узз. Калиниченко ПВК 2019 23 09 19. Аттестационный региональный центр специалистов неразрушающего контроля (ооо арц нк) Н. П. Калиниченко, А. Н. Калиниченко
 Скачать 5.63 Mb.
|
|
4.8. Деформация образца Испытательный образец (рис. 4.12) представляет собой пластину, одна половина которой с никелевым покрытием, полученным методом химического восстановления, и тонким слоем хрома, а вторая половина подготовлена для получения зон характерной шероховатости. На сторо- не с покрытием находятся пять разрывов, имеющих форму звезды. Пла- стина испытательного образца типа 2 должна иметь прямоугольную форму размерами 155×50×2,5 мм. Для проверки смываемости прони- кающего вещества на одной половине поверхности создают четыре примыкающих друг другу зоны размерами 25×35 мм, шероховатость поверхности которых должна составлять R a = 2,5; 5; 10; 15 мкм. Углуб- ления для искусственных дефектов выполняют с помощью сжимающей машины мощностью 120 кН или соответствующего твердомера Виккер- са, оборудованного полусферическим наконечником. Детали полусфе- рического наконечника твердомера Виккерса показаны на рис. 4.13. 99 Рис. 4.12. Вид испытательного образца после проведения цветного и люминесцентного контроля Рис. 4.13. Сжимающая машина Данный тип контрольных образцов используется для повседневной оценки качества дефектоскопических материалов при флуоресцентном и цветном методе. 100 Контрольный образец – это единая пластина, на одной половине которой напылен при помощи электролиза никель и тонкий слой хрома, а на другой стороне заготовки – различная шероховатость. В напылении одной из сторон присутствуют пять несполошностей (дефектов) в виде звезд. Тест-панель имеет прямоугольную форму с размерами 155×50×2,5 мм. Материал основания – нержавеющая сталь типа Х2 Cr Ni Mo 17-12.3 (1.4432), соответствующий EN 10088-1 с начальной твер- достью по HV 20 равной от 140 до 160 или эквивалент. Покрытие из ни- келя толщиной от 57 до 63 мкм может быть нанесено на тестируемую поверхность для достижения величины по твердости порядка HV 0,2 равной от 500 до 600. Никелевый слой может быть напылен с тонким слоем твердого хрома с толщиной от 0,5 до 1,5 мкм. Панель деформируется при тепло- обработке, твердость имеет величину по HV 0,3 равную от 900 до 1000 как например, при нагреве до 405 град. в течение 70 мин. Шерохова- тость R a для хромового напыления должна быть от 1,2 до 1,6 мкм. Данный контрольный образец используется для проверки качества дефектоскопических материалов. Он состоит из расположенных рядом участков размерами 25 и 35 мм, изготовленных на одной половине тес- тируемой поверхности панели с шероховатостью R a , равной 2,5, 5, 10, 15 мкм. Поверхность с R a = 2,5 мкм может быть получена пескоструйным или электроэрозионным методом, как описано в ISO 3452-3:1998 [14]. 4.9. Контрольные образцы и тест-панели из неметаллических материалов В настоящее время на рынке представлено достаточное количество контрольных образцов, изготовленных из высококачественной стали, которые применяются для оценки качества дефектоскопических мате- риалов. Реальный выход при производстве контрольных образцов, удовлетворяющих необходимым требованиям параметров дефектов (ширины раскрытия, длины и глубины), достаточно мал. А так как ка- пиллярные методы позволяют диагностировать изделия, изготовленные из любых материалов, в том числе из стекла, керамики, пластмасс, было бы целесообразно иметь контрольные образцы, выполненные из неме- таллических материалов. Предложенный способ был осуществлен с применением эпоксид- ной смолы ЭД-6 (ЭД-20), отвердителя (полиэтиленполиамина), алюми- ниевой фольги толщиной 5 и 9 мкм, потали (имитатора сусального зо- лота) толщиной 0,5 мкм, каждая длиной 20 мм и шириной 5 мм. 101 Рис. 4.14 Контрольный образец с шириной раскрытия t, глубиной раскрытия h' и длиной l до и после травления хлорным железом Рис. 4.15. Вид контрольного образца после