Сущность и область применения капиллярного неразрушающего контроля
Капиллярные методы неразрушающего контроля предназначены для обнаружения поверхностных и сквозных дефектов в объектах контроля, определения места их расположения, протяженности и ориентации. Объекты контроля капиллярными методами не имеют ограничений по размерам и форме и могут быть изготовлены из черных и цветных металлов, сплавов, пластмасс, стекла, керамики, а также других твердых неферромагнитных материалов.
Капиллярные методы НК основаны на использовании явления капиллярного проникновения хорошо смачивающей материал изделия жидкости (индикаторный пенетрант) в полости дефектов. Это принципиально возможно, если размеры полостей дефектов (степень их раскрытия) достаточно малы и являются капиллярами. Проникший в дефекты индикаторный пенетрант, после нанесения на поверхность изделия проявителя пенетранта, может быть обнаружен визуально или с помощью преобразователей в виде индикаторных следов, указывающих место нахождения дефекта. Индикаторный след над дефектом будет надежно обнаруживаться в том случае, если между ним и неповрежденной поверхностью изделия будет достаточный яркостной или цветной контраст.
Таблица 1.
Сущность методов капиллярной дефектоскопии
Термин |
Определение |
Жидкостный метод капиллярного неразрушающего контроля |
Метод неразрушающего контроля проникающими жидкими веществами, растворами, суспензиями, основанный на регистрации жидкости, проникающей в (или через) несплошности объекта контроля. Примечание. Все методы капиллярного неразрушающего контроля по характеру взаимодействия проникающих пенетрантов с объектом контроля, согласно ГОСТ 18353—79, рассматриваются как молекулярные, что не указывается в определениях для сокращения |
Метод проникающих растворов |
Жидкостный метод капиллярного неразрушающего контроля, основанный на использовании в качестве проникающего вещества жидкого индикаторного раствора |
Метод фильтрующих 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 |
Люминесцентный метод |
Жидкостный метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации контраста люминесцирующего в длинноволновом ультрафиолетовом излучении видимого индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля |
Цветной метод |
Жидкостный метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации контраста цветного в видимом излучении индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля |
Люминесцентно-цветной метод |
Жидкостный метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации контраста цветного или люминесцирующего индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля в видимом или длинноволновом ультрафиолетовом излучении |
Яркостный метод
|
Жидкостный метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации контраста в видимом излучении ахроматического рисунка на фоне поверхности объекта контроля |
Комбинированный метод капиллярного неразрушающего контроля (комбини-рованный метод) |
Метод капиллярного неразрушающего контроля, рационально сочетающий два или более различных по физической сущности методов неразрушающего контроля, один из которых жидкостный |
Капиллярно-электростатический метод
|
Жидкостный метод неразрушающего контроля, основанный на обнаружении индикаторного рисунка образованного скоплением электрически заряженных частиц у поверхностной или сквозной несплошности неэлектропроводящего объекта, заполненного ионогенным пенетрантом |
Капиллярно-электроиндуктивный метод
|
Жидкостный метод неразрушающего контроля, основанный на электроиндуктивном обнаружении электропроводящего индикаторного пенетрантов поверхностных и сквозных несплошностях неэлектропроводящего объекта |
Капиллярно-магнитопорошковый метод
|
Жидкостный метод капиллярного контроля, основанный на обнаружении комплексного индикаторного рисунка, образованного пенетрантом и ферромагнитным порошком, при контроле намагниченного объекта |
Капиллярно-радиационный метод излучения |
Жидкостный метод капиллярного неразрушающего контроля, основанный на регистрации ионизирующего излучения соответствующего пенетранта в поверхностных и сквозных несплошностях |
Капиллярно-радиационный метод поглощения |
Жидкостный метод капиллярного неразрушающего контроля, основанный на регистрации поглощения ионизирующего излучения соответствующим пенетрантом в поверхностных и сквозных несплошностях объекта контроля |
Капиллярные методы (КМ) НК включают следующие основные этапы (операции):
подготовка объекта к контролю;
обработку объекта дефектоскопическими материалами;
проявление дефектов;
обнаружение дефектов и расшифровку результатов контроля;
окончательную очистку объекта.
