§ 2.14. Гидродинамика заполнения тупикового капилляра

Тупиковый капилляр имеет открытый доступ только с одной стороны. Поэтому заполнение тупикового капилляра отличается тем, что паро-воздушная смесь, защемленная в тупиковом конце, ограничивает глубину проникновения пенетранта или другой жидкости. Рассмотрим заполнение тупикового капилляра на примере индикаторной жидкости. Когда пенетрант приходит в контакт с тупиковой капиллярной трещиной, вначале она быстро, благодаря силам поверхностного натяжения, заполняется индикаторной жидкостью, на глубину l. Но затем этот процесс существенно замедляется, по мере увеличения противодействия - давления внутри тупика трещины. Когда капиллярное давление жидкости сравняется с давлением защемленной парогазовой смеси внутри, считают, что процесс заполнения переходит из капиллярной стадии в диффузионную, когда зажатый в полости дефекта воздух постепенно растворяется в пенетранте и диффундирует наружу к устью дефекта. Учитывая, что растворимость воздуха в жидкостях при нормальных условиях невелика, диффузионная пропитка идет очень медленно и может длиться несколько часов.

По технологии, конечно, пенетрант не может находится на поверхности контролируемого изделия несколько часов по многочисленным причинам. Поэтому практически всегда в тупиковом капилляре может остаться защемленный воздух или пар. Интересно, что этот зажатый газ может при проявлении помогать извлечению пенетранта из трещины, т.е. играть положительную роль.

В случае, когда заполнение происходит под действием только капиллярных сил, такой способ заполнения называют капиллярным. Время заполнения зависит от величины раскрытия дефекта, его глубины, вязкости пенетранта, его поверхностного натяжения, смачиваемости материала изделия пенетрантом и колеблется от нескольких минут до десятков минут. Для вязких пенетрантов на основе масел предварительный подогрев изделия до 50-60°С приводит к ускорению заполнения.

Все рассмотренные закономерности относятся к заполнению тупиковых и сквозных несплошностей под действием только капиллярных сил. Для ускорения этих процессов выше говорилось о подогреве. Используются также другие способы интенсификации: вакуумный, компрессионный, ультразвуковой, деформационный, электрический, электромагнитный и др. Эти способы заполнения дефектов индикаторными пенетрантами, их технологические характеристики и достоинства подробно описаны в главе 5 "Технология капиллярного контроля".

§ 2.15. Гидродинамика проявления сорбционным проявителем

Процесс проявления начинается с нанесения проявителя на поверхность контролируемого изделия. Сухой сорбционный проявитель представляет собой мелкодисперсный порошок. В этом случае, как только индикаторный пенетрант соприкасается с частицами проявителя (рис. 2.9), пенетрант смачивает частицы проявителя и извлекается из трещины более мелкими порами проявителя, окрашивая частицы проявителя. Первоначально пенетрант распространяется, как показано на рис. 2.9, в направлении внешней поверхности слоя проявителя до тех пор, пока не достигнет ее (на рис. 2.9, а - вверх).

Рис. 2.9. Извлечение пенетранта проявителем из плоскопараллельной трещины:

а - вид сбоку, б - вид сверху; А - начало проявления, пенетрант достиг наружной

поверхности слоя проявителя, В - окончательная стадия, пенетрант весь

извлечен из трещины и образовал след шириной W.

Затем пенетрант будет распространяться вдоль контролируемой поверхности (влево-вправо), пока весь пенетрант из трещины не перейдет в проявитель и не окрасит его, образуя след дефекта (трещины) шириной W.

На рис. 2.9, а (вид сбоку) показано состояние, когда пенетрант достиг внешней поверхности при толщине слоя проявителя h, глубине трещины l, глубине заполнения пенетрантом трещины /_п и ширине трещины Н. Трещина тупиковая - щель с параллельными стенками. На рис. 2.9, б (вид сверху) окрашенные частицы черные.

Из приведенных выше доводов и рис. 2.9 следует, что если в трещине мало индикаторной жидкости, или слой проявителя достаточно толстый, то пенетрант может вообще не достигнуть внешней поверхности слоя проявителя и дефект не будет обнаружен.

На рис. 2.9, в показана окончательная стадия проявления, когда пенетрант весь извлечен порошком проявителя из трещины и окрасил его, образовав след шириной W, который виден на поверхности на фоне неокрашенного проявителя.

Научные основы гидродинамики процессов капиллярного контроля впервые описаны в монографии П.П.Прохоренко и Н.П.Мигуна "Введение в теорию капиллярного контроля". В основу теории положена модель, где два уравнения, описывающие гидродинамику миграции пенетранта в капилляре (уравнение Уошбурна и уравнение Дарси) и в слое проявителя, объединены третьим уравнением сохранения массы. Эта теория позволила связать физико-химические свойства дефектоскопических материалов и изделий (поверхностное натяжение и вязкость пенетранта, дисперсность и пористость проявителя и др.) с чувствительностью метода и дало возможность определить теоретически наиболее важные технологические параметры процесса, например, порог чувствительности и другие. эти зависимости достаточно сложные и здесь не приводятся.