Министерство образования и науки РФ Томский

Министерство образования и науки РФ
Томский государственный архитектурно-строительный
университет
КАПИЛЛЯРНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ
Методические указания
к лабораторной работе
Составители С.П. Осипов, А.Н. Школьный
Томск 2010
Капиллярная дефектоскопия: методические указания к лабораторной работе / Сост. С.П. Осипов, А.Н. Школьный. –
Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2010. – 34 с.
Рецензент д.т.н. О.И. Недавний
Редактор Е.Ю. Глотова
Методические указания к лабораторной работе по дисциплине ОПД.В.1.1. «Неразрушающие методы испытаний» для студентов специальностей 270113 «Механизация и автоматизация
строительства» и 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» всех форм обучения.
Печатаются по решению методического семинара кафедры строительных и дорожных машин № 1 от 21.01.10 г.
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В.В. Дзюбо
с 01.09.10
до 01.09.15
Оригинал-макет подготовлен С.П. Осиповым.
Подписано в печать
Формат 60×90/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.
Уч.-изд. л. 1,79. Тираж 100. Заказ №
Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение..……………………………………………..………..
1. Физические основы капиллярной дефектоскопии………...
1.1. Основные определения…………………………………....
1.2. Основные физические явления, используемые в капиллярной дефектоскопии ………...……………………………....
2. Технология и средства капиллярной дефектоскопии……..
2.1. Подготовка изделий к капиллярной дефектоскопии……
2.2. Пропитка дефектов индикаторной жидкостью..………...
2.3. Удаление пенетранта с поверхности изделия…………...
2.4. Нанесение проявителя……………………………………...
2.5. Проявление и выявление индикаторных следов………
2.6. Осмотр объекта испытаний и документирование результатов испытаний………………………….……………….
2.7. Очистка объекта после испытаний……….....………….
3. Классификация методов капиллярной дефектоскопии..….
4. Чувствительность капиллярной дефектоскопии………….
5. Объекты испытаний…………………………..……………..
6. Достоинства и недостатки капиллярной дефектоскопии....
7. Меры безопасности при проведении капиллярной дефектоскопии……………………………………………………...…
8. Порядок проведения цветной дефектоскопии…………….
9. Цель и содержание лабораторной работы………………....
10. Обнаружение и оценка параметров поверхностных дефектов по оптическим изображениям результатов цветной
дефектоскопии………………………………………………….
11. Оценивание результатов лабораторной работы………….
12. Контрольные вопросы…………………………..…………
13. Электронные и Интернет-ресурсы….……………...……..
14. Приложения ..……………………………………………....
4
5
5
7
8
9
12
14
15
16
16
19
19
21
23
23
25
26
27
28
29
29
31
32
3
ВВЕДЕНИЕ
При любых видах механических, физических, химических и
других воздействий в наиболее неблагоприятных условиях оказываются поверхностные и приповерхностные слои деталей, узлов, агрегатов и пр. В процессе продолжительной эксплуатации объектов длительного использования поверхности подвергаются коррозии, преждевременному износу. Кроме того, поверхностные и приповерхностные слои являются наиболее вероятным местом появления производственных дефектов обработки поверхности и случайных ее повреждений. Указанные дефекты снижают надежность деталей и объекта в
целом. Поэтому поверхностная дефектоскопия является обязательной
составляющей частью технологии изготовления деталей. Наиболее
применимыми методами неразрушающих испытаний поверхностных
слоев изделий, механизмов и машин, строительных конструкций и
сооружений являются капиллярные методы.
Капиллярные методы неразрушающих испытаний основаны на
проникновении индикаторных жидкостей по капиллярам в полости
невидимых или слабо видимых невооруженным глазом поверхностных или сквозных несплошностей объектов испытаний и последующей регистрации образующихся индикаторных следов визуальным
способом. Капиллярные методы отличаются простотой, обладают высокой чувствительностью к поверхностным и приповерхностным дефектам типа расслоений и трещин, не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала.
Капиллярную дефектоскопию применяют на стадиях производства
и эксплуатации изделий, сооружений и конструкций, она может проводиться при температуре от –40 ˚C до +40 ˚C и влажности не более 90 %.
Лабораторная работа «Капиллярная дефектоскопия» призвана
подготовить выпускника к решению профессиональных задач, связанных с повышением долговечности и безопасности машин, оборудования, строительных сооружений и конструкций за счет квалифицированного применения капиллярных методов неразрушающих испытаний.
Методические указания включают в себя физические основы
капиллярных методов испытаний, технологию и средства контроля,
рекомендации по выполнению лабораторной работы, контрольные
вопросы, список Интернет-ресурсов.
4
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
1.1. Капиллярная дефектоскопия – основные понятия,
термины, определения
Объект испытаний – испытуемые поверхности сварного
соединения, наплавки основного металла, отливки.
Капилляр – трубочка с очень тонким внутренним каналом.
Дефектоскопия – комплекс методов и средств неразрушающих испытаний материалов и изделий (объектов испытаний) с целью обнаружения дефектов.
Дефект – недопустимое отклонение от требований, установленных нормативно-технической документацией.
Достоверность обнаружения дефектов определяется
степенью доверия к результату дефектоскопии и характеризуется вероятностью обнаружения.
Пенетрант – индикаторная жидкость или индикаторная
суспензия, применяемые в капиллярной дефектоскопии.
Очиститель – предназначен для удаления пенетрантов с
поверхности изделий в процессе испытаний.
Проявитель – материал, применяемый для визуализации
индикаторных следов поверхностных и приповерхностных дефектов в капиллярной дефектоскопии.