КМ подразделяют на основные, использующие капиллярные явления, и комбинированные, содержащие особенности двух или более различных по физической сущности методов НК, одним из которых является капиллярный.
Основные методы классифицируют следующим образом:
в зависимости от типа проникающего вещества на методы проникающих растворов и фильтрующихся суспензий;
в зависимости от способа получения первичной информации на яркостной (ахроматический), цветной (хроматический) люминесцентный, люминесцентно-цветной.
Комбинированные КМ контроля в зависимости от характера физических полей (излучений) и особенностей их взаимодействия с контролируемым объектом классифицируют на:
капиллярно-электростатический;
капиллярно-электроиндукционный;
капиллярно-магнитопорошковый;
капиллярно-радиационный поглощения;
капиллярно-радиационный излучения.
Технологические режимы операций контроля (продолжительность, температура, давление) устанавливают в зависимости от требуемого класса чувствительности, используемого набора дефектоскопических материалов, особенностей объекта контроля и типа искомых дефектов, условий контроля и применяемой аппаратуры.
Капиллярные методы НК применяются в заводских, полевых и лабораторных условиях, технологически они являются одними из наиболее простых. Большинство технологических операции может быть автоматизировано.
Методы капиллярного НК достаточно надежны, относительно недороги и обладают высокой чувствительностью к поверхностным дефектам типа нарушения сплошности.
Таблица 2.
Классификация чувствительности капиллярных методов контроля
Класс чувствительности
|
Минимальный размер (ширина раскрытия) дефекта, мин
|
I II ІІІ ІV Технологический |
Менее I От I до 10 От 10 до 100 От 100 до 500 Не нормируют |
По ГОСТ 18442-80, в зависимости от минимального размера выявляемых дефектов, установлено четыре класса чувствительности капиллярных методов НК (табл.2).
Класс чувствительности устанавливает разработчик объекта контроля.
Процесс контроля капиллярными методами состоит из ряда последовательных технологических операций, схематически представленных на рис.1.
Н
еобходимым
условием выявления дефектов капиллярными
методами НК является наличие полостей,
свободных от загрязнений и имеющих
выход на поверхность контролируемого
изделия. Поэтому первой технологической
операцией является подготовка изделия
к контролю, заключающаяся в очистке его
поверхности и полостей дефектов от
загрязнений и лакокрасочных покрытий
с последующей сушкой (рис. 1а).
Затем выполняются операции обработки объекта контроля дефектоскопическими материалами: заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом (рис. 1б), удаление избытка индикаторного пенетранта с поверхности изделия (рис. 1в), нанесение проявителя (рис. 1г).
Затем на поверхность контролируемого объекта наносится проявитель пенетранта (рис. 1д) распылением, кистью, погружением, обливанием, распылением в электростатическом поле, методом воздушной взвеси или распыления (для порошкообразных проявителей), электроосаждением, наклеиванием (для пленочных проявителей).
Затем следует собственно операция дефектации, т.е. обнаружение индикаторных следов дефектов на поверхности контролируемого объекта (рис. 1е и 1ж).
Подготовка объектов к контролю включает очистку контролируемой поверхности и полостей дефектов от всевозможных загрязнений, лакокрасочных покрытий, моющих составов и дефектоскопических материалов, оставшихся от предыдущего контроля, а также от сушки контролируемой поверхности и полостей дефектов.
Различают следующие способы подготовки контролируемой поверхности:
механический — очистка струёй абразивного материала (песком, дробью, косточковой крошкой) или механической обработкой поверхности;
паровой — очистка в парах органических растворителей;
растворяющий — очистка промывкой, протирка с применением воды, водных моющих растворов или легколетучих растворителей;
химический — очистка водными растворами химических реактивов;
электрохимический — очистка водными растворами химических реактивов с одновременным воздействием электрического тока;
ультразвуковой — очистка растворителями, водой или водными растворами химических соединений в ультразвуковом поле с использованием ультразвукового капиллярного эффекта;
анодно-ультразвуковой — очистка водными растворами химических реактивов с одновременным воздействием ультразвука и электрического тока;
тепловой — очистка прогревом при температуре, не вызывающей недопустимых изменений материала контролируемого объекта и окисления его поверхности;
сорбционный — очистка смесью сорбента и быстросохнущего органического растворителя, наносимой на очищаемую поверхность, выдерживаемой и удаляемой после высыхания.
