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.
|
|
– для плоской щели. 2.8. Гидродинамика заполнения жидкостью тупикового капилляра Капилляры, составляющие большинство дефектов объектов маши- ностроения, железнодорожной, автомобильной, авиационной и косми- ческой техники, атомной энергетики, имеют вид тупиковых капилляров. Основными моделируемыми видами тупиковых поверхностных дефектов являются: • трещины конические и цилиндрические поры; 49 • трещины с параллельными и непараллельными стенками; • трещины произвольной геометрии. Тупиковый капилляр имеет открытый доступ только с одной сто- роны. Поэтому паровоздушная смесь, запертая в тупиковом конце ка- пилляра, ограничивает глубину проникновения пенетранта или другой жидкости вглубь. Рис. 2.12. Заполнение индикаторной жидкостью тупикового капилляра Процесс заполнения тупикового капилляра индикаторной жидко- стью делится на два, принципиально отличающихся друг от друга по своей физической сущности, этапа. Первый этап начинается, когда пенетрант приходит в контакт с тупиковой капиллярной несплошностью (трещиной). Вначале благодаря силам поверхностного натяжения она быстро заполняется индикаторной жидкостью на глубину l. Но затем этот процесс существенно замедляет- ся по мере увеличения противодействия давления внутри тупикового конца. Капиллярное давление жидкости приближается к давлению за- пертой парогазовой смеси в канале, первый этап заканчивается. Второй этап: на этом этапе процесс заполнения переходит из ка- пиллярной стадии в диффузионную. Сжатый в полости воздух постепенно растворяется в пенетранте и диффундирует наружу к устью дефекта. Учитывая, что растворимость воздуха в жидкостях невелика, диффузионная пропитка идет очень мед- ленно и может длиться десятки минут до выявления дефектов. 50 2.8.1. Цилиндрический капилляр В соответствии с технологическими требованиями капиллярного контроля пенетрант нельзя оставлять на поверхности контролируемых изделий длительное время из-за опасности его высыхания и потери кон- такта пенетранта с проявителем в устье дефекта. Поэтому зачастую в тупиковом капилляре остается запертый воздух, который мешает про- никновению жидкости в полость дефекта. Однако эта же паровоздушная смесь при проявлении может помогать и извлечению пенетранта из трещины. Описание перемещения мениска жидкости в капилляре. Уравнение скорости проникновения жидкости в полость дефекта цилиндрической формы имеет вид: 2 a cp 0 2σcosθ 8μ p l dl R V dt R l l Из этого уравнения определяется величина предельной глубины заполнения цилиндрического капилляра l ∞ . Поскольку при l → l ∞ , скорость V ср → V 0 , то к к 0 0 к a к a ψ, ψ p p l l l p p p p 2.8.2. Капилляр с плоскими стенками При тех же допущениях, что и для цилиндрического капилляра, дифференциальное уравнение течения жидкости в трещине с плоскими стенками и расстоянием между ними H имеет вид: 2 a cp 0 2σcosθ 12μ p l dl H V dt H l l Откуда по аналогии со случаем цилиндрического капилляра можно получить выражение для предельной глубины заполнения трещины. к к a ψ p p p Оптимальная продолжительность заполнения дефектов пенетран- том составляет в зависимости от вида ДМ, объектов контроля и техни- ческих требований к ширине раскрытия выявляемых дефектов от не- скольких до десятков минут. Объяснение этого кажущегося противоречия состоит в том, что объем проникшего в полости дефектов пенетранта характеризует не только ка- пиллярное впитывание (продолжительность очень маленькая), но и диффу- зионная пропитка (продолжительность на несколько порядков выше). 51 Для расчета расстояния l д , пройденного за время t мениском жид- кости в результате растворения и диффузии газа в тупиковом цилинд- рическом капилляре после становления равновесия, соответствующего глубине l ∞ используется выражение: г д 2ψ , π k DRT l t M где ψ = p к /(p к + р а ); М – моль; k г – постоянная растворимости Генри; D – коэффициент диффузии газа в жидкости; Т – температура, К; R – уни- версальная газовая постоянная. 