Дефектоскопия / Неразрушающий контроль в производстве (Сударикова) / НК Краткое описание всех видов НК Сударикова ч.1

Методы

1.По характеру взаимодействия с контролируемым объектом

основным способом радиационного (рентгеновского и гамма) конт роля является метод прохождения. Он основан на разном поглоще нии ионизирующего излучения материалом изделия и дефектом.

2.В зависимости от природы ионизирующего излучения выделя ют: рентгеновский, гамма, бета (поток электронов), нейтронный

методы контроля. Находят применение потоки позитронов: по сте пени их поглощения определяют участки объекта, обедненные или обогащенные электронами.

3.По используемому приемнику излучения выделяют:

–радиографический метод (приемник излучения – рентгеновская пленка),

–радиометрический метод (приемник излучения – сканирую щий сцинтилляционный счетчик частиц и фотонов),

–радиоскопический метод (приемник излучения – флюоресциру ющий экран с последующим преобразованием изображения в телеви зионное).

Примечание. Все рассмотренные виды контроля (магнитный, элект рический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиаци онный) основаны на применении электромагнитного излучения. Частота колебаний повышалась от метода к методу.

При контроле магнитными и электрическими методами использова лись постоянные или медленно меняющиеся поля.

В вихретоковом контроле частоты достигали мегагерцевого диапазо

на.

Врадиоволновом – частота увеличилась до СВЧ диапазона (104 1010 Гц).

Втепловом – частота увеличилась до частоты инфракрасного излуче ния (1011 4•1014 Гц).

Воптическом контроле – частота увеличилась до частоты оптического излучения (частота видимого излучения 4•1014 7,5•1014 Гц).

Рентгеновское и гамма излучения являются наиболее коротковолно

выми из всех, рассмотренных ранее: частота рентгеновского излучения 3•1017 3•1020 Гц; гамма излучение имеет частоту 3•1018 3•1021 Гц (дли на волны 10–10 10–13 м).

8.Акустический вид НК

Акустический вид НК основан на регистрации параметров упру гих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте.

Вотличие от всех ранее рассмотренных методов здесь применяют

ирегистрируют не электромагнитные, а упругие волны, параметры которых тесно связаны с такими свойствами материалов, как упру

61

гость, плотность, анизотропия (неравномерность свойств по различ ным направлениям) и др. Акустические свойства твердых материа лов и воздуха настолько сильно отличаются, что акустические вол ны отражаются от тончайших зазоров (трещин, непроваров) шири ной 10–6 10–4 мм.

Применяется ко всем материалам, достаточно хорошо проводя щим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бето ну и т.д.

Первичные информативные параметры – например, количе ство сигналов в единицу времени, амплитудно частотный спектр сиг нала, локация места возникновения упругих волн, время задержки прихода отраженного импульса.

Методы

1. По используемой частоте различают:

–Ультразвуковые методы – используют упругие волны ультра звукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 кГц). Эти вол ны возбуждаются и принимаются, как правило, пьезопреобразова телями. Учитывая сильное отражение ультразвука от тончайших воздушных зазоров, для передачи волн от пьезопреобразователя к изделию используют жидкостный контакт.

–Методы, использующие звуковые частоты. Для возбуждения волн звукового диапазона кроме пьезопреобразователей применяют ударное воздействие, а для приема – микрофоны.

2. По характеру взаимодействия с объектом различают:

1)пассивные методы – регистрируются упругие волны, возни кающие в само′м объекте:

– Шумовибрационный – основан на том, что шумы работающего механизма позволяют судить о его исправности и неисправности и даже о характере неисправности.

– Вибрационный – регистрируется вибрация определенных узлов механизма и оценивается работоспособность этих узлов.

– Акустической эмиссии – использует упругие волны ультразву кового (реже – звукового) диапазона, появляющиеся в результате перестройки структуры материала, вызываемой: движением групп дислокаций, возникновением и развитием трещин, аллотропически ми превращениями в кристаллической решетке.

