Лабораторная работа №4

Тема: Изучение методов дефектации изделий.

Цель работы: Изучить методы дефектации, их сущность и ознакомиться с конструкцией и принципом действия.

Оборудование и инструменты: суспензия (пенетрант), порошок, дефектоскопы (капиллярный, люминисцентный, ультрозвуковые и т.д.) измерительные инструменты.

Задание:

1. Ознакомиться с рекомендуемой литературой и методическими указаниями.

2. Произвести дефектовку наглядного пособия.

3. Указать основные методы дефектовки.

4. Оформить отчет по проделанной работе и защитить лабораторную работу.

Капиллярный метод

Этот метод обладает высокой чувствительностью (табл. 1) и простотой технологии контроля.

Его сущность состоит в следующем. На очищенную поверх­ность детали наносят специальную жидкость (пенетрант) и в течение некоторого времени выдерживают, с тем чтобы она успела проникнуть в полости дефекта (рис. 1, а). Затем с детали удаляют излишки жидкости и просушивают. Жидкость остается только в полости дефекта (рис.1, б). Для его вы­явления на поверхность изделия наносят проявляющий мате­риал (рис. 1, в), который способствует выходу жидкости из полости (трещины) в результате адсорбции проявляющим ве­ществом либо диффузии в него.

При сорбционном способе на поверхность детали наносят сухой порошок (сухой метод) или порошок в виде суспензии (мокрый способ). За счет сорбционных сил проникающая жидкость извлекается на поверхность изделия и смачивает проявитель. При диффузионном способе на поверхность детали наносят специальное покрытие, в кото­рое диффундирует проникающая жид­кость из полости дефекта. Этот способ более чувствителен, чем сорбционный, и его применяют для обнаружения мел­ких трещин.

Рис. 1. Схема контроля деталей капиллярным методом с применением про­явителя:

а - трещнна, заполненная проникающей жидкостью; б — жидкость удалена с поверхно­сти детали; в — нанесен проявитель, трещина выявлена; 1 — деталь; 2 — полость трещи­ны; .3— проникающая жидкость; 4-проявитель; 5 - след трещины.

Рис. 2. Схема втягивания жидкости в капилляр:

I — жидкость; 2 —воздух; 3 —капилляр; Л — диаметр ка­пилляра; а — краевой угол смачивания; Л — высота подъ­ема жидкости

Для получения контрастного индика­торного отпечатка дефекта на фоне исследуемой поверхности в состав проникающей жидкости вводят свето- и цветоконтрастные вещества. Если состав пенетранта включает вещества, способные флуоресцировать при облучении, ультрафиолетовым светом, то такие жидкости называют люминесцентными, а сам метод обнаружения дефектов — люминесцентным методом де­фектоскопии. В состав этой жидкости могут входить как есте­ственные, так и искусственно приготовленные вещества, назы­ваемые люминофорами. Если в пенетранта содержатся краси­тели, видимые при дневном свете, то такие жидкости называ­ют цветными, а сам метод — цветным методом дефектоскопии.

Капиллярные методы дефектоскопии основаны на способно­сти жидкости втягиваться в мельчайшие сквозные и несквоз­ные каналы (капилляры). При попадании жидкости в капил­ляр (рис. 2) ее свободная поверхность искривляется (обра­зуется мениск), в результате чего возникает дополнительное давление жидкости в капилляре, отличающееся от внешнего давления (воздуха). Значение этого давления зависит от коэф­фициента поверхностного натяжения и радиуса канала.

При вогнутом мениске уровень жидкости в капилляре вы­ше величины Н, а при выпуклом — наоборот. Запишем

(4)

где σ — коэффициент поверхностного натяжения жидкости; α — краевой угол смачивания; d — диаметр капилляра; р₁ и р₂ — плотность соприкасаю­щихся жидкостей (проникающая жидкость — воздух).

Высота подъема жидкости тем больше, чем меньше а (луч­ше смачиваемость поверхности), диаметр капилляра и раз­ность плотностей соприкасающихся жидкостей и чем больше коэффициент поверхности натяжения жидкости (сила поверх­ностного натяжения действует на единице длины контура, ог­раничивающего поверхность жидкости).

Для проникновения жидко­сти в дефект необходимо, что­бы жидкость хорошо смачива­ла поверхности, а размеры де­фекта (канала) образовывали мениск.