2.9. Гидродинамика проявления дефектов Целью технологической операции проявления является обнаруже- ние дефекта, для чего на контролируемую поверхность, обработанную пенетрантом, наносится слой проявителя, который извлекает пенетрант из трещины. Рис. 2.13. Извлечение пенетранта проявителем из плоскопараллельной трещины: а – вид сбоку; б – вид сверху; в – окончательная стадия: пенетрант весь извлечен из трещины и образовал след шириной W В результате входящие в состав пенетранта краситель или люми- нофор окрашивают проявитель в месте выхода трещины на поверх- ность, образуя в устье дефекта индикаторный рисунок, называемый следом дефекта. Ясно, что чем больший объем индикаторного вещества находится в полости трещины и чем большая его часть будет извлечена из дефекта в слой проявителя, тем больше будет след дефекта и тем легче определить его наличие. Применяют порошковый (сорбционный) и суспензионный прояви- тель. 52 2.9.1. Сорбционный проявитель Процесс проявления начинается с нанесения проявителя на кон- тролируемую поверхность детали. Индикаторный пенетрант соприкаса- ясь с частицами проявителя, смачивает их, и извлекается из трещины более мелкими порами проявителя, окрашивая частицы. 2.9.2. Суспензионный проявитель Для суспензионных проявителей, содержащих порошок, взвешен- ный в жидкости, после испарения жидкой фазы проявителя порошок превращается в капиллярно-пористую твердую структуру. После этого процесс проявления проявителем практически не отличается от прояв- ления порошковым проявителем, описанного выше. Особенность суспензионного проявителя в том, что в первые се- кунды контакта пенетранта и суспензионного проявителя очень важную роль играет взаимодействие жидкой фазы пенетранта и жидкой фазы суспензионного проявителя, пока она еще не испарилась. В этом случае обе жидкости (пенетрант и жидкая основа суспензионного проявителя) должны подчиняться следующим законам: Если σ пр cosθ пр < σ пен cosθ пен , то пенетрант извлекается полностью из трещины и переходя в проявитель полностью окрашивает его, что явля- ется гарантией хорошей выявляемости дефекта – хорошо. Если наоборот σ пр cosθ пр > σ пен cosθ пен , то жидкая основа проявителя запирает пенетрант в трещине и не дает ему возможности перейти в слой проявителя, соответственно дефект не обнаруживается – это недо- пустимо. Соответственно необходимо использовать кондиционные мате- риалы из одного набора! Контрольные вопросы 1. Какой наибольший краевой угол смачивания может иметь пенет- рант, обладая самопроизвольным смачиванием? а) 15. б) 5. в) 40. г) 90. 2. Краевой угол смачивания измеряется у поверхности раздела «воздух–жидкость» на твердом материале. Что из нижеприводимого яв- ляется справедливым? а) Краевой угол смачивания является одинаковым на всех ма- териалах, имеющих однородную шероховатость поверхности. 53 б) Различные материалы с одинаково гладкой обработкой мо- гут иметь различные краевые углы смачивания. в) Краевой угол смачивания является одинаковым для всех ме- таллов. г) Ни одно из вышеприведенных положений не является спра- ведливым. 3. Размер индикаторного рисунка зависит: а) от размера несплошности; б) эффективности удерживания дефекта; в) способа капиллярного контроля; г) всего вышеприведенного; д) только от пунктов а и в. 4. Какой из видов небольшого индикаторного рисунка наиболее легко может быть обнаружен? а) Тонкий короткий. б) Широкий короткий. в) Тонкий длинный. г) Мелкий короткий. 5. В каком из нижеприведенных случаев капиллярное действие по- зволяет осуществить более быстрый контроль? а) Широкая длинная трещина. б) Длинная загрязненная трещина. в) Тонкая чистая трещина. г) Широкая мелкая трещина. 6. Масло в трещине может влиять на скорость пропитки путем час- тичного заполнения трещины и возможности влияния на одно из сле- дующих свойств, которым является: а) поверхностное натяжение; б) краевой угол смачивания; в) вязкость; г) все из вышеприведенного. 7. Какое из нижеприведенных испытаний является наилучшим для определения эффективности удерживания дефекта? а) Испытание промывкой водой. б) Испытание по яркости люминесценции. в) Испытание на чувствительность. г) Испытание на стабильность люминесценции. 