18. Контроль внутренних и поверхностныхдефектов

18.1. Контроль поверхностных дефектов

Поверхностные дефекты изделий могут быть выявлены непосредственным наблюдением или применением специальных приборов и приёмов.

Непосредственным наблюдением можно обнаружить только относительно грубые внешние дефекты на поверхности детали. Мелкие дефекты можно выявить с помощью оптических приборов - лупы, микроскопа.

Для улучшения видимости дефектов на поверхности часто применяются травление и обработка порошками. В первом случае улучшение видимости достигается более сильной растворимостью дефекта или основного металла.

Обработка порошками улучшает видимость за счет расположения зёрен порошка по границе дефекта. Если исследуемую деталь погрузить в жидкость (различные масла) или нанести жидкость на поверхность детали кистью, то жидкость проникает в полость дефектов и не будет удалена после протирания поверхности детали.

Для обнаружения невидимых или слабо видимых невооружённым глазом поверхностных и сквозных дефектов в объектах контроля, определения их расположения, протяжённости (для дефектов типа трещин) и ориентации по поверхности предназначен капиллярный НК. Этот вид контроля позволяет диагностировать объекты любых форм и размеров, изготовленные из чёрных и цветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамики, а также других твёрдых неферромагнитных материалов.

Капиллярный контроль применяют также для объектов, изготовленных из ферромагнитных материалов, если их магнитные свойства, форма, вид и месторасположение дефектов не позволяют достичь требуемой по ГОСТ21105 – 75 чувствительности магнитопорошковым методом или магнитопорошковый метод контроля не допускается применять по условиям эксплуатации объекта.

Рассмотрим некоторые методы капиллярного НК.

Метод проникающих растворов.

Жидкостный метод капиллярного НК, основанный на использовании в качестве проникающего вещества жидкого индикаторного раствора. Он применяется при контроле как магнитных так и немагнитных материалов. Основными достоинствами метода являются: простота, дешевизна, надёжность и быстрота контроля.

Порядок проведения контроля методом проникающих жидкостей следующий: защищают поверхность контролируемой детали и погружают деталь в проникающую жидкость; затем тщательно промывают поверхность детали и наносят слой проявителя; после этого рассматривают картину выявленных поверхностных дефектов.

В качестве жидкости используют керосин или смесь минерального масла, олеиновой кислоты и ализаринового красителя. В качестве проявителя используют мел, тальк.

Цветной метод.

Основан на регистрации контрастов цветного в видимом излучении индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля. Этот метод применяется при выявлении дефектов на поверхностях крупных и мелких деталей.

Порядок проведения этого метода следующий: контролируемая деталь погружается на 5 – 10 минут или закрашивается кистью раствором, в который добавлен краситель.

Раствор следующего состава (по объему в %):

Керосин………………………..65

Трансформаторное масло…….30

Скипидар………………………5

Для окрашивания к раствору прибавляют до насыщения краситель: судан 3, судан 2 , судан 1 или жировой оранж.

Потом деталь тщательно промывают холодной водой, покрывают тонким слоем водного раствора каомена и подсушивают в струе тёплого воздуха.

Подсушенный белый слой впитывает окрашенный раствор, образуя в местах дефектов яркий узор. Затем снимается изображение расположения дефектов в виде отпечатка на бумаге. Люминесцентные лампы типа ЛБ и ЛХБ.

Люминесцентный метод.

Основан на регистрации контраста люминесцирующего в длинноволновом ультрафиолетовом излучении видимого индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля.

Подготовка детали заключается в очищении от масла, для чего деталь помещают в бензиновую ванну или тщательно протирают. При наличии окалины её предварительно подвергают пескоструйной обработке. Флюоресцирующий раствор наносится кистью (мелкие детали погружаются в раствор), а затем деталь выдерживают 10 – 15 минут на воздухе. Пример раствора: керосин – 75%, нириол – 25 – 35%, ПАВ ОП – 07 или ОП – 10 – 0,5%.

Под действием ультрафиолетовых лучей нириол даёт жёлто – зелёное свечение (ПАВ добавляются для лучшего удаления флюоресцирующего раствора). Затем поверхность промывают струёй холодной воды, просушивают и припудривают порошком: углекислым магнием Mg(CO3)2 или окисью магния MgO. Избыточное количество порошка после выдержки (1 – 30 минут) сдувают. После этого деталь рассматривают в ультрафиолетовом свете. В местах дефектов порошок, пропитанный раствором, удерживается на поверхности детали и даёт яркую флюоресценцию.

Этим методом можно обнаружить не только местоположение поверхностной трещины, но и её глубину.

1

2

3

4

Рис. 18.1. Люминесцентная установка

Люминесцентная установка состоит из лампы: 1 – источника УФ – лучей, светофильтра – 2, задерживающего лучи видимого спектра от попадания на облучаемую поверхность детали – 3 с дефектами в виде трещин – 4.

