Чувствительность методов неразрушающего контроля: капиллярного и радиографического

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО профессионального образования

«тюменский государственный НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт транспорта

 

 

 

 

 

Кафедра ТУР   

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по дисциплине: "Диагностика оборудования"

 

на тему: «Чувствительность методов неразрушающего контроля: капиллярного и радиографического».

 

 

 

 

 

 

 

 

        

Выполнил: студент группы ЭОТб(зс) 12-1

Андреянов В.В.

   

                                   Проверил: К.т.н. А.Л. Пимнев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Тюмень – 2015

Содержание

 

 

Введение            3

I. Капиллярный метод неразрушающего контроля     5

 II. Радиографический метод неразрушающего контроля   11      

Заключение          19

Список литературы         20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В целях обеспечения требуемого качества конечного продукта (законченного производством изделия) необходимо вести контроль не только качества материала, но и соблюдения режимов технологических процессов, «контролировать геометрические параметры, качество обработки поверхности деталей и др. Технические измерения, оценка качества обработанной поверхности (овальность, конусность, шероховатость и др.) несут информацию о внешней стороне дела. Это очень важно, но еще более важно проникнуть в материал, знать его структуру, химический состав, качество и глубину термической обработки, распределение внутренних напряжений, характер и распределение возможных внутренних и поверхностных металлургических дефектов.

Существуют различные методы контроля, их можно разделить на две большие группы: контроль качества с разрушением и без разрушения материала (заготовки, детали).

Более эффективный контроль дефектов, нарушающих сплошность, однородность макроструктуры металла, отклонений химического состава следует проводить с помощью физических методов неразрушающего контроля – дефектоскопии, основанных на исследовании изменений физических характеристик металла. При использовании неразрушающих методов контроля устанавливаются нормы браковки, в противном случае изделия могут незаслуженно выбраковываться или, наоборот, проникать в эксплуатацию с дефектами. Применять методы неразрушающего контроля необходимо с учетом их возможности, чувствительности, производительности, эффективности.

Неразрушающий контроль дает возможность проверить качество конструкций и материалов до вовлечения их в строительство и тем самым не допустить использования дефектных конструкций при строительстве, а, следовательно, предотвратить аварии и катастрофы. Данные о дефектах, полученные на ранних стадиях производства, позволяют техническим службам предприятия совершенствовать технологические процессы, улучшать режимы обработки металла в горячем и холодном состоянии. Применяя методы неразрушающего контроля, можно уменьшить вес деталей и всего изделия в целом путем уменьшения коэффициентов запаса прочности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Капиллярный метод неразрушающего контроля

 

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

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.

Капиллярная дефектоскопия предназначена для выявления невидимых или слабо видимых невооруженным глазом поверхностных и сквозных дефектов (трещины, поры, раковины, непровары, межкристаллическая коррозия, свищи и т.д.) в объектах контроля, определения их расположения, протяженности и ориентации по поверхности. Капиллярные методы неразрушающего контроля основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетрантов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объекта контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуальным способом или с помощью преобразователя.

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. 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.).

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

 

Приборы и оборудования для капиллярного контроля:

• Наборы для капиллярной дефектоскопии  (очистители, проявители, пенетранты)
• Пульверизаторы
• Пневмогидропистолеты
• Источники ультрафиолетового освещения (ультрафиолетовые фонари, осветители)
• Испытательные панели (тест-панель)

Чувствительность капиллярного контроля – способность выявления несплошностей данного размера с заданной вероятностью при использовании конкретного способа, технологии контроля и пенетрантной системы. Согласно ГОСТ 18442-80 класс чувствительности контроля определяют в зависимости от минимального размера выявленных дефектов с поперечными размером 0,1 - 500 мкм.

Выявление дефектов, имеющих ширину раскрытия более 0,5 мм, капиллярными методами контроля не гарантируется.

С чувствительностью по 1 классу с помощью капиллярной дефектоскопии контролируют лопатки турбореактивных двигателей, уплотнительные поверхности клапанов и их гнезд, металлические уплотнительные прокладки фланцев и др. (выявляемые трещины и поры величиной до десятых долей мкм). По 2 классу проверяют корпуса и антикоррозийные наплавки реакторов, основной металл и сварные соединения трубопроводов, детали подшипников (выявляемые трещины и поры величиной до нескольких мкм).

Чувствительность дефектоскопических материалов, качество промежуточной очистки и контроль всего капиллярного процесса определяются на контрольных образцах (эталонах для цветной дефектоскопии ЦД), т.е. на металлических определенной шероховатости с нанесенными на них нормированными искусственными трещинами (дефектами).