8. Пенетрант, обладающий низким поверхностным натяжением, малым краевым углом смачивания при соприкосновении и небольшой вязкостью (свойства быстрого смачивателя), может иметь также сле- дующие из нижеприведенных нежелательных свойств: а) хороший кинетический параметр пропитки; 54 б) хороший статический параметр пропитки; в) чрезмерное вытекание; г) высокую эфффективность абсорбции красителя. 9. Человеческий глаз неодинаково воспринимает все цвета в види- мом диапазоне. Какой из нижеперечисленных цветов может быть наи- более легко определен при их одинаковой яркости? а) Красный. б) Желто-зеленый. в) Голубой. г) Пурпурный. 10. Воспламеняемость является свойством углеводородов и типы масел и растворителей влияют на безопасность использования пенет- ранта. Какая из проверок является наилучшей для оценки воспламеняе- мости? а) Вязкость. б) Температура воспламенения. в) Летучесть. г) Удельный вес. 55 3. ДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 3.1. Классификация дефектоскопических материалов Материалы, применяемые при КНК и предназначенные для запол- нения дефектов (пенетранты), нейтрализации или удаления избытка проникающего вещества с поверхности (гасители или очистители) и для извлечения из трещины пенетранта с целью получения первичной ин- формации о наличии несплошности в объекте контроля (проявители) называют дефектоскопическими. Качество дефектоскопических материалов определяется: • степенью совершенства их рецептуры; • свойствами исходного сырья; • технологией приготовления; • условиями их транспортировки и хранения. Одно из основных требований к дефектоскопическим материалам – они не должны быть вредны для человека и испытуемого материала. Например, следует иметь в виду, что компоненты хлора могут оказать вредное воздействие на аустенитную нержавеющую сталь, а компонен- ты серы – на высоколегированные никелевые стали. Комплект совместимых между собой дефектоскопических мате- риалов называют набором (для цветного или люминесцентного контро- ля). Кроме того, материалы не должны быть токсичными, не представ- лять ни взрыво-, ни пожароопасности, не должны вызывать коррозию, а наоборот, обладать противокоррозионными свойствами. Дефектоскопи- ческие материалы не должны ухудшать эксплуатационные характери- стики испытуемых деталей. Правило, как у врачей: прежде всего не на- вреди ни объекту контроля, ни дефектоскописту, проводящему кон- троль. В табл. 3.1 представлены некоторые отечественные дефектоскопи- ческие материалы. Технолог капиллярного контроля (дефектоскопист) перед исполь- зованием дефектоскопических материалов, особенно если они не в на- боре, внимательно должен изучить рекомендации изготовителя о со- вместимости отдельных материалов. Например, водорастворимые про- явители не рекомендуется использовать с водосмываемыми пенетран- тами и т. д. 56 Таблица 3.1 Дефектоскопические наборы для I,IIи III классов чувствительности капиллярного контроля Класс чувстви- тельно- сти Метод контроля Шифры набора дефектоскопических материалов* Условия контроля Интервал темпера- тур, °С Шероховатость контролируемой поверхности, R a , мкм I Люминес- центный I – И 101 М 101 П 101 От +8 до +40 ≤ 5 I – И 103 М 101 П 101 I – «СиМ-ЛЮМ» (аэрозоль) Цветной I – И 202 НМ 101 П 101 (П 103 ) II Люминес- центный II – И 102 М 201 П 101 Цветной II – И 202 М 101 П 101 II – И 203 М 201 П 101 II – И 204 М 201 П 101 II – И 213 НМ 203 П 101 (П 104 ) II – И 213 НМ 101 П 101 (П 104 ) 5…10 II – И 213 НМ 201 (М 204 )П 101 (П 104 ) II – «СиМ» (аэрозоль) III Цветной III – И 202 М 101 П 101 III – И 213 НМ 101 П 101 (П 104 ) ≤ 10 III – «СиМ» (аэрозоль) * Римская цифра – класс чувствительности; первая цифра индекса у индикаторного пенетранта И – метод контроля (1 – люминесцентный; 2 – цветной); вторая и третья цифры – номер по порядку (при данном методе контроля); первая цифра индекса у очистителя М и проявителя П обозначают применимость по наиболее высокому классу чувствительности, вторая и третья цифры – номер по порядку. Буква Н (по- сле обозначения индикаторного пенетранта) указывает на способ контроля набором данного состава в режиме накопления красителя. 