3. Методы неразрушающего контроля

Неразрушающий контроль (НК) позволяет проверить качество деталей, не нарушая при­годности их к использованию по назначению. Существующие средства неразрушающего кон­троля (ГОСТ 427—75) предназначены для выявления дефектов, оценки структуры материала, контроля геометрических параметров, оценки физико-химических свойств материала деталей.

Методы НК подразделяют (ГОСТ 18353—79) на оптические, капиллярные (люминесцент­ный и цветной), ультразвуковые, радиационные, электрические, магнитные и электромагнитные и другие.

Визуально-оптический метод.

Позволяет обнаружить относительно крупные трещины, механические повреждения поверхности, нарушения сплошности защитных покрытий, оста­точную деформацию и др. Вероятность обнаружения мелких поверхностных дефектов с помощью этого метода низка, эффективность метода зависит от субъективных факторов (остроты зрения и опыта работы оператора) и условий контроля (освещенность, оптический контраст).

Капиллярные методы.

Капиллярные методы дефектоскопии основаны на увеличении контраста между дефектами и бездефектными материалами при обработке всего изделия специ­альной индикаторной жидкости.

Они позволяют выявить поверхностные открытые трещины, поры и коррозионные пора­жения деталей и узлов в основном из немагнитных материалов. По типу проникающей жидко­сти (пенетранта) капиллярные методы делятся на люминесцентные и цветные. Иногда проводят контроль с помощью керосина, масла, радиоактивных веществ, щелочного индикатора, фильт­рующих частиц.

При люминесцентном методе в пенетрант вводят люминофоры, светящиеся под действи­ем ультрафиолетовых лучей, поэтому в темноте дефектные места светятся. Для проведения ис­пытаний люминесцентным методом требуется темное помещение, источники ультрафиолетового света.

При цветном методе в индикаторной жидкости растворяют красители, поэтому дефекты выявляются в виде цветных пятен. Цветной метод проще, дешевле, не требует специального оборудования и может быть применен непосредственно в условиях цеха.

Применяемая в процессе испытания цветная проникающая жидкость представляет собой рас­твор красителя в жидкой среде, предпочтительно красного цвета. Красный цвет обладает некоторы­ми особыми свойствами по сравнению с другими цветами. Так, любой предмет красного цвета виден глазу красным при всякой освещенности выше пороговой, в то время как другие цвета при малой осве­щенности могут казаться ахроматически серыми. При уменьшении размеров красные предметы ста­новятся незаметными значительно позднее, чем предметы других цветов. Глаз практически не адап­тируется к красному цвету. Лучи красного цвета менее других поглощаются оптической системой приборов.

После пропитки избыток пенетранта удаляют с поверхности, а часть проникшая в дефект, остается в нем. Для извлечения проникающего красителя контролируемую поверхность покрывают слоем проявителя, который адсорбирует большую часть жидкости, просочившейся в несплошность. На проявителе появляются следы индикатора, создающие наглядную картину поражения. Чтобы уси­лить контакт между красными следами индикатора и фоном проявителя, применяют адсорбент бело­го цвета.

Контроль деталей компрессоров цветным методом в соответствии с отраслевой инструкцией включает следующие операции:

1. подготовку поверхности изделия;

2. нанесение красителя;

3. удале­ние излишков индикаторной жидкости;

4. нанесение белого адсорбирующего покрытия;

5. осмотр контролируемой поверхности.

Подготовка поверхности изделия к исследованию является весьма важным этапом: в закрытые грязью, лаком или окалиной дефекты пенетрант не может проникнуть, и эффективность контроля становится низкой. Поэтому предварительно поверхность детали очищают от грязи, нагара, окали­ны. Обычно требуется удалить с изделия все следы масла и смазки, однако обезжиривание деталей компрессоров в производственных условиях — чрезвычайно трудоемкая операция. Затраты времени на удаление масла с деталей компрессоров значительно превышают время на проведение всего процесса контроля и все же не приводят к желаемым результатам. Остатки масла остаются на поверхности изделия и заполняют дефекты, поэтому эффективность контроля оказывается весьма низкой.

