Секацкий В.С., Мерзликина Н.В. Методы и средства измерений и контроля

Подождите немного. Документ загружается.

253

Порядок проведения этого метода следующий: контролируемая деталь

погружается на 5 – 10 минут или закрашивается кистью раствором, в

который добавлен краситель.

Раствор следующего состава (по объему в %):

Керосин………………………..65

Трансформаторное масло…….30

Скипидар………………………5

Для окрашивания к раствору прибавляют до насыщения краситель:

судан 3, судан 2 , судан 1 или жировой оранж.

Потом деталь тщательно промывают холодной водой, покрывают

тонким

слоем водного раствора каомена и подсушивают в струе тёплого

воздуха.

Подсушенный белый слой впитывает окрашенный раствор, образуя в

местах дефектов яркий узор. Затем снимается изображение расположения

дефектов в виде отпечатка на бумаге. Люминесцентные лампы типа ЛБ и

ЛХБ.

Люминесцентный метод.

Основан на регистрации контраста люминесцирующего в

длинноволновом ультрафиолетовом излучении

видимого индикаторного

рисунка на фоне поверхности объекта контроля.

Подготовка детали заключается в очищении от масла, для чего деталь

помещают в бензиновую ванну или тщательно протирают. При наличии

окалины её предварительно подвергают пескоструйной обработке.

Флюоресцирующий раствор наносится кистью (мелкие детали погружаются

в раствор), а затем деталь выдерживают 10 – 15 минут на воздухе. Пример

раствора: керосин – 75%, нириол – 25 – 35%, ПАВ ОП – 07 или ОП – 10 –

0,5%.

Под действием ультрафиолетовых лучей нириол даёт жёлто – зелёное

свечение (ПАВ добавляются для лучшего удаления флюоресцирующего

раствора). Затем поверхность промывают струёй холодной воды,

просушивают и припудривают порошком: углекислым магнием Mg(CO

3)2

или окисью магния MgO. Избыточное количество порошка после выдержки

(1 – 30 минут) сдувают. После этого деталь рассматривают в

ультрафиолетовом свете. В местах дефектов порошок, пропитанный

раствором, удерживается на поверхности детали и даёт яркую

флюоресценцию.

Этим методом можно обнаружить не только местоположение

поверхностной трещины, но и её глубину.

254

Рис. 18.1. Люминесцентная установка

Люминесцентная установка состоит из лампы: 1 – источника УФ –

лучей, светофильтра – 2, задерживающего лучи видимого спектра от

попадания на облучаемую поверхность детали – 3 с дефектами в виде трещин

– 4.

Техническую сторону этого метода представляет собой капиллярный

дефектоскоп – совокупность приборов, вспомогательных средств и образцов

для испытаний.

Дефектоскопы должны изготавливаться в соответствии

с требованиями

ГОСТ 23349 – 84 и ГОСТ 12997 – 84. Они бывают переносные, передвижные

и стационарные.

В зависимости от класса чувствительности и создаваемой

облучённости дефектоскопы подразделяются на группы (табл. 18.1)

Таблица 18.1

Группа Класс

Облучённость

отн.ед. МкВт / см

1 1, 2 200 - 300 2000 - 3000

2 3 100 - 200 1000 - 2000

3 4 50 - 100 500 - 1000

4 Технологический до 50 до 500

В качестве источников ультрафиолетового излучения используют

специализированные ртутные лампы в чёрных колбах и их аналоги,

обеспечивающие излучение волн 300 – 400 нм с преобладанием длинны

волны 365 нм. ДРУ Ф3 – 125, ДРУ Ф – 125, ДРУ Ф – 125 – 1 (250).

Метод магнитных порошков.

Основан на обнаружении комплексного индикаторного рисунка

образованного ферромагнитным порошком, при контроле намагниченного

объекта.

Контролируемые детали намагничиваются

постоянным или

переменным током, а затем на их поверхность наносятся частицы

мельчайшего магнитного порошка, чаще в форме суспензии. При этом

порошок распологается на краях дефектов. Наличие дефектов в металле

искожает магнитный поток, что обнаруживается при рассмотрении картин

распределения порошка на поверхности детали.

