Технология и средства контроля

Схема общей технологии капиллярного контроля показана на рис. 5. Отметим основные ее этапы.

Рис. 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 ОК. 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 ОК 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 ОК. Этим удаляют остатки моющих жидкостей и растворителей из полостей дефектов. Сушку интенсифицируют повышением температуры, обдувом, например используют струю теплового воздуха из фена.

Пропитка пенетрантом.

К пенетрантам предъявляют целый ряд требований. Хорошая смачиваемость поверхности ОК — главное из них. Для этого пенетрант должен иметь достаточно высокое поверхностное натяжение и краевой угол, близкий к нулю при растекании по поверхности ОК. Как отмечалось в § 9.3, 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 и 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. Гаситель 1 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 (см. [16], кн. 1, с. 152). Все сведения о дефектоскопических материалах, технологии их применения рекомендуется суммировать в виде формуляра, пример которого показан на рис. 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. 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.

Рис. 6. Пример формуляра на набор дефектоскопических материалов

Рис. 7. Стационарная установка КД-20Л для люминесцентного контроля

Промышленностью освоен выпуск нескольких типов аппаратов для УФ-облучения. Для контроля мелких и средних деталей; применяют стационарные установки. Например, установка КД-20Л (рис. 7) имеет облучатель, подвижный в трех направлениях, контролируемое изделие располагают на столе переменной высоты. Для контроля крупногабаритных изделий применяют переносные установки, например установку типа КД-32Л (рис. 8) масой 5 кг.

Ультрафиолетовая облученность объекта контроля должна лежать в пределах 750…3000 мкВт/см2. Ее проверяют по схеме рис. 9, а. В затемненном помещении под проверяемым УФ-облучателем 1 устанавливают белый люминесцентный экран, изготовленный по технологии, изложенной в ГОСТ 18 442– — 80. Расстояние D должно быть равным расстоянию от облучателя до места контроля. Параллельно экрану устанавливают датчик люксметра 2 типа Ю-16 или Ю-116, перед входным окном которого располагают светофильтр 3 из стекла типа ЖС4 толщиной 5 мм. Светофильтр поглощает УФи пропускает видимое излучение. Облученность определяют по показаниям люксметра в относительных единицах. За относительную единицу интегральной облученности принимают облученность, при которой люминесцирующий экран излучает световой поток, создающий освещенность в 1 лк.

Проверяют также подсветку объекта контроля видимым светом, излучаемым УФ-облучателем 1. Для этого датчик 2 с фильтром 3 располагают на месте экрана (рис. 9, б). Подсветка не должна превосходить 30 лк.

Рис. 8. Переносная установка КД-32Л для люминесцентного контроля

Рис. 9. Схема проверки ультрафиолетовой облученности (а) и подсветки видимым светом (б) от ультрафиолетового облучателя

Чем глубже дефект, тем быстрее появляется изображение, больше яркость и размер индикаций. С учетом этого полезно производить осмотр 2 раза: через 5…10 мин после начала проявления, когда глубокие дефекты дают четкие индикации, правильнее отображающие форму дефекта, и в конце проявления, когда индикации от глубоких дефектов расплылись, но стали более заметными и появились индикации от неглубоких дефектов. Результаты контроля заносят в журнал и составляют заключение по контролю.

Окончательную очистку объекта после контроля осуществляют влажной протиркой, промывкой водой или растворителем, обдувкой песком или другим абразивным материалом. Пленочный проявитель отклеивают. Иногда выжигают проявитель нагреванием. Если на эксплуатационные качества объекта контроля следы процесса капиллярной дефектоскопии не влияют то операцию очистки не проводят.

Расход дефектоскопических материалов зависит от качества поверхности контролируемого объекта, ее расположения, консистенции материалов, способа их нанесения. Расход пенетранта 0,3…0,5 л/м2. Большее значение соответствует неровной поверхности объекта контроля, вертикальному расположению поверхности. Очистителя расходуется в 2…3 раза больше, чем пенетранта. Расход порошкообразного проявителя 40…50 г, а суспензии — 300 г на 1 л пенетранта.