Для того чтобы избежать указанных недостатков и повысить эффективность обследования деталей цветным методом, рекомендуется применять специальную индикаторную жидкость следую­щего состава:

• скипидар марки «А» — 200 мл;

• керосин осветительный — 800 мл;

• краситель жирорас­творимый «Ж»— 15 г на 1 л жидкости.

Для приготовления проникающего раствора порошок красителя растворяют в скипидаре, добавляя керосин. Смесь нагревают на водяной бане до температуры 4050 С и выдерживают в течении 20 минут. Полученный раствор фильтруют.

Преимущество указанного раствора перед обычными индикаторными жидкостями заключаете в том, что наличие масла на изделии повышает проникающую способность раствора и способствует выявлению дефектов.

Все последующие операции проводят в соответствии с общепринятой методикой цветного кон­троля. Для надежного выявления дефектов (трещин, пор, волосовин) пенетрант оставляют на поверх­ности изделия в течение 315 мин. Затем жидкость удаляют и на поверхность детали наносят тон­кий слой белого проявителя, который адсорбирует остатки красителя, проникшего в дефект.

Состав проявителя также не отличается от распространенных:

• спирт этиловый технический марки «А»— 1000 мл;

• каолин—400 г/л раствора.

Осмотр проводят при хорошей освещенности; рекомендуется применять лупу. В дефектных местах на белом фоне возникают красные индикаторные следы. Анализируя вид и цвет окрашивания, можно оценить вид дефекта и его примерную глубину. Трещины и волосовины выявляются в виде тон­ких красных линий, общая пористость и остатки усадочной раковины — в виде красных точек и пятен.

Чувствительность цветного метода позволяет обнаруживать поверхностные дефекты с шири­ной раскрытия 13 мкм и зависит от ряда факторов. Процесс проникания индикатора наиболее эф­фективен в интервале температур от 15 до 30 °С; с понижением температуры чувствительность метода уменьшается. Кроме того, на результаты контроля влияет толщина нанесенного слоя адсор­бента: слишком толстый и неровный слой может закрыть мелкие дефекты и слабые индикаторные следы. Для получения тонкой и ровной пленки проявителя удобно пользоваться аэрозольным баллоном.

Продолжительность проявления должна быть достаточной для обнаружения всех дефектов. Обычно она равна продолжительности пропитки изделия. При периодическом контроле необходимо следить за качеством применяемого красителя, так как вследствие длительного хранения состав его может измениться.

По результатам цветного контроля делают предварительные выводы о качестве исследуемой детали. Дефектные зоны фотографируют и затем подвергают дальнейшему исследованию другими неразрушающими методами с целью получения точной качественной оценки размеров несплошности.

Ультразвуковой метод.

Ультразвуковой импульсный метод позволяет выявлять внут­ренние скрытые дефекты и трещины, преимущественно в труднодоступных местах деталей из магнитных и немагнитных упругих материалов. Для контроля дефектного изделия необходимо тщательное изучение его чертежа. Имея данные о материале, способах изготовления детали и термической обработки, можно приблизительно оценить структуру металла и выбрать опти­мальную частоту ультразвука. Величину зерна контролируемого металла можно определить с помощью ультразвукового структурного анализатора, например ДСК-1.

При ультразвуковом исследовании изделия его поверхность должна быть обработана до шероховатости не выше 2,5. При более низком классе чистоты обработки ухудшаются условия ввода и приема ультразвука и увеличивается погрешность измерения.

Поверхность изделия, по которой перемещаются щупы при прозвучивании, очищают от брызг металла, окалины, грязи, краски. Можно вести контроль поверхности с плотно приле­гающей краской, с окалиной, с общей или точечной коррозией, если глубина их не превышает 1 мм. При глубокой коррозии зона контроля подвергается механической обработке.

При контактном методе контроля между поверхностью изделия и щупом вводят жидкую смазку (масло трансформаторное, машинное, силиконовое, автолы). Толщина слоя смазки за­висит от высоты неровности и не оказывает заметного влияния на амплитуду.

