоанализатор. Лакмусом либо датчиком газоанализатора медленно сканируют всю наружную поверхность объекта. В зоне, где имеется сквозной дефект, образуется утечка аммиака, в результате в этом месте лакмус темнеет, а газоанализатор дает соответствующие показания.

Метод связан с использованием ядовитого газа, поэтому необходимо применение специальных защитных средств: оператор должен выполнять контроль в противогазе и резиновых перчатках. Лакмусовый способ более дешев, так как не требует специальной аппаратуры, но при обнаружении дефектов он связан с расходом индикаторной бумаги. Газогидравлический метод в обиходе иногда называют «пузырьковым» (рис. 7).

Герметически закрытый объект наполняют воздухом под давлением и погружают в прозрачную жидкость (дюкеры – подводные переходы различных трубопроводов через водоемы – заведомо погружены в нее). В точке, где имеется сквозной дефект, образуется утечка воздуха в жидкость, в результате в этом месте в жидкости возникает цепочка восходящих пузырьков. В быту этот метод хорошо знаком велосипедистам – именно так они обнаруживают мелкие проколы в камерах колес. 

 

Вакуумно-жидкостный метод (рис. 8) широко применяется при контроле герметичности днищ и стенок резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Средствами контроля являются электрический вакуумный насос, вакуумный манометр и вакуум-камера, представляющая собой лист толстого оргстекла со штуцером, обнесенный по контуру толстой полосой пористой резины. Насос, манометр и камера соединены между собой резиновыми шлангами. В качестве индикаторного средства используется жидкое мыло или обыкновенный косметический шампунь. Контролируемый участок объекта обильно покрывают слоем мыла, накрывают вакуум-камерой и откачивают из-под нее воздух. Степень вакуума должна быть не менее –0,75 кгс/см2. Если под камерой имеется сквозной дефект, то под действием внешнего атмосферного давления наружный воздух устремляется сквозь него в полость камеры, и над дефектом возникает вспенивание мыльного слоя,

 

 

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.

 

2.Общие сведения о  методе 
Капиллярный метод позволяет обнаруживать поверхностные (т.е. выходящие на поверхность) и сквозные (т.е. соединяющие противоположные поверхности стенки) 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 наряду с другими способами используют КМК, причем индикаторную жидкость наносят с одной стороны стенки, а регистрируют с другой. Процесс капиллярного контроля состоит из следующих основных операций (рис. 9.1): 

а) очистка поверхности 1 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.

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 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 поверхности стенки от проявителя. 

 

 

 

 

4. Физические явления, лежащие  в основе капиллярного контроля

 

 Знание физических явлений, лежащих в основе операций  капиллярного контроля, позволяет  принимать меры для повышения  чувствительности и надежности  контроля и исключать факторы, снижающие чувствительность и  приводящие к неадекватным результатам.

Физические свойства проникающих веществ

- вязкость;

- поверхностное натяжение;

- смачиваемость;

- удельный вес;

- летучесть;

- точка воспламенения (температура  вспышки);

- растворимость;

- чувствительность к загрязнениям;

- токсичность;

- запах;

- инертность.

Смачивание детали дефектоскопическими материалами – главное условие капиллярного контроля. Смачивание определяется взаимным притяжением молекул жидкости и твердого тела. Как известно, на границе двух сред (например, жидкость – воздух) силы взаимного притяжения между молекулами жидкости и воздуха отличаются от сил притяжения между молекулами внутри жидкости и внутри воздуха. Контактирующие среды вблизи поверхности обладают некоторым избытком потенциальной энергии по сравнению с молекулами, находящимися внутри отдельно взятого вещества. Этот избыток называется свободной энергией поверхности. Свободная энергия молекул на поверхности больше, чем у молекул внутри вещества. В связи с этим молекулы стремятся уйти внутрь вещества, и в результате среда вынуждена приобретать форму с минимальной наружной поверхностью. Так, жидкость в невесомости под влиянием этого явления имеет форму шара. Поскольку поверхности стремятся сократиться, возникает сила поверхностного натяжения. Величину поверхностного натяжения определяют работой, измеряемой в джоулях на квадратный метр (Дж/м2), необходимой для образования единицы площади поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз.  Если на границе раздела сред выделить произвольную площадку, то 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, измеряют в ньютонах на метр (Н/м) и обозначают σ. Два равноправных определения поверхностного натяжения соответствуют двум применяемым для его измерения единицам: Дж/м2 и Н/м. С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается. Величины поверхностного натяжения для наиболее распространенных дефектоскопических материалов при температуре 20 °С и нормальном атмосферном давлении даны в табл. 4. 