Техническую сторону этого метода представляет собой капиллярный дефектоскоп – совокупность приборов, вспомогательных средств и образцов для испытаний.

Дефектоскопы должны изготавливаться в соответствии с требованиями ГОСТ 23349 – 84 и ГОСТ 12997 – 84. Они бывают переносные, передвижные и стационарные.

В зависимости от класса чувствительности и создаваемой облучённости дефектоскопы подразделяются на группы (табл. 18.1)

Таблица 18.1

Группа	Класс	Облучённость
		отн.ед.	МкВт / см2
1	1, 2	200 - 300	2000 - 3000
2	3	100 - 200	1000 - 2000
3	4	50 - 100	500 - 1000
4	Технологический	до 50	до 500

В качестве источников ультрафиолетового излучения используют специализированные ртутные лампы в чёрных колбах и их аналоги, обеспечивающие излучение волн 300 – 400 нм с преобладанием длинны волны 365 нм. ДРУ Ф3 – 125, ДРУ Ф – 125, ДРУ Ф – 125 – 1 (250).

Метод магнитных порошков.

Основан на обнаружении комплексного индикаторного рисунка образованного ферромагнитным порошком, при контроле намагниченного объекта.

Контролируемые детали намагничиваются постоянным или переменным током, а затем на их поверхность наносятся частицы мельчайшего магнитного порошка, чаще в форме суспензии. При этом порошок распологается на краях дефектов. Наличие дефектов в металле искожает магнитный поток, что обнаруживается при рассмотрении картин распределения порошка на поверхности детали.

В зависимости от поперечного сечения испытуемой детали сила тока для намагничивания, получаемая от силового трансформатора или батареи специальных аккумуляторов, колеблется в пределах 2000-3000 А.

Различают контроль намагниченной детали: «на остаточную намагниченность, когда магнитный порошок наносится после намагничивания, и «при наложенном магнитном поле», если порошок наносится присутствии намагничивающего поля.

Метод магнитных порошков дает возможность выявить трещины только в том случае, если они преграждают путь потоку магнитных силовых линий.

Деталь может быть намагничена циркулярным, полосным или комбинированным методом.

Циркулярное намагничивание позволяет найти только продольные трещины; полюсное только поперечные, а комбинированные – продольные и поперечные трещины на контролируемой детали (рис. 18.2). Величина и глубина дефекта также влияют на искажения формы потока магнитных силовых линий. Наиболее распространён и доступен порошок, полученный восстановлением из крокуса или железного сурика.

Ц. Н. П. Н. К. Н.

Рис. 18.2. Методы намагничивания

Точность можно повысить приготовлением суспензии, то есть жидкости, содержащей масло, керосин, водный мыльный раствор, в котором твёрдые частицы находятся во взвешенном состоянии.

Зависимость глубины обнаруживаемого дефекта от тока и условий проведения испытаний.

Детали, прошедшие магнитный контроль, подвергаются обязательному размагничиванию. Намагниченные переменным током пропускаются через соленоид, напряжённость магнитного поля которого убывает от максимума до нуля.

Намагниченные постоянным током, размагничиваются постоянным полем, но при обязательной перемене направления поля в постепенном уменьшении его напряжённости до нуля.

Дефектоскопия методом магнитных порошков нашла широкое применение на машиностроительных заводах для контроля различных по размеру и назначению изделий: осей, валов, зубчатых колес, турбинных лопаток, различного инструмента и может быть использована для обнаружения поверхностных трещин в сварных соединениях.

Также существуют комбинированные методы капиллярного НК, один из которых обязательно жидкостный.

Капиллярно – электростатический метод основан на обнаружении индикаторного рисунка, образованного скоплением электрических заряженных частиц у поверхностной или сквозной несплошности неэлектропроводящего объекта, заполненного ионогенным пенетрантом (индикаторной жидкостью).

Капилярно – электроиндуктивный метод основан на электроиндуктивном обнаружении электропроводящего индикаторного пенетранта поверхностных и сквозных несплошностях неэлектропроводящего объекта.

Жидкостный капилярно – радиационный метод излучения основан на регистрации ионизирующего излучения соответствующего пенетранта в поверхностных и сквозных несплошностях, а капилярно - радиационный метод поглощения – на регистрации поглощения ионизирующего излучения соответствующим пенетрантом в поверхностных и сквозных несплошностях обьекта контроля.

Аппаратура капилярного неразрушающего контроля.

Приборы капилярного НК это устройство с помощью которых получают, передают и преобразуют информацию о технологических операциях, дефектоскопических материалах или наличии несплошностей для непосредственного восприятия оператором или средствам, его заменяющим.

В качестве вспомогательных средств капилярного НК используют ванны, камеры, столы, контейнеры, кисти, распылители и т. п., которые служат для выполнения интенсификации одной или нескольких технологических операций капилярного неразрушающего контроля без изменения и регулирования их параметров.

Приборы автоматического контроля дефектов поверхности.

