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.

Растворимость состоит в распределении молекул растворяемого вещества среди молекул растворителя. В капиллярном методе контроля растворение применяют при подготовке объекта к контролю (для очистки полости дефектов). Растворение газа (обычно воздуха), собравшегося у конца тупикового капилляра (дефекта) в пенетранте, существенно повышает предельную глубину проникновения пенетранта в дефект.

Для оценки взаимной растворимости двух жидкостей применяют эмпирическое правило, согласно которому «подобное растворяется в подобном». Например, углеводороды хорошо растворяются в углеводородах, спирты — в спиртах и т.д. Взаимная растворимость жидкостей и твердых тел в жидкости, как правило, увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов, как правило, уменьшается с повышением температуры и улучшается при повышении давления.

Сорбция (от лат. sorbeo — поглощаю) — это физико-химический процесс, в результате которого происходит поглощение каким-либо веществом газа, пара или растворенного вещества из окружающей среды. Различают адсорбцию — поглощение вещества на поверхности раздела фаз и абсорбцию — поглощение вещества всем объемом поглотителя. Если сорбция происходит преимущественно в результате физического взаимодействия веществ, то ее называют физической.

В капиллярном методе контроля для проявления используют главным образом явление физической адсорбции жидкости (пенетранта) на поверхности твердого тела (частиц проявителя). Это же явление вызывает осаждение на дефекте контрастных веществ, растворенных в жидкой основе пенетранта.

Диффузия (от лат. diffusio — распространение, растекание) — движение частиц (молекул, атомов) среды, приводящее к переносу вещества и выравнивающее концентрацию частиц разного сорта. В капиллярном методе контроля явление диффузии наблюдается при взаимодействии пенетранта с воздухом, сжатым в тупиковом конце капилляра. Здесь этот процесс неотличим от растворения воздуха в пенетранте.

Важное применение диффузии при капиллярной дефектоскопии — проявление с помощью проявителей типа быстросохнущих красок и лаков. Частицы пенетранта, заключенного в капилляре, входят в контакт с таким проявителем (в первый момент — жидким, а после застывания — твердым), нанесенным на поверхность ОК, и диффундируют через тонкую пленку проявителя к противоположной его поверхности. Таким образом, здесь используется диффузия молекул жидкости сначала через жидкое, а потом через твердое тело.

Процесс диффузии обусловлен тепловым движением молекул (атомов) или их ассоциаций (молекулярная диффузия). Скорость переноса через границу определяется коэффициентом диффузии, который является постоянным для даной пары веществ. Диффузия возрастает с повышением температуры.

Диспергирование (от лат. dispergo — рассеиваю) — тонкое размельчение какого-либо тела в окружающей среде. Диспергирование твердых тел в жидкости играет существенную роль при очистке поверхности от загрязнений.

Эмульгирование (от лат. emulsios — выдоенный) —образование дисперсной системы с жидкой дисперсной фазой, т.е. диспергирование жидкости. Пример эмульсии — молоко, состоящее из мельчайших капель жира, взвешенных в воде. Эмульгирование играет существенную роль при очистке, удалении, излишков пенетранта, приготовлении пенетрантов, проявителей. Для активизации эмульгирования и сохранения эмульсии в стабильном состоянии применяют вещества-эмульгаторы.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — вещества, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел (сред, фаз), понижая ее свободную энергию. ПАВ добавляют в средства для очистки поверхности ОК, вводят в пенетранты, очистители, поскольку, они являются эмульгаторами.

Важнейшие ПАВ растворяются в воде. Их молекулы имеют гидрофобную и гидрофильную части, т.е. смачиваемую и несмачиваемую водой. Проиллюстрируем действие ПАВ при смывании масляной пленки. Обычно вода ее не смачивает и не удаляет. Молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности пленки, ориентируются к ней своими гидрофобными концами, а гидрофильными — к водяной среде. В результате происходит резкое усиление смачиваемости, и жировая пленка смывается.

Суспензия (от лат. supspensio — подвешиваю) — грубодисперсная система с жидкой дисперсной средой и твердой дисперсной фазой, частицы которой достаточно крупны и довольно быстро выпадают в осадок или всплывают. Суспензии приготавливают обычно механическим размельчением и размешиванием.