контроля дефектоскопического материала «Sherwin» Рис. 4.16. Внешний вид контрольного образца, имеющего 2 трещины 102 Рис. 4.17. Этапы технологии изготовления контрольных образцов из неметаллов 4.10. Универсальные тест-панели из неметалла для капиллярной дефектоскопии Проводимые в последние годы исследования по созданию кон- трольных образцов из неметаллов позволяют реализовать тест-панель (ТП) из неметалла для капиллярной дефектоскопии, на которой реали- зовано несколько трещин, соответствующих разным классам чувстви- тельности. Неметаллический материал – эпоксидный клей, в котором дефекты выполнены вытравливанием фольги требуемого размера или напыленного тонкого слоя металла. Рассмотрим технологию изготовления такой тест-панели по перво- му варианту, предусматривающему трещины, имеющие выход на боко- вые поверхности панели с величиной раскрытия трещин по разным классам чувствительности. Для изготовления необходимы следующие компоненты: пластинка с напыленным слоем металла (толщина слоя около 1 мкм), сусальное серебро-поталь и фольга толщиной 7…20 мкм. Суть изготовления заключается в следующем: вначале приготавли- вается одноразовая форма по размерам тест-панели, затем в нижней (донной) части проделываются прорези, в которые вставляются заранее подготовленные пластинки одинаковых размеров с напыленным метал- лом (поталь, фольга), рис. 4.18. Длина подготовленных пластинок при этом должна быть на 5…7 мм больше ширины формы. Использование в этом варианте донной поверхности, а не лицевой, позволяет в итоге получить более качественную рабочую поверхность, 103 так как большее количество пузырьков, образующихся при приготовле- нии эпоксидного клея, остается на лицевой поверхности контрольного образца. Рис. 4.18. Алюминиевая фольга 1, покрытая эпоксидным клеем после обработки 2 Затем в форму заливается эпоксидный клей (рис. 4.19). Залитая форма остается до полного затвердевания эпоксидного клея. Для уменьшения количества пузырьков, возникающих во время перемеши- вания смолы с отвердителем, используется ультразвуковая ванна. Рис. 4.19. Форма тест-панели с установленными пластинками и залитая эпоксидным клеем После затвердевания эпоксидного клея заготовка извлекается из формы, шлифуется до требуемых параметров трещин (особенно глуби- ны) и полируется. Остатки серебра, алюминиевой фольги вытравлива- ются с помощью раствора хлорного железа (рис. 4.20). Полученные трещины проверяются на ширину раскрытия. Данный вариант изготовления тест-панели позволяет контролировать глубину. При нанесении пенетранта на поверхность такого образца воздух из полости трещины легко удаляется, почти не препятствуя проникно- 104 вению в нее жидкости. В результате низкочувствительный пенетрант в некоторых случаях может обеспечить достаточно яркие контрастные индикаторные следы трещин, соответствующих более высокому классу чувствительности. Рис. 4.20. Тест-панель (контрольного образца) из неметалла по трем (I, II, III) классам чувствительности (1, 2, 3) c трещинами, выходящими на боковые стороны Предлагаемый авторами способ реализации дефектов в контрольных образцах из неметаллов позволяет во втором варианте выполнить трещи- ны в центральной области поверхности панели. В этом случае, во- первых, запираемый в полости дефекта воздух препятствует быстрому ее заполнению пенетрантом и во-вторых, существенно легче обеспечивает- ся одинаковые условия такой пропитки при проведении ряда операций. Рассмотрим технологию выполнения такого варианта тест-панели из неметалла. Вначале из неметалла (в нашем случае эпоксидного клея) делается прямоугольный брусок с размерами по длине и высоте, равными длине и высоте будущей тест-панели. Затем вырезают металлические полоски одинаковой необходимой длины и ширины. Толщина полосок будет со- ответствовать классам чувствительности будущей тест-панели. Полоски одинаковой толщины приклеивают эпоксидным клеем попарно друг против друга по бокам прямоугольного бруска в нижней (донной) его части. В предварительно заготовленную форму, определяющую размеры тест-панели, устанавливают прямоугольный брусок с металлическими полосками. После этого форма до необходимого уровня заливается жидким эпоксидным клеем. 