При подготовке объекта к контролю в необходимых случаях проводят работы по снятию или компенсации остаточных или рабочих напряжений в объекте, сжимающих полости искомых дефектов. При поиске сквозных дефектов в стенках трубопроводных систем, баллонов, агрегатов и аналогичных полостных объектов, заполненных газом или жидкостью и находящихся под избыточным давлением, полости таких объектов освобождают от жидкости и доводят давление газа в них до атмосферного.
Обработка объекта дефектоскопическими материалами включает следующие этапы: заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом; удаление избытка индикаторного пенетранта; нанесение проявителя, если этого требует используемый метод.
Известны следующие способы заполнения дефектов индикаторным пенетрантом:
капиллярный — самопроизвольное заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом, наносимым на контролируемую поверхность смачиванием, погружением, струёй, распылением сжатым воздухом, хладоном или инертным газом;
вакуумный — заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом при давлении в их полостях менее атмосферного;
компрессионный — заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом при воздействии на него избыточного давления;
ультразвуковой — заполнение полостей дефектов пенетрантом в ультразвуковом поле с использованием ультразвукового капиллярного эффекта;
деформационный — заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом при воздействии на объект контроля упругих колебаний звуковой частоты или статического нагружения.
При выявлении сквозных дефектов пенетрант иногда наносят на поверхность, противоположную контролируемой. Избыток его удаляют или гасят на контролируемой поверхности с применением очистителя или без него в возможно короткий промежуток времени от момента окончания заполнения полостей дефектов до момента начала проявления.
Различают следующие способы удаления индикаторного пенетранта:
протирка — удаление индикаторного пенетранта салфетками с применением или без применения очищающего состава или растворителя;
промывка — удаление индикаторного пенетранта водой, специальным очищающим составом или их смесями (погружением, струёй или распыленным потоком);
обдувка — удаление индикаторного пенетранта струёй песка, дроби, косточковой крошки, древесными опилками;
гашение — устранение люминесценции или цвета воздействием гасителя.
При использовании водосмываемых (после воздействия очистителя) индикаторных пенетрантов перед употреблением проявителей любого типа (кроме суспензий на водной основе) мокрую контролируемую поверхность подвергают естественной сушке или сушке в потоке воздуха. Допускается протирка чистой гигроскопической тканью, ветошью, древесными опилками, а также удаление индикаторного пенетранта обдувкой и гашением без предварительной обработки очистителем и водой.
При нанесении проявителей используется один из следующих способов:
электроосаждение — нанесение проявителя распыление — нанесение жидкого проявителя струёй воздуха, хладона, инертною газа или безвоздушным методом;
электрораспыление — нанесение проявителя в электростатическом поле с воздушным или безвоздушным распылением;
воздушной взвеси — нанесение порошкообразного проявителя созданием его воздушной взвеси в камере, где размещен объект контроля;
кистевой — нанесение жидкого проявителя кистью, щеткой или средствами, их заменяющими;
погружение — нанесение жидкого проявителя кратковременным погружением в него объекта контроля;
обливание — нанесение жидкого проявителя обливанием;
погружением в него объекта контроля с одновременным воздействием электрического тока;
посыпание — нанесение порошкообразного проявителя припудриванием или обсыпанием объекта контроля;
наклеивание — нанесение ленты пленочного проявителя прижатием липкого слоя к объекту контроля.
При использовании самопроявляющихся, фильтрующихся и других индикаторных пенетрантов, не требующих нанесения проявителя, последний не наносят.
Проявление следов дефектов представляет собой процесс образования рисунка в местах наличия дефектов. Известны следующие способы проявления индикаторных следов дефектов:
временной — выдержка объектов на воздухе до момента полного и четкого появления индикаторных следов дефектов;
тепловой — нагревание объектов при нормальном атмосферном давлении;
вакуумный — создание вакуума над поверхностью объекта с постоянным или изменяющимся по определенному закону разрежением;
вибрационный — упругодеформационное воздействие на объект посредством вибрации, циклического или статического его нагружения.
Обнаружение дефектов представляет собой сочетание или отдельное использование способов наблюдения и регистрации индикаторного следа (табл. 3)
Таблица З