Технология контроля изделий капиллярными методами со­стоит из следующих операций: очистки детали от маслянисто-грязевых и других загрязнений, нанесения пенетранта, выявле­ния дефекта и окончательной очистки.

Рис3. Схема люминесцентного де­фектоскопа:

1 — рефлектор; 2 — ультразвуковой свето­фильтр; 3 — ртутно-кварцевая лампа; 4- высоковольтный трансформатор; 5 — сило­вой трансформатор; 6 — контролируемая деталь

В ремонтном производстве при использовании люминес­центного метода дефектоскопии в качестве пенетрантов приме­няют жидкости различного состава. Их наносят с помощью пульверизатора, окунанием в раствор или мягкой кистью. По­сле выдержки детали в течение нескольких минут (не более 5) излишки жидкости удаляют, протирая поверхность ветошью, или промывают струей холодной воды под давлением 0,2 МПа с последующей сушкой.

Далее приступают к проявлению дефекта. Чаще всего при­меняют самопроявляющийся способ, при котором после про­питки и очистки деталь нагревают, что способствует быстрому выходу проникающей жидкости из дефекта и растеканию ее по краям трещины. Затем деталь помещают в дефектоскоп и об­лучают ультрафиолетовыми лучами. Источником ультрафиоле­товых лучей служат ртутно-кварцевые лампы (ПРК-2, ГТРК-4 и ПРК-7), свет от которых пропускают через светофильтры ти­па УСФ (УСФ-3 и УСФ-6). Промышленность выпускает пере­носные (КД-31Л, КД-32Л, КД-ЗЗЛ) и стационарные (ЛД-2, ЛД-3, ЛДА-3 и ЛД-4) дефектоскопы (рис. 3).

При самопроявляющемся способе деталь можно также по­грузить в раствор люминофора в быстроиспаряющемся орга­ническом растворителе, выдержать некоторое время и вынуть. После испарения растворителя на краях остаются кристаллы люминофора, которые ярко светятся при облучении ультрафио­летовыми лучами. Для устранения фонового свечения всей де­тали ее обрабатывают в растворе. Он гасит люминесценцию, но не воздействует на люминофор в полости дефекта. При этом способе не требуется подогрева детали.

Для проявления дефектов широко применяют сорбциониый метод. В качестве проявителей используют сухие порошки (каолин, мел и др.) и их суспензии в воде или органических растворителях (керосин, бензин и др.), а также быстросохну­щие пигментированные или бесцветные растворы красок и ла­ков, которые наносят на поверхность детали после пропитки

пенетрантом.

Так, например, при использовании пенетранта ЛЮМ-А для проявления применяют раствор белой нитроэмали «Экстра» — 30%, медицинского коллодия—30 и ацетона —40%, а при ЛЮМ-Б — бентонита — 0,72... 2,21%, каолина — 6,67... 10 и воды —92... 87%.

Для цветного метода дефектоскопии в качестве пенетрантов служат составы: керосин — 800 мл, нориол А — 200 мл, судан красный 5С — 10 г/л; спирт —90%, эмульгатор ОП-7 — 10% и родамин С — 30 г/л.

В качестве проявителей применяют сорбенты в виде сус­пензий и белые проявляющиеся лаки.

После проявления дефектов детали очищают от проявителя. Проявители на основе лаков, нитроэмалей и коллодия удаля­ют раствором 80%-ного спирта и 20%-ного эмульгатора ОП-7. Суспензии смывают однопроцентным раствором эмульгатора ОП-7 или ОП-10 в воде.

Магнитный метод

Для намагничивания деталей может быть использован как переменный, так и постоянный ток. Переменный ток служит для нахождения поверхностных дефектов и размагничивания деталей. Действие магнитного поля переменного тока в силу скин-эффекта ограничивается поверхностными слоями из­делия.

Постоянный ток применяют для выявления подповерхност­ных дефектов. Создаваемое им магнитное поле однородно и проникает достаточно глубоко в деталь.

Для определения дефекта большое значение имеет правиль­ный выбор напряженности магнитного поля. Чрезмерно боль­шая напряженность приводит к осаждению магнитного порош­ка по всей поверхности изделия и появлению «ложных» де­фектов, а недостаточная — к снижению чувствительности ме­тода. При контроле в приложенном магнитном поле на по­верхности детали она должна находиться в пределах 1590... 3979 А/м, а на остаточную намагниченность приходится 7958... 15915 А/м.

