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.
|
|
1.9. Главные недостатки капиллярного неразрушающего контроля К недостаткам можно отнести: • большая трудоемкость и многооперационность; • сравнительно большая доля ручного труда; 28 • трудно поддается автоматизации; • дефектоскопические материалы токсичны и пожароопасны; • ультрафиолетовое облучение влияет на здоровье дефектоскописта; • большая продолжительность всего процесса контроля; • чувствительность к точности выполнения технологических опе- раций; • результаты контроля во многом зависят от квалификации дефек- тоскописта, его самочувствия в момент контроля, а также его добросо- вестности; • переработка отходов капиллярного контроля при его массовом применении требует проведения специальных мероприятий по пожар- ной безопасности и охране окружающей среды. Процесс развития капиллярных методов контроля в настоящее время связан, прежде всего, с ликвидацией указанных выше недостат- ков. Выпуск новых малотоксичных, пожаробезопасных и экологически чистых дефектоскопических материалов, автоматизация контроля и оценка его результатов с помощью современной вычислительной и те- левизионной техники, сделают его еще более привлекательным. Отдельно следует упомянуть, что капиллярный контроль может входить в состав комплекса методов (капиллярный, ультразвуковой, вихретоковый), которые применяются для критичных деталей, напри- мер, лопатки турбин отдельных видов газотурбинных двигателей. То, что метод может обнаруживать все виды несплошностей, не яв- ляется его преимуществом. Контрольные вопросы 1. Дайте определение методу контроля проникающими веществами (капиллярный). 2. Какие дефекты можно выявить капиллярным методом? 3. Какова очередность капиллярного метода среди других методов неразрушающего контроля? 4. Каковы требования к специалистам, проводящим капиллярный контроль? 5. Назовите атмосферные условия проведения капиллярного кон- троля. 6. С какой шириной раскрытия не гарантируется выявление дефек- тов капиллярными методами? 7. В каких случаях снижается чувствительность капиллярного кон- троля? 8. В чем заключается суть капиллярного контроля? 29 9. Назовите последовательность операций при капиллярной дефек- тоскопии. 10. В чем заключается цель подготовки объекта к капиллярному контролю? 11. Дайте определение индикаторному пенетранту. 12. В чем заключается процесс проявления при проведении капил- лярного контроля? 13. Чем определяется чувствительность набора дефектоскопиче- ских материалов? 14. Назовите классы чувствительности капиллярного контроля. 15. Назовите основные разновидности капиллярных методов кон- троля. 16. Назовите комбинированные методы капиллярного контроля. 17. Назовите главные недостатки капиллярного неразрушающего контроля. 18. Какая из нижеприведенных причин определяет, как загрязнение на поверхности детали влияет на капиллярный контроль? а) Ограничение выделения пенетранта для образования инди- каторных рисунков. б) Ограничение ввода пенетранта в несплошность. в) Уменьшение смачиваемости поверхности контролируемого объекта пенетрантом. г) Все из вышеприведенного. д) Только вышеприведенные пункты а и б. 19. Что из нижеприведенного не может быть классифицировано как загрязнение поверхности? а) Остатки от предшествующего капиллярного контроля. б) Деформированный металл после механической обработки или полирования. в) Смазочное масло. г) Окалина. 20. Какой из нижеприводимых методов очистки следует использо- вать для удаления деформированного металла? а) Травление. б) Абразивная очистка. в) Удаление окалины в растворе солей. г) Ультразвуковая очистка. 21. Какой из методов очистки может быть рекомендован для уда- ления краски и лака перед проведением капиллярного контроля? а) Сошлифовка. б) Растворение. 30 в) Травление. г) Паровая очистка. 22. Какой из перечисленных металлов деформируется при механи- ческой обработке или шлифовке? а) Сталь. б) Алюминий. в) Титан. г) Все из вышеперечисленного. д) Только вышеприведенные пункты б и в. 23. Межкристаллитное напряжение и расслаивание относятся к оп- ределенной группе терминов. К какому из нижеприведенных явлений они могут быть отнесены? а) Окисление. б) Коррозия. в) Эррозия. г) Усталость. 24. Пенетрант будет выявлять следы коррозии. Как при наличии коррозии могут быть обнаружены трещины? а) Трещины при наличии коррозии не могут быть обнаружены. б) Коррозионный налет должен быть удален. в) Поверхность должна быть очищена растворителем. г) Коррозионный налет на поверхности должен быть выбороч- но удален воздействием химических веществ в процессе, подобном травлению. 