Неразрушающий контроль проникающими

Веществами

Это вид НК основан на проникновении пробных веществ в полости дефектов ОК (ГОСТ 18353-79). Его разделяют на два крупных класса: капиллярные методы контроля (КМК) и методы течеискания.

КМК основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости несплошностей и регистрации образующихся индикаторных следов визуально или с помощью преобразователя. Позволяет обнаруживать поверхностные и сквозные дефекты, которые могут быть обнаружены также при оптико-визуальном контроле. Однако последний требует больших затрат времени при выявлении слабораскрытых трещин. Преимущество КМК – в многократном ускорении процесса контроля. Достаточно сказать, что капиллярная дефектоскопия занимает 75 % всего объема НК в мире. Основными документами, регламентирующими применение КМК, являются ГОСТы 18442-80, 28369-89 и 24522-80.

Течеискание – это вид испытаний на герметичность, основанный на регистрации веществ, проникающих через течи в ОК (ГОСТ 26790-85). Методы течеискания используют для выявления только сквозных дефектов, например, в стенках котлов цистерн. В полость дефекта пробное вещество проникает либо под действием разности давлений, либо под действием капиллярных сил, причем в последнем случае индикаторную жидкость наносят с одной стороны стенки ОК, а регистрируют с другой.

В вагонном хозяйстве ОАО «РЖД» НК проникающими веществами применяют для контроля боковых рам и надрессорных балок (КМК – «меловой» способ) [31], котлов цистерн и элементов тормозной системы (манометрический и пузырьковый методы течеискания).

4.1. Основные физические явления

Поверхностное натяжение. Жидкости не обладают упругостью формы, но имеют большую объемную упругость. Потенциальная энергия молекулы, находящейся на поверхности, больше, чем находящейся внутри объема жидкости. Поэтому молекулы на поверхности, чтобы занять положение с минимальной потенциальной энергией, стремятся вернуться внутрь объема жидкости. Иначе говоря, жидкость при том же объеме стремится уменьшить свою свободную поверхность.

Смачивание. Степень проникновения жидкости в полость дефекта зависит от смачиваемости материала этой жидкостью, а также от размеров дефекта. Жидкость смачивает твердое тело, если молекулы жидкости взаимодействуют с молекулами твердого тела сильнее, чем между собой. В этом случае жидкость будет растекаться по твердому телу и стремиться увеличить поверхность соприкосновения с ним.

Если же силы взаимодействия молекул жидкости между собой больше, чем с молекулами твердого тела, то жидкость не смачивающая. При этом жидкость стремится сократить поверхность соприкосновения с твердым телом и принять шаровидную форму.

Капиллярные явления. Проявляются в узких сосудах и тонких пленках. Они вызываются тем, что давление внутри жидкости на некоторую величину отличается от внешнего давления газа. За счет возникающего дополнительного давления в капилляре или поднимается, или опускается, образуя так называемый мениск. Силы поверхностного натяжения стремятся уменьшить величину свободной границы мениска, и в капилляре начинает действовать дополнительная сила, приводящая к всасыванию смачивающей жидкости. Глубина, на которую жидкость проникает в капилляр, прямо пропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения жидкости и обратно пропорциональна радиусу капилляра. В качестве жидкостей, проникающих в полости дефектов, применяются цвето- или светоконтрастные жидкости (пенетранты), позволяющие повысить контрастность индикаторного рисунка (следа), образующегося на дефектах на фоне поля.

Классификация капиллярных методов контроля основана на светоколористических особенностях индикаторных следов. По этому признаку они подразделяются на три основных метода: цветной, люминесцентный и люминесцентно-цветной. При цветном методе дефекты выявляются по цветному индикаторному следу над дефектом, так как краситель, входящий в состав проникающей жидкости, обладает избирательным отражением части видимого света. При люминесцентном методе дефекты выявляются по свечению люминесцирующей проникающей жидкости, вышедшей из полости дефекта, при освещении детали ультрафиолетовым светом. Люминесцентно-цветной метод является комбинацией цветного и люминесцентного.