Люминесценция (от лат. lumen — свет) — свечение некоторых веществ (люминофоров), избыточное над тепловым излучением, обладающее длительностью 10-10 с и больше. Указание на конечную длительность нужно, чтобы отличать люминесценцию от других оптических явлений, например, от рассеяния света.

В капиллярном методе контроля люминесценцию используют как один из способов контраста для визуального обнаружения индикаторных пенетрантов после проявления. Для этого люминофор, либо растворяют в основном веществе пенетранта, либо само вещество пенетранта является люминофором.

Основной состав пенетрантов:

- высококипящие растворители;

- поверхностно-активные вещества (ПАВ);

- связующие;

- ингибиторы коррозии;

- красители (люминофоры).

Яркостный и цветовой контрасты в КМК рассматривают с точки зрения возможности глаза человека фиксировать люминесцентное свечение, цветные и темные индикации на светлом фоне. Все данные относят к глазу среднего человека, у Возможность различать степень яркости объекта называют контрастной чувствительностью. Ее определяют по различимому глазом изменению коэффициента отражения. В цветном методе контроля вводят понятие яркостно-цветового контраста, одновременно учитывающее яркость и насыщенность следа от дефекта, который нужно обнаружить.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Процессы капиллярной дефектоскопии

 
Рис. 9.3. К понятию капиллярного давления - заполнение сквозного макрокапилляра

 

 Расcмотрим хорошо известный из курса физики опыт: капиллярная трубка диаметром 2r вертикально погружена одним концом в смачивающую жидкость (рис. 9.3). Под действием сил смачивания жидкость в трубке поднимется на высоту l над поверхностью. Это явление капиллярного впитывания. Силы смачивания действуют на единицу длины окружности мениска. Суммарная их величина Fк=σcosθ2πr. Этой силе противодействует вес столба ρgπr2l, где ρ — плотность, a g — ускорение силы тяжести. В состоянии равновесия σcosθ2πr = ρgπr2l. Отсюда высота подъема жидкости в капилляре l= 2σ cos θ/(ρgr). 
В этом примере силы смачивания рассматривались как приложенные к линии соприкосновения жидкости и твердого тела (капилляра). Их можно рассматривать также как силу натяжения поверхности мениска, образуемого жидкостью в капилляре. Эта поверхность представляет собой как бы: растянутую пленку, стремящуюся сократиться. Отсюда вводится понятие капиллярного давления, равное отношению действующей на мениск силы FK к площади поперечного сечения трубки: 
                                                (9.2) 
Капиллярное давление увеличивается с увеличением смачиваемости и уменьшением радиуса капилляра. 
Более общая формула Лапласа для давления от натяжения поверхности мениска имеет вид рк=σ(1/R1+1/R2), где R1 и R2 — радиусы кривизны поверхности мениска. Формула 9.2 используется для круглого капилляра R1=R2=r/cos θ. Для щели шириной b с плоскопараллельными стенками R1®¥, R2=b/(2cosθ). В результате 
                                                  (9.3) 
На явлении капиллярного впитывания основана пропитка дефектов пенетрантом. Оценим время, необходимое для пропитки [17]. Рассмотрим расположенную горизонтально капиллярную трубку, один конец которой открыт, а другой помещен в смачивающую: жидкость. Под действием капиллярного Давления мениск жидкости движется в направлении открытого конца. Пройденное расстояние l связано с временем приближенной зависимостью. 
                                 (9.4)

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

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

Заполнение тупикового капилляра отличается тем что газ (воздух), сжатый вблизи тупикового конца, ограничивает глубину проникновения пенетранта (кривая 3 на рис. 9.4). Рассчитывают предельную глубину заполнения l1 исходя из равенства давлений на пенетрант снаружи и изнутри капилляра. Наружное давление складывается из атмосферного ра и капиллярного рк. Внутреннее давление в капилляре рв определяют из закона Бойля — Мариотта. Для капилляра постоянного сечения: pаl0S = pв(l0-l1)S; рв = раl0/(l0-l1), где l0 — полная глубина капилляра. Из равенства давлений находим 
Величина рк<<ра, поэтому глубина заполнения, рассчитанная по этой формуле, составляет не более 10% полной глубины капилляра (задача 9.1).