Фон поверхности – окрашивание проявителя при проявлении контрастного пенетранта или свечение проявителя при
проявлении люминесцентного пенетранта, вызванное микрорельефом бездефектной поверхности объекта испытаний.
Индикация – окрашенный пенетрантом участок (пятно)
поверхности объекта испытаний в зоне расположения несплошности (дефекта).
Индикация протяженная – индикация с отношением ее
максимальной длины к максимальной ширине более 3.
5
Раскрытие дефекта – поперечный размер дефектов на
поверхности объекта (для дефектов в виде округлых пор раскрытие равно диаметру дефектов на поверхности объекта).
Длина дефекта – продольный размер дефекта на поверхности объекта.
Глубина дефекта – размер дефекта в направлении внутрь
объекта от его поверхности.
Трещина – дефект в виде разрыва металла сварного соединения, наплавленной поверхности, основного металла или поверхности литого металла. Выделяют усталостные трещины.
Наплыв – дефект в виде металла, натекшего в процессе сварки (наплавки) на поверхность сваренных (наплавленных) деталей
или ранее выполненных валиков и не сплавившегося с ним.
Усадочная раковина – дефект в виде полос или впадины,
образовавшийся при усадке расплавленного металла при затвердевании (располагается, как правило, в местах перерыва
или окончания сварки).
Брызги металла – дефект в виде отвердевших капель металла на поверхности сваренных или наплавленных деталей.
Контраст – различие яркости (окраски) индикации дефекта и фона. Различают контраст для ахроматических (полутоновых) и цветных изображений.
Ложная индикация – индикация, позволяющая сделать
ложное заключение о наличии дефекта.
Загрязнитель – любое постороннее вещество, присутствующее на контролируемой поверхности и в полости дефекта,
которое существенно ухудшает смачивание поверхности проникающей жидкостью.
Относительная выявляемость дефектов конкретным
методом неразрушающих испытаний определяется отношением обнаруженных дефектов к общему числу дефектов в испытуемом изделии. При сравнении методов неразрушающих
испытаний по выявляемости дефектов применяют пятибалльную шкалу.
6
1.2. Основные физические явления, используемые
в капиллярной дефектоскопии
Капиллярные методы испытаний объектов проникающими
веществами применяют для обнаружения дефектов (трещин,
пор, расслоений), выходящих на поверхность. Они основаны на
капиллярных свойствах жидкостей.
Процесс испытаний капиллярными методами (капиллярная дефектоскопия) может быть разделен на три основные стадии: нанесение на контролируемую поверхность проникающей
индикаторной жидкости (пенетранта), удаление излишков пенетранта с поверхности и проявление индикаций. При проведении капиллярной дефектоскопии используют комплект дефектоскопических материалов, включающий: пенетрант, очиститель, проявитель, причем эти материалы взаимозависимы.
Индикаторный пенетрант проникает в открытые с поверхности пустоты и остается там, в то время как излишек пенетранта удаляется с поверхности объекта испытаний с помощью
различных очистителей. После этого индикаторный пенетрант,
оставшийся в несплошности, извлекается оттуда наносимым на
поверхность проявителем с образованием индикаторного рисунка, который заметен гораздо лучше, чем сама несплошность.
В качестве проникающих веществ используют керосин,
цветные и люминесцентные жидкости, а также применяют метод избирательно фильтрующихся частиц для выборочных испытаний. Процессу испытаний должна предшествовать стадия
подготовки поверхности с использованием процедур очистки.
Проявившиеся индикации должны быть верно оценены, а испытуемые детали после завершения испытаний полностью очищены от остатков дефектоскопических материалов.
Важнейшими физическими явлениями, лежащими в основе капиллярной дефектоскопии, являются поверхностное натяжение и смачивание, капиллярное впитывание, сорбция, растворение, диффузия.
7
Под смачивающей способностью понимается проявление
взаимодействия молекул на границе раздела трех фаз – твердое
тело, жидкость, газ, которое выражается в растекании жидкости
по поверхности твердого тела и образовании устойчивой поверхности раздела жидкость – твердое тело.
Явление смачивания тесно связано с поверхностным натяжением, которое является следствием внутреннего давления.
При смачивании молекулы втягиваются внутрь жидкости в направлении, перпендикулярном поверхности.
Под сорбцией понимается поглощение паров и растворенных веществ твердыми телами и жидкостями. Различают адсорбцию и абсорбцию веществ. Адсорбция – поглощение веществ из растворов на поверхности раздела двух сред – твердого тела и жидкости. Абсорбция – поглощение веществ всем
объемом жидкости.
Диффузия – явление взаимопроникновения молекул веществ соприкасающихся материалов.
2. ТЕХНОЛОГИЯ И СРЕДСТВА
КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
Технология капиллярной дефектоскопии, обеспечивающая
образование следа дефекта, рис. 1, включает в различных ее вариантах следующие основные операции:
1. Подготовка изделий к испытаниям – очистка, обезжиривание, сушка и т. д. Цель данной операции – удаление загрязнений из полостей поверхностных дефектов и обеспечение равномерной смачиваемости поверхности изделия индикаторной
жидкостью или суспензией.
2. Пропитка дефектов индикаторной жидкостью или суспензией (рис. 1, б). Полости дефектов должны быть заполнены
пенетрантом в степени, обеспечивающей выявление дефектов.
3. Удаление пенетранта с поверхности изделия при сохранении его в несплошностях (рис. 1, в).
8
4. Нанесение проявителя в виде порошка или суспензии.
5. Проявление и выявление индикаторных следов поверхностных или приповерхностных дефектов (рис.1, г). На стадии
проявления пенетрант извлекается из дефектов проявителем, в
результате этого на поверхности проявителя формируется ярко
окрашенный или люминесцирующий след дефекта.