Класс чувствительности контроля определяют в зависимости от минимального размера выявляемых дефектов. Постигаемую чувствительность в необходимых случаях определяют на натурных объектах или искусственных образцах с естественными или имитируемыми дефектами, размеры которых уточняют металлографическими или другими методами анализа.

Согласно ГОСТ 18442-80 класс чувствительности контроля определяется в зависимости от размера выявляемых дефектов. В качестве параметра размера дефекта принимается поперечный размер дефекта на поверхности объекта контроля – так называемая ширина раскрытия дефекта. Поскольку глубина и длина дефекта также оказывают существенное влияние на возможность его обнаружения (в частности, глубина должна существенно больше раскрытия), эти параметры считаются 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 на поверхности.

Установлено 5 классов чувствительности (по нижнему порогу) в зависимости от размеров дефектов:

Класс чувствительности	Ширина раскрытия дефекта, мкм
I	Менее 1
II	От 1 до 10
III	От 10 до 100
IV	От 100 до 500

Капиллярный метод неразрушающего контроля (ГОСТ 18442-80) основан на капиллярном проникновении внутрь дефекта индикаторной жидкости и предназначен для выявления дефектов, имеющих выход на поверхность объекта контроля. Данный метод пригоден для выявления несплошностей с поперечными размером 0,1 - 500 мкм, в том числе сквозных, на поверхности черных и цветных металлов, сплавов, керамики, стекла и т.п. Широко применяется для контроля целостности сварного шва. Цветной или красящий пенетрант наносится на поверхность объекта контроля. Благодаря особым качествам, которые обеспечиваются подбором определенных физических свойств пенетранта: поверхностного натяжения, вязкости, плотности, он, под действием капиллярных сил, проникает в мельчайшие дефекты, имеющие выход на поверхность объекта контроля. Проявитель, наносимый на поверхность объекта контроля через некоторое время после осторожного удаления с поверхности пенетранта, растворяет находящийся внутри дефекта краситель и за счет диффузии “вытягивает” оставшийся в дефекте пенетрант на поверхность объекта контроля.

Имеющиеся дефекты видны достаточно контрастно. Индикаторные следы в виде линий указывают на трещины или царапины, отдельные точки - на поры.

Процесс обнаружения дефектов капиллярным методом разделяется на 5 стадий (проведение капиллярного контроля):

1. Предварительная очистка поверхности (используют очиститель)
2. Нанесение пенетранта
3. Удаление излишков пенетранта
4. Нанесение проявителя
5. Контроль

 

Основные капиллярные методы неразрушающего контроля подразделяют в зависимости от типа проникающего вещества на следующие:

• 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.

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

• люминесцентный метод, основанный на регистрации контраста люминесцирующего в длинноволновом ультрафиолетовом излучении видимого индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля;
• контрастный (цветной) метод, основанный на регистрации контраста цветного в видимом излучении индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля.
• люминесцентно-цветной метод, основанный на регистрации контраста цветного или люминесцирующего индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля в видимом или длинноволновом ультрафиолетовом излучении;
• яркостный метод, основанный на регистрации контраста в видимом излучении ахроматического рисунка на фоне поверхности объекта контроля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Радиографический метод неразрушающего контроля

 

Радиографические методы радиационного неразрушающего контроля основаны на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в радиографический снимок или запись этого изображения на запоминающем устройстве с последующим преобразованием в световое изображение.

На практике этот метод наиболее широко распространен в связи с его простотой и документным подтверждением получаемых результатов. В зависимости от используемых детекторов различают:

• пленочную радиографию
• ксерорадиографию (электрорадиографию).

В первом случае детектором скрытого изображения и регистратором статического видимого изображения служит фоточувствительная пленка, во втором — полупроводниковая пластина, а в качестве регистратора используют обычную бумагу.

В зависимости от используемого излучения различают несколько разновидностей промышленной радиографии:

1. рентгенографию;
2. гаммаграфию;
3. ускорительную;
4. нейтронную радиографию.

Каждый из перечисленных методов имеет свою сферу использования. Этими методами можно просвечивать стальные изделия толщиной от 1 до 700 мм.

Детали, узлы, изделия поступают на просвечивание после визуального контроля очищенными от масла, грязи, шлака и т.п. На контролируемые узлы изделий разрабатываются технологические карты контроля, которые определяют порядок и технику контроля с использованием ионизирующих излучений.