 
Рассмотрение заполнения тупиковой щели с непараллельными стенками (хорошо имитирующей реальные трещины) или конического капилляра (имитирующего поры) более сложно, чем капилляров постоянного сечения. Уменьшение поперечного сечения по мере заполнения вызывает увеличение капиллярного давления, но еще быстрее уменьшается объем, заполненный сжатым воздухом, поэтому глубина заполнения такого капилляра (при одинаковом размере устья) меньше, чем капилляра постоянного сечения (задача 9.1). 
Реально предельная глубина заполнения тупикового капилляра оказывается, как правило, больше расчетного значения. Это происходит за счет того, что воздух, сжатый вблизи конца капилляра, частично растворяется в пенетранте, диффундирует в него (диффузионное заполнение). Для протяженных тупиковых дефектов иногда возникает благоприятная для заполнения ситуация, когда заполнение начинается с одного конца по длине дефекта, а вытесняемый воздух выходит с другого конца. 
Кинетика движения смачивающей жидкости в тупиковом капилляре формулой (9.4) определяется лишь в начале процесса заполнения. В дальнейшем при приближении l к l1 скорость процесса заполнения замедляется, асимптотически приближаясь к нулю. 
По оценкам время заполнения цилиндрического капилляра радиусом порядка 10-3 мм и глубиной l0 = 20 мм до уровня l = 0,9l1 не более 1 с. Это значительно меньше времени выдержки в пенетранте, рекомендуемого в практике контроля, которое составляет несколько десятков минут. Различие объясняется тем, что после процесса довольно быстрого капиллярного заполнения начинается значительно более медленный процесс диффузионного заполнения. Для капилляра постоянного сечения кинетика диффузионного заполнения подчиняется закономерности типа (9.4): lp = K0t, где lр — глубина диффузионного заполнения, но коэффициент К в тысячи раз меньше, чем для капиллярного заполнения (см. кривую 2 на рис. 9.4). Он растет пропорционально увеличению давления в конце капилляра рк/(рк+ра). Отсюда следует необходимость длительного времени пропитки. 
Удаление избытка пенетранта с поверхности обычно выполняют с помощью жидкости — очистителя. Важно подобрать такой очиститель, который хорошо удалял бы пенетрант с поверхности, в минимальной степени вымывая его из полости дефекта. В капиллярной дефектоскопии используют диффузионные или адсорбционные проявители. Первые — это быстросохнущие белые краски или лаки, вторые — порошки или суспензии. 
Процесс диффузионного проявления состоит в том, что жидкий проявитель контактирует с пенетрантом в устье дефекта и сорбирует его. Затем пенетрант диффундирует в проявитель сначала — как в слой жидкости, а после высыхания краски — как в твердое капиллярно-пористое тело. Одновременно происходит процесс растворения пенетранта в проявителе, который в данном случае неотличим от диффузии. В процессе пропитки пенетрантом свойства проявителя изменяются: он уплотняется. Если применяется проявитель в виде суспензии, то на первой стадии проявления происходит диффузия и растворение пенетранта в жидкой фазе суспензии. После высыхания суспензии действует описанный ранее механизм проявления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Технология и средства контроля

 

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) 
Схема общей технологии капиллярного контроля показана на рис. 9.5.

 Отметим  основные ее этапы.