Принцип определения поверхностных дефектов заключается в следующем. Если неровности поверхности на много меньше, чем длина волны излучения, то падающий лучистый поток отражается только в одном направлении, т. е. поверхность выступает в качестве зеркала. Если размер неровности тогоже порядка что и длинна волны излучения, то в рассеянии его главную роль играют дифракционные дефекты, если же неровности поверхности намного больше, чем длинна волны излучения, то оно зеркально рассеивается на неровностях.

Таким образом задачу определения различных видов дефектов можно свести к определению соответствующих изменений плотности распределения пучка излучения путём пространственной фильтрации.

В системе автоматического обнаружения дефектов поверхности “Tospector 86 используется протяжённый (полосовой) источник света, излучение от которого освещает поверхность, подлежащую исследованию. Свет, отражённый поверхностью, вновь отражается поверхностями вращающейся призмы и фокусируется на щели, затем фото умножители преобразуют в электрический сигнал. При вращении призмы положение мгновенного поля зрения сдвигается от одного края контролируемого листа к другому, так что его поверхность оказывается оптически развёрнутой в пределах поля зрения, равному 560 мм по направлению, перпендикулярному движению контролируемого материала. Размер мгновенного поля зрения выбирается близким к минимуму обнаруживаемому поверхностному эффекту. Когда размеры мгновенного поля зрения уменьшаются, отношение сигнал – шум для дефекта того же размера увеличивается. Минимально обнаруживаемый дефект 0,1 мм в диаметре. Применение металлического вращающегося зеркала, увеличивая скорость вращения в 4 раза по сравнению со стеклянным. Можно контролировать поверхность материала, двигающегося со скоростью свыше 15 метров в секунду.

Система устанавливается на линиях прокатки, линиях обработки стальных и цветных металлов, в линиях производства стекла, бумаги, пластика.

Лазерные дефектоскопы.

Дефектоскоп SDB с источником излучения от гелий – неонового лазера фирмы Такепака предназначен для обнаружения дефектов на поверхности движущегося листообразного тела при использовании оптического отражения бегущего светового пятна. Ширина развёртываемого светового потока при использовании 5 канальной установки 1400 мм. Минимальный размер обнаруживаемых дефектов типов пузырей, сыпи – 50 мкм, отверстий пятен грязи – 100 мкм.

Приборы оптической структуроскопии.

К этой группе приборов относятся интроскопы, померископы, лазерные и обычные нефелолатры, приборы галографической структуроскопии (дисдрометры).

Интроскопы предназначены для визуализации внутренней структуры объектов, непрозрачных в видимой области спектра, но прозрачных в УФ или ИК областях спектра.

Источники света по физическим принципам действия могут быть разделены на газоразрядные (ГИ), тепловые (ТИ), люминесцентные (ЛИ), лазерные (ЛИ).

ГИ – высокая яркость 10⁶–10⁸ кд/м²; работа в модулированном и непрерывном режиме; спектр излучения – линейчатый или смешанный. Длинна волны =0,25 – 2 мкм.

ТИ – лампы накаливания, тепловое излучение; спектр примерно равен спектру абсолютно чёрного тела; длинна волны максимальна спектральной плотности по закону Вина =3000 К, яркость 10⁵ – 10⁷ кд/м². Недостаток – инерционность, излишние спектра изменения спектра излучения при колебаниях напряжения питания, высокая температура нити накала. Достоинства широкий спектральный диапазон, надёжность, большая световая мощность.

ЛИ – Действие основано на эффекте электро - и катодолюминисценции, известны светодиоды (СД) и электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).

СД – монохромотичный спектр, область излучения – зелёный, жёлтый, красный, ИК (до 0,9 мкм), яркость не велика от 1 до 100 кд/м².

ЭЛТ – недостатки низкая яркость 10² – 10³ кд/м², сложность системы электронной развёртки. Преимущества высокое быстродействие, большая информационная ёмкость.

ЛИ – длинна волн излучения охватывает все диапазоны области спектра; мощность излучения 0,1 мВт – 10 Вт, расходимость луча от 1 – 10 угловых минут.

Импульсные (длинна импульса 10^-6 – 10^-9 с); например иттрий – аллюминевый на гранате, СО2 и др. Непрерывные лазеры – гелий – неоновый лазер (0,63 мкм, мощность 1 – 20 мВт, долговечность 10000 часов, красный), гелий – кадмиевый (синий, 0,415 мкм, мощность от 1 мВт до 1 кВт), на СО2 (10,6 мкм), на СО (5,5 мкм).

Приборы для контроля изделий.

Коэрцитиметр конструкции Н.М. Михеева, позволяющий судить о магнитных свойствах на отдельных участках изделия, дает возможность проверить глубину цементируемого и закаленного слоев, а также глубину обезуглероженного слоя.

С помощью индукционного дифференциального аустенитомера Н.С. Акулова можно контролировать, достаточно ли полно прошел процесс превращения остаточного аустенита в мартенсит при отпуске режущих инструментов из быстрорежущих и высокохромистых инструментальных сталей.