6. Осмотр объекта испытаний и занесение результатов испытаний в журнал.
7. Окончательная очистка объекта после испытаний.
Рис. 1. Последовательность технологических операций при капиллярной дефектоскопии: a – дефект в изделии; б – нанесение пенетранта;
в – удаление пенетранта с поверхности; г – нанесение проявителя и
проявление; 1 – изделие; 2 – дефект; 3 – пенетрант; 4 – проявитель; 5 – индикаторный след дефекта
2.1. Подготовка объектов к капиллярной дефектоскопии
Подготовка объектов к испытаниям включает в себя очистку контролируемой поверхности и полостей дефектов от загрязнений различной природы, лакокрасочных покрытий,
моющих составов и дефектоскопических материалов, оставшихся от предыдущих испытаний, и сушку испытуемой поверхности и полостей дефектов. Основная цель этой операции –
9
вывод на поверхность изделия устья дефектов, устранение возможности возникновения фона и ложных индикаций, очистка
полости дефекта.
При очистке испытуемой поверхности используются следующие способы: механический; парового обезжиривания; растворяющий (промывка водой или органическими растворителями); химический; электрохимический; ультразвуковой; анодно-ультразвуковой; термический; сорбционный.
Механическая очистка (рис. 2, а–2, б) представляет собой
обработку поверхности изделия струей абразивного материала
или специальным инструментом: щеткой, шабером, шлифовальным кругом, полировальными пастами.
Этим способом удаляют твердые нерастворимые отложения, лакокрасочные покрытия, продукты коррозии с изделий
неответственного назначения. Очистка механическим способом
обеспечивает высокую производительность, но является низкокачественной. Этим способом не удаляются загрязнения из полостей дефектов. Механическим способом очистки пользуются
при необходимости обнаружения грубых дефектов.
а
б
в
г
Рис. 2. Способы очистки: a – механический щеткой; б – механический
обдувом абразивного вещества; в – паром; г – промывкой органическими растворителями
Паровое обезжиривание (рис. 2, в) обеспечивает высокую
степень очистки. Горячий пар интенсивно растворяет тонкий
слой жировых отложений, находящийся на поверхности изде-
10
лия. Такая очистка малоэффективна при удалении толстых слоев смазок, масел и других веществ.
Промывку водой применяют для удаления с поверхности
изделий механических нерастворимых загрязнений, остатков
водных моющих растворов, а также растворов кислот, щелочей,
солей. Растворимые загрязнения при этом удаляются как с поверхности, так и из полостей дефектов. Для устранения остатков влаги объект испытаний подогревают либо обдувают струей сухого теплого воздуха.
Промывку органическими растворителями (рис. 2, г) применяют для удаления с поверхности изделий масел, смазок, нагара, лакокрасочных покрытий. Промывают изделия многократно, применяя несколько растворителей. С целью удаления
следов растворителя из полостей дефектов изделия сушат на
воздухе или нагревают.
Химическую очистку применяют для удаления нерастворимых загрязнений. Применяют растворы кислот для удаления
с поверхности оксидов, солей и растворы щелочей для удаления жировых, масляных, смолистых, лакокрасочных загрязнений и нагара.
Электрохимическая очистка представляет собой обработку изделия в электролитах под действием электрического тока.
Быстро и хорошо удаляются оксидные и солевые пленки,
вскрываются полости дефектов. Практически не удаляются загрязнения из полостей дефектов.
Ультразвуковую очистку проводят в жидкой среде, активно воздействуя на поверхность ультразвуковыми волнами.
Это очень высококачественный способ очистки, особенно в
комбинации с электрохимической очисткой.
Анодно-ультразвуковая очистка является наиболее эффективным способом подготовки изделий к капиллярной дефектоскопии. На поверхность объекта испытаний одновременно воздействуют ультразвук и электрический ток. С поверхно-
11
сти изделий и из полостей дефектов удаляются твердые, высоковязкие загрязнения, оксидные и солевые пленки.
Термическая очистка осуществляется посредством воздействия высокотемпературного поля на объект испытаний.
Сорбционный способ очистки заключается в сорбции веществ, загрязняющих поверхность испытуемого объекта, с помощью вспомогательных материалов – сорбентов в виде сухого порошка.
Завершающей операцией подготовки изделий к неразрушающим испытаниям является тепловая очистка (сушка).
2.2. Пропитка дефектов индикаторной жидкостью
Обработка поверхности испытуемого объекта индикаторной жидкостью или суспензией составляет основную часть технологического процесса капиллярной дефектоскопии. Существуют следующие основные способы заполнения полостей индикаторной жидкостью или суспензией (пенетрантом):
1. Капиллярный способ, который является наиболее простым и широко применяется в производственных условиях.
Проникающую жидкость наносят на испытуемую поверхность
и выдерживают на ней столько времени, сколько требуется для
заполнения пенетрантом полостей дефектов под действием капиллярных сил. Для ускорения процесса заполнения пенетрант
и испытуемое изделие подогревают.
2. Вакуумный способ заключается в заполнении полостей
дефектов пенетрантом при пониженном давлении в полостях.
Вакуумирование испытуемого изделия может быть предварительным и одновременным с пропиткой.
3. При компрессионном способе пропитки пенетрант заполняет полости дефектов под действием капиллярного и
внешнего избыточного давлений. Эффективность этого способа
невелика, так как с увеличением внешнего давления ухудшаются капиллярные свойства жидкостей.
12
4. Ультразвуковой способ пропитки существенно ускоряет
процесс заполнения полостей дефектов пенетрантом.