Сорбция – это поглощение твердым телом или жидкостью вещества из окружающей среды. Сорбционные явления оказывают существенное влияние на проявление дефектов. Проявитель, находящийся над плоскостью дефекта, равномерно поглощает жидкость из полости дефекта. Жидкость растворяет проявитель и сама растворяется в нем. Если для выявления дефекта используется жидкость с высокой летучестью, а для индикации быстросохнущий проявитель, то над дефектом образуется стабильный индикаторный рисунок, неопределенно долго сохраняющий свою форму и цвет. Скорость сорбиционных процессов проявителя зависит от скорости диффузии жидкости и растворенных в ней веществ в слой проявителя.

4.2. Сущность и технология капиллярных методов

контроля

КМК основаны на проникновении смачивающей индикаторной жидкости в поверхностные трещины и поры под воздействием капиллярных сил с последующим «проявлением» этих жидкостей. Выявление дефектов осуществляют путем преобразования индикаторных рисунков с высоким оптическим (яркостным и цветовым) контрастом и с шириной линий, превышающей ширину раскрытия дефектов. На железнодорожном транспорте широко применяют цветной и светоконтрастный методы капиллярной дефектоскопии.

На поверхность детали наносят смачивающую жидкость-пенетрант 1 (рис. 2.130.). Дефекты выявляют, обнаруживая либо жидкость, оставшуюся в их полостях после удаления ее с поверхности, либо скопления частиц порошка, взвешенного в жидкости и отфильтровавшегося на поверхности детали при заполнении полости дефекта жидкостью.

В первом случае жидкость в полостях 2 обнаруживают после нанесения проявителя 3. Он поглощает жидкость, образуя индикаторный рисунок 4, а также создает фон, улучшающий видимость рисунка. Во втором случае скопления порошка обнаруживают без применения проявляющего вещества. Индикаторные рисунки, образующиеся при контроле, либо обладают способностью люминесцировать в ультрафиолетовых лучах, либо имеют окраску, вызванную избирательным поглощением (отражением) части падающих на них световых лучей.

На рис. 2.130 показаны: а – полость трещины 2 заполнена проникающей жидкостью 1; б – жидкость удалена с поверхности ОК; в – нанесен проявитель 3, трещина 2 выявлена. Линии индикаторного рисунка 4 имеют ширину от 0,05 до 0,3 мм (что на расстоянии наилучшего зрения – 250 мм – соответствует угловой ширине от 15´´ до 1´30´´), яркостный контраст 30 – 60 % и более, а также высокий цветовой контраст. Это значительно выше соответствующих параметров поверхностных дефектов (сравните: угловой размер от 1´´ до 10´´, яркостный контраст 0 – 5 %, цветовой контраст отсутствует). Поэтому рисунок обнаружить легче, чем сам дефект, и тем легче, чем шире индикаторная линия и выше ее контраст с фоном. Наличие рисунка не только свидетельствует о существовании дефекта, но также указывает место его нахождения, форму или протяженность по поверхности детали.

Процесс КМК отличается завидной простотой и состоит из следующих операций: подготовка детали к контролю; обработка его дефектоскопическими материалами; выявление дефектов; очистка детали.

4.3. Чувствительность капиллярных методов контроля

Чувствительность КМК определяют по размеру наименьших выявляемых реальных или искусственных инициированных дефектов (ширина раскрытия, глубина, длина полости). Согласно ГОСТ 18842-80 основным параметром дефекта, по которому оценивают чувствительность, служит ширина его раскрытия.

Диапазон нормирования чувствительности ограничен верхним и нижним порогами. Нижний порог – это минимальная величина раскрытия выявленных дефектов. Она обуславливается тем, что малое количество пенетранта, задержавшееся в полости небольшого дефекта, оказывается недостаточным, чтобы получить контрастную индикацию при данной толщине слоя проявителя. Верхний порог определяется тем, что из широких, но не глубоких дефектов пенетрант вымывается при устранении излишков пенетранта с поверхности. Порог чувствительности конкретного выбранного способа КМК зависит от условия контроля и дефектоскопических материалов.

В зависимости от размера выявленных дефектов ГОСТ 18442-80 устанавливает пять классов чувствительности (табл. 2.38). Пятый – технологический – не нормируется.

Не следует без необходимости стремиться к достижению более высоких классов: это требует более дорогостоящих материалов, лучшей подготовки поверхности ОК, увеличивает время контроля.

Таблица 2.38