Перед просвечиванием новых объектов выполняются следующие операции:

1. анализируются конструкции, и определяются участки и схемы просвечивания;
2. выбираются источники излучения, тип рентгенографической пленки, усиливающие экраны;
3. определяются режимы просвечивания (напряжение на рентгеновской трубке и сила тока, тип радиоактивного источника, тип ускорителя и энергия излучения, фокусное расстояние, время просвечивания);
4. проводятся мероприятия по защите людей от воздействия ионизирующего излучения, по обеспечению электро- и пожаробезопасности;
5. заряжаются кассеты;
6. устанавливаются с помощью средств механизации и автоматизации в положение просвечивания источники излучения и контролируемые объекты, а также кассеты, маркировочные знаки, эталоны чувствительности, компенсаторы;
7. защищается кассета от действия рассеянного излучения;
8. подготавливаются к включению рентгеновские аппараты, бетатроны, гамма-дефектоскопы.

Места на деталях и узлах изделий, подлежащие контролю просвечиванием, размечают цветным карандашом или мелком на отдельные участки, соответствующие размеру снимка, и маркируют условными обозначениями. Маркировочные знаки (цифры, буквы, стрелки) изготавливают в соответствии с ГОСТ 15843-70. При повторном контроле на данном участке к маркировке снимка добавляют букву "П".

При проведении просвечивания кассету с пленкой необходимо защитить от постороннего рассеянного и вторичного излучения с задней стороны листовым свинцом толщиной 1-3 мм или другими эквивалентными материалами соответствующей толщины. Заряженные кассеты вместе со свинцовым листом закрепляют на контролируемом объекте с помощью приспособлений, обеспечивающих плотное прилегание кассет к просвечиваемому участку. При просвечивании плоских деталей в стационарных условиях кассету укладывают на специальный стол, покрытый листовым окрашенным свинцом, либо на свинцовый лист размерами не менее поля облучения.

При просвечивании вне такого стола кассеты вместе со свинцовыми листами плотно прижимают к контролируемым участкам. Источник излучения и контролируемый объект с прижатой к нему кассетой во время просвечивания должны находиться в условиях, исключающих их сотрясение и вибрации.

Радиографический контроль необходимо проводить с оптимальным применением средств механизации и автоматизации основных и подготовительных операций, фотообработки рентгеновской пленки, а также с использованием оснастки и приспособлений, повышающих эксплуатационные характеристики основного оборудования.

Выбор или создание устройств, механизирующих и автоматизирующих операции радиографического контроля, следует проводить с учетом конкретных условий, конструкции контролируемых объектов, технико-экономической эффективности от внедрения этих устройств, включающей в себя снижение трудоемкости выполнения контрольных операций, улучшение культуры и условий труда, рациональное использование производственных площадей.

В практической деятельности радиографы постоянно сталкиваются с необходимостью решения новых задач по контролю конкретных изделий, когда применение просвечивания в обычной форме их не решает.

Приведем несколько таких примеров:

Полностью пропаянное соединение иногда трудно отличить по радиографическому снимку от полностью непропаянного. В этом случае необходимо обратить внимание на то, как на снимке выглядят галтели. Наличие их изображения на снимке может служить признаком пропаянного соединения.

При радиографическом контроле качества сварных швов алюминиевых сплавов на снимках иногда наблюдаются полосы вдоль сварного соединения, это так называемые ложные дефекты.

Основная причина их появления — дифракция рентгеновского излучения на зернистой структуре в металле шва.

Известно, что дефекты, имеющие плоскостной характер, плохо выявляются при просвечивании в направлении, перпендикулярном плоскости раскрытия.

Это относится к непроварам точечной сварки, отсутствию клея в клеевых, клеесварных и клеемеханических соединениях. В этом случае иногда между соединяемыми поверхностями (или в клей) вводят контрастирующие материалы (например, металлическую пудру), хорошо

поглощающие излучение, распределение которых отчетливо выявляется по радиографическим снимкам.

Глубину залегания дефектов можно определить, используя принципы стереоскопии. Для этого делают два снимка при смещенных относительно друг друга положениях источника излучения или один снимок, производя просвечивание на одну пленку два раза из разных положений. На поверхностях изделия располагают свинцовые метки.

Глубину залегания дефекта определяют расчетным путем или рассматривая стереоскопическую пару снимков через специальную линзовую стереоскопическую систему.

Специалисты по неразрушающему контролю должны работать в контакте с конструкторами изделий, материаловедами и технологами. Обязательными являются:

• проверка надежности применяемых приемов по результатам металлографического анализа;
• оценка влияния вносимых изменений в технологию изготовления (например, введение в соединение контрастирующих материалов) на прочностные свойства изделий.

Надежность радиографического контроля повышается при привлечении специалистов по неразрушающему контролю к анализу дефектоскопической технологичности вновь создаваемых конструкций на ранних стадиях проектирования.