Ультразвуковой импульсный метод контроля не дает возможности с полным основанием судить о характере дефекта. С помощью серийных ультразвуковых дефектоскопов можно лишь с достаточной для практики точностью определить координаты и условную площадь дефекта. Чтобы судить о характере дефекта, необходимо провести дополнительные исследования.

Определение глубины залегания дефекта при контроле любым типом искателя (прямым, призматическим и т. д.) проводят в порядке, указанном в инструкции по эксплуатации дефек­тоскопа. Методика определения эквивалентных размеров дефектов зависит от типа искателя и вида дефекта (точечный, протяженный).

Дефект считается точечным, если при смещении искателя от точки, в которой наблюдает­ся максимум сигнала, в любую сторону на расстояние, не превышающее радиуса пьезопластины, уровень сигнала уменьшается вдвое и более.

Или сигнал от дефекта мало изменяется при перемещении искателя по поверхности (при условии сохранения эталонной чувствительности – So), то на поверхности контроля отмечают положения центра искателя, соответствующие снижению высоты сигнала до 13 мм при пере­мещении искателя. Найденные положения соединяют сплошной линией; соответствующий де­фект считается протяженным.

Эквивалентные размеры выявленных дефектов определяют следующими способами:

а) при обнаружении нормальным искателем протяженного дефекта (зоны) эквивалентный раз­мер измеряется площадью протяженного дефекта;

б) при обнаружении нормальным искателем точечного дефекта эквивалентную площадь дефек­та определяют с помощью АРД-номограмм, имитатора дефектов или эталонов;

в) при обнаружении призматическим искателем протяженного дефекта, протяженность де­фекта определяется как расстояние между двумя такими положениями искателя, при которых высо­та сигнала от дефекта снижается до 13 мм при сохранении чувствительности, равной So;

глубина распространения дефекта по вертикали определяется как разность между глубинами залегания нижней части дефекта (высота сигнала 13 мм) и верхней (максимальная высота сигнала);

г) при обнаружении призматическим искателем точечного дефекта эквивалентную площадь оп­ределяют с помощью эталонов или имитатора дефектов.

Результаты ультразвукового контроля заносят в карту контроля для каждого типа детали.

После окончания контроля и определения параметров дефектов их местоположение фиксируют на по­верхности детали краской или электрокарандашом. Эскиз детали с указанием местоположения и па­раметров дефекта приводится на карте контроля в графе «Результаты ультразвукового контроля» в масштабе не менее 1:10. В случае необходимости допускается составление эскиза на часть детали с указанием ее местоположения на детали.

Одну из заполненных карт подшивают и хранят в ЦЗЛ. Каждую подшитую карту регистрируют в специальном журнале.

Электроиндуктивный метод (метод вихревых токов).

Этот метод позволяет выявлять открытые и закрытые поверхностные и подповерхностные дефекты в узлах и деталях из электропроводимых материалов, а также обнаруживать малораскрытые трещины без удаления за­щитных покрытий. Метод характеризуется возможностью бесконтактного контроля, большой скоростью и незначительной трудоемкостью. Чувствительность метода при обнаружении тре­щин, находящихся на глубине, ниже, чем чувствительность магнитно-порошкового и цветного методов; кроме того, затруднено определение характера дефектов и их размеров.

Электроиндуктивные дефектоскопы используют для контроля дефектов компрессоров в местах, где невозможно использовать ультразвуковой метод ввиду трудностей, возникающих при установке искателей на контролируемую поверхность (галтели, выточки, места сопряже­нии).

Суть метода заключается в следующем.

К поверхности металлического изделия подносят возбуждающую катушку, по которой протекает переменный электрический ток. Последний соз­дает в катушке переменное электромагнитное поле, возбуждающее в металле вихревые токи. Поле вихревых токов взаимодействует с полем возбуждающей катушки, образуя результирую­щее поле, которое несет информацию об электромагнитных характеристиках (удельная элек­трическая проводимость, магнитная проницаемость), позволяющих судить о расстоянии от де­фекта до поверхности, о нарушении сплошности и т. д.