25. Некоторое загрязнение на поверхности контролируемой детали не может быть устранено обычными методами очистки. Какие стадии должны быть выполнены для определения других способов очистки? а) Химический анализ загрязнения для определения его со- ставляющих. б) Обращение к консультанту. в) Сошлифовка загрязнения и травление металла. г) Выжигание загрязнения и травление металла. д) Ничего из приведенного выше. 26. Изготовление лопаток турбин требует шлифования и полиров- ки. Какой из методов может быть использован для удаления деформи- рованного металла и заусениц? а) Тепловое удаление заусениц. б) Травление. в) Электрополирование. г) Все перечисленное выше. д) Только вышеприведенные пункты а и в. 31 27. Какой из методов нанесения пенетранта обеспечивает наиболь- шую чувствительность? а) Выдерживать деталь, непрерывно погружая в пенетрант в течение всего периода контакта поверхности объекта с пенетран- том. б) Погрузить деталь в пенетрант на короткий промежуток вре- мени, вынуть и осушить в течение оставшейся продолжительности контакта с поверхностью. в) Нанести пенетрант с помощью кисти, продолжать нанесе- ние пенетранта, поддерживая поверхность покрытой жидкостью. г) Все из вышеприведенного обеспечивает одинаковые значе- ния чувствительности. 28. Какое применение нашел метод фильтрующихся суспензий? 29. Каковы преимущества предварительного смачивания? 30. Какие особенности проникающих жидкостей, применяемых при контроле методом фильтрующихся суспензий, вы знаете? 31. Какие вы знаете способы нанесения суспензии? 32 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ 2.1. Физика капиллярного контроля Неразрушающий капиллярный контроль (контроль проникающими веществами) представляет собой многооперационный процесс. Типовой перечень операций включает в себя подготовку изделия к контролю, нанесение индикаторной жидкости, удаление ее излишков, нанесение проявителя, проявление и поиск поверхностных дефектов. Во время каждой из этих операций поверхность трещины вступает в контакт с различными дефектоскопическими материалами, в основном с жидкостями. Поэтому явления смачивания поверхности детали раз- личными жидкими дефектоскопическими материалами и поверхностное натяжение играют первостепенную роль. Только благодаря смачиванию возможны контакт между дефектом и дефектоскопическими материа- лами и реализация капиллярного контроля. Эффективность каждой операции зависит от нескольких физиче- ских явлений, определяемых физико-химическими свойствами контак- тирующих сред и материала объекта. Однако сложность выбора де- фектоскопических материалов состоит в том, что одни и те же свой- ства жидкости при проведении разных операций влияют по- разному, иногда даже в противоположных направлениях. Так, при заполнении трещины индикаторная жидкость должна об- ладать максимальной проникающей способностью, чтобы как можно лучше заполнить полость дефекта. Но парадокс состоит в том, что та- кую жидкость затем трудно извлечь из трещины при проявлении. В ре- зультате значительная часть такого пенетранта может остаться в трещи- не, след трещины будет недостаточно широким для его визуализации и она не будет обнаружена. Кроме того, следует сразу обратить внимание на то, что кроме взаимодействия жидких дефектоскопических материалов с твердыми поверхностями нельзя не учитывать взаимодействия жидкостей между собой, а также с газами. Явления растворения и диффузии существенно влияют на конечный результат контроля, прежде всего на его чувстви- тельность. Использование при капиллярном контроле внешних физических полей (акустического, магнитного, электромагнитного и др.) требует учета тех новых явлений, которые возникают при их взаимодействии с жидкими и твердыми дефектоскопическими материалами. Поэтому зна- ние физических явлений, лежащих в основе операций капиллярного контроля, не только позволяет понять суть происходящих процессов, но 33 и дает возможность эффективно ими управлять в целях повышения чув- ствительности и производительности, открывает инженеру-технологу пути совершенствования существующих и создания новых технологий контроля. 2.2. Смачивание Смачивание контролируемой детали дефектоскопическими мате- риалами – главное условие капиллярного контроля. Смачивание опреде- ляется взаимным притяжением молекул жидкости, твердого тела и газа. Все жидкости по отношению к твердым телам разделяют на сма- чивающие и несмачивающие. Например, вода – смачивающая жид- кость по отношению к стеклу, но несмачивающая – по отношению к па- рафину. Необходимым условием работоспособности методов капилляр- ного контроля является смачивание пенетрантом контролируемой по- верхности. Смачивание – это проявление взаимодействия молекул на трех- фазной границе твердой, жидкой и газообразной (или второй жидкой) фазы, выражающееся в растекании жидкости по поверхности твердого тела. Количественная интерпретация данного явления обычно проводит- ся на примере капли жидкости, находящейся в равновесии на твердой гладкой поверхности (рис. 2.1). При растекании капли вплоть до обра- зования мономолекулярного слоя