 

Схемы просвечивания

 

Рис.1. Схемы просвечивания объекта контроля (ОК) со сварным швом:

а — без скоса кромок, б — с кромками Х-образной разделки;  1 — источник излучения; 2 — ОК; 3 — пленка

 

         

Рис.2. Схемы просвечивания тавровых     Рис.3. Схема просвечивания    таврового ОК

ОК с неполным проплавлением угла   с полным проплавлением элементов 

между стенками:      соединения.

а — правильная; б — неправильная;

Рис.4. Схема просветки кольцевого стыкового сварного соединения с внешним диаметром 32...64мм через две стенки: 1 — источник излучения; 2 — ОК; 3 — пленка;                      4 — пластинчатый эталон чувствительности с толщиной 2% от удвоенной толщины стенки; 5 — пластинчатый эталон чувствительности с толщиной 2% от толщины одной стенки; 6 — участки (экспозиции) при контроле (не менее 6)

 

Расшифровка радиографических снимков

Сложность процесса расшифровки можно оценить на основе неполного перечня факторов, влияющих на этот процесс, а именно характеристик:

• объекта контроля (ОК): форма, толщина, материал, ориентация, наиболее вероятные типы

дефектов;

• средств контроля: источника излучения, регистрирующих средств и методов их обработки;
• картины: яркости фона, плотность помех и ложных сигналов;
• оператора: острота зрения, тренированность, мотивировка действий, утомление, получение предварительного инструктажа, возраст, интеллект, индивидуальные особенности, рабочая нагрузка, метод поиска;
• разнородных факторов: освещенность в помещении, шумы и вибрации во времени расшифровки.

Следует отметить, что оператор обнаруживает изображения дефектов вероятностным образом. Разброс у определенных опытных расшифровщиков радиографических снимков в способности извлекать информацию из снимков составляет около 30 %. Очевидно, что даже при самых лучших возможных условиях обучения и опыта квалифицированные расшифровщики изображений на пленках вряд ли достигнут согласия более чем в 90 - 95 % случаев. Поэтому во всех случаях, когда качество готовой продукции является важным фактором безопасности, минимум два квалифицированных оператора должны оценивать качество ОК по снимкам и выносить заключение.

Контрольные радиографические снимки являются ценным пособием при обучении и расшифровке.

Кроме этого, рекомендуется иметь собственную библиотеку радиографических снимков и соответствующих фотографий микрошлифов дефектных участков ОК.

Острота зрения является существенным параметром для первого этапа трехэтапного процесса расшифровки: обнаружение, опознавание, оценка. Острота зрения человека может меняться изо дня в день в зависимости от физиологических факторов. Понимание этого стимулирует ежедневную проверку остроты зрения, например, с помощью диапозитивов, на которых имеются изображения линейчатых дефектов с резкими и размытыми очертаниями.

Условия для просмотра снимков также имеют важное значение при расшифровке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Дефектоскопия — равноправное и неотъемлемое звено технологических процессов, позволяющее повысить надёжность выпускаемой продукции.

Однако методы дефектоскопии не являются абсолютными, т.к. на результаты контроля влияет множество случайных факторов. Об отсутствии дефектов в изделии можно говорить только с той или иной степенью вероятности. Надёжности контроля способствует его автоматизация, совершенствование методик, а также рациональное сочетание нескольких методов. Годность изделий определяется на основании норм браковки, разрабатываемых при их конструировании и

составлении технологии изготовления. Нормы браковки различны для разных типов изделий, для однотипных изделий, работающих в различных условиях, и даже для различных зон одного изделия, если они подвергаются различному механическому, термическому или химическому

воздействию.

Применение дефектоскопии в процессе производства и эксплуатации изделий даёт большой экономический эффект за счёт сокращения времени, затрачиваемого на обработку заготовок с внутренними дефектами, экономии металла и др. Кроме того, дефектоскопия играет значительную роль в предотвращении разрушений конструкций, способствуя увеличению их надёжности и долговечности.

 

 

 

 

Список литературы

1. Грузинов В.П., Грибов В.Д. Экономика предприятия. Учебное пособие. - М.: ИЭП, 2004.
2. Контроль качества изделий методами неразрушающего контроля. М.Ф.Капустьян, В.А.Рыбник. ОмГУПС, Омск 2002, 27 c.
3. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т.3: Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. – М.: Машиностроение, 2004. – 864 с.
4. Сучков Г. М. О главном преимуществе ЭМА способа // Дефектоскопия. 2000. № 10. С. 67 70.
5. Современные методы контроля материалов без разрушения, под ред. С. Т. Назарова, 2004.