Оборудование и оснастка для дефектации

2.4. 2.5. Оборудование и оснастка для дефектации

2.5.1. Рентгеновский и гамма-методы

Гамма-аппараты. Для получения рентгенограммы, обеспечивающей наибольшую чувствительность к дефектам, конверт с пленкой необходи­мо устанавливать на возможно мень­шем расстоянии от детали. Чем это расстояние больше, тем меньше и чувствительность контроля. Чувстви­тельность рентгеновского метода мо­жет понижаться в тех случаях, если при просвечивании изделия между контролируемым участком детали, источником излучения и пленкой на­ходятся другие, мешающие контролю детали. Снижение чувствительности тем больше, чем больше толщина и плотность материала детали, меша­ющих просвечиванию.

Радиографический контроль изде­лия в эксплуатации должен прово­диться транспортабельными, облег­ченными рентгеновскими гамма-ап­паратами. К таким аппаратам отно­сятся переносные аппараты типа РУП-120-5 и РУП-200-5, а также но­вые аппараты типа РАП-160-10П и РАП-160-10Н. Эти аппараты состоят из высоковольтного блока, в котором находятся рентгеновская трубка и питающий ее высоковольтный гене­ратор, пульта управления и перенос­ного штатива. Высоковольтный блок соединяется с пультом управления электрическим кабелем длиной 30 м. Сетевой кабель имеет длину 5 м, водо­проводные шланги (для охлаждения анода трубки)— 10м. Масса высоко­вольтного блока РУП-120-5 равна 45 кг, масса РУП-200-5 —82 кг, масса пульта соответственно30и35кг, шта­тива-тележки — 40 — 43 кг.

В аппаратуре РУП-120-5 анодное напряжение может изменяться от 35 до 120 кВ, анодный ток — от 0 до 5м А, что позволяет просвечивать стальные детали толщиной до 20 мм, а детали из алюминиевых сплавов — до 100 мм.

В аппаратуре РУП-200-5 интервал изменения анодного напряжения — 45 — 200 кВ и тока — 0 — 5 мА. Это позволяет просвечивать стальные де­тали толщиной до 35 мм при фокус­ном расстоянии около 50 см и при ис­пользовании высокочувствительной пленки типа РТ-1.

Пленка   РТ-5 обладает меньшей, чем пленка РТ-1, чувствительностью к рентгеновским лучам, поэтому при использовании ее можно просветить менее толстостенные изделия, но при этом обеспечивается более высокая контрастность рентгенограмм, а сле­довательно, лучше выявляются де­фекты.

Новый рентгеновский аппарат РАП-160-Ю является более универ­сальным, чем предыдущие, так как спектр излучения его содержит зна­чительно больше "мягких" лучей, что позволяет получать высококачест­венные рентгенограммы с объектов из алюминиевых сплавов и сталей. При сравнительно высоком анодном напряжении, равном 160 кВ, масса аппарата составляет 55 кг; анодный ток аппарата 10 мА.

Менее транспортабельными явля­ются кабельные аппараты РУП-160-20 и РУП-150/300-10. Аппарат РУП-150-10 снабжен трубкой с выносным анодом, который вводится в отвер­стие диаметром, равным или более 10 мм; всю трубку можно вводить в по­лость диаметром не менее 220 мм; ап­парат позволяет просвечивать коль­цевые швы на одну экспозицию.

Переносные гамма-дефектоскопы РИД-11, РИД-21 и РК-2 (табл_; 2.5) можно применять для контроля труд­нодоступных мест изделий в условиях эксплуатации в тех случаях, когда рентгеновские аппараты нельзя ис­пользовать для этих целей из-за их громоздкости. Важными преимуще­ствами рентгеновского контроля по сравнению с гамма-контролем явля­ются его более высокая чувствитель­ность, производительность и возмож­ность плавной регулировки энергии излучения. Регулировка энергии из­лучения определенного изотопа при гамма-дефектоскопии исключается.

Основы методики контроля. Основ­ные технологические прооперации контроля. Процесс радиографиче­ского контроля включает следующие основные операции:

Рекомендуемые материалы

конструктивно-технологический анализ объекта и подготовка его к просвечиванию;

выбор источника излучения и фото­материалов;

определение режимов и проведе­ние просвечивания объекта;

химико-фотографическая обработ­ка экспонированной пленки;

расшифровка снимков с оформле­нием полученных результатов.

Задача контролера-дефектоскописта состоит в получении радиографи­ческого снимка, пригодного для про­ведения по нему оценки качества объ­екта.

В процессе подготовки к просвечи­ванию необходимо детально ознако­миться с участками изделия, которые подлежат контролю: установить раз­меры и конфигурацию контролируе­мых участков, определить толщину и плотность материала на этих уча­стках (желательно по чертежам), оценить возможность подхода со средствами контроля к просвечивае­мой зоне.

Кассеты с рентгеновскими пленка­ми маркируют в том же порядке, что и соответствующие участки изделия. Кассеты маркируют накладыванием свинцовых цифр и стрелок, прикреп­ляемых при помощи липкой (про­зрачной) ленты либо при помощи пластилина. Рекомендуется приме­нять свинцовые маркировочные зна­ки по ГОСТ 15843—79.

Выбор источника излучения и фо­томатериалов зависит от области применения рентгено- и гаммаграфии и контролепригодности изделия. Основным техническим требованием к выбору источника излучения и рен­тгеновской пленки является обеспе­чение высокой чувствительности ме­тода.