105 Залитая форма остается до полного затвердевания эпоксидного клея. Для уменьшения количества пузырьков, возникающих во время перемешивания смолы с отвердителем, используется ультразвуковая ванна. После затвердевания эпоксидного клея заготовка извлекается из формы, шлифуется до требуемых параметров трещин (особенно глуби- ны) и полируется. Остатки металлических полосок вытравливаются с помощью раствора хлорного железа. Рис. 4.21. Тест-панель (контрольный образец) из неметалла по трем (I, II, III) классам чувствительности (1, 2, 3) с трещинами в центральной области поверхности панели Полученные трещины проверяются на ширину раскрытия. Для из- готовления дефектов применялись следующие компоненты: пластинка с напыленным слоем серебра (толщина слоя около 1 мкм), сусальное се- ребро (поталь) и алюминиевая фольга толщиной 9 мкм. Рассмотренная технология позволяет: 1) реализовать два варианта тест-панелей из неметалла практически с одинаковыми размерами дефектов по разным классам чувствительности: а) с п-образной формой трещин, имеющих выход на боковые поверхности; б) с п-образной формой трещин (тупиковых), не имеющих вы- хода на боковые поверхности. 2) появляется возможность проводить дополнительные сравни- тельные исследования наборов дефектоскопических материалов. Наличие канавки или буртика посредине панели позволяет оцени- вать способность дефектоскопических материалов к обнаружению де- 106 фектов или сравнивать наборы между собой. Другим важным преиму- ществом является то, что данная тест-панель может выполнять также роль универсального контрольного образца, так как дефекты выполне- ны с нормированными параметрами (по разным классам чувствительно- сти). У данных тест-панелей следует отметить еще одно преимущество – у них значительно больший ресурс (многократность использования), по сравнению с подобными зарубежными образцами из металлов, из-за возможности более качественной очистки образцов из неметаллов, вви- ду их прозрачности и отсутствия окисных образований. ТП № 1, обработанная дефектоскопическими материалами: А – Bycotest; B – Sherwin ТП № 2, обработанная дефектоскопическими материалами: А – Bycotest; B – Sherwin: 1 – трещины по III классу чувствительности; 2 – трещины по I классу чувствительности; 3 – трещины по II классу чувствительности Рис. 4.22. Тест-панели из неметалла 4.11. Дефекты, выявляемые капиллярным контролем Капиллярным контролем выявляются волосовины, трещины, зако- вы, неслитины, непровары в виде сплошных, иногда прерывистых ли- ний различной конфигурации. Литейные трещины могут быть одиноч- ными или групповыми. Трещина коррозии под напряжением характери- зуется наличием разветвлений. Шлифовочные трещины, растрескивание материала, межкристал- литная коррозия участков поверхности деталей из крупнозернистых сплавов выявляются в виде группы коротких линий или сетки. Межкристаллитная коррозия участков поверхностей деталей из мелкозернистых сплавов выявляются в виде пятен или размытых полос. 107 Отдельные очаги межкристаллитной коррозии, поры, язвенная кор- розия, выкрашивание материала, забоины, эрозионные повреждения выявляются отдельными точками различных размеров, группами точек или небольшими пятнами. Крупное выкрашивание выявляется в виде пятен с изломанными краями. При капиллярном контроле индикаторные рисунки на поверхности деталей могут возникать не только в местах реальных дефектов. Они также появляются при наличии различных допустимых повреждений или загрязнений поверхности. Так например, схожий с трещинами ин- дикаторный рисунок образуют: • риски и царапины или мелкие механические надрывы поверхно- сти, образующиеся