255

В зависимости от поперечного сечения испытуемой детали сила тока

для намагничивания, получаемая от силового трансформатора или батареи

специальных аккумуляторов, колеблется в пределах 2000-3000 А.

Различают контроль намагниченной детали: «на остаточную

намагниченность, когда магнитный порошок наносится после

намагничивания, и «при наложенном магнитном поле», если порошок

наносится присутствии намагничивающего поля.

Метод магнитных порошков дает

возможность выявить трещины

только в том случае, если они преграждают путь потоку магнитных силовых

линий.

Деталь может быть намагничена циркулярным, полосным или

комбинированным методом.

Циркулярное намагничивание позволяет найти только продольные

трещины; полюсное только поперечные, а комбинированные – продольные и

поперечные трещины на контролируемой детали (рис. 18.2). Величина и

глубина дефекта также влияют

на искажения формы потока магнитных

силовых линий. Наиболее распространён и доступен порошок, полученный

восстановлением из крокуса или железного сурика.

Ц. Н. П. Н. К. Н.

Рис. 18.2. Методы намагничивания

Точность можно повысить приготовлением суспензии, то есть

жидкости, содержащей масло, керосин, водный мыльный раствор, в котором

твёрдые частицы находятся во взвешенном состоянии.

Зависимость глубины обнаруживаемого дефекта от тока и условий

проведения испытаний.

Детали, прошедшие магнитный контроль, подвергаются обязательному

размагничиванию. Намагниченные переменным током пропускаются через

соленоид, напряжённость магнитного поля которого убывает

от максимума

до нуля.

Намагниченные постоянным током, размагничиваются постоянным

полем, но при обязательной перемене направления поля в постепенном

уменьшении его напряжённости до нуля.

Дефектоскопия методом магнитных порошков нашла широкое

применение на машиностроительных заводах для контроля различных по

размеру и назначению изделий: осей, валов, зубчатых колес, турбинных

лопаток, различного инструмента и

может быть использована для

обнаружения поверхностных трещин в сварных соединениях.

256

Также существуют комбинированные методы капиллярного НК, один

из которых обязательно жидкостный.

Капиллярно – электростатический метод основан на обнаружении

индикаторного рисунка, образованного скоплением электрических

заряженных частиц у поверхностной или сквозной несплошности

неэлектропроводящего объекта, заполненного ионогенным пенетрантом

(индикаторной жидкостью).

Капилярно – электроиндуктивный метод основан на

электроиндуктивном обнаружении электропроводящего индикаторного

пенетранта поверхностных и сквозных

несплошностях

неэлектропроводящего объекта.

Жидкостный капилярно – радиационный метод излучения основан на

регистрации ионизирующего излучения соответствующего пенетранта в

поверхностных и сквозных несплошностях, а капилярно - радиационный

метод поглощения – на регистрации поглощения ионизирующего излучения

соответствующим пенетрантом в поверхностных и сквозных несплошностях

обьекта контроля.

Аппаратура капилярного неразрушающего контроля.

Приборы капилярного НК это устройство с помощью

которых

получают, передают и преобразуют информацию о технологических

операциях, дефектоскопических материалах или наличии несплошностей для

непосредственного восприятия оператором или средствам, его заменяющим.

В качестве вспомогательных средств капилярного НК используют

ванны, камеры, столы, контейнеры, кисти, распылители и т. п., которые

служат для выполнения интенсификации одной или нескольких

технологических операций капилярного неразрушающего

контроля без

изменения и регулирования их параметров.

Приборы автоматического контроля дефектов поверхности.

Принцип определения поверхностных дефектов заключается в

следующем. Если неровности поверхности на много меньше, чем длина

волны излучения, то падающий лучистый поток отражается только в одном

направлении, т. е. поверхность выступает в качестве зеркала. Если размер

неровности тогоже порядка

что и длинна волны излучения, то в рассеянии

его главную роль играют дифракционные дефекты, если же неровности

поверхности намного больше, чем длинна волны излучения, то оно зеркально

рассеивается на неровностях.