Таблица 2.5. Основные характеристики отечественных гамма-аппаратов для контроля изделий в условиях эксплуатации

Как было указано выше, для конт­роля качества участков изделий с просвечиваемой толщиной до 50 мм (по стали) целесообразно Использо­вать рентгеновские аппараты 7Л2, РУП-120-5-1, РАП-160-10Н, РАП-160-6П, РУП-200-5-1 и РАП-300-5Н. В том случае, если просвечиваемая толщина (по стали) превышает 50 мм или контролепригодность изделия не позволяет использовать существую­щую рентгеновскую технику; необхо­димо применить гамма-дефектоско­пы РК-2, РИД-11, РИД-2Ш, РИД-22, РУП—1г-5-2, РУП—Сз-2-1. Вы­бор пленки для просвечивания опре­деляется минимальными размерами дефектов, подлежащих выявлению, а также толщиной и плотностью мате­риала контролируемого объекта. При контроле объектов м алой толщи­ны и особенно из легких сплавов целе­сообразно применять высококонтра­стные и мелкозернистые пленки типа РТ-5, РНТМ-1 или РТ-4М. При просвечивании больших толщин следует использовать более чувствительную пленку типа РТ-1. При работе на на­пряжении свыше 200 кВ или с радио­активными источниками излучения пленку в кассету следует заряжать вместе с усиливающими металличе­скими экранами(обычно оловянисто-свинцовая фольга толщиной 0,05 — 0,1 мм), позволяющими повысить ка­чество получаемых изображений и сократить продолжительность экспо­зиции.

2.5.2. Капиллярный метод Аппаратура и приспособления.

Чувствительность капиллярного ме­тода контроля в условиях эксплуата­ции зависит от выбора комплекта применяемых дефектоскопических материалов и точности выполнения оптимальных условий контроля:

1. Температура контролируемой поверхности, дефектоскопических материалов и окружающего воздуха должна быть в пределах 20 — 25 °С. Повышениетемпературыдо40 — 45 °С незначительно снижает чувствитель­ность метода. Понижение температу­ры до 10 "С существенно снижает чувствительность.

2. Контролируемая поверхность не должна иметь каких-либо покрытий, если не ставится вопрос об обнаруже­нии сплошности самого покрытия, но при этом покрытие не должно быть пористым или адсорбирующим инди­каторный ненетрант.

3. Чистота обработки поверхности должна быть не ниже 5. Ухудшение частоты обработки контролируемой поверхности снижает чувствитель­ность метода, а в ряде случаев приво­дит к невозможности его применения.

Одним из основных условий приме­нения капиллярного метода является доступность контролируемого участ­ка для проведения технологических операций контроля, необходимого ос­вещения контролируемой поверхно­сти, ее свободного осмотра. В связи с этим при разработке новых конструкций целесообразно предусмотреть возможность доступа к деталям и уз­лам, где в процессе эксплуатации мо­жет возникнуть необходимость конт­роля капиллярными методами (на­пример, к лопаткам турбины и комп­рессора, трубопроводам и т. д.).

Для подготовки контролируемой поверхности к контролю, заключаю­щемуся в основном в удалении раз­личного рода покрытий, а также на­гара, окалины, ржавчины и т. д., ис­пользуют обычно механические сред­ства (напильники, наждачные шкур­ки, шаберы и др.), если при этом не происходит "заволакивание" дефек­тов. Демонтируемые детали и узлы дополнительно подвергают пескост­руйной обработке или очистке в ульт­развуковых ваннах.

Для обработки объектов дефекто­скопическими материалами исполь­зуют аэрозольные баллоны с требуе­мым комплектом материалов или плотно закрывающиеся, не корродирующие от дефектоскопических ма­териалов вместимости, краскорас­пылители, жесткие (волосяные) или мягкие(беличьи) кисти, хлопчатобу­мажную ветошь. Для защиты кожи рук от действия токсичных дефекто­скопических материалов используют хлопчатобумажные и резиновые пер­чатки, а для предохранения органов дыхания, особенно при работе в зам­кнутых объемах и невозможности эф­фективного удаления продуктов ис­парения и распыления используемых материалов, — респираторы или противогазы.

Для зарядки баллонов необходи­мыми дефектоскопическими состава­ми целесообразно использовать спе­циальное зарядное устройство КД-40ЛД. В условиях эксплуатации удобно пользоваться переносным де­фектоскопом ДМК-4, в комплекте ко­торого имеются наборы кистей, вме­стимости с пенетрантом и проявите­лем, краскораспылитель и другие не­обходимые для контроля принадлеж­ности и материалы.

Краскораспылители типа 0-31А, 0-37А и др. в полевых условиях целесообразно подключать к баллонам со сжатым аргоном или азотом, через редуктор с манометром (давление 0,2 — 0,3 МПа). При понижении тем­пературы окружающей среды для обеспечения нормальных условий контроля следует использовать спе­циальные калориферные устройства.

Чтобы облегчить выявление дефек­тов, используют (при необходимости) различные оптические приспособле­ния: зеркала, лупы 4 — 7-кратного увеличения и др., при недостаточной освещенности контролируемой по­верхности дневным светом применя­ют дополнительное просвечивание контролируемого участка лампами накаливания. Степень освещенности контролируемой поверхности изме­ряют люксметром типа Ю-16 непос­редственно на контролируемом уча­стке или на искусственно созданной модели, имитирующей этот участок.

Для выявления дефектов при лю­минесцентном методе контроля ис­пользуется переносный ультрафио­летовый осветитель.

Таблица 2.6. Комплекты материалов для капиллярной дефектоскопии

Основы методики контроля. Выбор цветного или люминесцентного мето­да обусловливается необходимой сте­пенью чувствительности к дефектам. Материалы, которые могут быть ис­пользованы в условиях эксплуата­ции, приведены в табл. 2.6.