 

Таблица 4 Значения поверхностного натяжения дефектоскопических материалов

Как видно из таблицы, в капиллярной дефектоскопии используются жидкости с относительно низким поверхностным натяжением. Для иллюстрации природы явления смачивания рассмотрим каплю жидкости, лежащую на поверхности твердого тела (рис. 10). 

 

 Силой тяжести пренебрегаем, так как капля мала. На единицу  длины периметра, где соприкасаются  твердое тело, жидкость и газ, действуют три силы поверхностного  натяжения, направленные по касательным  к соответствующим границам раздела: «твердое тело – газ» σ т.г, «твердое тело – жидкость»  σ т.ж, «жидкость – газ» σ  ж.г. Как правило, во всех справочниках  для σ ж.г принято обозначение  σ.  Когда капля находится в  состоянии покоя, равнодействующая  проекций этих сил на поверхность  твердого тела равна нулю:

Угол θ называют краевым углом смачивания. Он измеряется со стороны жидкости. Если σт.г > σт.ж, то он острый. Из рисунка видно, что при этом жидкость смачивает твердое тело. Чем меньше θ, тем сильнее смачивание. Предельный случай (θ = 0) будет соответствовать полному смачиванию, т.е. растеканию жидкости по поверхности твердого тела до толщины молекулярного слоя. Если σ т.г <σ т.ж, то θ > 90° – тупой и cos θ отрицателен. Это означает, что жидкость не смачивает твердое тело. Формальным пределом смачивания и несмачивания взят угол θ = 90° (смачивание 0 <θ < 90° и несмачивание 90° < θ < 180°). При этом в первом случае жидкость будет подниматься в капилляре, а во втором – опускаться ниже уровня в сосуде (рис. 11). 

 Поверхностное натяжение характеризует  свойство самой жидкости, a σ cos θ  – смачиваемость этой жидкостью  поверхности данного твердого  тела. Составляющую силы поверхностного  натяжения σ cos θ, «размазывающую»  каплю по 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. Чем ниже поверхностное натяжение, тем выше проникающая способность. Другим термином, используемым в  литературе по пенетрантам, является  «эффективность удерживания дефекта». Этот термин отражает способность  пенетранта образовывать индикаторный  рисунок так, чтобы его размеры  были достаточны для визуального  обнаружения.

Сильное влияние на смачивание оказывает состояние поверхности ее (микрорельеф и чистота). Например, слой масла на поверхности стали или стекла резко ухудшает ее смачиваемость водой, σ cos θ становится отрицательным. Поэтому важна роль очистки поверхности от жиров, масел и других загрязнений детали перед капиллярным контролем. Адгезия и когезия. Физическая сущность смачивания особенно хорошо объясняется через понятия адгезии и когезии. Понятие когезии определяется взаимодействием внутри жидкости или твердого тела и характеризуется работой когезии А к, т.е. работой, необходимой для разрыва столбика жидкости или твердого тела с поперечным сечением единичной площади. Адгезия характеризуется явлениями, связанными с взаимодействием приведенных в соприкосновение различных тел, и определяется работой адгезии А а, т.е. той работой, которая затрачивается при разрыве единицы площади межфазного поверхностного слоя. Очевидно, что работа когезии Ак равна удвоенному поверхностному натяжению а, поскольку при разрыве столбика жидкости (или твердого тела) единичной поверхности образуются две новые поверхности. Так, например, при разрыве столбика жидкости работа когезии равна А к = 2σ. Работа адгезии А а сопровождается образованием двух единичных поверхностей и ликвидацией межфазной поверхности. Чем больше адгезия, тем лучше происходит смачивание.