 
Рис. 9,5. Технологическая схема капиллярного контроля

Подготовительные операции имеют целью вывести на поверхность изделия устья дефектов, устранить возможность возникновения фона и ложных индикаций, очистить полость дефектов. Способ подготовки зависит от состояния поверхности и требуемого класса чувствительности. 
Механическую зачистку производят, когда поверхность изделия покрыта окалиной или силикатом. Например, поверхность некоторых сварных швов покрыта слоем твердого силикатного флюса типа «березовая кора». Такие покрытия закрывают устья дефектов. Гальванические покрытия, пленки, лаки не удаляют, если они трескаются вместе с основным металлом изделия. Если такие покрытия наносят на детали, в которых уже могут быть дефекты, то контроль выполняют до нанесения покрытия. Зачистку выполняют резанием, абразивной шлифовкой, обработкой металлическими щетками. Этими способами удаляется часть материала с поверхности. Ими нельзя зачищать глухие отверстия, резьбы. При шлифовании мягких материалов дефекты могут перекрываться тонким слоем деформированного материала. 
Механической очисткой называют обдувание дробью, песком, косточковой крошкой. После механической очистки предусматривают удаление ее продуктов с поверхности. Очистке моющими средствами и растворами подвергают все поступающие на контроль объекты, в том числе прошедшие механическую зачистку и очистку. 
Дело в том, что механическая зачистка не очищает полости дефектов, а иногда ее продукты (шлифовальная паста, абразивная пыль) могут способствовать их закрытию. Очистку выполняют водой с добавками ПАВ и растворителями, в качестве которых используют спирты, ацетон, бензин, бензол и др. С их помощью удаляют консервирующую смазку, некоторые лакокрасочные покрытия: При необходимости обработку растворителями выполняют несколько раз. 
Для более полной очистки поверхности и полости дефектов применяют способы интенсификации очистки: воздействие парами органических растворителей, химическое травление (помогает удалению с поверхности продуктов коррозии), электролиз, прогрев ОК, воздействие низкочастотными ультразвуковыми колебаниями. 
После очистки проводят сушку поверхности. Этим удаляют остатки моющих жидкостей и растворителей из полостей дефектов. Сушку интенсифицируют повышением температуры, обдувом, например используют струю теплового воздуха из фена. 
К пенетрантам предъявляют целый ряд требований. Хорошая смачиваемость поверхности — главное из них. Как говорилось ранее, для этого пенетрант должен иметь достаточно высокое поверхностное натяжение и краевой угол, близкий к нулю при растекании по поверхности. Чаще всего в качестве основы пенетрантов используют такие вещества, как керосин, жидкие масла, спирты, бензол, скипидар, у которых поверхностное натяжение (2,5...3,5)10-2 Н/м. Реже используют пенетранты на водяной основе с добавками ПАВ. Для всех этих веществ cos θ не менее 0,9. 
Второе требование к пенетрантам — низкая вязкость. Она нужна для сокращения времени пропитки. Третье важное требование — возможность и удобство обнаружения индикаций. По контрасту пенетранта КМК разделяют на ахроматический (яркостный), цветной, люминесцентный и люминесцентно-цветной. Кроме того, существуют комбинированные КМК, в которых индикации обнаруживают не визуально, а с помощью различных физических эффектов. По типам пенетрантов, точнее по способам их индикации, осуществляют классификацию КМК. 
Примером ахроматического КМК является так называемая «керосиновая проба», до настоящего времени довольно широко применяемая в некоторых производствах. В ней в качестве пенетранта используют керосин, а в качестве проявителя — мел, на котором выступивший керосин оставляет темные следы. Для придания цветового контраста в названные выше смачивающие вещества добавляют оранжевые или красные красители типа «50», «Ж», «Судан». Люминесцирующими свойствами обладают некоторые из смачивающих веществ: нориол, трансформаторное масло. Люминесценция вызывается или усиливается введением специальных добавок (флюороля, дефектоля, триэтаноламина). Люминесценции индикаций несколько лучше обнаруживается глазом, чем цветовой контраст, но требует УФ-облучателей и выполняется в условиях затемнения. Существуют люминесцентно-цветные пенетранты, которые можно обнаруживать обоими способами. Пример такого пенетранта — родамин С, растворяемый в этиловом спирте. 