жидкости имеет место так называемое полное смачивание. Во всех других случаях касательная к поверхности жидкости на границе раздела фаз «жидкость – твердое тело – газ» составляет некото- рый угол θ (рис. 2.1) с поверхностью твердого тела, называемый крае- вым углом смачивания и отсчитываемый со стороны жидкости к твердой поверхности. Рис. 2.1. Варианты смачивания < 90° > 90° тг тж жг а б в 34 При смачивании жидкостью твердого тела краевой угол лежит в пределах (рис. 2.1, а) 0 < θ < 90°. Если жидкость не смачивает данную твердую поверхность (рис. 2.1, б), то 90° < θ < 180°. Сильное влияние на смачивание оказывают чистота и микрорельеф поверхности. Величина θ резко меняется при нанесении на твердую по- верхность мономолекулярного слоя углеводородов. Например, слой масла на поверхности стали или стекла резко ухудшает ее смачивае- мость водой, cos θ становится отрицательным. Поэтому очевидна роль очистки поверхности от жиров, масел и других загрязнений детали пе- ред капиллярным контролем. Значительное влияние на смачивание ока- зывает и пленка оксидов. 2.2.1. Методы оценки смачивающей способности Методы оценки смачивающей способности можно разделить на статистические и динамические. Статистические методы при оценке смачивающей способности по значению краевых углов смачивания в свою очередь различаются: • по измерению угла с помощью касательной; • основным параметрам капли (h, r, d); • соотношению между радиусами параметров капли; • высоте подъема слоя жидкости. Динамические методы могут реализовываться путем контроля значе- ния параметров пятна растекания и методом движения жидкости по ка- пилляру, который в свою очередь реализуется путем контроля высоты равновесного подъема жидкости или значения краевых углов смачивания. Схема установки для определения краевого угла капли, находя- щейся на пластинке, представлена на рис. 2.2. Рис. 2.2. Схема установки для определения краевого угла: 1 – источник света; 2 – испытуемая поверхность; 3 – увеличитель; 4 – экран; 5 – контур капли Краевой угол может быть определен по высоте подъема слоя жид- кости, примыкающей к стенке сосуда (рис. 2.3). h 1 2 3 4 5 35 Рис. 2.3. Определение краевого угла смачивания Можно определить значение краевого угла по основным размерам прилипшей капли: по высоте h и радиусу или диаметру площади кон- такта капли с поверхностью r к : • при < 90° 2 2 к 2 2 к cos θ ; r h r h • при > 90° к cos θ 1 h r Для > 90° соотношения между r 0 и r max определяют из следующих условий: max жг 0 max 2 ж 2σ ; , 2 ρ r r r a a g где r 0 – радиус кривизны вершины капли; r max – наибольшее расстояние точек медиального сечения капли от ее оси; а – капиллярная постоян- ная. Для различных отношений h/r 0 и r 0 /r к по таблицам определяют краевой угол. Помимо статистических методов определения краевого угла мож- но применить динамические методы, в частности движение жидкости по капилляру. При этом используется следующая формула: 2 жг 2η cos θ , σ τ l r где – время, в течение которого жидкость пройдет по капилляру рас- стояние l; – вязкость жидкости; r – радиус капилляра. Смачивающую способность также определяют, фиксируя высоту равновесного поднятия жидкостей в вертикальных сквозных капилля- рах, другой способ определения – по значению краевых углов смачива- ния, основанный на измерении давления, с которым одна жидкость за- мещает другую на спрессованном в цилиндре порошке, или определе- нии расхода жидкости, впитывающейся в порошок. 36 Указанные способы непригодны для оценки смачивающей способ- ности жидкостей, предназначенных для капиллярной дефектоскопии, по ряду причин. У этих жидкостей отсутствует статический равновесный краевой угол смачивания, так как они хорошо растекаются по поверхно- сти твердого тела, образуя переменный (динамический) угол смачива- ния, значение которого близко к нулю. При оценке смачивающей способности по высоте капиллярного поднятия жидкостей необходимо использовать капилляры из материа- лов, по отношению к которым оценивается смачивающая способность данных жидкостей, – в основном металлов. Определять с необходимой точностью высоту подъема жидкостей в таких непрозрачных капилля- рах, а также их изготавливать, сложно. Наконец смачивающая способность жидкостей по отношению к порошкам не соответствует смачивающей способности к монолитному материалу того же состава из-за дополнительного влияния капиллярно- сти и разной шероховатости поверхности на процесс замещения жидко- стей. Наиболее распространен в капиллярной дефектоскопии способ сравнительной оценки смачивающей способности жидкостей путем из- мерения радиуса или диаметра пятна, образованного каплей нормиро- ванного объема испытываемой жидкости, растекающейся по горизон- тальной твердой поверхности за установленное время, или определения диаметра этого пятна с течением времени (скорости