Методы контроля проникающими веществами

Рис. 9.6. Пример формуляра на набор дефектоскопических материалов	Рис. 9.7. Стационарная установка КД-20Л для люминесцентного контроля

Промышленностью освоен выпуск нескольких типов аппаратов для УФ-облучения. Для контроля мелких и средних деталей; применяют стационарные установки. Например, установка КД-20Л (рис. 9.7) имеет облучатель, подвижный в трех направлениях, контролируемое изделие располагают на столе переменной высоты. Для контроля крупногабаритных изделий применяют переносные установки, например установку типа КД-32Л (рис. 9.8) масой 5 кг. 
Ультрафиолетовая облученность объекта контроля должна лежать в пределах 750...3000 мкВт/см2. Ее проверяют по схеме рис. 9.9 и в затемненном помещении под проверяемым УФ-облучателем 1 устанавливают белый люминесцентный экран, изготовленный по технологии, изложенной в ГОСТ 18442 - 80. Расстояние D должно быть равным расстоянию от облучателя до места контроля. Параллельно экрану устанавливают датчик люксметра 2 типа Ю-16 или Ю-116, перед входным окном которого располагают светофильтр 3 из стекла типа ЖС4 толщиной 5 мм. Светофильтр поглощает УФ- и пропускает видимое излучение. Облученность определяют по показаниям люксметра в относительных единицах. За относительную единицу интегральной облученности принимают облученность, при которой люминесцирующий экран излучает световой поток, создающий освещенность в 1 лк. 
Проверяют также подсветку объекта контроля видимым светом, излучаемым УФ-облучателем 1. Для этого датчик 2 с фильтром 3 располагают на месте экрана (рис. 9.9, б). Подсветка не должна превосходить 30 лк.

Рис. 9.8. Переносная установка КД-32Л для люминесцентного контроля	Рис. 9.9. Схема проверки ультрафиолетовой облученности (а) и подсветки видимым светом (б) от ультрафиолетового облучателя

Чем глубже дефект, тем быстрее появляется изображение, больше яркость и размер индикаций. С учетом этого полезно производить осмотр 2 раза: через 5...10 мин после начала проявления, когда глубокие дефекты дают четкие индикации, правильнее отображающие форму дефекта, и в конце проявления, когда индикации от глубоких дефектов расплылись, но стали более заметными и появились индикации от неглубоких дефектов. Результаты контроля заносят в журнал и составляют заключение по контролю. 
Окончательную очистку объекта после контроля осуществляют влажной протиркой, промывкой водой или растворителем, обдувкой песком или другим абразивным материалом. Пленочный проявитель отклеивают. Иногда выжигают проявитель нагреванием. Если на эксплуатационные качества объекта контроля следы процесса капиллярной дефектоскопии не влияют то операцию очистки не проводят. 
Расход дефектоскопических материалов зависит от качества поверхности контролируемого объекта, ее расположения, консистенции материалов, способа их нанесения. Расход пенетранта 0,3...0,5 л/м2. Большее значение соответствует неровной поверхности объекта контроля, вертикальному расположению поверхности. Очистителя расходуется в 2...3 раза больше, чем пенетранта. Расход порошкообразного проявителя 40...50 г, а суспензии—300 г на 1 л пенетранта.

 

Капиллярный метод также может быть использован в целях течеискания. Для этого одну поверхность стенки объекта покрывают проявителем, а другую (противоположную) – пенетрантом. Если в данной зоне имеется сквозной дефект (течь), пенетрант через некоторое время проникнет сквозь него в проявитель и вызовет на противоположной поверхности различимый след.  Основываясь на этом, в 2004 г. студентом М.Н. Лычковским и доцентом А.А. Сельским (Красноярский государственный технический университет) было предложено существенно упростить процедуру диагностирования нижних уторных швов нефтепродуктовых резервуаров на предмет течей и переложить ее на плечи владельца резервуара . Для этого следует покрыть уторный шов снаружи равномерным слоем мелового раствора и периодически осматривать побеленный шов на предмет сырых пятен в известковом слое, при необходимости восстанавливая побелку. Здесь пенетрантом выступает сама хранимая жидкость. Это хотя формально и относится к сфере неразрушающего контроля методом проникающих веществ, однако не требует ни высокой квалификации в области диагностики, ни затрат на привлечение специалистов, ни расходов на средства контроля и в то же время позволяет владельцу своевременно обнаружить нарушение герметичности шва и принять меры по ее устранению.

