5.2. Виды дефектации

Визуально-оптические методы предназначены для обнаружения и измерения поверхностных дефектов. Выявлению подлежат тре­щины, разрывы, деформации, раковины, коррозионные и эрози­онные поражения. Методы являются субъективными из-за невы­сокой достоверности и чувствительности; их применяют для обна­ружения сравнительно крупных поверхностных дефектов. Чувствительность визуального метода обеспечивает обнаружение трещин с раскрытием более 0,1 мм , а визуально-опти­ческого при увеличении прибора в 20...30 раз — не менее 0,02 мм. Визуально-оптический контроль отличается высокой производи­тельностью, сравнительной простотой приборного обеспечения, достаточно высокой разрешающей способностью.

Видимость дефектов определяется контрастностью, яркостью, освещенностью и угловым размером объекта. Наиболее важным условием видимости является контраст. Контраст определяется свой­ством дефектов выделяться на окружающем фоне при различных оптических характеристиках дефекта и фона.

Оптические приборы значительно расширяют пределы возмож­ностей глаза, что позволяет видеть дефекты, размеры которых нахо­дятся за пределами разрешающей способности невооруженного глаза. Для визуально-оптического контроля деталей целесообразно при­менять приборы с кратностью увеличения не более 20... 30, так как с возрастанием кратности увеличения уменьшаются поле зрения, глубина резкости, производительность и надежность контроля.

По назначению и конструктивным особенностям визуально-оптические приборы делятся:

на приборы для обнаружения близкорасположенных дефектов с расстояния наилучшего зрения 250 мм и менее. Приборы этой группы монокулярные и бинокулярные лупы (лупы Польди — ЛП; складные лупы — ЛАЗ; измерительные лупы — ЛИЗ; штативные лупы — ЛГИ, ЛПГИ, и др.) и микроскопы (МИР и др.);

оптические приборы для обнаружения невидимых дефектов в закрытых полостях конструкций, деталей, отверстий и т.д. Для контроля скрытых поверхностей применяются эндоскопы, пери­скопические дефектоскопы и др. Контроль с помощью линзового эндоскопа (рис. 5.1) заключается в осмотре закрытых поверхнос­тей через специальную оптическую систему с подсветкой, обеспе­чивающей передачу изображения на расстояние в несколько мет­ров. Перспективными являются конструкции эндоскопов с воло­конными световодами, позволяющие передавать изображения без искажения на значительные расстояния. Волоконные световоды состоят из тонких светопроводящих нитей диаметром до 50 мкм с оболочкой толщиной до 2 мкм, собранных в гибкий жгут.

При недостаточной освещенности контролируемой поверхнос­ти применяют светильники направленного излучения с разрядны­ми лампами или лампами накаливания.

Магнитно-порошковый метод (ГОСТ 21105—87) используется только для контроля деталей, изготовленных из ферромагнитных материалов. Применяется для обнаружения поверхностных нару­шений сплошности с шириной раскрытия у поверхности 0,001 мм, глубиной 0,01 мм и выявления относительно больших подповерхностных дефектов, находящихся на глубине до 1,5... 2,0 мм. Метод использует магнитное поле рассеяния, возникающее над дефек­том при намагничивании изделия и основан на явлении притяже­ния частиц магнитного порошка в местах выхода на поверхность контролируемой детали магнитного потока. Благодаря скоплению магнитного порошка в области дефекта обеспечивается визуализация форм и размеров невидимых в обычных условиях дефектов.

Важное достоинство метода — это возможность точного опре­деления расположения концов усталостных трещин и обнаруже­ние дефектов через слой немагнитного покрытия. Если на конт­ролируемой поверхности толщина

Рис. 5.1. Схема эндоскопа: 1 — корпус; 2 — призма; 3 — контролируемая поверхность; 4 — объектив; 5 — передающая система; 6 — окуляр; 7 — объектив; 8 — пере­дающая телевизионная трубка; 9 — видеокон­трольное устройство.