Последовательность контроля сле­дующая: подготовка контролируемой поверхности, нанесение индикатор­ной жидкости (ненетранта), удаление ненетранта, нанесение проявителя, осмотр, промывка. Очень важным

этапом является операция обезжири­вания деталей. Их промывают снача­ла в бензине, а затем в ацетоне. Краситель (ненетрант К в цветном соста­ве КМ или КВ) четырежды наносят на поверхность с интервалами в 1,5 — 2,0 мин. Удаление ненет­ранта осуществляется водой, спе­циальной очищающей жидкостью или керосином.

После протирки хлопчатобумаж­ной ветошью наносят проявитель при помощи краскопульта (проявитель ПР-1 и М) или кисти (проявитель В). Необходимо помнить, что все прояви­тели токсичны (кроме ПР-4). К осмот­ру детали можно приступить после нанесения проявителя М — через 1 ч, проявителя В — через 30 мин, про­явителей ПР-1 и ПР-4 — через 45 мин. Удаляют проявители ацетоном или водой (ПР-4).

2.5.3. Ультразвуковой метод

Аппаратура для ультразвукового контроля. Чувствительность контро­ля оценивается наименьшей пло­щадью надежно выявляемого дефек­та в данном материале. Она зависит от частоты УЗК, применяемой аппа­ратуры, акустических свойств мате­риала детали, чистоты обработки и кривизны поверхности, структурного состояния материала, формы, ориен­тировки и глубины залегания дефек­та. В реальных условиях могут быть выявлены трещины площадью от 1 — 10 мм² (табл. 2.7).

Таблица 2.7. Характерные случаи в практике ультразвукового контроля

Надежность результатов ультра­звуковой (УЗ) дефектоскопии зави­сит от состояния поверхности, формы детали и структурного состояния ма­териала. Удовлетворительные ре­зультаты достигаются при контроле деталей, изготовленных из деформи­рованных полуфабрикатов с чисто­той обработки поверхности не ниже 6 и имеющих простую форму. Литые детали как правило, ультразвуково­му контролю не подвергаются.

Затруднен ультразвуковой Конт­роль деталей, сложной формы, изго­товленных из деформированных полу­фабрикатов, например, болтов, лопа­ток, тройников, кронштейнов и т. д. Необходимым условием УЗ контроля является наличие хотя бы односто­роннего доступа к контролируемой поверхности. Элементы изделия, за­крытые обшивкой, не могут быть про­контролированы. Чувствительность УЗ контроля резко снижается при на­личии толстых лакокрасочных по­крытий, при грубой обработке поверхности и при коррозионных пораже­ниях.

В эксплуатации следует использо­вать портативные, транспортабель­ные ультразвуковые приборы. Наи­более приемлемым является дефек­тоскоп ДУК-66П и толщиномеры ти­па УТ-30. В табл. 2.8 приведены пара­метры данных приборов и аналогич­ных зарубежных образцов.

Ультразвуковые дефектоскопы УД-11ПУ и УД2-12 являются базовы­ми дефектоскопами нового поколе­ния, реализующими возможность контроля с применением эхо-метода, теневого и резонансного методов со скоростями распространения про­дольных волн в диапазоне от 2500 до 6500 м/с. В основу работы дефекто­скопов положен описанный выше принцип.

В основу измерительной схемы приборов положен метод измерения временного интервала между зонди­рующим и отраженным импульсами. Принцип работы дефектоскопов заключается в следующем. Возбуди­тель преобразователя, запускаемый, как и другие блоки дефектоскопа, от внутреннего или внешнего преобра­зователя, вырабатывает радиоим­пульс в пьезоэлементе, подключае­мом к выходному разъему дефекто­скопа.

Преобразователь, контактируя с объектом через слой контактной смазки, обеспечивает ввод в объект механических ультразвуковых коле­баний, которые, распространяясь в нем, отражаются от границ раздела сред (металл—воздух) или имеющих­ся дефектов и вновь поступают на приемный преобразователь, подклю­ченный к входному разъему дефекто­скопа.

В приемном преобразователе ульт­развуковые колебания преобразуют­ся в электрические колебания и восп­ринимаются приемным устройством дефектоскопа. Усиленные и преобра­зованные сигналы поступают на эк­ран электронно-лучевой трубки. Пре­дусмотренная в дефектоскопе систе­ма автоматической сигнализации де­фекта позволяет определить расстоя­ние от поверхности до дефекта. Нали­чие дефекта сопровождается свето­вой и звуковой сигнализацией. Вмон­тированный в дефектоскоп блок циф­рового отсчета позволяет выполнять настройку без применения контроль­ных образцов.

Основы методики контроля. Повер­хность деталей .смазывают акустиче­ской смазкой для обеспечения на­дежного контакта с датчиком-иска­телем. Прозвучивание ведется в на­правлении, перпендикулярном пло­скости наиболее вероятного располо­жения дефекта. О наличии дефекта свидетельствует эхо-сигнал в зоне контроля, равный или больший амп­литуды эхо-сигналу от заданного кон­трольного отражателя в стандартном образце.

Для каждой детали разрабатывают свою методику контроля, где отра­жают: назначение методики; метод контроля, типа выбранной волны и частоту УЗК; типа дефектоскопа и искателя; стандартные образцы для настройки; порядок проверки и на­стройки дефектоскопа; порядок про­ведения контроля.

Цифровые ультразвуковые толщи­номеры фирмы "Панаметрикс" используют для исследования боль­шинства видов материала, включая металлы, стекло, керамику, пласт­массы, стекловолокно, жидкости, а также резину. Предельные значения толщины, которые могут быть заме­рены, зависят от вида материала, его размера, состояния поверхности, а также от выбранного прибора и дат­чика. Точность измерения составляет 0,001 мм для металлов и0,01 для пла­стмасс.