Величина наведенных вихревых токов зависит от силы и частоты переменного тока, элек­тропроводности, магнитной проницаемости и формы изделия, относительного расположения катушки и изделия, а также от неоднородностей или несплошностей. Характер распределения вихревых токов меняется при наличии в металле дефектов или неоднородностей, что приводит к изменению кажущегося импеданса катушки. Последний может быть измерен и использован для обнаружения дефектов или различий физической, химической и металлургической струк­туры материалов.

Контроль деталей методом вихревых токов проводят в следующем порядке:

1. подготовка поверхности контролируемого изделия;

2. установка датчика на контролируемую поверхность;

3) регистрация величины дефектов по показанию стрелочного прибора.

Для контроля дефектов в деталях компрессоров можно использовать электроиндуктивные приборы типа ВД-1ГА, ППД-1, а также прибор типа ДНМ-500.

Дефектоскоп ВД-1ГА снабжен четырьмя видами датчиков, выполненных в виде катушек индуктивности, установленных в специальные оправки (щупы) из неметаллических материалов. Размеры и формы оправок зависят от конфигурации контрольных участков деталей: «нож», «Т-образный», «карандаш», «серп».

Перед контролем дефектов необходимо настроить дефектоскоп согласно прилагаемой к нему инструкции. Приборы позволяют проводить дефектовку деталей не только с простой, но и со сложной конфигурацией контрольных участков, а также при относительно затрудненном доступе к последним. Выявлению трещин не препятствует неэлектропроводящее покрытие толщиной до 1 мм (слой лакокрасочного покрытия, нагар и т. д.) на поверхности контролируе­мых деталей.

Магнитнопорошковый метод.

Этот метод позволяет выявить поверхностные и подпо­верхностные трещины, волосовины, неметаллические включения, флокены, надрывы и др. Он применим для контроля деталей и узлов из ферромагнитных материалов, отличается высокой чувствительностью и достоверностью результатов. К недостаткам метода можно отнести не­обходимость удаления защитных покрытий толщиной более 0,1—0,3 мм, а также трудоемкость расшифровки результатов контроля при регистрации мнимых дефектов.

Дефекты изделия вызывают искажение магнитных силовых линий вследствие того, что несплошности обладают иным магнитным свойством, чем окружающий их материал. Это ис­кажение, называемое полем рассеяния, можно обнаружить с помощью тонко измельченного магнитного порошка.

Магнитнопорошковый метод.

Является относительно простым методом контроля. Он прак­тически не имеет ограничений в отношении размеров, формы, состава и термообработки ферро­магнитных деталей.

Контроль включает следующие операции (ГОСТ 21105—75):

1. подготовку поверхности детали;

2. намагничивание изделий;

3. нанесение магнитных частиц на контролируемую по­верхность;

4. исследование поверхности детали;

5. удаление частиц и размагничивание изде­лии.

Перед проведением контроля требуется очистить поверхность изделия от ржавчины, грязи и масла, так как состояние поверхности сильно влияет на чувствительность метода.

Магнитное поле может быть наведено пропусканием электрического тока непосредствен­но по деталям или через проводник, окружающий изделие или контактирующий с ним, либо с помощью соленоидов и магнитов. Наиболее рационально намагничивание с помощью соленои­да или переносного электромагнита.

Поскольку габариты деталей компрессора велики, их следует намагничивать пропускани­ем электрического тока через контролируемую часть детали с помощью контактов. При этом следует тщательно следить за тем, чтобы область между контактами была достаточно чистой; в противном случае возможны возникновение дуги и прожог изделия.

Чувствительность магнитнопорошкового метода определяется направлением линий магнитного поля, напряженностью поля и числом магнитных частиц. Для достижения максимальной чувствитель­ности следует намагничивать изделия так, чтобы направление линий магнитного поля было перпенди­кулярно дефекту. Поэтому перед обследованием детали нужно учитывать возможное расположение предполагаемых разрушений материала.