3.2. Индикаторный пенетрант Пенетрант – это жидкий дефектоскопический материал, обладаю- щий способностью проникать в несплошности объекта контроля и ин- дицировать (обнаруживать) их. Пенетранты содержат специально по- добранные красящие вещества (цветной метод), или люминесцирующие добавки (люминесцентный метод), или их комбинацию. Пенетрант должен хорошо смачивать контролируемую поверх- ность объекта и проникать в ее несплошности, т. е. быть совместимым с материалом контролируемой детали. Индикаторные пенетранты подразделяют в зависимости от их фи- зического состояния, колористических и технологических признаков. 57 По физическому состоянию пенетранты можно разделить на рас- творимые и суспензии. По колористическим признакам пенетранты делятся на ахромати- ческие (не дающие цветового контраста), цветные, люминесцентные и комбинированные люминесцентно-цветные. Комбинированные пенетранты дают окрашенный индикаторный след дефекта при наблюдении в обычном освещении (дневной свет, лам- пы накаливания) и светятся при освещении в ультрафиолетовом свете. Индикаторные пенетранты подразделяют в зависимости от физическо- го состояния и светоколористических признаков в соответствии с табл. 3.2. Таблица 3.2 Физическое со- стояние индика- торного пенетран- та Колористический признак индика- торного пенетранта Колористическая характеристика индикаторного следа дефекта Раствор Ахроматический Черный, серый, бесцветный Цветной Имеет характерный цветовой тон при наблюдении в видимом излучении Люминесцентный Испускает видимое излучение под воз- действием длинноволнового ультрафио- летового излучения Люминесцентно- цветной Имеет характерный цветовой тон при на- блюдении в видимом излучении и люми- несцирует под воздействием длинновол- нового ультрафиолетового излучения Суспензия Люминесцентный или цветной Скопление люминесцентных или цвет- ных частиц суспензии в устье дефекта Индикаторные пенетранты подразделяют в зависимости от физиче- ских свойств: • на нейтральные; • магнитные; • электропроводящие; • ионизирующие; • поглощающие ионизирующее излучение; • комбинированные. В зависимости от технологических признаков: • на удаляемые органическими растворителями; • водосмываемые; • водосмываемые после воздействия очистителя или поверхност- но-активных веществ; • нейтрализуемые гашением люминесценции или цвета. 58 Индикаторный раствор – пенетрант в виде молекулярной или коллоидной дисперсии люминофора, красителя или другого индикатора в жидком носителе. Индикаторные суспензии – пенетрант в виде суспензии частиц твердой фазы люминофора, красителя или другого индикатора в жид- ком носителе. Суспензионные пенетранты содержат частицы размером 10…100 мкм, диспергированные в жидкости. В зависимости от того, чем окрашены частицы, различают цветные, люминесцентные и комби- нированные суспензионные пенетранты. Стремление жидкого пенетранта проникать в несплошность в ос- новном обусловлена капиллярными силами. Как известно, первейшим условием проникновения индикаторной жидкости в трещину является смачиваемость контролируемой поверх- ности пенетрантом. Смачивающая способность зависит главным образом от поверхно- стного натяжения, которое определяет способность пенетранта не только растекаться по поверхности, но и проникать в трещину. Но при данном поверхностном натяжении вязкость играет чрезвычайно большую роль, так как она характеризует время проникновения жид- кости в трещину. Поэтому при выборе составов жидкостей для капил- лярных методов контроля нужно учитывать вязкость. Так как текучесть равна обратной величине вязкости, то чем боль- ше вязкость, тем длительнее процесс проникновения жидкости в микро- трещину при прочих равных условиях. Это убедительно подтвердили специальные опыты на моделях трещин с плоскопараллельными стен- ками шириной Н = 0,09 мм. Жидкости с малой вязкостью уже за 3 ми- нуты заполняют капилляр на глубину 92…95 мм, а более вязкие не дос- тигают этой глубины за 18 минут. В качестве основы пенетрантов широко применяют бензол, керо- син, скипидар, ксилол и другие вещества, трудно смываемые водой. Оптимальными для применения считают проникающие жидкости, имеющие коэффициент поверхностного натяжения 26…28 мН/м и ди- намическую вязкость 1…2 мПа·с. |