2.5.4. Магнитопорошковый метод

Аппаратура, приспособления и вспомогательные материалы. При

благоприятных условиях магнитопорошковым методом можно обнару­живать трещины с раскрытием до 0,001 мм и протяженностью до 0,5 мм. С увеличением глубины залегания дефекта чувствительность метода резко падает.

Контролируемые изделия должны иметь поверхность с чистотой обра­ботки (Rа) 1,6 — 2,5, при этом может быть обеспечена (при правильно ус­тановленных режимах намагничива­ния) максимальная чувствитель­ность контроля. При более грубой об­работке поверхности чувствитель­ность метода снижается. Для получе­ния высокой чувствительности конт­роля необходимо удалить покрытие с поверхности и зачистить контролиру­емый участок детали до требуемой чистоты.

Таблица 2.8. Ультразвуковые дефектоскопы и толщиномер, рекомендуемые для примене­ния в условиях эксплуатации

Ниже указаны диапазоны измере­ния в зависимости от вида материала:

Металл .................... 0,12+1240 мм

Пластмасса    ............... 0,12+125 мм

Стекло   .................... 0,12+1250 мм

Стекловолокно  ............. 3,75+75 мм

Резина   .................... 3,75+75 мм

Жидкость   ................. 1,25+1250 мм

Принцип работы приборов основан на эхоимпульсном методе.

Магнитопорошковый метод позво­ляет контролировать ферромагнит­ные детали практически любой фор­мы и размеров при возможности на­магничивания и осмотра контролиру­емого участка.

Весьма удобен контроль деталей, имеющих отверстия, благодаря кото­рым можно проводить циркулярное намагничивание, пропуская ток че­рез стержень или толстый провод, введенный в это отверстие. Такой спо­соб намагничивания устраняет опас­ность прижогов и в ряде случаев по­зволяет контролировать изделия без снятия неэлектропроводного покры­тия.

Магнитный контроль получил ши­рокое, распространение на ремонт­ных заводах, где используются стаци­онарные установки универсального типа. К ним относятся магнитные де­фектоскопы типа УМД-2500, 2МДЭ-10000, а также УМД-9000.

При контроле в условиях эксплуа­тации рекомендуется использовать передвижные МП-50П или перенос­ные ПМД-70 дефектоскопы (табл. 2.9). Указанные дефектоскопы снаб­жены приставными электромагнита­ми для продольного намагничивания отдельных участков деталей.

Наибольшее распространение в магнитной дефектоскопии получил "мокрый" способ, при котором на­магниченную деталь обрабатывают суспензией со взвешенными частица­ми порошка. Для приготовления сус­пензий используют черный магнит­ный порошок (ТУ-6-14-1009-74). В ка­честве жидкой среды могут быть ис­пользованы масла (типа МК-22) или керосин.

В эксплуатации целесообразно применять керосиново-масляную суспензию следующего состава (в расчете на 1 л):

Керосин, мл ..................... 800

Масло трансформаторное, мл   .... 175

Черный магнитный порошок, г   ... 25

Присадка АКОР-1, г ............. 0,5—1,0

При контроле следят за концентра­цией порошка в суспензии и, периоди­чески добавляя порошок, доводят ее до необходимого уровня (25-|-5) г/л.

Основы методики контроля. Конт­роль каждой конкретной детали или отдельного участка этой детали дол­жен проводиться в соответствии с конкретной методикой, при установ­лении которой необходимо решить ряд вопросов, наиболее важными из которых являются:

выбор способа контроля (в прило­женном поле или остаточной намагни­ченности); выбор аппаратуры; уста­новление режимов контроля; выбор ти­пов порошка, суспензии; выбор спосо­бов установки (и последующей перестановки) на контролируемом участ­ке намагничивающих устройств (электроконтактов, электромагнитов и др.).

Таблица 2.9. Дефектоскопы, применяемые в эксплуатации при магнитопорошковом контроле

Кроме того, должны быть учтены такие вопросы, как расположение ап­паратуры и самого оператора в про­цессе контроля, обеспечение выпол­нения правил техники безопасности, обеспечение защиты аппаратуры от порчи, обеспечение требуемого мик­роклимата для нормальной работы аппаратуры и операторов и т. д.

Исходными данными для решения методических вопросов являются же­лаемая чувствительность контроля, значения магнитных характеристик материала контролируемой детали (коэрцитивная сила и остаточная ин­дукция), а также конструктивные особенности узла, в котором необхо­димо проводить контроль детали (степень контролепригодности).

В практике магнитопорошкового контроля условно приняты следую­щие три уровня чувствительности (А, Б, В), позволяющие приближенно су­дить о размерах обнаруживаемых по­верхностных дефектов, таких как тре­щины (табл. 2.10).

В подавляющем большинстве слу­чаев контроль ведется на уровне чувствительности, близком к уровню Б. При ужесточенных требованиях уро­вень чувствительности может при­ближаться к уровню А и наоборот, по мере снижения требований — куров-ню В.

Как указывалось выше, более про­стым, удобным и быстрым является контроль способом остаточной на­магниченности. Однако прежде чем вводить этот способ магнитного конт­роля, необходимо убедиться, что чув­ствительность при этом будет оста­ваться на удовлетворительном уровне.

При контроле способом остаточной намагниченности для продольного намагничивания применяют солено­иды. При этом контроль можно осу­ществлять только тех деталей, у кото­рых отношение длины к эквивалентному диаметру не менее 25. Эквива­лентный диаметр

Таблица 2.10. Размеры обнаруживаемых поверхностных дефектов

Эквива­лентный диаметр

,

где S — площадь поперечного сечения детали.

Намагниченную деталь или уча­сток детали следует обработать предварительно перемешанной сус­пензией. Осмотр детали можно про­водить только после окончательного стекания суспензии (в сомнительных случаях следует применять лупу 2 — 4-кратного увеличения). Особенно тщательному контролю следует под­вергать зоны переходных сечений (резьбу, зубья шестерен, шлицы), в которых могут концентрироваться напряжения в процессе эксплуата­ции.