растекания). Счита- ется, что чем больше радиус (диаметр или площадь) пятна растекания при прочих равных условиях, тем лучше смачивающая способность жидкости. Фактически, таким образом оценивается не смачивающая способ- ность как степень взаимодействия твердого тела и жидкости и их спо- собность образовать устойчивую поверхность раздела «жидкость – твердое тело», а растекаемость. Но смачивание и растекание – два раз- ных, хотя и связанных друг с другом физико-химических явления, кото- рым соответствуют два различных параметра качества жидкостей. Растекание жидкостей – это явление двухмерного самопроизволь- ного движения жидкостей по поверхности, обусловленное действием смачивающей способности, вязкости жидкости, ее плотности и массы. И смачивающая способность, и растекаемость представляют собой важные характеристики жидкостей для капиллярного контроля. Обе эти характеристики можно оценить в ходе одного эксперимента. При этом растекаемость определяют измерением параметров пятна растекания или скорости перемещения фронта жидкости по твердой поверхности. Дополнительно измеряют также плотность, вязкость и испаряе- мость жидкостей, а смачивающую способность одной жидкости по от- 37 ношению к другой оценивают по соотношению коэффициентов расте- кания, определяемых с учетом влияния каждого указанного выше фак- тора на размеры пятна растекания. Процесс растекания капли является двухмерным – смоченная пло- щадь представляет собой круг. Продолжительность растекания прони- кающих жидкостей для капиллярной дефектоскопии обычно составляет от десятков секунд до нескольких минут. Следовательно, растекание происходит по гидродинамическому вязкому режиму, при котором радиус пятна растекания равен: 1 1 4 4 (4 σ / πρη) , r m t где r – радиус капли в момент времени t; – движущая сила, отнесен- ная к единице длины периметра смачивания (при полном смачивании это – коэффициент растекания; = S; m – масса растекающейся капли жидкости; – коэффициент, равный примерно 10, учитывающий уве- личение сил трения в жидкости из-за наличия угловых компонентов скорости ее течения; – плотность жидкости; – вязкость жидкости. Для испаряющейся жидкости в формуле вместо m необходимо за- писать (m – m и ), где m – масса капли жидкости в начальный момент рас- текания; m и – масса части жидкости, испарившейся за время растекания капли. Количество испарившейся жидкости может быть определено взве- шиванием или расчетом по формуле: 2 и 1 π , n i i i m a r t где а – экспериментально определяемая удельная испаряемость жидко- сти (интенсивность испарения), т. е. масса жидкости, испаряющейся с единицы площади поверхности в единицу времени; n – количество из- мерений радиуса (диаметра, площади) пятна растекания; t i – промежу- ток времени между i-м и (i – 1)-м измерениями размера пятна; r i – ради- ус пятна в i-й момент измерения. 4 1 1 1 1 2 2и 2 4 2 2 2 2 1 1и 1 ρ η , ρ η S r m m t S r m m t где S 1 , S 2 – коэффициенты растекания жидкостей 1 и 2; r l и r 2 – радиус пятна растекания тех же жидкостей за время t 1 и t 2 , соответственно; 1 , 2 – плотности жидкостей 1 и 2; 1 , 2 – вязкость указанных жидко- стей; m 1 , m 2 – масса капель жидкости в начальный момент растекания, определяемая, например, по формуле m = V,где V – нормированный объем капли жидкости; m lи , m 2и – масса части капель жидкостей, испа- ряющейся за время t 1 и t 2 38 Соотношение позволяет оценивать смачивающую способность жидкостей по размеру пятна растекания капель с учетом влияния плот- ности, вязкости и испаряемости. Каждый в отдельности из этих пара- метров широко используется для оценки качества жидкостей. Их опре- деляют известными способами. Плотность жидкостей, например, находят способом гидростатиче- ского взвешивания. Вязкость жидкостей измеряют с помощью стеклян- ных вискозиметров (ВПЖ–2, Пинкевича), устанавливая время истече- ния заданного объема жидкости через калиброванный капилляр виско- зиметра. Фирма Helling предлагает измеритель вязкости жидкостей в виде погружной измерительной чашки. Данная жидкость наливается в чашку и капает сквозь узкое отверстие. Мерой вязкости является число капель, которое проходит через отверстие в заданное время. Удельную испаряемость жидкостей определяют, например, взве- шивая пробу испытываемой жидкости, залитой в чашку Петри извест- ного диаметра до и после ее выдержки на воздухе при 20 °С в течение 30...60 мин, и рассчитывая массу жидкости, испарившейся за 1 мин с 1 см 2 площади поверхности жидкости. Влажность измеряется гигрометром. Из сочетаний физических свойств жидкости: смачиваемость и по- верхностное натяжение, поверхностное натяжение и краевой угол сма- чивания, капиллярность, смачиваемость и поверхностное натяжение, удельный вес и вязкость – наибольшее влияние на капиллярные свойст- ва оказывает капиллярность, смачиваемость и поверхностное натяже- ние. |