Таким образом задачу определения различных видов дефектов можно

свести к определению соответствующих изменений плотности распределения

пучка излучения путём пространственной фильтрации

В системе автоматического обнаружения дефектов поверхности “Tospector

″ используется протяжённый (полосовой) источник света, излучение от

которого освещает поверхность, подлежащую исследованию. Свет,

отражённый поверхностью, вновь отражается поверхностями вращающейся

призмы и фокусируется на щели, затем фото умножители преобразуют в

электрический сигнал. При вращении призмы положение мгновенного поля

257

зрения сдвигается от одного края контролируемого листа к другому, так что

его поверхность оказывается оптически развёрнутой в пределах поля зрения,

равному 560 мм по направлению, перпендикулярному движению

контролируемого материала. Размер мгновенного поля зрения выбирается

близким к минимуму обнаруживаемому поверхностному эффекту. Когда

размеры мгновенного поля зрения уменьшаются, отношение сигнал – шум

для дефекта того

же размера увеличивается. Минимально обнаруживаемый

дефект 0,1 мм в диаметре. Применение металлического вращающегося

зеркала, увеличивая скорость вращения в 4 раза по сравнению со

стеклянным. Можно контролировать поверхность материала, двигающегося

со скоростью свыше 15 метров в секунду.

Система устанавливается на линиях прокатки, линиях обработки

стальных и цветных металлов, в линиях производства стекла, бумаги,

пластика

Лазерные дефектоскопы.

Дефектоскоп SDB с источником излучения от гелий – неонового лазера

фирмы Такепака предназначен для обнаружения дефектов на поверхности

движущегося листообразного тела при использовании оптического

отражения бегущего светового пятна. Ширина развёртываемого светового

потока при использовании 5 канальной установки 1400 мм. Минимальный

размер обнаруживаемых дефектов типов пузырей, сыпи – 50 мкм, отверстий

пятен грязи – 100 мкм.

Приборы

оптической структуроскопии.

К этой группе приборов относятся интроскопы, померископы, лазерные

и обычные нефелолатры, приборы галографической структуроскопии

(дисдрометры).

Интроскопы предназначены для визуализации внутренней структуры

объектов, непрозрачных в видимой области спектра, но прозрачных в УФ

или ИК областях спектра.

Источники света по физическим принципам действия могут быть

разделены на газоразрядные (ГИ

), тепловые (ТИ), люминесцентные (ЛИ),

лазерные (ЛИ).

ГИ – высокая яркость 10

–10

кд/м

; работа в модулированном и

непрерывном режиме; спектр излучения – линейчатый или смешанный.

Длинна волны

λ=0,25 – 2 мкм.

ТИ – лампы накаливания, тепловое излучение; спектр примерно равен

спектру абсолютно чёрного тела; длинна волны максимальна спектральной

плотности по закону Вина

λ=3000 К, яркость 10

– 10

кд/м

. Недостаток –

инерционность, излишние спектра изменения спектра излучения при

колебаниях напряжения питания, высокая температура нити накала.

Достоинства широкий спектральный диапазон, надёжность, большая

световая мощность.

258

ЛИ – Действие основано на эффекте электро - и

катодолюминисценции, известны светодиоды (СД) и электронно-лучевые

трубки (ЭЛТ).

СД – монохромотичный спектр, область излучения – зелёный, жёлтый,

красный, ИК (до 0,9 мкм), яркость не велика от 1 до 100 кд/м

ЭЛТ – недостатки низкая яркость 10

– 10

кд/м

, сложность системы

электронной развёртки. Преимущества высокое быстродействие, большая

информационная ёмкость.

ЛИ – длинна волн излучения охватывает все диапазоны области

спектра; мощность излучения 0,1 мВт – 10 Вт, расходимость луча от 1 – 10

угловых минут.

Импульсные (длинна импульса 10

-6

– 10

-9

с); например иттрий –

аллюминевый на гранате, СО

2 и др. Непрерывные лазеры – гелий – неоновый

лазер (

λ=0,63 мкм, мощность 1 – 20 мВт, долговечность 10000 часов,

красный), гелий – кадмиевый (синий,

λ=0,415 мкм, мощность от 1 мВт до 1

кВт), на СО

2 (λ=10,6 мкм), на СО (λ=5,5 мкм).

Приборы для контроля изделий.

Коэрцитиметр конструкции Н.М. Михеева, позволяющий судить о

магнитных свойствах на отдельных участках изделия, дает возможность

проверить глубину цементируемого и закаленного слоев, а также глубину

обезуглероженного слоя.