После проведения магнитного кон­троля проконтролированный узел должен быть размагничен.

2.5.5. Импедансный метод

Аппаратура для контроля. Метод основан на различии механических импедансов бездефектного и дефект­ного участков изделия, определяе­мых в точке ввода колебаний. Меха­ническим импедансом 2. называется отношение возмущающей силы F к вызываемой ею колебательной ско­рости частиц среды в точке прило­жения силы: При возбуждении изгибных коле­баний в Конструкции последняя ко­леблется как единое целое, и механи­ческий импеданс будет иметь макси­мальное значение. При нарушении сплошности конструкции механиче­ский импеданс будет существенно меньше. Этот эффект и используется в дефектоскопии.

Импедансный метод подразделя­ют на амплитудный и фазовый. При амплитудном методе регистрируется уменьшение уровня сигнала на изме­рительном пьезоэлементе датчика. При фазовом методе дефект фикси­руется по изменению фазы силы ре­акции изделия на датчик. Метод при­меняется для контроля клеевых сое­динений обшивки и готовых конструкций. Чувствительность импедансного метода зависит от конкретных условий его применения (увеличение шероховатости и кривизны поверхно­сти изделия приводят к снижению чувствительности метода).

В практике большее распростра­нение получил контроль амплитуд­ным импедансным методом. Однако при контроле готовых панелей с мел­кими и средними ячейками заполни­теля (сторона ячейки 2,5 — 4 мм) и средним и толщинами обшивок (0,4 — 0,6 мм для алюминиевых сплавов) це­лесообразно использовать фазовый метод.

Для успешного применения импедансного метода необходимо, чтобы отношение импеданса всей конструк­ции к импедансу отделенного дефек­том слоя было достаточно большим. При склеивании двух слоев из одина­кового материала контроль соедине­ния оказывается возможным в том случае, если эти слои имеют разную толщину и проверка выполняется со стороны более тонкого слоя. Конт­роль соединений однородных слоев одинаковой толщины (например, двух металлических листов) импе­дансным методом обычно невозмо­жен. Для контроля этим методом не­обходим свободный доступ к контро­лируемой поверхности.

В табл. 2.11 приведены характер­ные случаи практики контроля аку­стическим импедансным методом де­фектоскопом ИАД-3. Для контроля могут быть использованы дефекто­скопы типа ИАД-3, ИАД-2 или АД-40И. Дефектоскоп ИАД-3 в отличие от дефектоскопа ИАД-2 имеет допол­нительный фазовый канал, что позво­ляет использовать его для контроля не только амплитудным, но и фазо­вым импедансным методом (табл. 2.12).

Основы методики контроля. Для выбора оптимальных режимов конт­роля и определения чувствительно­сти метода необходимы контрольные образцы с искусственными или есте­ственными дефектами различных размеров. Эти образцы должны иметь те же основные параметры (толщину и материал обшивки соеди­ненных с ней элементов, размер сото­вой ячейки и т. д.), что и контролиру­емое изделие. Длина и ширина образ­цов могут быть меньше, чем соответ­ствующие размеры изделий. При кон­троле датчик перемещают по поверх­ности изделия, наблюдая за находя­щейся в датчике сигнальной лампоч­кой. В процессе контроля необходимо следить, чтобы ось датчика не откло­нялась от перпендикулярного поло­жения более чем на 10°.

Импедансный метод может быть использован в тех случаях, когда мо­дуль упругости материала того слоя, со стороны которого проводится кон­троль, достаточно велик (металлы, стеклотекстолит и др.). Контроль со •стороны материалов с низким значе­нием модуля упругости (мягкая рези­на, пенопласт и т. п.) обычно невозмо­жен. С уменьшением модуля упруго­сти внутреннего элемента чувстви­тельность метода падает. Наиболь­шая чувствительность достигается при гладких поверхностях контроли­руемого изделия. Шероховатость по­верхности снижает чувствительность метода.

Таблица 2.11. Характерные случаи контро­ля дефектоскопом И АД-3

Лакокрасочные и другие тонкие покрытия этим методом обычно контролировать нельзя.

²При контроле одной стороны дефекты выявляют­ся на глубине 0,5 от толщины изделия.

При контроле малогабаритных конструкций, особенно металличе­ских, возможен значительный раз­брос показаний дефектоскопа в зонах с хорошим соединением, обусловлен­ный резонансными явлениями в изде­лии. Снижение этого разброса может быть достигнуто экспериментальным подбором оптимальной рабочей час­тоты.

Тестер качества клеевых соедине­ний "ФОККЕР" (ФРГ) представляет собой ультразвуковой резонансно-импедансный прибор с пьезоэлектри­ческим датчиком. При наложении датчика на испытуемое соединение значения резонансной частоты и ме­ханического сопротивления меняют­ся в зависимости от физических свойств изделия. Изменение резонан­сной частоты фиксируется на элект­ронно-лучевой трубке (шкала А), а изменение сопротивления замеряется при помощи амперметра (шкала В).

Т а б л и ц а 2.12. Аппаратура для акустического импедансного контроля

Тестер укомплектован пробника­ми и адаптерами. Пробники марки­руют в зависимости от толщины и ди­аметра используемого датчика, т.е. каждому пробнику соответствует лишь определенный датчик. В то же время любой пробник стыкуется с любым адаптером, независимо от его типа. В настоящее время изготавли­вают два типа адаптеров: для посто­янного напряжения и для постоянно­го тока. Первый тип предназначен для измерения пиковых смещений (амплитуд) или комбинации пиковых амплитуд и демпфирования. Де­мпфирование определяется сопро­тивлением адаптера. Низкое сопро­тивление увеличивает степень де­мпфирования и снижает показание шкалы В. Второй тип адаптера (по­стоянный ток) разработан специаль­но для испытаний, требующих силь­ного демпфирования пиковых вели­чин (например, для исследования со­товых конструкций).