немагнитного покрытия со­ставляет до 0,1 мм, целесообразно применять магнитные сус­пензии, а свыше 0,1 мм — магнитный порошок во взвешенном состоянии.

Чувствительность метода определяется магнитными характери­стиками материала контролируемого изделия, его формой и раз­мерами, чистотой обработки поверхности, напряженностью на­магничивающего поля, способами контроля, взаимным направле­нием намагничивающего поля и дефекта, свойствами применяе­мого порошка, способом нанесения порошка или суспензии, а также освещенностью контролируемого участка изделия. Установ­лены следующие уровни чувствительности (Табл.5.1).

Для обнаружения дефектов деталь намагничивают, и на поверх­ность, подлежащую контролю, наносят ферромагнитные части­цы, которые находятся во взвешенном состоянии (чаще всего в виде суспензий на основе воды, керосина, минеральных масел). Если на пути магнитного потока встречается препятствие в виде нарушения сплошности (дефект), то часть магнитных силовых ли­ний входит из металла (Рис.5.2). Там, где они выходят из металла и входят обратно, образуются локальные магнитные полюса N и S , обусловливающие локальное магнитное поле над дефектом (поле рассеяния). Поскольку это поле неоднородно, на попавшие в него магнитные частицы действуют силы, стремящиеся затянуть их в места наибольших концентраций магнитных силовых линий. Для намагничивания деталей применяют постоянный и переменный токи, а также постоянные магниты.

Классификация уровней чувствительности магнитопорошковой дефектоскопии. Таблица 5.1

Уровень чувстви­тель­ности	Чувствительность контроля		Максимально допустимая шероховатость контроли­руемой поверхности
	Ширина (раскры­тие) дефекта, мкм	Глубина дефекта, мкм
А Б В Г	2 10 25 2	20 100 250 500	Ra2,5 Rz 40 Rz 40 Rz 80

Частицы накапливаются вблизи дефекта и одновременно на­магничиваются полем рассеяния дефекта. Притягиваясь друг к другу, эти частицы образуют цепочечные структуры, ориентированные по магнитным силовым линиям поля дефекта. В результате над де­фектом образуется валик из осевшего порошка. Ширина его зна­чительно больше ширины дефекта.

При контроле способом взвеси магнитный порошок распыля­ют в специальном устройстве и по шлангу подают на контролиру­емую поверхность. Чувствительность способа взвеси значительно выше, чем способа с применением магнитной суспензии, вследствие высокой подвижности взвешенных в воздухе ферромагнит­ных частиц под влиянием магнитного поля и отсутствия повы­шенного трения частиц порошка из-за вязкости жидкости. При достаточном цветовом контрасте порошка с фоном (черный поро­шок, белая краска) наблюдается устойчивое обнаружение устало­стных трещин под слоем краски толщиной 0,3...0,5 мм.

В зависимости от поверхности контролируемой детали приме­няют различные порошки: черный магнитный для деталей со свет­лой поверхностью; магнитно-люминесцентный для деталей с тем­ной поверхностью. При отсутствии магнитно-люминесцентного порошка детали с темной поверхностью следует покрывать белой нитроэмалью.

В качестве магнитного порошка допускается применение чис­той железной окалины, получаемой при ковке и прокатке, а так­же стальные опилки, получаемые при шлифовании стальных из­делий. Их рекомендуется измельчать в шаровых мельницах и про­сеивать через сито, превращая в ферромагнитную пудру.

Для приготовления магнитных суспензий можно использовать керосино-масляные смеси с соотношением масло и керосина 1:1 при 50…60 г магнитного

Рис.5.2. Магнитное поле рассеяния над дефектом

порошка на 1 л жидкости. Допускается при­менение водных суспензий, например мыльно-водная с содержанием в 1 л воды 5...6 г мыла, 1 г жидкого стекла и 50...100 г магнитного порошка. Составы магнитных суспензий представлены в табл. 5.2.