Для правильного выбора метода намагничивания и его режима (величины тока) удобно пользо­ваться эталонами с истинными и ложными дефектами, которые могут встречаться на поверхности деталей поршневых компрессоров. Эффективный контроль деталей компрессоров можно проводить с помощью дефектоскопов ДМЛ-2 и УМДЭ-2500. Для обеспечения удовлетворительной намагниченности необходим ток 1632 А на 1 мм диаметра детали.

После намагничивания детали контролируемую поверхность покрывают магнитным порошком, который наносят в виде суспензий, приготовленных на основе паст, выпускаемых отечественной про­мышленностью. Если деталь имеет поверхностный или подповерхностный дефект, то в зоне его рас­положения возникает пара магнитных полюсов, которые действуют подобно маленьким магнитам, удерживающим на поверхности магнитные частицы. В результате образуется видимое изображение дефекта, определяющее его расположение и протяженность. Дефектную зону отмечают в карте контроля.

При контроле возможно появление ложных дефектов, так как скопление частиц может наблю­даться там, где есть риски, резкие границы различных структур. Иногда частицы оседают в местах изменения сечений деталей при завышенной напряженности поля. Для того чтобы отличить ложные дефекты, следует проводить повторный контроль. После проведения исследования необходимо снять остаточную намагниченность, так как остаточное магнитное поле может стать опасным. Намаг­ниченные валы, например, могут способствовать попаданию металлических частиц в шарикоподшип­ники.

Рентгенографический метод.

Позволяет выявить внутренние скрытые дефекты, однако характеризуется существенными недостатками: громоздкостью и сложностью рентгеновской аппаратуры, низкой чувствительностью к усталостным трещинам, необходимостью устройств защиты работающих от рентгеновского излучения.

Гаммаграфическии метод.

Позволяет выявить внутренние скрытые дефекты с помощью портативных и маневренных у-дефектоскопов. К недостаткам метода, относятся:

• необ­ходимость набора изотопов;

• ограниченная интенсивность излучения.

Факторы, влияющие на выбор метода НК. При выборе метода или комплекса методов для дефектоскопического контроля деталей и узлов необходимо наряду со специфическими особенностями и техническими возможностями каждого метода учитывать следующие факторы:

• характер (вид) дефекта и его расположение;

• условия работы деталей и технические условия на отбраковку;

• материал детали, состояние и чистоту обработки поверхности;

• форму и размер детали;

• зоны контроля;

• доступность детали и зоны контроля;

• условия контроля.

Чувствительность метода определяется наименьшими размерами выявляемых дефектов:

• для поверхностных дефектов — шириной раскрытия у выхода на поверхность, протяженностью в глубь металла и по поверхности детали;

• для глубинных дефектов — размерами дефекта и глу­биной залегания.

Чувствительность зависит в основном от особенностей метода контроля, тех­нических данных аппаратуры, чистоты обработки поверхности контролируемой детали, ее ма­териала, условий контроля и других факторов. Чувствительность некоторых методов нераз­рушающего контроля приведена в табл. 1.

Таблица 1. Чувствительность методов неразрушающего контроля

Метод	Минимальные размеры обнаруживаемых поверхностных трещин*, мм
	Ширина раскрытия	Глубина	Протяжённость
Визуально-оптический	0,005÷0,01	-	0,1
Люминисцентно-красочный	0,0010,002	0,010,03	0,10,3
Цветной	0,0010,002	0,010,03	0,10,3
Люминисцентно-порошковый	0,010,03	0,110,03	23
Магнитопорошковый	0,001	0,010,05	0,3
Электроиндуктивный	0,00050,001	0,150,2	0,62
Ультразвуковой импульсный	0,0010,03	0,10,3	-
Рентгенографический	-	0,10,3 1,5÷3%(от толщины детали)	-
Гаммаграфический	-	4÷6%(от толщины детали)	-

*Нижняя граница интервала минимальных размеров относится к контролю деталей и образцов в оптимальных лабораторных условиях.

Характер (вид) дефекта.