С помощью индукционного дифференциального аустенитомера Н.С.

Акулова можно контролировать, достаточно ли полно прошел процесс

превращения остаточного аустенита

в мартенсит при отпуске режущих

инструментов из быстрорежущих и высокохромистых инструментальных

сталей.

Портативные вихретоковые дефектоскопы фирмы Centurion NDT

модель ED-400 (рис. 18.3). Изготовитель - США.

Centurion ED-400 - это

портативный вихретоковый

прибор. Предназначен для

обнаружения поверхностных

трещин и других дефектов в

магнитных и немагнитных

материалах.

Он легкий, компактный,

простой в настройке и

эксплуатации.

Портативный вихретоковой

дефектоскоп Centurion ED-400

имеет отличное

соотношение

сигнал/шум на любых материалах.

Область применения и технические характеристики Centurion ED-

400:

Рис. 18.3. Портативный вихретоковой

дефектоскоп Centurion ED-400

259

глубина минимально выявляемых дефектов 0,12 мм;

практически не чувствителен к изменениям магнитной проницаемости

материала;

отличная компенсация изменения зазора;

высокая стабильность;

регулируемая настройка порога срабатывания звуковой сигнализации о

дефекте;

питание от двух алкидных батареек типа АА в течение 400-500 часов

работы;

ударопрочный корпус;

широкий выбор взаимозаменяемых преобразователей;

в стандартную комплектацию входит: прибор ED-400, стандартный

датчик

с кабелем 1,5 м, настроечный образец,

отвертка для настройки порога срабатывания сигнализации о дефекте,

две батарейки и кейс для переноски;

рабочая частота 100 кГц;

ширина шкалы 61 мм; диапазон показаний от 0 до 500 с ценой деления

50.

диапазон рабочих температур от 0° до 49°С;

размеры прибора: 8,9 × 18 × 4,8 см;

вес прибора с датчиком: 0,36 кг.

Centurion ED-1100 - это портативный вихретоковый

прибор с

микропроцессорным управлением (рис. 18.4). Предназначен для

обнаружения поверхностных и подповерхностных трещин и других дефектов

в магнитных и немагнитных материалах. Так же может применяться для

разбраковки материалов по их удельной электропроводности.

Рис. 18.4. Портативный вихретоковой

дефектоскоп Centurion ED-1100

Область применения и технические характеристики Centurion ED-

1100:

жидкокристаллический дисплей с возможностью запоминания сигнала

(размер по диагонали 152 мм);

диапазон настройки частоты от 100 Гц до 6 МГц;

260

диапазон регулировки фазы: от 0° до 360°;

питание от аккумуляторов, одной зарядки которых достаточно для

работы в течение 12 часов;

ударопрочный алюминиевый корпус;

широкий выбор абсолютных и дифференциальных преобразователей, а

так же сканеры для автоматического контроля отверстий;

возможно подключение внешнего самописца;

диапазон рабочих температур от -18° до 49°С;

размеры прибора: 15,2 × 30,4 ×15,2 см;

вес прибора: 3,4 кг.

18.2. Контроль внутренних дефектов

Ультразвуковая дефектоскопия.

Выявление внутренних дефектов в деталях с помощью ультразвука

основано на свойстве ультразвуковых волн отражаться от границы двух

сред – металла и воздуха. Пропуская через деталь ультразвук и улавливая

его отражение от внутренних трещин или раковин, можно по направлению

в силе отраженного ультразвука определить место, протяженность и

глубину этих дефектов.

Источником возбуждения улльтрозвуковых

волн высокой частоты

является пьезоэлемент в виде пьезокварца или кристалла титаната бария,

колебания которой передаются контролируемой детали. Неоднородность

включения графита препятствует проникновению ультразвука.

На практике находят применения дефектоскопы с непрерывным

излучением и импульсные. Различают три метода ультразвуковой

дефектоскопии: теневой, метод отражения и резонансный. Приборы

работающие по последнему принципу находят применение

для измерения

толщины стенки изделия, где прямое измерение затруднено. Дефектоскопы

с непрерывным и импульсным излучением ультразвука применимы для

контроля нарушений металлической склонности детали в виде трещин,

шлаковых включений, засоров, пористости.