Технология контроля включает в себя следующие основные эта­пы: подготовка поверхности детали к контролю, намагничивание детали, нанесение на контролируемую поверхность магнитного порошка или суспензии, осмотр детали, размагничивание. Контролируемая

Состав водных магнитных суспензий. Таблица 5.2

Наименование компонентов	Состав, г/л
Черный магнитный порошок или магнитно-люминесцентный Хромпик калиевый Сода кальцинированная Эмульгатор ОП-7 (или ОП-10)	25 5 4± 1 5± 1 10±1 5 1
Черный магнитный порошок или магнитно-люминесцентный Нитрат натрия химически чистый Эмульгатор ОП-7 (или ОП-10)	25± 5 4± 1 15±1 5± 1
Черный магнитный порошок или магнитно-люминесцентный Мыло хозяйственное Сода кальцинированная	25 ±5 5±1 1 ±0,2 12 ± 2

поверхность перед намагничиванием должна быть очи­щена от пыли, грязи, масел.

Намагничивание детали может осуществляться способом при­ложенного магнитного поля или способом остаточной намагни­ченности. При первом способе намагничивание начинают раньше или одновременно с моментом прекращения нанесения суспен­зии или порошка и оканчивают после отекания суспензии с кон­тролируемой поверхности. При втором способе нанесение суспен­зии осуществляется после полного намагничивания детали. Выбор способа определяется магнитными свойствами материала, разме­рами и формой контролируемого изделия.

Вид намагничивания может быть циркулярным, продольным, комбинированным. Выбор способа намагничивания осуществля­ют по схемам, приведенным на рис. 5.3. В зависимости от возмож­ной ориентации предполагаемых дефектов намагничивание при­меняют в одном, двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях или применяют комбинированное намагничивание. Нанесение магнитного порошка на контролируемую поверхность может быть сухим или мокрым. В первом случае на намагничен­ную поверхность наносят сухой распыленный магнитный поро­шок с помощью воздушной струи в виде воздушной взвеси, во втором случае магнитную суспензию наносят с помощью шлан­га, душа. Давление струи жидкости (воздуха) должно быть доста­точно слабым, чтобы не смывался (сдувался) магнитный поро­шок с дефектных мест.

Определение мест расположения дефектов проводится визуаль­но, т.е. фиксируется наличие отложений магнитного порошка в местах дефектов. При необходимости расшифровка результатов контроля может проводиться с применением оптических средств. Проконтролированные детали размагничивают, так как оста­точная намагниченность способствует скоплению ферромагнитных продуктов износа, что может ускорить коррозионные процессы. При размагничивании деталь перемагничивают магнитным полем, напряженность которого изменяется.

Для магнитно-порошкового контроля применяются стационарные универсальные дефектоскопы УМДЭ-2500, ХМД-10П, МД-5 и другие, а также переносные и передвижные — ПЛМ-70 и МЛ-50П.

Электромагнитный метод контроля применяется для контроля деталей, изготовленных из электропроводящих материалов. Он по­зволяет определить форму и размер детали, выявить поверхност­ные и глубинные трещины, пустоты, неметаллические включения, межкристаллическую коррозию и т. п. Сущность метода — измерение степени взаимодействия электромагнитного поля вихревых токов, наводимых в поверхностных слоях контролируемой детали, с пе­ременным электромагнитным полем катушки преобразователя. Этот метод позволяет выявить поверхностные и подповерхностные де­фекты глубиной 0,1... 0,2 мм и протяженностью более 1 мм, распо­ложенных на глубине до 1 мм от поверхности металла.