Выбор пробника зависит от раз­личных факторов. Одним из ограни­чивающих факторов является толщи­на верхнего листа. Если толщина слишком велика для данного датчи­ка, то резонансный пик "затухает" полностью. В этом случае приходится брать большой пробник. После ка­либровки прибора местоположение пика или отклонение стрелки опреде­ляется главным образом толщиной нижнего листа или плотностью серд­цевины. Если отклонение недостаточно, можно выбрать меньший пробник или изменить "О" прибора. Для обес­печения лучшего контакта датчика с проверяемой поверхностью исполь­зуется обычное минеральное масло. При испытаниях пористых поверхно­стей или поверхностей, подлежащих окраске или склеиванию, применяют специальную жидкость.

Основные технические данные прибора

Питание от сети переменного тока:

напряжение, В   .........   115/220

частота, Гц .....,...-..,   50/60

Потребляемая мощность, Вт     20

Рабочая частота (10 диапазо­нов), кГц ...................   30-ЫООО

Скорость развертки (7 положеннй),МГц   ...............   0,1-ИО

Рабочая температура, °С   ...   0-5-50

Габаритные размеры, мм   ...   225x370X340

 Масса, кг   ..................   13,2

Область применения: соединения металл—металл, композиционные материалы и др.

2.5.6. Велосимметрический метод

Аппаратура. Ультразвуковой велосимметрический метод дефекто­скопии основан на влиянии дефектов на скорость распространения упругих волн в контролируемой конструкции, а также на изменении пути волны между излучателем и приемником, вызван­ном наличием дефекта. Контроль этим методом может осуществляться одно­сторонним и двусторонним способами. При одностороннем контроле искательная головка с расположенными в одном корпусе излучающим и прием­ным вибраторами устанавливается на поверхности изделия (рис. 2.17). От из­лучающего вибратора во все стороны распространяется упругая изгибная волна. Регистрируется разность ско­ростей на бездефектном и дефектном участках, а также изменение амплиту­ды принятого сигнала. При двусто­роннем контроле излучающий и при­емный вибраторы располагаются соосно по обе стороны контролируемого объекта. Основным признаком дефекта яв­ляется отставание фазы колебания в точке приема от фазы на бездефект­ном участке изделия. Как упомина­лось, фиксируется также изменение амплитуды принятого сигнала. Велосимметрический метод предназначен для контроля неметаллических мате­риалов в крупногабаритных много­слойных конструкциях. Основная за­дача — выявление расслоений в из­делиях из слоистых пластиков и нару­шений клеевого соединения (табл. 2.13).

Необходимо учитывать, что ввиду наличия "краевого эффекта" затруд­нено выявление дефектов в неметал­лических изделиях на расстоянии ме­нее 50 мм от края, что не позволяет использовать велосимметрический метод на малоразмерных деталях. Предельная глубина выявляемых в слоистых пластиках дефектов — око­ло 25 мм. Чувствительность метода зависит от параметров изделия и глу­бины залегания дефекта и уменьша­ется с увеличением последней. Мини­мальная площадь выявляемого де­фекта составляет 1,5 см².

Одностороннему варианту метода свойственна "мертвая" зона. Она прилегает к поверхности, противопо­ложной поверхности ввода упругих колебаний, и составляет 20 — 40 % от толщины изделия. У двустороннего способа "мертвая" зона отсутствует, зато не всегда удается разместить го­ловки по обе стороны объекта, а так­же обеспечить их соосность.

Рис. 2.17. Принципиальная схема одно­стороннего а и двустороннего б велосимметрического контроля:

ИВ — излучающий вибратор; ПВ — приемный вибратор; Д — дефект

Контроль изделий проводится уль­тразвуковым велосимметрическим фазовым дефектоскопом УВФД-1 или АД-10У (табл. 2.14). Дефектоскоп УВФД-1 предназначен для односто­роннего контроля, однако его вибра­торы можно демонтировать из корпу­са и расположить в приспособлении (типа скобы) для двустороннего кон­троля.

Основы методики контроля. Конт­роль состоит в перемещении иска­тельной головки по поверхности кон­тролируемого изделия и в наблюде­нии за сигнальной лампочкой, заго­рающейся при попадании головки в дефектную зону. Для настройки де­фектоскопов используют специаль­ные контрольные образцы.

При одностороннем контроле иска­тельную головку следует перемещать по поверхности изделия со скоростью не более 10 м/мин. Шаг перемещения головки (расстояние между соседни­ми ее следами) должен быть равным 10 — 15 мм. При контроле по измене­нию фазы дефекты отмечаются по загоранию расположенной в корпусе искательной головки- сигнальной лампочки и отклонению стрелки фа­зометра вправо. При этом часто (но не всегда) наблюдается отклонение стрелки индикатора А вправо, что служит дополнительным признаком дефекта. При контроле по изменению амплитуды критерием дефекта слу­жит также отклонение вправо стрел­ки индикатора А, но не сопровождаю­щееся включением сигнальной лам­почки.

Т а б л и ц а 2.13. Характерные случаи в практике контроля ультразвуковым велосимметриче­ским методом дефектоскопом УВФД-1

Таблица 2.14. Аппаратура для контроля ультразвуковым велосимметрическим методом в условиях эксплуатации

При двустороннем контроле ско­рость перемещения искательной го­ловки также не должна превышать 10 м/мин. Дефекты отмечаются включением сигнальной лампочки и отклонением стрелки фазометра. На дефектах показания индикатора А обычно уменьшаются.

