3.8. Методы контроля на герметичность
Для проверки герметичности отливок, работающих под давлением, применяют испытания пневматические, гидравлические и с помощью галоидных газов или гелия.
При пневматических испытаниях в полость отливки подают воздух под давлением обычно равном 1,0 – 1,2 от рабочего. Для обнаружения неплотностей проверяемую отливку помещают в водяную ванну; просвечивающийся воздух обнаруживается по поднимающимся воздушным пузырькам.
При гидравлических испытаниях полость отливки заполняют водой под давлением, обычно в два раза превышающем рабочее. Отверстия отливки предварительно закрывают специальными заглушками. При более жестких требованиях используют керосин. Во избежание возникновения очагов коррозии (при использовании, при гидроиспытаниях воды) в воду рекомендуется добавлять эмульсаторы ОП – 7 (или ОП – 10.). Гидравлические испытания практически безопасны. Если при пневматических испытаниях опасность весьма велика и требуется строгое соблюдение требований безопасности, то для защиты от струй жидкости, вытекающей под большим давлением чеpeз неплотность в отливках, достаточно установить легкий экран.
Высокой чувствительностью обладают методы контроля на герметичность с помощью галоидных и гелиевых течеискателей. В этом случае в загерметизированную полость отливки подлежащей контролю закачивают до незначительного избыточного давления смесь воздуха с галоидным газом (фреон, четреххлористый углерод, хлороформ и д.р.) или чистый гелий, или смесь гелия с воздухом. Выходящий через неплотности гaз фиксируют с помощью специального щупа медленно сканирующего по поверхности отливки. Засасываемый в щуп газ проходит между электродами, один из которых (анод) разогрет до 800 – 900 °С. Ионы галоидного газа или гелия (в межэлектродном промежутке) резко увеличивают ионный ток. Через усилитель сигнал поступает на зуммер и стрелочный индикатор.
Известны конструкции установок для испытания на герметичность чугунных отливок с помощью радиоактивных изотопов, в которых негерметичность определяется дозиметром.
3.9. Физические методы определения химического состава литейных сплавов. Спектральный анализ
Так как химические методы анализа состава отличаются большой трудоемкостью и сложностью, более перспективными являются физические методы определения химического состава сплавов. Они основаны на выделении энергии атомами анализируемых элементов при воздействии на них различных источников возбуждения; исследуемое вещество под действием электрической дуги или искрового разряда испаряется, происходит возбуждение атомов элементов пробы сопровождающееся выделением энергии в виде излучения. С помощью призмы или дифракционной решетки излучение разлагают в спектр. По относительной интенсивности спектральных линий элементов судят о количестве того или иного элемента в металле. Наиболее распространенными методами спектрального анализа являются оптический, эмиссионный, рентгеноспектральный, флюоресцентный и атомно-абсорбционный. Их достоинства – малая трудоемкость, высокая скорость, точность и чувствительность; для выполнения спектрального анализа не требуется подготовка стружковой пробы, возможно использование как специальных образцов-проб (отлитых в стаканчики изложницы), так и остатков образцов после механических испытаний. Расшифровку спектров проводят с помощью атласов спектров и таблиц спектральных линий.
Для проведения спектрального анализа используют стилоскопы, стимметры, спектрографы и квантометры. Стилоскоп является наиболее простым прибором; применяется для качественного и полуколичественного анализов сплавов. Принцип действия его заключается в следующем: между подлежащим исследованию образцом и диском из чистой меди зажигают электрическую дугу, свет от которой проектируют на щель спектрального аппарата. Оптическая схема стилоскопа показана рис. 3.14. Свет от дуги проходит через щель 9, призму 3, объектив 4. После объектива параллельный пучок света попадает на призмы 5 и 6. Пройдя обе призмы, световой поток отражается от посеребренной грани и проходит первоначальный путь в обратном направлении. Дисперсированный (разложенный) пучок света проходит объектив 4 (объектив зрительной трубы). Призма 7 поворачивает пучок света на определенный угол (на рисунке не показано) и направляет его в окуляр 3 (с кольцом для фокусировки спектров), снабженный указателем для установки на отдельные спектральные линии.