например, при токарной обработке деталей; • цепочки близко расположенных мелких эрозионных поражений, пор и забоин. При осмотре они могут сливаться в линии; • линейный наклеп поверхности; • смолистые отложения – линейные следы полимеризовавшегося масла или топлива (топлива, бензина, дизельного топлива и др.), вытя- нутые по направлению воздушного потока; • шлейфовая коррозия – незначительная местная линейная по- верхностная коррозия в виде шлейфа, вытянутая по направлению воз- душного потока; • полосовидные отложения пыли; • неудаленные линейные следы пенетранта. Наиболее существенными дополнительными признаками, по ко- торым отличают индикаторные рисунки действительных рисунков от ложных, являются: • место расположения индикаторного рисунка (относительно концентраторов напряжения, узлов колебаний и др.). Например, устало- стные трещины могут развиваться на ребрах жесткости, на кромках, в галтелях, около отверстий и т. п. Ложные трещины могут располагаться в любом месте поверхности деталей; • направление линии протяженного рисунка относительно оси детали, отверстий, действующих нагрузок. Например, усталостные тре- щины развиваются перпендикулярно оси деталей, поперек ребер и кро- мок, в радиальном направлении около отверстий, вдоль пазов и галте- лей, поперек направления действующих рабочих нагрузок. Ложные трещины могут иметь произвольное направление; • конфигурация линии рисунка, наличие изломов и разветвле- ний. Трещины имеют изломы и изгибы, иногда разветвления. Изломы могут быть очень мелкими, видимыми только при осмотре через лупу. Риски, смолистые отложения, следы пыли и пенетранта, шлейфовая коррозия, как правило, изломов и разветвлений не имеют. 108 Другими существенными дополнительными признаками, по ко- торым отличают индикаторные рисунки действительных дефектов от ложных, являются: • подобие границ протяженных рисунков. Обе границы линии индикаторных трещин, волосовин и других дефектов типа несплошно- сти материала подобны друг другу. У цепочек эрозионных поражений и забоин, у линейного наклепа, смолистых отложений, следов пыли и пе- нетранта, у шлейфовой корозии границы линии не подобны друг другу; • четкость контуров рисунка. У трещин и других дефектов в на- чальные моменты проявления контур четкий, резкий. У ложных дефек- тов – нечеткий расплывчатый; • цвет, яркость и насыщенность окраски. У всех реальных, дей- ствительных дефектов при цветном контроле индикаторный рисунок имеет ярко-красный цвет, иногда с фиолетовым оттенком. Ложные де- фекты чаще имеют бледно-розовый цвет. При люминесцентном контро- ле методами ЛЮМ1-ОВ и ЛЮМ33-ОВ индикаторный рисунок имеет яркий желто-зеленый цвет. Ложные дефекты, образованные, например, следами масла на поверхности детали, светятся голубым цветом, а во- локнами ветоши – белым или голубым. • микрорельеф поверхности в зоне индикаторного рисунка. При наличии малораскрытых дефектов микрорельеф поверхности проявите- ля и материала детали в основном не отличаются от окружающего фона. При наличии крупной раскрытой трещины может быть виден разрыв слоя проявителя. Если же индикаторный рисунок образовался в месте риски или царапины, цепочки эрозионных поражений или забоин и язв, то вдоль линии рисунка наблюдаются линейные или точечные углубле- ния. А если рисунок образовался в зоне смолистого отложения, шлей- фовой коррозии, отложения пыли или волокна ветоши, то на месте ри- сунка наблюдается небольшой линейный выступ. При анализе индикаторного рисунка рекомендуется рассматривать дополнительные признаки в изложенном порядке. Однако для опреде- ления наличия и характера дефекта не обязательно анализировать все признаки. Во многих случаях достаточно рассмотреть два-три из них. В сложных случаях анализируют больше признаков, иногда все. При анализе рисунков целесообразно использовать оптические средства. Шлифовочные трещины могут быть классифицированы, как не- сплошность чистовой обработки. Пористость может быть классифицирована, как несплошность пер- вичной обработки, которая часто обнаруживается в отливках. Нарушение сплошности окраски изделия является дефектом, если сплошность окраски предусмотрена техническими условиями. 