Чтобы обнаружить поверхностные трещины с малой шириной раскрытия (0,5÷5 мкм) на деталях из ферромагнитных материалов, применяют магнитный ме­тод, а для деталей из немагнитных материалов — токовихревой или капиллярный; совершенно непригоден например рентгенографический метод. Для выявления внутренних скрытых дефектов целесообразно применять радиационный или ультразвуковой метод.

Для выявления поверхностных дефектов применимы все методы, но в ряде случаев наи­более эффективны магнитнопорошковый и капиллярный. Для обнаружения подповерхностных дефектов, залегающих на глубине до 1 мм, эффективны ультразвуковой, токовихревой, магнит­нопорошковый методы, а внутренних — ультразвуковой и методы подсвечивания ионизирую­щими излучснкями-

Физические, свойства материала детали.

Для контроля магнитнопорошковым методом материал детали должен быть ферромагнитным и однородным по магнитным свойствам. Для токовихревого контроля материал должен быть электропроводным, однородным по структуре и изотропным по магнитным свойствам. Для ультразвукового контроля на трещины материал также должен быть однородным, мелкозернистым по структуре, упругим, с малым коэффици­ентом затухания ультразвуковых колебаний, а для контроля капиллярными методами — не­пористым и стойким к воздействию органических растворителей.

Применение просвечивания ионизирующими излучениями зависит от толщины материала и от его способности поглощать данное излучение.

Форма и размеры контролируемых деталей.

Детали простой формы можно проверять всеми методами, в то время как применимость некоторых методов для контроля деталей слож­ной формы ограничена.

Например:

• применимость ультразвукового метода ограничена трудностью расшифровки результатов контроля и наличием мертвых зон;

• капиллярного метода — трудностью выполнения отдельных операций, в том числе подготовки деталей к контролю и удаления с поверхности проникающей жидкости.

Крупногабаритные изделия контролируют, как правило, по частям.

Правильность монтажа деталей в период эксплуатации в собранных агрегатах проверяют только методами просвечивания.

Зоны контроля.

Определение зон контроля является важным фактором в выборе метода, так как знание их облегчает разработку методики обнаружения дефектов.

В подлежащей ультразвуковому контролю зоне, как правило, не должно быть отверстий, заклепок, болтов и других отражателей ультразвуковой энергии. В некоторых случаях контроль таких объектов возможен при условии применения специальной методики и ультразвуковых головок искателей. При токовихревом контроле радиусы галтельных переходов должны быть не менее 2 мм, а при капиллярном и магнитнопорошковом методах в зоне контроля не должно быть уступов с углом менее 90°, подрезов и наплывов металла. Ширина проточек, радиусы гал­телей и отверстий в зоне капиллярного контроля должны быть не менее 3 мм.

Состояние и чистота обработки контролируемой поверхности.

Чувствительность мето­дов зависит от чистоты обработки контролируемой поверхности и наличия на ней защитных покрытий. В наибольшей степени это относится к магнитнопорошковым и капиллярным мето­дам. Шероховатость поверхности детали для эффективного применения ультразвукового и ка­пиллярного методов должна быть не более 20, магнитного и токовихревого — не более 80. Для обнаружения трещин при капиллярном контроле необходимо обязательно удалять лакокрасоч­ное покрытие. Токовихревой контроль возможен при наличии неметаллических покрытий тол­щиной не более 0,5 мм, металлических немагнитных — толщиной не более 0,2 мм.

Условия контроля.

Большинство методов (магнитный, капиллярный, токовихревой, ульт­развуковой) могут быть применены для контроля при доступе к детали с одной стороны. Мето­ды просвечивания ионизирующими излучениями требуют доступа к детали с обеих сторон, при этом с одной стороны находится источник излучения, с другой — детектор.

Для выбора метода или комплекса методов неразрушающего контроля кроме перечислен­ных факторов должны быть заданы критерии отбраковки. По совокупности данных определяют возможные методы, позволяющие решить поставленную задачу. При равной чувствительности предпочтение отдают тому методу, который проще и доступнее в конкретных условиях приме­нения, характеризуется большей достоверностью результатов контроля и производительностью.