2)активные методы:

– Ультразвуковой – основан на использовании результатов из мерения интенсивности пропускаемого контролируемым образцом или отраженного им ультразвукового сигнала. Для контроля исполь зуют стоячие волны (вынужденные или свободные колебания объек та контроля или его части) и бегущие волны по схемам прохождения

62

или отражения. Метод используется для обнаружения трещин, ра ковин и других нарушений сплошности, а также для выявления нео днородностей структуры, плотности и т. д. внутри или на поверхно сти металлических, пластмассовых и др. деталей. Наилучшие резуль таты – при обнаружении больших резко очерченных изменений плот ности или структуры в исследуемом образце, например, при обнару жении значительных по размерам трещин или пустот, определении границ раздела материалов, существенно различающихся по плот ности.

–Методы колебаний – для измерения толщин (при односторон нем доступе) и контроля свойств материалов (модуля упругости, ко эффициента затухания).

–Импедансный метод – основан на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом. Определяют: твер дость материала изделия, податливость его поверхности (податли вость улучшается под влиянием дефектов, близких к поверхности изделия).

–Эхо!метод, или метод отражения. Посланный ультразвуковой импульс отражается от нижней поверхности объекта или от дефек та, и по амплитуде и времени прихода отраженных импульсов судят

одефекте. Метод очень широко применяется для дефектоскопии ме таллических заготовок и сварных соединений, контроля структуры металлов, измерения толщины труб и сосудов;

–Метод прохождения – им дефектоскопируют изделия простой формы (листы), оценивают прочность бетона, дерева и др. материа лов, в которых прочность коррелирует со скоростью звука.

Развитие акустического метода – по следующим направлени ям:

1) разработка новых способов обработки информации: очень пер спективна вычислительная ультразвуковая голография;

2) разработка бесконтактных преобразователей – лазерных воз будителей и приемников, электромагнитно акустических преобра зователей, основанных на возбуждении колебаний поверхности объекта внешним электромагнитным полем;

3) отстройка от шумов, главным образом связанных с отражени ем упругих волн от структурных неоднородностей, например, границ кристаллов в поликристаллическом материале;

4) применение специфических типов упругих волн в твердом теле: поверхностных волн, волн в пластинах и стержнях;

5) разработка средств высокоточного измерения скорости ультра звуковых волн.

63

9. НК проникающими веществами

Неразрушающий контроль проникающими веществами основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов контролиру емого объекта.

Применение: для обнаружения слабо видимых невооруженным глазом поверхностных дефектов (капиллярные методы) и для выяв ления сквозных дефектов в перегородках (методы течеискания).

Методы:

1.Капиллярные – основаны на капиллярном проникновении в полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, скипидара), хо рошо смачивающей материал изделия;

2.Течеискания – в полость дефекта пробное вещество проникает либо под действием разности давлений, либо под действием капил лярных сил.

К НК проникающими веществами относится люминесцентныйме! тод.Вегоосновележитвозможностьвидетьсветотлюминесцирующих веществ,находящихсявполостидефектов.Методобладаетвысокойчув ствительностью и во многих случаях является единственно возможным длядефектоскопиинемагнитныхматериалов.Припомощилюминесци рующихвеществможновыявитьповерхностныетрещиныширинойоколо 0,01 мм и глубиной до 0,02–0,03 мм. Если же наносить люминофор на изделие, помещенное в вакуум, то можно обнаружить и более мелкие дефекты, так как в вакууме из полости дефектов удаляется воздух, пре пятствующий заполнению их люминофором. Люминесцентный метод находит применение во многих отраслях производства, но особенно ус пешноегоиспользуютдляконтролякачестваповерхностейзакаленных

ишлифованныхизделий,например,режущегоинструмента.

10.Сопоставление видов НК

1.Многие методы применимы для контроля только определенных типов материалов. Так, радиоволновой и электроемкостный – для неметаллических, плохо проводящих ток материалов; вихретоковый, электропотенциальный – для хороших электропроводников;магнит ный – для ферромагнетиков; акустический – для материалов, облада ющих небольшим затуханием звука соответствующей частоты.

2.Модификации методов имеют различные области применения: измерение геометрических размеров, исследование химического со става и структуры, поиск несплошностей.

3.По опасности для обслуживающего персонала выделяются ра диационные методы. Определенную токсичность имеют методы ка

64

пиллярные и течеискания при использовании некоторых типов проб ных веществ и ультрафиолетовых осветителей. Считается, что для остальных методов заметного влияния на здоровье обслуживающего персонала не установлено. Однако длительная работа с микроско пом (оптический вид контроля) приводит к ухудшению зрения; дли тельная работа по контролю шумов, вибраций – к ухудшению слуха.