Таким образом, выделены шесть различных методов капиллярного контроля, которые выглядят следующим образом:

 

Тип I. Флуоресцентные методы:

метод А: водосмываемый (Группа IV);

метод В: последующего эмульгирования (Группы V и VI);

метод С: органорастворимый (Группа VII);

 

Тип II. Цветные методы:

метод А: водосмываемый (Группа III);

метод В: последующего эмульгирования (Группа II);

метод С: органорастворимый (Группа I).

 

Размер индикаторного рисунка зависит от объема поглощенного несплошностью пенетранта. Более длинная несплошность (более длительное время проникновения) удерживает большее количество пенетранта, который остается в трещине и, поступая в проявитель, образует индикаторный рисунок. Кроме влияния, оказываемого объемом пенетранта, длина несплошности обычно является основным параметром размера индикаторного рисунка, обеспечивая его различение невооруженным глазом. Очень тонкие повреждения или трещина, вызванная коррозией, могут привести к появлению индикаторного рисунка, который слишком узок для визуального определения, поскольку его длина недостаточна для обнаружения. Проведенное в 1970 г. исследование показало, что люминесцентный индикаторный рисунок длиной 0,25 мм может быть обнаружен примерно в 45 % случаев при достоверности 95 %; а длиной 1,1 мм - в 90 % случаев с достоверностью 95 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Применение метода и объекты 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.

Эффективность каждой операции зависит от нескольких физических явлений, определяемых физико-химическими свойствами контактирующих сред и материала объекта. Однако сложность выбора свойств дефектоскопических материалов состоит в том, что в разных операциях одна и та же жидкость должна иметь даже противоположные свойства. Так, при заполнении трещины индикаторная жидкость должна обладать хорошей проникающей способностью, чтобы как можно лучше заполнить полость дефекта. Но парадокс состоит в том, что такую жидкость затем трудно извлечь из трещины при проявлении. В результате пенетрант останется в трещине и не образует следа на поверхности, т.е. трещина таким пенетрантом не будет обнаружена.

 

Кроме того, следует сразу обратить внимание на то, что кроме взаимодействия жидких дефектоскопических материалов с твердыми поверхностями нельзя не принимать во внимание взаимодействие жидкостей между собой, а также с газами. Явления растворения, адсорбции, эмульгирования, диффузии серьезно влияют на конечный результат контроля, прежде всего на его чувствительность. При комбинированных способах контроля, включающих в себя капиллярный метод, картину осложняют физические поля (акустическое, магнитное, электромагнитное) и те явления, которые возникают при их взаимодействии с жидкими и твердыми дефектоскопическими материалами. 
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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Чувствительность капиллярного контроля и ее проверка.

В России капиллярный метод регламентирован стандартом ГОСТ 18442-80 «Качество продукции. Неразрушающий контроль. Капиллярные методы. Общие требования». Этот стандарт устанавливает 5 классов чувствительности, характеристики которых приведены в табл. 5.  
Чувствительность КМК определяют по размеру наименьших выявляемых реальных или искусственно инициированных дефектов. Согласно ГОСТ 18842 - 80 основным параметром дефекта, по которому оценивают чувствительность, служит ширина его раскрытия. Поскольку глубина и длина дефекта также оказывают существенное влияние на возможность его обнаружения (в частности, глубина должна быть существенно больше раскрытия), эти параметры считают стабильными. 
Нижний порог чувствительности, т.е. минимальная величина раскрытия выявленных дефектов 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 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.