5. При деформационном способе пропитки на изделие
воздействуют упругими колебаниями звуковой частоты, что
улучшает условия смачивания полостей дефектов и обеспечивает заполнение всего их объема. Деформационный способ может реализовываться и с помощью статической нагрузки, которая увеличивает раскрытие трещин и улучшает условия их заполнения пенетрантами.
Пенетрант оставляют на поверхности в среднем на 10–20
минут для лучшего его проникновения в полость дефекта.
Температура испытуемого объекта и индикаторного пенетранта, влажность окружающей среды, продолжительность
заполнения полостей дефектов и выдержка должны быть в пределах, указанных в технической документации на дефектоскопические материалы и объект испытаний.
К пенетрантам предъявляется ряд требований. К наиболее
важным требованиям относятся высокая проникающая способность, высокая смачивающая способность и удобство обнаружения индикаторных следов дефектов после проявления. Указанным требованиям удовлетворяют пенетранты на основе керосина, бензина, жидких масел, спирта, бензола, скипидара.
Все пенетранты делятся на следующие группы:
– цветные, обладающие цветовым контрастом в видимом свете;
– люминесцентные, способные светиться под действием
ультрафиолетового излучения;
– люминесцентно-цветные, обладающие цветовым контрастом в видимом свете и способные светиться под действием
ультрафиолетового излучения;
– ахроматические или яркостные.
В промышленности наиболее распространенным индикаторным пенетрантом является люминесцентная жидкость ЛЖ-6А,
которая состоит из 40 % бутилового спирта, 50 % раствора лю13
минофора в ксилоле и 10 % поверхностно-активного вещества
(ПАВ) ОП-7. В последнее время широкое распространение получили пенетранты на водной основе – ЛЮМ-9, АЭРО-12А.
Популярность пенетрантов на водной основе обусловлена их
пожаробезопасностью и их нетоксичностью.
В России широко применяются материалы для капиллярной дефектоскопии фирм Magnaflux и Sherwin.
2.3. Удаление пенетранта с поверхности изделия
Операция устранения излишков пенетранта с поверхности
испытуемого изделия необходима для исключения возможности появления ложных индикаций после проявления и увеличения визуального контраста при обнаружении дефекта. Удаление
индикаторного пенетранта должно осуществляться за минимальный промежуток времени от момента окончания заполнения полостей дефектов до момента начала проникновения пенетранта из дефектов на поверхность.
Выделяют следующие способы удаления пенетранта с поверхности: протирка; промывка; обдувка опилками или песком;
гашение; промывка в ультразвуковом поле. Часто указанные
выше способы комбинируют между собой.
Наиболее часто используют промывку веществами, которые называются очистителями. В качестве очистителей используется вода с добавками ПАВ, органические растворители и
специальные очищающие жидкости. Промывку изделий осуществляют при их массовом производстве и капиллярных методах
испытаний в цеховых условиях.
Операция гашения устраняет люминесценцию или цветовой контраст индикаторного пенетранта в результате химической
реакции соответствующих веществ с пенетрантами. С помощью
гашения устраняется фон, возникающий при наличии на поверхности изделия многочисленных неглубоких неровностей. В результате этой операции повышается выявляемость дефектов.
14
2.4. Нанесение проявителя
В капиллярной дефектоскопии применяют различные типы проявителя: порошок; суспензия; лак; пленка. Первые два
типа проявителя являются проявителями сорбционного действия, а вторые два типа – диффузионного типа. Оптимальная
толщина слоя проявителя составляет 7–20 мкм.
В зависимости от типа проявителя применяют следующие
способы нанесения его на испытуемую поверхность: распыление; электрораспыление; воздушной взвесью: кистевой; погружение; обливание; электроосаждение; посыпание; наклеивание.
Наиболее простым способом является нанесение проявителя кистью, этот способ применяется для испытаний небольших
изделий простой формы в полевых или лабораторных условиях.
Однако он не обеспечивает равномерности толщины слоя проявителя, является трудоемким и малопроизводительным.
При испытаниях неответственных изделий простой формы
в цеховых условиях проявитель наносят погружением или обливанием струей. Могут возникать потеки проявителя на изделиях
и неравномерность слоя, что приводит к размытию индикаторного рисунка. Эффективность способа погружения увеличивается
при электрическом осаждении, когда через ванну с проявителем
пропускают электрический ток.
Проявитель наносят тонким сплошным слоем. Тонкий
слой проявителя легче пропитывается небольшим количеством
индикаторной жидкости или суспензии, которое сохранилось в
полости дефекта, этим обеспечивается высокий яркостной или
цветовой контраст индикаций поверхностных и приповерхностных дефектов и высокая чувствительность капиллярной дефектоскопии к неглубоким дефектам или дефектам с незначительной степенью раскрытия.
Способ воздушной порошковой взвеси применяют в цеховых условиях в специальных камерах. Такой способ обеспечи-
15
вает равномерность слоя проявителя и высокую чувствительность капиллярной дефектоскопии.
Способ наложения липких пленок-проявителей используют в случае локальных испытаний малогабаритных изделий
простой формы при небольшом объеме работ.
Наиболее часто применяют метод нанесения жидкого проявителя с помощью аэрозольного баллона.
2.5. Проявление и выявление индикаторных следов
Проявление дефектов, то есть образование их индикаторного рисунка, обеспечивается выдержкой испытуемых изделий
на воздухе. После нанесения проявитель выдерживают 10–20
минут. Чрезмерно большая выдержка снижает четкость рисунка
и затрудняет его анализ.
Для ускорения проявления индикаций дефектов применяют тепловое воздействие на слой проявителя (температура
40–50 ˚С), выдержку в вакууме и вибрацию. Применение вибрации очень эффективно для выявления усталостных трещин.