109 1 2 3 4 Рис. 4.23. 1 – общая коррозия металлов; 2 – питгинг; 3 –межкристаллитная коррозия; 4 – подповерхностная коррозия На рис. 4.24 изображен дефект отливки – усадочная раковина. Рис. 4.24. Усадочная раковина в отливке На рис. 4.25 изображен поверхностный дефект стального прутка – отслоения, обнаруживаемый после волочения. Рис. 4.25. Отслоение Дефектом может быть несплошность, повреждение, трещина. В процессе эксплуатации изделия трещины склонны к развитию. 4.12. Геометрические характеристики поверхностных дефектов Основным объектом поиска при капиллярном контроле является тре- щина, имеющая выход на поверхность, так называемая поверхностная тре- щина (несплошность). Различают тупиковые и сквозные дефекты (трещи- 110 ны). На рис. 4.26, а слева тупиковая трещина имеет только один выход на поверхность. Сквозной дефект справа имеет два выхода на поверхность. Рис. 4.26. Геометрические характеристики трещины: Н – ширина (раскрытие несплошности); L – длина; l – глубина; а – вид сбоку; б – вид сверху Трещину характеризует глубина l – размер несплошности в на- правлении внутрь объекта контроля от его поверхности. Для сквозных трещин он определяется толщиной стенки между двумя поверхностями изделия. Продольный размер несплошности вдоль поверхности контроля на- зывают длиной дефекта L, при этом для сложных дефектов имеют в ви- ду «преимущественный размер», т. е. наибольший из двух на поверхно- сти изделия. Раскрытие несплошности Н – это поперечный размер дефекта у его выхода на поверхность объекта. Поскольку дефекты бывают сложной формы, различают макси- мальную, минимальную и среднюю глубину l, длину L и раскрытие не- сплошности (ширину трещины) Н. Условно капиллярные дефекты подразделяют на следующие виды: поры, имеющие сечение близкое к круглому, трещины с параллельными стенками в виде щели, типа прорези, трещины с непараллельными стен- ками, конического сечения (рис. 4.27). В основном же трещины имеют произвольную геометрию. 111 Рис. 4.27. Основные моделируемые при теоретических расчетах виды поверхностных тупиковых трещин: а – цилиндрическая пора; б – коническая пора; в – трещина с параллельными стенками; д – трещина произвольной геометрии Совершенно идеальных круглых или прямоугольных дефектов нет, на рисунках представлены идеализированные модели трещин. На прак- тике дефекты далеки от идеала и наиболее часто представляют собой конгломерат близких к цилиндрическим, овальным и другим модели- руемым капиллярным несплошностям, сообщающимся и не сообщаю- щимся между собой. Инженер-конструктор и специалист по неразрушающим методам контроля, располагая сведениями обо всех видах дефектов и видах не- разрушающего контроля для каждой детали и характерных для нее ти- пов дефектов, могут подобрать вид неразрушающего контроля в зави- симости от материала изделия, расположения дефекта, наличия к нему доступа и других обстоятельств. Отметим, что капиллярный контроль имеет неоспоримые преиму- щества при выявлении поверхностных дефектов, он незаменим на изде- лиях из немагнитных материалов, на изделиях, имеющих сложную форму и затрудненный доступ к дефектам. Дефекты, наиболее эффек- тивно выявляемые капиллярным методом, – это термические, шлифо- вочные и рихтовочные трещины, возникающие при механической обра- ботке, пористость при литье, заковы при обработке давлением, устало- стные трещины и дефекты по границам зерен от длительной эксплуата- ции и другие дефекты, развивающиеся по границам зерен от длительной Цилиндрическая пора Коническая пора Трещина с параллельными стенками Трещина с непараллельными стенками Трещина произвольной геометрии Вид сбоку Вид сверху |