Наиболее распространенным методом ультразвукового контроля

Усилитель

изл

чатель

иемник

ект

261

является эхо импульсный метод, блок-схема которого показана на рис. 18.5.

Синхронизирующий генератор в периодически, через несколько микросекунд,

вырабатывает сигнал, синхронизирующий работу отдельных блоков

дефектоскопа, в частности генератора высокой частоты А (С-генератор

развертки). Генератор А, вырабатывая импульс продолжительностью в

несколько долей микросекунд, подает его на искательную голову или

излучатель, в котором

электрические колебания с помощью пьезопластин

преобразуется в механические, т. е. Ультразвук, который

распространяется в контролируемую деталь.

Рис. 18.5 Осциллографический индикатор дефектов

При наличии в контролируемой детали дефекта ультразвуковая волна

от него отразится и попадет в приемник, т. е. Приемную головку, где

пьезопластина вследствие прямого пьезоэффекта превратит этот

механический импульс в электрический

Область применения ультразвука для указанных целей:

автоматический контроль величены зерна в сплавах;

контроль качества материалов путем определения величин скоростей

ультразвуковых

колебаний;

исследование степени однородности распределения углерода в стали;

исследование и контроль структурного строения сплавов;

определение степени анизотропии сплавов;

контроль качества точечной сварки по осциллограммам затухания

ультразвуковых колебаний.

Дефектоскопия просвечивания.

Метод выявления дефектов просвечиванием заключается в оценке

интенсивности проникающего излучения, проходящего через изделие.

Изделие с толщиной D подвергается облучению пучкам рентгеновских

лучей с интенсивностью I

(рис. 18.6). Так как металл частично поглощает

рентгеновские лучи, то, пройдя через тело контролируемого изделия, пучок

лучей будет падать на светочувствительную пленку А ослабленным. Однако

при этом интенсивность лучей, прошедших через бездефектный участок

изделия I

, будет меньше интенсивности лучей, прошедших через раковину в

его теле I

D-d

, т. к. на длине раковины d эти лучи не поглощались.

Правив пленку, можно определить положение и размеры дефектов в

изделии по положению и интенсивности черных пятен на пленке. Вместо

фотографирования можно применять для обнаружения дефекта метод

D-d

262

визуального наблюдения, если заменить светочувствительную пленку

люминесцирующим экраном.

Рис. 18.6. Дефектоскопия просвечивания

Ультразвуковой дефектоскоп УДС2-РДМ-3 предназначен для выявления

эхометодом, теневым методом, зеркально-теневым методом, эхо-зеркальным

методом ультразвукового контроля внутренних дефектов (трещин, пор,

расслоений, непроваров, шлаковых включений и т.п.) и определения их

координат в сварных соединениях из сталей и сплавов (в том числе

железнодорожных рельсах), выполненных электродуговой, электрошлаковой,

газовой, термитной

и стыковой сваркой оплавлением. (рис. 18.7)

Рис. 18.7. Ультразвуковой дефектоскоп УДС2-РДМ-3

Ультразвуковые дефектоскопы УД2-12 общего назначения с рабочими

частотами от 1,25 до 10 МГц, реализующий

известные методики контроля внутренних

дефектов изделий из металлов и сварных швов в

машино-, судо-, авиастроении, изделий нефте- и

газодобывающих отраслей и др. Предназначен для

контроля продукции на наличие дефектов типа

нарушения

сплошности и однородности

материалов, полуфабрикатов, готовых изделий и

сварных соединений, для измерения глубины и

координат их залегания, измерения отношений

амплитуд сигналов от дефектов. Снабжен

системами временной Регулировки

Чувствительности (ВРЧ) и Автоматической

Сигнализации Дефекта (АСД) (рис. 18.8).

Определение толщины контролируемых деталей, доступных с

одной стороны.

При определении толщины стенок, доступ к которым возможен лишь

с одной из сторон, широко применяются методы, основанные на поглощении

радиоактивных излучений при прохождении их через материалы. Измеряя

интенсивность бета- или гамма- излучения, прошедшего через слой того или

иного материала, легко установить зависимость ее как от рода материала,

Рис. 18.8. Ультразвуковой

дефектоскоп УД2-12