Для возбуждения спектров чаще всего используют дуговой (реже искровой) разряд. Напряжение тока, питающего дугу, 120 или 220 В.
В связи с малой точностью основное назначение стилоскопа – соржировка металла по маркам, соржировка шихтовых материалов при входном контроле, приблизительный количественный анализ некоторых элементов. Отечественной промышленностью выпускаются стилоскопы СЛЗ – СЛ12 (стационарные) и СЛП – 1 – СЛП – 4 (переносные).
Стилометры предназначены также для полуколичественного анализа. Наличие в их оптической схеме фотометра позволяет ослаблять интенсивность любой из линий аналитической пары, а наличие устройства для относительного перемещения аналитической линии и линии сравнения позволяет сближать их и тем самым повышать точность спектрального анализа. Для анализа используют стилометры СТ – 1 – СТ – 7. Из-за малой точности они не нашли большого применения.
Рис. 3.14. Оптическая схема стилоскопа
Визуальные методы эмиссионного анализа имеют существенные недостатки (высокую погрешность, ограниченность измерения интенсивности линий областью видимого спектра, отсутствие документальной регистрации исходной (первичной) информации, быструю утомляемость оператора, которые удается устранить в фотографических методах). Фотографирование спектра на фотопластинку позволяет расширить (включением ультрафиолетовой области) регистрируемую зону излучения, достигнуть объективности измерения спектральных линий применением специальных микрофотометров (МФ – 2, ИФО 451). Применяемые для регистрации спектра фотографированием прибора (спектрографы) являются наиболее универсальными для проведения количественного спектрального анализа сплавов. В производственной практике применяет спектрографы ИСП – 28, ИСП – 30, КС – 55, КСА – 1, ДФС – 8, ДФС – 9 и др. В спектрограмме на пластинке в определенной области спектра отмечаются спектральные линии элементов и с помощью микрофотометров измеряют плотность их почернения, устанавливают концентрацию определяемого элемента.
Более совершенными приборами, чем спектрографы, являются квантометры, применение которых для определения химического состава сплавов все больше расширяется. Фотоэлектрические методы анализа, лежащие в основе устройства и работы этих приборов, отличаются более высокой точностью, скоростью, универсальностью и высокой степенью автоматизации измерения. В этих методах с помощью выходной щели выделяется аналитическая спектральная линия определяемого элемента; после ее преобразования (с помощью фотоэлементов) в электрический сигнал измеряют величину этого сигнала. Спектрометры бывают двух типов:
1) монохроматоры – имеют одну выходную щель и предназначены для измерения спектра одного элемента или нескольких элементов поочередно;
2) полихроматоры (квантометры) – позволяют одновременно выделять несколько аналитических спектральных линий и определять содержание нескольких элементов.
Отечественной промышленностью выпускаются квантометры типа ДФС (дифракционный фотоэлектрический спектрометр): ДФС – 1ОМ, ДФС – Зб, ДФС – 41, ДФС – 51 и типа МФС (малогабаритный фотоэлектрический спектрометр); МФС – 4, МФС – 8. Результаты химического анализа высвечиваются на цифровом индикаторе прибора и печатается на бумажной ленте. В последнее время появились квантометры с ЭВМ, предназначенной для управления возбуждением и регистрацией эмиссионных спектров (с выводом результатов анализа на печать и экран дисплея) (МФС – 8). Приборы этого типа позволяют определять до 60 химических элементов.
Анализ характеризуется большой скоростью определения химического состава (1 – 2 мин), высокой чувствительностью (до 0,00001 %) низкой стоимостью, универсальностью аппаратуры и методов проведения.