4.С точки зрения возможностей автоматизации контроля наибо лее благоприятными являются:

вихретоковый вид контроля; магнитные методы с феррозондовыми, индукционными и подоб

ными им типами преобразователей; радиационный радиометрический метод; некоторые виды тепловых методов.

Главные их преимущества заключаются в отсутствии необходи мости прямого контакта преобразователя с изделием и представле нии информации о дефектах в виде показаний приборов. Перечис ленным методам уступает ультразвуковой метод, для которого необ ходим акустический контакт преобразователей с изделием, напри мер, через слой воды.

Трудность автоматизации других методов заключается в необхо димости визуальной обработки информации о дефектах, которую эти методы представляют.

5.По стоимости выполнения контроля к наиболее дорогим отно сят методы радиографические и течеискания. Это связано с длитель ностью операций контроля, а также необходимостью капитальных затрат на оборудование и помещения. Низка производительность также у капиллярного контроля.

Например, затраты на проведение контроля сварных соединений тол щиной 10–20 мм ультразвуковым методом будут в 3–5 раз меньше, чем радиационным. Преимущество будет возрастать с увеличением толщины сварных соединений.

6. Сопоставлять различные методы контроля можно только в тех условиях, когда для контроля данного типа дефекта в данном мате риале возможно применение нескольких методов. Сопоставим мето ды контроля, применяющиеся для дефектоскопии металлических ферромагнитных материалов типа стали (здесь применимо большин ство из рассмотренных методов). Проведем сравнение по глубине рас положения дефектов, которые этими методами выявляются. Итак:

–контроль течеисканием – выявляются только сквозные де фекты;

–визуальные и капиллярные методы – обнаруживаются только дефекты, выходящие на поверхность (в том числе несквозные);

65

–магнитные и вихретоковые методы – обнаруживаются как по верхностные, так и подповерхностные (залегающие на глубине в не сколько мм) дефекты;

–радиационные и акустические методы – обнаруживаются дефек ты как поверхностные, так и внутренние, но преимущественно их используют для выявления внутренних.

7. Специфические особенности каждого метода делают необходи мым применение всех рассмотренных видов контроля для нахожде ния дефектов продукции. Для контроля ответственной продукции используют несколько взаимно дополняющих и дублирующих мето дов (например, тонкостенные трубы для электростанций проходят вихретоковый, ультразвуковой и визуальный контроль).

1.7.Выбор метода неразрушающего контроля

Выбор метода НК проводят в зависимости от вида дефектов.

По своему расположению различают: поверхностные, подповерх ностные и внутренние дефекты несплошности.

Макродефекты в материалах возникают:

–в процессе производства, например, для металлических матери алов в процессе плавки и литья (окисные пленки, шлаковые включе ния, «горячие» трещины, усадочные рыхлоты, поры и др.);

–в процессе формоизменения (трещины, расслоения, рванины, закаты, утяжки, флокены, волосовины и др.);

–в процессе объемного и поверхностного упрочнения (закалочные трещины, поверхностные трещины, поры, пузырьки, пережоги и др.);

–в процессе механической обработки (шлифовочные трещины, прижоги, надиры, риски, надрезы, забоины и др.);

–в процессе правки и монтажа (рихтовочные трещины, надрезы, риски и др.);

–в процессе сварки (сварочные трещины, непровары, поры шла ковые и металлические включения и др.);

–в процессе эксплуатации (усталостные трещины, местный на клеп, местная, общая и межкристаллическая коррозия и др.).

В табл. 1.3 приведены сравнительные данные о возможностях методов НК для выявления различных видов дефектов в металле.

В табл. 1.4 приведены сравнительные данные по выявлению де фектов типа нарушения сплошности различными видами НК.

В табл. 1.5 дана оценка применяемости методов НК при определе нии размеров.

В табл. 1.6 дана оценка применяемости методов НК при определе нии физико механических свойств материалов.

66

Таблица 1.3. Оценка выявляемости дефектов в металле различными видами НК

67

Продолжение табл. 1.3

68

Окончание табл. 1.3

111Примечание. Оценка видов НК: 5 — отличная, 4 — хорошая, 3 — удовлетво рительная, 2 — нерекомендуемый вид НК , 0 — неудовлетворительная.

69

Таблица 1.4. Оценка выявляемости дефектов типа нарушения сплошности различными видами НК

70