Силу тока при циркулярном намагничивании цилиндриче­ских деталей выбирают по формуле

I = 0.25HD, (5)

где I — сила тока, А; H — напряженность магнитного поля, А/м; D — диаметр детали, мм.

Для тонких пластин и дисков

I = 0.16Hb, (6)

где Ь — диаметр диска или ширина пластины, мм.

При полюсном намагничивании в соленоиде силу тока, про­пускаемого через его обмотку, определяют по формуле

, (7)

где D_c — средний диаметр соленоида, см; l — длина соленоида, см; n — чис­ло витков соленоида.

Для индикации дефектов применяют ферромагнитные по­рошки, обладающие большой магнитной проницаемостью и ма­лой коэрцетивной силой. Порошок магнетита (Fе₃О₄) черного или темно-коричневого цвета используют для контроля дета­лей со светлой поверхностью, а порошок оксида железа (Fе₃О₄)) буро-красного цвета — с темной поверхностью. Зерни­стость порошка оказывает существенное влияние на выявляемость дефектов и должна быть 5... 10 мкм.

Магнитную суспензию приготавливают, используя керосин, трансформаторное масло, смесь минерального масла с кероси­ном и водные растворы некоторых веществ. На 1л жидкости добавляют 30... 50г магнитного порошка.

После контроля все детали, кроме бракованных, размагни­чивают. Восстановление неразмагниченных деталей механиче­ской обработкой может привести к повреждению рабочих по­верхностей из-за притягивания стружки. Не следует размагни­чивать детали, подвергающиеся при восстановлении нагреву сварочно-наплавочными и другими методами до температуры 600... 700 °С.

Степень размагниченности контролируют, осыпая детали стальным порошком. У хорошо размагниченных порошок не должен удерживаться на поверхности. Для этих же целей при­меняют приборы ПКР-1, снабженные феррозондовыми полюсоискателями.

Для контроля деталей магнитопорошковым способом серий­но выпускаются стационарные, переносные и передвижные де­фектоскопы. Последние включают в себя: источники тока, уст­ройства для подвода тока, намагничивания деталей и для на­несения магнитного порошка или суспензии; электроизмери­тельную аппаратуру. Стационарные приборы (УНДЭ-2500, ХМД-10П, МД-5 и др.) обладают большими мощностью и про­изводительностью. На них можно проводить все виды намаг­ничивания.

В ремонтном производстве широко распространены пере­носные и передвижные магнитные дефектоскопы (ПМД-68, ПМД-70, ПМД-77, ПМД-ЗМ, М217 и МДВ). Они имеют отно­сительно небольшие массу, габариты и дают возможность по­лучать магнитные поля достаточной напряженности.

Ультразвуковой метод

Рис. 4. Схема установки ультразвуковой дефектоскопии теневым методом:

1 — генератор; 2 — пьезоизлучатель; 3 — изделие; 4 — дефект; 5 — пьезоприемник; 6 — уси­литель; 7 — индикатор

Импульсы колебаний подаются и воспринимаются одной пьезоголовкой. Отражаясь от дефекта или границ раздела сред, они воспринимаются пьезоэлементом в периоды пауз. Для того чтобы эхо-сигналы не попали на искательную голов­ку в период, когда он работает как излучатель, длительность пауз должна быть в 2... 3 раза больше длительности импуль­сов.

Рис. 5. Схема импульсов ультразву­ковых колебаний, посылаемых в конт­ролируемую деталь.

Электрические колебания звуковой частоты, создавае­мые генератором, пройдя через генератор им­пульсов, подаются на пьезоэлемент искательной головки, где преобразуются в ульт­развуковые. Одновременно им­пульс от генератора подает­ся на горизонтальные пласти­ны электронно-лучевой трубки осциллографа, вычерчивая на экране зондирующий (начальный) импульс. Ультразвуковые колебания, пройдя через деталь, отражаются от ее противо­положной стороны (поверхности раздела сред), воспринимают­ся пьезоэлементом искательной головки и преобразуются им в переменные электрические сигналы. Последние усиливаются усилителем. Далее колебания подаются на горизонтальные пластины осциллографа, вычерчивая на экране импульс.