Контуры дефектов отмечаются по показаниям дефектоскопа, границы дефектов очерчиваются мягким карандашом или мелом. Бракуется из­делие на основании установленных техническими условиями норм допустимых дефектов.

2.5.7. Метод вихревых токов

Принцип   работы   приборов. 

При воздействии на металлическую де­таль или образец переменным маг­нитным полем в материале возника­ют вихревые токи. Величина этих то­ков максимальна на поверхности и убывает по мере удаления от поверх­ности в глубь образца. Для возбужде­ния вихревых токов обычно использу­ют питаемые переменным током про­ходные (охватывающие витками образец ил и деталь), накладные {подно­симые к образцу торцом) или экран­ные (располагающиеся по разные стороны стенки) катушки-датчики.

Созданное вихревыми токами вто­ричное электромагнитное поле ока­зывает обратное влияние на возбуждающую катушку, что проявляется в изменении ее активного и индуктив­ного сопротивлений. Величина и ха­рактер распределения вихревых то­ков в теле металла зависят от часто­ты тока, питающего катушку, от элек­трической проводимости и магнитной проницаемости материала, а также от формы и размера катушки и конт­ролируемой детали.

Важно, что характер влияния раз­личных перечисленных выше факторов на активное и индуктивное сопро­тивление катушки не одинаков. Это дает возможность уменьшать влия­ние тех или иных факторов и созда­вать приборы, чувствительные к ка­кому-либо одному из факторов, на­пример, к электропроводности или к наличию поверхностных трещин. Схе­мы таких приборов подробно описа­ны в специальной литературе.

Применяют различные способы получения и обработки информации, снимаемой с катушки-датчика. Наи­более распространенными являются: амплитудно-фазовый, фазовый, резо­нансный, амплитудночастотный и многочастотный способы.

Метод успешно используется:

для выявления усталостных тре­щин в поверхностных слоях металли­ческих деталей; для измерения тол­щины покрытий, нанесенных на ме­таллическое основание; для опреде­ления толщины стенок листовых ма­териалов; для обнаружения зон структурной неоднородности, напри­мер, в результате термического воз­действия и других факторов.

Потенциально высокая чувстви­тельность метода вихревых токов по­зволяет использовать его для оценки степени структурных превращений в материале.

Основы методики контроля. Для обнаружения трещин и других несплошностей в поверхностных слоях деталей в условиях эксплуатации ре­комендуется использовать электро­магнитные статистические дефекто­скопы типа ППД-1М, ППД-2М, ВД-1 ГА, ВДЦ-2. В дефектоскопах имеют­ся датчики накладного типа. В этих приборах используется амплитудно-частотный способ, при котором дат­чик включается в резонансный кон­тур автогенератора. При попадании датчика в зону трещины происходит срыв генерации, что фиксируется стрелочным индикатором, а также световыми или звуковыми сигнала­ми. Статистические дефектоскопы успешно применяют для обнаруже­ния усталостных трещин в узлах дви­гателей, барабанах колес, тягах и т. д.

При контроле исследуемая поверх­ность подвергается сканированию (как бы прощупывается) рабочей торцевой частью датчика. Шаг ска­нирования не должен превышать ди­аметра сердечника датчика, в про­тивном случае часть мелких трещин может быть не обнаружена. В пере­численных статистических дефекто­скопах минимальные диаметры дат­чиков, а следовательно, и максималь­ный шаг сканирования составляют 1,5 — 2,0 мм. При соблюдении усло­вий контроля обнаруживаются по­верхностные дефекты (трещины) длиной от 2 —4 мм, глубиной более 0,25 мм при ширине раскрытия 2 — 20 мкм.

Приборы ВД-1ГА, ВДЦ-2 и ППД-2М оснащены комплектами датчи­ков, позволяющих проводить конт­роль участков деталей различной конфигурации. Для выявления де­фектов в панелях, кузове и других де­талях с малой кривизной поверхности целесообразно использовать динами­ческие (модуляционные (дефектоско­пы типа ЭДМ-Т. В динамических де­фектоскопах (в отличие от статисти­ческих) датчик представляет собой две рядом расположенные и вращаю­щиеся по окружности регулируемого радиуса катушки. В приборе ЭДМ-Т частота вращения катушек — 2000— 5000 об/мин, минимальный диаметр вращения — 18 мм. Использование таких приборов дает возможность на порядок увеличить шаг сканирова­ния с контролем статистическими де­фектоскопами. Динамические дефек­тоскопы обладают также и повышен­ной чувствительностью. Так, при по­мощи прибора ЭДМ-Т можно обнару­живать трещины длиной, равной или большей 2 мм, а также коррозионные поражения. канавки которых должны служить упорами при перемещении датчика с заданным шагом сканирования.

Контрольные образцы необходи­мы: для настройки дефектоскопа и оценки их работоспособности; для оценки реальной чувствительности контроля конкретных деталей в конк­ретных условиях. В качестве конт­рольных образцов могут быть исполь­зованы детали или участки деталей с дефектами, выявленными ранее дру­гими методами.

При отсутствии деталей с естест­венными дефектами (трещинами) та­кие трещины следует наносить на бездефектные участки деталей ис­кусственно, при помощи механиче­ских вибраторов.

На образцах, при помощи которых проводится оценка чувствительности метода, воспроизводят все те затруд­няющие контроль особенности(ради­усные переходы, отверстия, ребра жесткости, элементы крепления, ла­кокрасочные покрытия и пр.), кото­рые возможны у подлежащих контро­лю деталей,

Измерение толщины и оценка каче­ства покрытий. В приборах для изме­рения толщины неэлектропровод­ных, например лакокрасочных, по­крытий на металлических деталях использована зависимость значения наводимых токов от расстояния меж­ду катушкой датчика и металличе­ской основой. Для измерения толщи­ны лакокрасочных покрытий, оксидных и анодных пленок и других спла­вов могут быть использованы прибо­ры ТПН-1 {или ТПН-1МУ) н ТПН-П. Диапазон измерения приборов на­стольного типа ТПН-1 и ТПН-1МУ 15 —300мкм.