Рис. 5.3. Способы намагничивания деталей: а — продольные трещины вала, оси; б — поперечные тре­щины вала, оси; в — трещины сварного вала и трещины на внутренней цилиндрической поверхности; г — радиаль­ные трещины на сплошном диске

На рис. 5.4. представлен накладной электромагнитный преобра­зователь, который представляет собой обмотку возбуждения, зак­люченную в корпус с подводом питания через кабель. В нижней части преобразователя установлена индуктивная катушка с ферритовым сердечником. Ферритовый сердечник необходим для кон­центрации магнитного потока в зоне контроля, уменьшения из­носа при скольжении преобразователя по контролируемой повер­хности, для фиксации постоянного зазора между обмоткой и кон­тролируемой поверхностью при контроле детали.

Под влиянием переменного электромагнитного поля катушки индуктивности в поверхностном слое изделия наводятся вихревые токи, создающие свое пе­ременное электромагнит­ное поле, которое вза­имодействует с полем возбуждения. Так как ма­териал детали и рас­стояние преобразователя от детали постоянны, то наступает некоторое рав­новесие во взаимодей­ствии двух электромаг­нитных полей.

При нахождении в контролируемой детали трещины или других де­фектов изменяются ин­тенсивность и характер распределения электро­магнитного поля вихре­вых токов, что приводит к изменению результи­рующего электромаг­нитного поля. С помо­щью электрической схе­мы прибора регистриру­ется наличие дефекта. Индикация может быть стрелочной, световой, звуковой, цифровой или на электронно-лу­чевой трубке.

На формирование электромагнитного поля влияют следующие факторы: размер, расположение и характер дефекта; электропро­водность и магнитная проницаемость материала; структура мате­риала; частота и сила тока в преобразователе; расстояние и взаим­ное расположение катушки и контролируемой детали и т. д.

Преимущества метода: высокая разрешающая способность при обнаружении поверхностных дефектов (особенно усталостных тре­щин); портативность и автономность аппаратуры; простота конст­рукции преобразователей; высокая производительность и просто­та методики контроля; возможность неконтактных измерений че­рез слой краски; возможность автоматизации контроля.

Рис. 5.4. Схема работы накладного электро­магнитного статического преобразователя:

1, 3 — втулки; 2 — корпус; 4 — пружина; 5 — крышка; б — кабель; 7 — ферритовый стер­жень; 8 — обмотка; 9 — трещина; 10 — конт­ролируемая деталь

При контроле деталей сложной формы применяют дефектоскопы со сменными преобразователями разной конструкции. При выборе преобразователя из числа входящих в комплект дефектоскопа не­обходимо учитывать форму контролируемой поверхности, разме­ры зоны контроля, радиус кривизны, доступность и т.д. Для кон­троля различных зон следует выбирать определенный преобразо­ватель (Рис.5.5.). Наиболее типичные зоны контроля: галтели, плос­кие поверхности, участки поверхности двойной кривизны, ребра жесткости, пазы, участки вокруг отверстий, цилиндрические по­верхности (отверстия, валы, оси), угловые соединения, резьбо­вые соединения и др.

Диаметр накладного преобразователя должен соответствовать требуемой чувствительности. Для накладных преобразователей ми­нимальная длина трещины, которую можно зарегистрировать де­фектоскопом, равна половине диаметра преобразователя. Для обнаружения дефектов длиной менее диаметра преобразователя пос­ледний необходимо перемещать в направлении дефекта с шагом, равным половине диаметра. Для выявления дефектов длиной боль­ше диаметра преобразователя последний лучше перемещать пер­пендикулярно направлению дефекта.

Скорость перемещения не должна превышать 20 мм/с. В процессе перемещения накладной преобразователь располагают по нормали к поверхности. Зазор между преобразователем и поверхностью детали должен быть постоянным.

В настоящее время широко применяют дефектоскопы ИПП Ш, ТНМ-1М, ИДП-1, ВД-ЗОП, АСК-12, ЭЗТМ, ДКВ-21НД и ВД-22Н.