В рецептуре некоторых пенетрантов предусмотрено введение небольшого количества эмульгаторов ОП-7, ОП-10. Они способствуют повышению смачивающих свойств, образованию эмульсий плохо растворимых добавок в смачивающей жидкости. Дополнительными требованиями к пенетрантам являются минимальная вредность для окружающего персонала, хотя полностью избежать вредного действия иногда не удается; минимальное корродирующее действие на изделие (антикоррозионный пенетрант не должен содержать более 1% серы и хлора); небольшая стоимость. 
Отметим некоторые комбинированные методы, Где пенетрант в индикациях обнаруживают с помощью преобразователей. В капиллярно-радиоактивном методе используют пенетрант в виде спирта с добавками радиоактивного хлористого цезия-137. Это позволяет обнаруживать дефекты по гамма-излучению. Метод очень чувствителен, но опасен для персонала. В капиллярно-вихретоковом методе применяют пенетранты, обнаруживаемые по их электропроводности с помощью вихретокового датчика. Такие пенетранты (например, раствор олеиновой кислоты и оксида магния в керосине) применяют при контроле неэлектропроводящих материалов. 
Специфическим видом пенетранта является фильтрующаяся суспензия. В жидкий пенетрант добавляют нерастворимый порошок с диаметром частиц 0,01...0,1 мм, обладающий цветовым контрастом или люминесценцией. Порошок не проникает в дефект, а фильтруется и скапливается у его устья. Такой пенетрант не требует проявления. 
В настоящее время промышленность выпускает готовые пенетранты для контроля. Поэтому необходимость в точном знании рецептуры отпадает. Люминесцентные пенетранты марок ЛЖ с различными индексами пригодны для контроля металлов, пластмасс, стекла, керамики при температуре 15…35°C. Цветной пенетрант марки К применяют для контроля металлов, стекла, керамики при температурах -40...+40°С. Специальные виды пенетрантов дли контроля при повышенной температуре, методом фильтрующейся суспензии, люминесцентно-цветным, комбинированными методами промышленность не выпускает. 
Пропитку пенетрантом выполняют погружением в ванну, намазыванием кистью, поливанием, разбрызгиванием пульверизатором или из аэрозольного баллона. Пенетрант оставляют на поверхности ОК от 10 до 30 мин, а в среднем — 20 мин. 
Существует ряд способов интенсификации процесса пропитки: вакуумирование ОК перед пропиткой; воздействие на ОК повышенным давлением после нанесения на него пенетранта; воздействие на ОК во время контакта его с пенетрантом упругих механических колебаний или статистического нагружения, увеличивающего раскрытие дефектов, электрическое взаимодействие частиц пенетранта, которым сообщается электрический заряд, с ОК, которому сообщается заряд другого знака; воздействие на пенетрант, находящийся вблизи поверхности ОК, УЗ-колебаниямй. 
Основные требования к УЗ-колебаниям, используемым для интенсификации пропитки, — возникновение кавитации, т.е. образования и захлопывания небольших пузырьков. Применяют колебания частотой 15...25 кГц, интенсивностью, на порядок превышающей; пороговое значение для возникновения кавитации 0,1...0,2 кВт, Эффект УЗ-пропитки не зависит от направления колебаний вибратора относительно поверхности ОК, однако УЗ-колебания экранируются объектом. 
Удаление излишков пенетранта с поверхности ОК необходимо, чтобы исключить образование фона (при неполном удалении пенетранта), возникновение ложных индикаций (при сохранении пенетранта на отдельных участках, в углублениях). При выполнении этой операции важно сохранить пенетрант в полости дефектов. Удаление выполняют протиркой сухими или влажными салфетками, промыванием очистителем. Международный стандарт рекомендует сначала применять протирку, а потом промывку. 
В качестве очистителей используют воду (для пенетрантов на основе скипидара), водные растворы ПАВ и органические растворители. Поверхностно-активное вещество помогает образовать эмульсию из нерастворимого в воде пенетранта, после чего он легко смывается, хотя при этом происходит частичное вымывание пенетранта из широких дефектов. Сохранению пенетранта в дефектах способствует промывка сильной струей воды без добавок ПАВ. Здесь очистка обеспечивается механическим действием струи воды. Широко применяют органические очистители, выпускаемые промышленностью: ОЖ-1 (этиловый спирт с эмульгатором) и малокеросиновую смесь. 