2.6. Осмотр объекта испытаний и документирование
результатов испытаний
Осмотр поверхности объекта испытаний является очень
ответственной операцией. Осмотр испытуемой поверхности рекомендуется проводить через 3–5 мин и через 15–20 мин после
высыхания проявителя. Для выявления дефектов по I классу
чувствительности рекомендуется проводить дополнительный
осмотр через 40–60 мин.
Осмотр изделий при капиллярной дефектоскопии выполняется в три этапа:
1. Визуальный осмотр для оценки качества нанесения
проявителя.
16
2. Общий осмотр поверхности для обнаружения индикаторных рисунков дефектов.
3. Анализ индикаторных рисунков выявленных дефектов.
При цветном способе капиллярной дефектоскопии обязательное требование – достаточное и равномерное освещение
поверхности объекта испытаний. При люминесцентном методе
испытаний необходимо соблюдать затемнение и осуществлять
облучение испытуемой поверхности ультрафиолетовым излучением. Для люминесценции используют ртутные лампы с длиной волны 315–400 нм.
На рис. 3 приведены две основных схемы осмотра и документирования. В первой схеме производится визуальный осмотр, документируется описание дефектов. Во второй схеме
документирование осуществляется с помощью регистрации оптических или видеоизображений.
а
б
Рис. 3. Контроль поверхности и документирование: а – визуальный
осмотр; б – фотооптический осмотр и документирование
Целью осмотра является обнаружение окрашенного или
люминесцирующего индикаторного рисунка. Виды дефектов
определяют по характеру их индикаторных следов, которые делятся на три группы:
17
1) сплошные или прерывистые линии различной конфигурации и ориентации;
2) скопления отдельных коротких линий, сетки, различные полосы;
3) точки или звездочки.
Следы первой группы соответствуют шлифовочным, усталостным и закалочным трещинам, непропаям, оксидным
пленкам, второй группы – коррозионному растрескиванию материалов, третьей группы – порам, язвенной коррозии, выкрашиванию или эрозии материала.
Различают протяженные и округлые индикаторные следы.
Протяженный индикаторный след дефекта в том случае,
если отношение длины к ширине больше трех. Округлый индикаторный след – если отношение длины к ширине меньше или
равно трем.
Обнаруженные в результате капиллярных методов испытаний недопустимые дефекты необходимо замаркировать и отметить на эскизе объекта испытаний. Результаты испытаний
заносят в соответствующий журнал и составляют заключение
по испытаниям.
Применяют следующие обозначения дефектов:
по локализации:
А – единичные;
Б – групповые, расположенные в ограниченных зонах;
В – повсеместно распространенные;
по ориентации относительно объекта испытаний дефекты
делят на:
║ – параллельные;
┴ – перпендикулярные;
‫ – ے‬расположенные под углом.
Если дефект не имеет определенной ориентации, то у этого дефекта на схеме не ставится никакого знака.
по допустимости:
18
○ – дефект является допустимым (малозначительным или
исправимым);
без знака – дефект является недопустимым (критическим,
значительным, неисправимым).
Указанные выше дефекты относятся к поверхностным дефектам. Сквозные дефекты помечают звездочкой *. Как правило, они являются недопустимыми.
2.7. Очистка объекта после испытаний
Окончательная очистка объектов испытаний представляет собой один или несколько технологических приемов удаления проявителя, а при необходимости, и удаление остатков
индикаторной жидкости или суспензии. Применяются следующие технологические приемы окончательной очистки объекта после испытаний: влажная протирка, промывка водой или
специальным растворителем, обдувка песком, крошкой или
гидроабразивной смесью, ультразвуковая обработка-удаление,
анодная обработка. Пленочный проявитель окисляют, отклеивают или выжигают нагреванием.
Замечание. Если на эксплуатационные качества объекта
испытаний следы процесса капиллярной дефектоскопии не
влияют, то операцию очистки не проводят.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ
КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
В зависимости от типа проникающих веществ основные
методы капиллярной дефектоскопии классифицируют следующим образом:
1. Метод проникающих растворов – жидкостной метод
капиллярной дефектоскопии, в котором в качестве пенетранта
используется раствор индикаторного вещества в жидкости.
19
2. Метод фильтрующих суспензий – метод капиллярной
дефектоскопии, в котором индикаторным веществом служит
суспензия. При нанесении индикаторной суспензии на поверхность испытуемого изделия жидкая фаза проникает в капилляры, а дисперсные частицы, имеющие размеры больше раскрытия устья дефектов, отфильтровываются, скапливаются у устья
дефектов, образуя их следы.
3. Метод течеискания.
Метод течеискания предназначен для поиска сквозных
дефектов. Дефекты, которые пронизывают испытуемый объект
насквозь, легко выявляются с помощью пенетрантов. Процедура испытаний отличается от стандартной тем, что на одну поверхность объекта наносится индикаторная жидкость или суспензия, а на противоположную поверхность наносится проявитель. Стадия удаления пенетранта в этом случае отсутствует.
Эта технология неразрушающих испытаний применима для испытаний тонкостенных сосудов, трубопроводов, баков. Скорость просачивания сквозь деталь зависит от длины и формы
капиллярного прохода. Узкий капилляр обеспечивает лучшее
прохождение. Время выдержки в 30 минут, как правило, считается достаточным.
По способу выявления индикаторного рисунка существуют разновидности методов капиллярной дефектоскопии:
1. Люминесцентный метод основан на регистрации контраста люминесцирующего в ультрафиолетовом свете видимого индикаторного следа дефекта на фоне поверхности объекта испытаний.
2. Цветной метод основан на регистрации в видимом свете
цветного индикаторного рисунка.
3. Люминесцентно-цветной метод основан на обнаружении дефекта по цветному или люминесцирующему индикаторному следу в видимом или ультрафиолетовом излучении.