Рис. 5.5. Расположение преобразователей при электромаг­нитном контроле деталей сложной формы: а — без насадок; б — с насадками;1 — контролируемая деталь; 2 — преобразователь; 3 — насадка

Ультразвуковой метод контроля использует законы распростране­ния, преломления и отражения упругих волн частотой 0,524 МГц. При наличии дефектов в металле поле упругой волны изменяет и окрестностях дефекта свою структуру. Этот метод контроля позволяет выявить мелкие дефекты до 1 мм. Существуют несколько методой ультразвуковой дефектоскопии. Наибольшее распространение по­лучили теневой и импульсный методы. Для возбуждения упругих ко­лебаний в различных материалах наибольшее распространение полу­чили пьезоэлектрические преобразователи, которые представляют собой пластину из монокристалла кварца или из пьезокерамических материалов, на поверхность которых наносят тонкие слои серебра.

При теневом методе ультразвуковые колебания (УЗК) вводятся в деталь с одной стороны, а принимаются с другой (рис.5.6.). От генератора 6 электрические импульсы ультразвуковой частоты поступают к пьезоэлектрическому излучателю 5, преобразующему их в ультразвуковые колебания. Импульсы проходят через деталь 4. Если деталь не имеет дефекта, то УЗК достигнут пьезоприемника 3. УЗК преобразовываются в электрические импульсы и усиливаются в усилителе 2, после чего они попадают в индикатор 1, стрелка которого отклонится (Рис.5.6,а).

Если на пути УЗК встретится дефект 7 (Рис5.6, б), то послан­ные излучателем УЗК отразятся от дефекта и не попадут на при­емник, поскольку он находится в звуковой тени. Стрелка

Рис. 5.6. Схема ультразвукового контроля деталей теневым методом:

а — без дефекта; б — с дефектом; 1 — индикатор; 2 — усилитель; 3 — пьезоприемник; 4 — деталь; 5 — излучатель; 6 — генератор; 7 — дефект.

индикатора 1 не будет отклоняться от нулевого положения. Этот метод используют при контроле деталей небольшой толщины. Недоста­ток метода — это необходимость двухстороннего доступа к конт­ролируемой детали.

Импульсный метод контроля основан на явлении отражения УЗК от границы раздела веществ. Высокочастотный генератор им­пульсного дефектоскопа вырабатывает импульсы опре­деленной длины, которые направляются преобразователем в кон­тролируемую деталь. После отражения импульс возвращается к преобразователю, который в это время переключается на прием, оттуда отраженный импульс через усилитель поступает на экран электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Работой высокочастотного генератора управляет синхронизатор, который формирует частоту следования импульсов. Кроме того, син­хронизатор запускает блок развертки. Частота следования высоко­частотных импульсов устанавливается с таким расчетом, чтобы в за­висимости от размеров детали отраженный импульс приходил к пре­образователю раньше посылки следующего импульса. Длительность импульса должна составлять не менее одного периода колебаний.

При отсутствии дефекта в детали на экране ЭЛТ будет два им­пульса (зондирующий и донный), расстояние между которыми соответствует толщине детали. Если внутри детали имеется дефект, то между зондирующим и донным импульсами появится импульс, отраженный от дефекта . Расстояние между зондиру­ющим импульсом и отраженным от дефекта определяет глубину расположения дефекта. Чем больше дефект, тем больше акусти­ческой энергии от него отразится, тем больше будет амплитуда импульса, отраженного от дефекта. По этой амплитуде можно опре­делить относительный размер дефекта. Достоинства метода: односторонний доступ к детали; возмож­ность определения размеров и расположения дефекта по глубине, высокая чувствительность.

Капиллярные методы контроля основаны на проникновении жидкостей в скрытые области невидимых поверхностных наруше­ний сплошности и обнаружении дефектов путем образования ин­дикаторных оптически контрастных рисунков, копирующих рас­положение и форму дефектов.