После промывки ОК сушат; для ускорения сушки обдувают теплым воздухом. Здесь полезно проверить путем осмотра, не осталось ли следов пенетранта на поверхности. 
В некоторых случаях после или вместо промывки применяют операцию гашения. Это устранение люминесценции или цветового контраста индикаторного пенетранта в результате химического воздействия веществ гасителей. Например, для нориола гасителем является розерцин. С помощью гасителей устраняют фон, возникающий, когда на поверхности изделия имеются неглубокие неровности, например, от механообработки. В этом случае поверхность покрывают 5%-ным раствором розерцина в воде с добавкой ацетона. Гаситель1 действует на тонкий поверхностный слой пенетранта, в частности на пенетрант, оставшийся в неглубоких неровностях. На пенетрант, находящийся в полостях дефектов, более глубоких, чем неровности, гаситель не действует. После извлечения из дефектов проявителем пенетрант сохраняет контрастные свойства. 
Проявление — это процесс извлечения пенетранта, оставшегося в полости дефектов, и образования индикаций. В качестве проявителя используют порошок, суспензию, краски, лаки, липкую ленту. Важно нанести проявитель равномерно, тонким (порядка 0,1 мм) сплошным слоем. Более толстый слой проявителя затрудняет его пропитку пенетратом, извлеченным из трещин. Малое количество пенетранта не достигает противоположной поверхности слоя проявителя. Сказанное не относится к проявителю в виде липкой ленты. 
Проявление порошком (сухой способ) основано на явлении физической адсорбции и капиллярном эффекте. В качестве проявителя используют белый тонкодисперсный (10-4...10-2 мм) порошок оксида магния, углекислого магния, углекислого кальция, талька. Насыпать тонкий ровный слой порошка довольно трудно, поэтому порошок обычно наносят распылением струей воздуха. 
Более удобна для нанесения суспензия (мокрый способ). Жидкая фаза суспензии хорошо смачивает поверхность ОК. Применяют суспензию порошка углекислого магния или каолина в воде или спирте. Суспензию наносят погружением в нее ОК, кистью, распылением из аэрозольного баллона или в электрическом поле (как при нанесении пенетранта). 
Проявление лаком или краской основано на явлении диффузии. Применяют нитроэмаль, цинковые белила с добавкой растворителя. Промышленность выпускает готовые проявители типов ПР (с различными индексами) и ЛА. Наносят лакокрасочный проявитель такими же способами, как эмульсию. 
Время проявления варьируют от 5 до 25 (в среднем 15) мин в зависимости от свойств проявителя. Жидкие проявители обязательно должны высохнуть. Процесс проявления интенсифицируют чаще всего повышением температуры, реже — вакуумированием, вибрацией (для выявления усталостных трещин). 
Важное требование к дефектоскопическим материалам — их совместимость. Выбранный пенетрант должен хорошо смачивать поверхность материала ОК, смываться очистителем без вымывания из дефектов, проявляться рекомендуемым проявителем. Поэтому дефектоскопические материалы рекомендуется употреблять в виде наборов, выпускаемых промышленностью. Все сведения о дефектоскопических материалах, технологии их применения рекомендуется суммировать в виде формуляра, пример которого показан на рис. 9.6. 
Осмотр объекта контроля — очень ответственная операция. При цветном и ахроматическом методах обязательное требование — хорошее освещение поверхности объекта контроля. При использовании люминесцентных ламп «дневного света» общая освещенность рабочего места должна быть 300...750 лк, а комбинированная освещенность — 750...2500 лк. При использовании ламп накаливания освещенность соответственно 200...500 и 500...3000 лк. Часто применяют бестеневую систему освещения из нескольких ламп. При использовании люминесцентных ламп принимают меры для устранения пульсаций. Требования по освещенности конкретизированы в табл. 9.2. 
При люминесцентном способе контроля осмотр проводят в затемненном помещении с подсветкой видимым светом не более 10 лк. Для люминесценции дефектов используют УФ-облучение ртутными лампами с длиной волны 315...400 нм. Такая лампа имеет колбу из кварцевого стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи, темный светофильтр, не пропускающий видимое излучение, и зеркальный рефлектор, концентрирующий облучение в направлении места осмотра объекта контроля.