4. Яркостной метод основан на регистрации контраста в
видимом излучении ахроматического рисунка.
20
Выбор того или иного метода капиллярной дефектоскопии
для конкретной задачи определяется требуемой чувствительностью с учетом экономических и прочих ограничений. Люминесцентный метод является более чувствительным, так как люминесценция индикаций лучше обнаруживается глазом, чем
цветовой контраст.
4. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
Капиллярная дефектоскопия поверхности выгодно отличается от других методов неразрушающих испытаний по чувствительности метода. Методами капиллярной дефектоскопии
надежно выявляются поверхностные и приповерхностные дефекты с шириной раскрытия 1–5 мкм. Методы очень наглядны,
по индикаторному следу дефекта видны место и форма обнаруженной несплошности, имеющей выход на поверхность.
Нижний порог чувствительности определяется как минимальная величина раскрытия выявленных дефектов. Нижний
порог чувствительности ограничивается только тем, что малое
количество пенетранта, задержавшееся в полости небольшого
дефекта, оказывается недостаточным для получения цветовой
или флуоресцирующей контрастной индикации при данной
толщине слоя проявляющего вещества.
Существует и верхний порог чувствительности, который
определяется тем, что из широких, но не глубоких поверхностных дефектов пенетрант или вымывается полностью при устранении его излишков с поверхности, или полностью вытекает из
дефекта, образуя размытое облако. Выделяют пять классов чувствительности, табл. 1.
Кроме раскрытия выявленных дефектов, методы капиллярной дефектоскопии характеризуются также глубиной залегания и протяженностью дефекта.
21
Чувствительность капиллярной дефектоскопии определяется геометрическими и оптическими факторами.
Таблица 1
Классы чувствительности
Класс чувствительности
I
II
III
IV
V
Чувствительность испытаний
(ширина раскрытия), мкм
Менее 1
От 1 до 10
От 10 до 100
От 100 до 500
Не нормируется
В табл. 2 приведена чувствительность основных методов
капиллярной дефектоскопии.
Таблица 2
Чувствительность основных методов
капиллярной дефектоскопии
Метод капиллярной
дефектоскопии
порошковый
суспензионЛюминесный
центный
красочный
лаковый
суспензионный
Цветной
красочный
Люминесцентнокрасочный
цветной
22
Раскрытие, мкм
10…30
Глубина,
мкм
100…300
Протяженность, мкм
2…3
5…10
30…40
1…2
1…2
2…5
10…30
10…30
>0,1
0,1…0,5
5…10
40…50
2…3
1…2
10…30
0,1…0,3
>1
>10
>0,1
Для обеспечения высокого класса чувствительности необходимо отказаться от этапа удаления излишков индикаторной
жидкости или суспензии с поверхности сухим протиранием и
сразу снимать пенетрант очистителем путем распыления или
промывания им объекта испытаний. Чтобы пенетрант не вымывался из дефектов, необходим тщательный подбор очистителя.
Капиллярную дефектоскопию следует проводить, как правило, на специально оборудованном месте. Необходимо соблюдать все требования к освещению рабочего места.
5. ОБЪЕКТЫ ИСПЫТАНИЙ
Методами капиллярной дефектоскопии обнаруживают
только сквозные дефекты, поверхностные дефекты или приповерхностные дефекты, имеющие выход на поверхность. Полости дефектов не должны быть заполнены окислами и другими веществами.
Основными объектами массовых испытаний являются
массовые детали машин сложной формы: лопатки турбин; крепеж; литые детали; штамповочные детали, сварные и паяные
соединения. Методами капиллярной дефектоскопии выявляются сварочные, термические, шлифовочные, усталостные, деформационные трещины, пористость и т. п.
Капиллярные методы широко применяются в энергетике,
авиации, судостроении, химической промышленности, в нефтяной и газовой промышленности. Объект испытаний должен
иметь гладкую или механически обработанную поверхность.
6. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
Основными достоинствами методов капиллярной дефектоскопии являются:
23
1. Простота – для выполнения капиллярной дефектоскопии в классической реализации не требуется высокой квалификации персонала.
2. Высокая чувствительность к поверхностным и приповерхностным трещинам и порам.
3. Универсальность – возможно осуществление испытаний
изделий различной формы из различных материалов.
4. Высокая достоверность – при правильной технологии
испытаний пропуск дефектов или выдача ложных заключений о
дефектности маловероятны.
Наряду с достоинствами методам капиллярной дефектоскопии присущи серьезные недостатки:
1. Значительное количество операций при проведении капиллярной дефектоскопии. Большая трудоемкость.
2. Низкая производительность.
3. Выявляются только выходящие на поверхность дефекты
с открытой полостью.
4. Неприменим к пористым материалам.
5. Высока доля ручного труда.
6. Плохо поддаются автоматизации. Особенно это относится к проблеме распознавания образов следов дефектов, их
идентификации и оценки пригодности испытуемой детали к
дальнейшей эксплуатации.
7. Отрицательные температуры снижают чувствительность капиллярной дефектоскопии. Контроль высокотемпературных поверхностей требует специальных составов.
8. Некоторые материалы (резина, пластмассы) химически
нестойки к пенетрантам.
9. Токсичность, взрывоопасность, пожароопасность некоторых дефектоскопических материалов.
10. Потенциальная экологическая опасность методов капиллярной дефектоскопии.
11. Требуют индивидуальных средств защиты.
24
7. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
Работы по капиллярной дефектоскопии должны проводиться только при закрытых дверях в помещении. На наружной
стороне двери, ведущей в помещение, должна быть сделана
надпись: «С огнем не входить – огнеопасно».