Если в детали есть дефект, то ультразвуковой импульс от­разится от него раньше, чем от поверхности изделия, проти­воположной искательной головке. Этот импульс будет воспри­нят пьезоэлементом, преобразован, усилен и подан на электрон­но-лучевую трубку осциллографа. В результате луч последнего прочертит на экране между пиками линию, свиде­тельствующий о наличии дефекта.

Аппаратура для ультразвукового контроля состоит из: искательной головки, которая содержит пьезоэлемент для из­лучения и приема УЗК; электронного блока; вспомогательных устройств.

Искательные головки (рис. 6) разделяют на три типа: прямые, наклонные и раздельно-совмещенные. Первые предна­значены для ввода в изделие продольных звуковых волн, пер­пендикулярных к поверхности изделия, вторые — для ввода в изделие комбинации УЗК с преобладанием (в зависимости от поставленной цели) поверхностных, продольных или поперечных волн и третьи — для ввода пучка продольных волн под оп­ределенным углом к плоскости, перпендикулярной к поверхно­сти детали.

Тип волны зависит от угла ввода, который может изме­няться.

Применение таких головок дает возможность обнаруживать не только внутренние дефекты, но и наружные, например уста­лостные трещины различного характера.

Рис. 6. Схема ультразвуковых преобразователей искательных головок:

а — прямого; б — наклонного; в — раздельно-совмещенного; 1 — корпус; 2 — демпфер; 3 - пьезопластина; 4 — защитное донышко (протектор); 5—призма; 6 — токопровод; 7-акустический экран

На рисунке 7 пучок 4 продольных волн введен в изделие через призму 2 искательной головки. С помощью полученных поверхностных волн 5 обнаруживают трещины Тр на кромке лопатки 1. Раздельно-совмещенные головки вводят пучок про­дольных волн под углом 5... 10⁰ к плоскости, перпендикуляр­ной к поверхности изделия.

Основным элементом всех искательных головок служит пьезопластина. Ее толщина равна половине длины волны излу­чаемых ультразвуковых колебаний.

Рис. 7. Схема контроля кромок ло­паток поверхностными волнами:

1 — лопатка; 2 —призма головки; 3 — пьезопластина; 4 — пучок продольных УЗК; 5 — поверхностные волны; 6 — экран дефек­тоскопа; Тр — трещина на кромке; t — глу­бина проникновения поверхностных волн

У прямых искательных головок (см. рис. 6, а) пьезопластина 3 расположена в корпусе 1 и с рабочей стороны закры­та защитным донышком 4, предохраняющим пьезоэлемент от истирания и механических воздействий со стороны поверхно­сти детали. Над пьезопластиной расположен демпфер 2, умень­шающий длительность колебаний пластины и тем самым спо­собствующий получению коротких зондирующих импульсов. Его изготавливают из материала с большой поглощающей спо­собностью ультразвука.

В наклонных и раздельно-совмещенных искательных голов­ках пьезоэлемент приклеен к призме 5, выполненной из оргстекла, полистирола, капролона и др. Эти материалы дают возможность вводить в металл поперечные волны под больши­ми углами (до 90⁰) при относительно малых углах падения УЗК на поверхность изделия. Кроме того, они выполняют роль демпфера, обеспечивая быстрое гашение отраженных от границ с контролируемым изделием ультразвуковых колебаний. В раздельно-совмещенной искательной головке располагают две пьезопластины, одна из которых служит излучателем, а вто­рая — приемником УЗК. Между ними находится акустический экран 7.

Рабочая поверхность искательной головки контактирует с поверхностью изделия через слой жидкости. В зависимости от толщины последнего пьезоэлектрические преобразователи де­лят на контактные, щелевые и иммерсионные. У первых слой жидкости меньше длины волны УЗК, у вторых— соизмерим с длиной волны и у третьих — значительно больше ее. Выбор ти­па акустического контакта зависит от состояния рабочей по­верхности изделия. Чем ниже ее шероховатость, тем меньше слой жидкости.

Электронный блок (дефектоскоп) состоит из сборочных еди­ниц, смонтированных как одно целое: генераторов электриче­ских колебаний и импульсов напряжения; усилителя сигналов, поступающих от приемной головки; генератора развертки; электронно-лучевой трубки и др.

При дефектации деталей применяют различные приборы (УЗД-7Н, ДУК-5В, ДУК-63, и др.). Для контроля сварных со­единений служат дефектоскопы УД-ППУ, УД-10П и др.