При работе с многими дефектоскопическими материалами
выделяются пары легколетучих растворителей (ацетон, бензин,
эфиры уксусной кислоты и др.), которые могут проникнуть в
организм человека через органы дыхания или через кожу. При
превышении предельно допустимой концентрации (ПДК) дефектоскопические материалы оказывают на организм человека
вредное воздействие.
Перед выполнением лабораторной работы необходимо
пройти инструктаж по технике безопасности.
Требования к проведению работ:
1. Все работы с применением дефектоскопических материалов и растворителей проводить строго на отведенных для
этого рабочих местах, оборудованных воздухоприемниками вытяжной вентиляции.
2. При выполнении работ с жидкостями, суспензиями и
красками работающий должен находиться в потоке поступающего чистого воздуха.
3. При работе с дефектоскопическими материалами следует применять специальную одежду (халаты, нарукавники, фартуки, перчатки).
4. Для уменьшения утомляемости зрения рекомендуется
делать перерывы на 10–15 минут каждый час.
5. В производственных помещениях должны быть предусмотрены средства, предотвращающие вредное влияние на работающих шума и ультразвука. К таким средствам относятся
защитные наушники и антифоны.
25
Внимание!!! При несоблюдении мер безопасности и отсутствия медицинского заключения на допуск к работе
приступать к капиллярной дефектоскопии запрещается!!!
8. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ
ЦВЕТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
1. Подготовить испытуемую поверхность для цветной дефектоскопии (операция очистки поверхности).
Испытуемая поверхность должна быть очищена от остатков
смазки, окалины, ржавчины, краски и т. п. Органические загрязнители удаляются с помощью очистителя, а неорганические удаляются механическим способом.
2. Нанести пульверизатором пенетрант на испытуемую
поверхность (операция нанесения пенетранта).
Пенетрант распыляется на очищенную и высушенную поверхность. Время выдержки 3–5 минут. Если поверхность не была
хорошо подготовлена или температура окружающей среды ниже
12 ˚С, то время впитывания пенетранта должно быть увеличено.
3. Удалите с поверхности избыток пенетранта.
Очень важно внимательно провести данную процедуру
во избежание вымывания пенетранта из дефектов. Излишки
цветного пенетранта снимаются с испытуемой поверхности
салфеткой из ткани или бумаги. Салфетка должна быть смочена
очистителем. Нельзя распылять очиститель прямо на испытуемую поверхность.
4. Пульверизатором нанести тонкий слой проявителя (операция проявления).
При нанесении проявителя распылением необходимо соблюдать ряд требований:
а) необходимо тщательно встряхивать аэрозольные баллоны с проявителем непосредственно перед использованием, пока
не услышите, что шарики, способствующие перемешиванию,
стучат свободно;
26
б) держите баллон на расстоянии 20–30 см от поверхности;
в) для ровности и гладкости напыляемого слоя проявителя
необходимо начать работать с аэрозольным баллоном на области,
соседней с исследуемой;
г) перемещайте распыление поперек исследуемой поверхности с постоянной медленной скоростью. Два-три тонких слоя проявителя лучше, чем один толстый слой.
6. Выявите индикаторные следы дефектов. Зафиксируйте
на рисунке топографию расположения дефектов и классифицируйте их.
Индикаторные следы дефектов появятся, как только проявитель высохнет, но рекомендуется выждать пять минут дополнительно, чтобы они проявились для более точного визуального обследования и интерпретации результатов.
Красные линии показывают трещины, складки, отсутствие
сплавления. Глубокие дефекты проявляются в виде точек, образующих прямую или кривую линию. Пористость проявляется в
виде рассеянных красных точек.
7. Удалите проявитель, остающийся на поверхности. Протрите поверхность салфеткой, смоченной водой, а затем сухой
салфеткой. Этот этап не является обязательным.
9. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Цель лабораторной работы – овладение студентами начальных навыков по обнаружению дефектов и оценке их размеров методом цветной капиллярной дефектоскопии поверхностных слоев
деталей и элементов металлоконструкций подъемно-транспортной
техники и землеройных машин и прочих изделий из черных и
цветных металлов и сплавов.
Содержание лабораторной работы включает в себя:
− ознакомление с физическими основами капиллярной дефектоскопии;
27
− ознакомление с технологией и средствами капиллярной
дефектоскопии;
− ознакомление со средствами и порядком проведения
цветной дефектоскопии;
– обнаружение и оценка параметров поверхностных дефектов по оптическим изображениям результатов цветной дефектоскопии плоских стальных изделий небольшого размера;
– изображение схемы объекта с маркировкой дефектов;
– описание дефектности объекта, аргументированное заключение о дальнейшей эксплуатации изделия.
10. ОБНАРУЖЕНИЕ И ОЦЕНКА
ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ
ПО ОПТИЧЕСКИМ ИЗОБРАЖЕНИЯМ
РЕЗУЛЬТАТОВ ЦВЕТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
Каждый студент получает свой вариант фотооптической
регистрации результатов цветной дефектоскопии объекта испытаний, см. прил. 1. Масштаб 1:10. Целью этого этапа лабораторной работы является обнаружение поверхностных дефектов,
выявление сквозных дефектов, определение ориентации дефектов относительно главных осей объекта испытаний, классификация дефектов по количеству, классификация дефектов по допустимости, классификация дефектов по признакам их индикаторного рисунка. В прил. 2 приведены условные признаки недопустимых дефектов различного типа.
Студент непосредственно на схеме испытанного изделия
отмечает выявленные дефекты с полной их маркировкой. Схема
сопровождается пояснительной запиской. В пояснительной записке к иллюстрационному материалу указывается метод неразрушающих испытаний, количество выявленных дефектов,
предположительный тип каждого выявленного дефекта, его
геометрические параметры – протяженность трещины, площадь
поры и т. д.; обязательно указать, допускаются или не допуска28
ются такие дефекты, дать окончательные рекомендации по эксплуатации детали, подвергшейся испытаниям.
11. ОЦЕНИВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Отчет по лабораторной работе будет принят в случае правильного и полного оформления иллюстрационного материала
с подробной пояснительной запиской и правильных развернутых ответов на два-три вопроса из списка контрольных вопросов, приведенных в пункте 12.
12. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое пенетрант?
2. Какие физические явления положены в основу капиллярной дефектоскопии?
3. Какие вещества обладают наибольшей проникающей
способностью?
4. Перечислите основные недостатки капиллярных методов неразрушающих испытаний.
5. Перечислите основные достоинства капиллярной дефектоскопии.
6. При каких условиях категорически недопустимо проведение работ по капиллярной дефектоскопии?
7. Какие основные методы капиллярной дефектоскопии
вы знаете?
8. Перечислите основные технологические операции капиллярной дефектоскопии.
9. Что такое проявитель в капиллярной дефектоскопии?
10. Какие основные проявители используются в капиллярной дефектоскопии?
11. Перечислите методы капиллярной дефектоскопии.
29
12. Почему выдвигаются высокие требования к операции
очистки в капиллярной дефектоскопии?
13. Чем определяется нижний порог чувствительности капиллярной дефектоскопии?
14. Чем определяется верхний порог чувствительности капиллярной дефектоскопии?
15. Какие дефекты наиболее полно выявляются методами
капиллярной дефектоскопии?
17. От каких факторов зависит размер индикаторного следа дефекта?
18. Какие меры безопасности должны выполняться при
капиллярной дефектоскопии?
19. Дайте определение цветового контраста в капиллярной
дефектоскопии.
20. Как влияет фон поверхности на выявляемость дефектов в капиллярной дефектоскопии?
21. Как маркируются дефекты на схеме результатов капиллярной дефектоскопии?
22. Назовите причины появления ложных индикаций в капиллярной дефектоскопии.
23. Назовите основные факторы, влияющие на чувствительность капиллярной дефектоскопии.
25. Какие способы регистрации применяются в капиллярной дефектоскопии?
26. Поясните особенности применения капиллярной дефектоскопии для обнаружения сквозных дефектов.
27. Чем отличается цветная дефектоскопия от люминесцентной дефектоскопии?
28. Сколько классов чувствительности выделяют в капиллярной дефектоскопии?
29. Перечислите этапы проведения цветной дефектоскопии.
30. Какие объекты являются объектами массовых испытаний
капиллярными методами?
30
13. ЭЛЕКТРОННЫЕ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
1. Каневский, И.Н. Неразрушающие методы контроля:
учеб. пособие / И.Н. Каневский, Е.Н. Сальникова. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. – 243 с. Официальная электронная
версия представлена на портале «Электронный ресурс: Единое
окно доступа к образовательным ресурсам».
http://window.edu.ru/window_catalog/files/r49916/dvgtu102.pdf
2. www.profpribor.ru – Компания ПрофПрибор.
3. http://l-nk.ru – Лаборатория неразрушающего контроля.
Дефектоскопия в Санкт-Петербурге.
4. http://labnk.ru – Лаборатория неразрушающего контроля
Спецмашмонтаж.
5. http://ncontrol.ru – ООО «Неразрушающий контроль».
6. www.ndt.ru – Неразрушающий контроль в России.
7. www.ronktd.ru – Российское общество по неразрушающему контролю и технической диагностике.
8. www.defektoskop.ru – СКБ Спецтехника. Приборы и
оборудование для проведения технической диагностики и неразрушающего контроля.
9. www.td.ru – Информационно-аналитический портал
«Техническая диагностика».
10. www.s71.ru – Приборостроительный холдинг «Сибирский аршин» – разработка, производство и поставка приборов и
средств для испытаний, измерений, технической диагностики,
неразрушающего контроля качества и промышленной безопасности.
11. www.nkportal.ru – NK портал – Технологии неразрушающего контроля.
12. www.svarkainfo.ru – Интернет-портал – Все для надежной сварки.
13. www.ndt.net.ru – Независимый информационный портал – Неразрушающий контроль в промышленности.
14. www.ardrox.ru – Концерн CHEMETALL.
31
14. ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Варианты фотооптической регистрации
32
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Окончание прил. 1
Варианты фотооптической регистрации
Вариант 5
Вариант 7
Вариант 6
Вариант 8
33
Приложение 2
Условные признаки недопустимых дефектов
различного типа
Размеры индикаторного
следа
Трещины длиной менее
2 мм
Трещины всех направ- Трещины длиной более
лений
2 мм
Трещины, выходящие на
два края изделия
Равномерно
поражено
менее 10 % поверхности
Усталостные трещины
Равномерно
поражено
более 10 % поверхности
Поражено менее 10 %
поверхности изделия
Язвенная коррозия
Поражено более 10 %
поверхности изделия
Суммарная площадь повреждения менее 10 мм 2
Царапины
Суммарная площадь повреждения более 10 мм 2
Доля площади, на котоДефекты механической рой ярко выражены деобработки
фекты механической обработки, менее 10 %
Поверхностные поры, Диаметр менее 1 мм
раковины
Диаметр более 1 мм
Сквозные дефекты
Любые
Вид дефекта
34
Допустимость
Допускаются
Не допускаются
Не допускаются
Допускаются
Не допускаются
Допускаются
Не допускаются
Допускаются
Не допускаются
Допускаются
Допускаются
Не допускаются
Не допускаются