Прибор ТПН-П выполнен на тран­зисторах, компактен и имеет авто­номное питание. Диапазон измере­ния прибора — 10 — 200 мкм. При­бор может использоваться для изме­рения толщины покрытия из низко­электропроводных материалов (с элек­тропроводностью от 0,5 м/Ом • мм² и выше), например, для измерения тол­щины неэлектропроводных покрытий

на лопатках. Приборы типа ТПН-П серийно выпускаются на Чебоксар­ском приборостроительном заводе.

Толщиномерные приборы ТПН-1, ТПН-1МУ и ТПН-П могут приме­няться также для оценки степени коррозионного поражения деталей из алюминиевых и других цветных спла­вов.

Электромагнитный метод приме­няется и для измерения более тол­стых неэлектропроводящих покры­тий (до 100 мм) на металлических ос­новах, Имеется ряд опытных образ­цов подобных приборов, успешно применявшихся в промышленности, например приборы ТПК, ЭФИТ, "Дельта", ВТ-20идр.

Измерение толщины стенок. В тех случаях, когда глубина проникнове­ния вихревых токов в глубь материа­ла существенно превышает его тол­щину, метод можно использовать для измерения толщины стенок. Практи­чески достигнут диапазон измерения от нескольких микрон до нескольких миллиметров.

В условиях эксплуатации для кон­троля, например, толщины обшивки с целью обнаружения мест, поражен­ных коррозией, рекомендуется ис­пользовать прибор ТФ-1 (или УФТ-1). Эти приборы позволяют проводить контроль при одностороннем доступе к контролируемой детали.

Кроме обычного накладного датчи­ка, прибор ТФ-1 снабжен также эк­ранным датчиком, состоящим из двух катушек, располагающихся в про­цессе измерения по разные стороны стенки контролируемого изделия (стенка в данном случае играет роль экрана). Применение экранного дат­чика позволяет увеличить верхний предел измеряемых толщин до 4—5мм при контроле изделий из алюми­ниевых сплавов и до 10 — 12 мм при контроле изделий из титановых спла­вов. Однако в связи с необходимостью доступа к двум сторонам стенки эк­ранные датчики более удобны в усло­виях производства или ремонта и ме­нее пригодны в условиях эксплуата­ции.

Чтобы обеспечить необходимую надежность контроля, целесообразно применять специальные приспособ­ления, которые обеспечивали бы вер­тикальное положение датчика в про­цессе контроля. При контроле откры­тых поверхностей следует пользо­ваться специальными трафаретами, Следует помнить о возможности использования электромагнитных толщиномеров с накладным датчи­ком для оценки толщины остаточного сечения тонкостенных деталей, на­пример, обшивки, из алюминиевых и других сплавов при коррозионных по­ражениях.

Токовихревой дефектоскоп ВР5-9000 (Франция). Дефектоскоп пред­назначен для неразрушающего конт­роля объектов при помощи низкоча­стотных вихревых токов и отличается высокой надежностью. Он позволяет выявить поверхностные и внутренние дефекты ферромагнитных материа­лов (трещины, отклонения разме­ров, коррозию), а также определить качественные свойства материалов (твердость, сопротивление, термооб­работку, химический состав, тексту­ру и т. п.).

Несмотря на высокий технический уровень дефектоскопа он отличается удобством в эксплуатации и просто­той интерпретации измерений. Ши­рокий диапазон частот (от 1до 2000Гц) и большая выходная мощность сигна­ла практически обеспечивают реше­ние всех проблем, возникающих при исследовании ферромагнитных ма­териалов. Амплитуда и фаза сигна­ла анализируются в модуляторе, что позволяет дифференцировать вы­явленные дефекты в зависимости от их характера и критерия приемлемо­сти.

Дефектоскоп ВРЗ-9000 выпускает­ся в трех вариантах в зависимости от условий его применения и характери­стик окружающей атмосферы. Он имеет синусоидальный генератор со сменными модулями, определяющи­ми необходимую частоту. Значение тока регулируется от 0 до 0,5 А или от 0 до 5 А специальным переключате­лем с цифровыми отметками. Дефек­тоскоп работает от сети переменного тока (220/110 В, 50/60 Гц). Сигнал на телевизионном экране (размером 31 см) имеет вид пятна, кривой или эллипса. Размеры дефектоскопа 490 X 590Х X 520 мм; масса — 50 кг. Экран ус­ловно разбит на 9 регулируемых зон, положение которых регулируется для упрощения анализа изображе­ния.

Виды и методы неразрушающего контроля. Визуальный контроль по­зволяет определить видимые нару­шения целостности детали. Визуаль­но-оптический контроль обладает ря­дом очевидных преимуществ перед визуальным контролем. Гибкая волоконная оптика с манипулятором позволяет осмотреть значительно большие зоны, недоступные для от­крытого обзора. Однако многие опас­ные дефекты, проявляющиеся в про­цессе эксплуатации, визуально-опти­ческими методами в большинстве своем не обнаруживаются. К таким дефектам относятся в первую оче­редь усталостные трещины неболь­ших размеров, коррозионные пора­жения, структурные превращения материала, связанные с процессами естественного и искусственного ста­рения и т. д.

В этих случаях используются физи­ческие методы неразрушающего контроля (НК). В настоящее время изве­стны следующие основные виды не­разрушающего контроля: акустиче­ский, магнитный, радиационный, ка­пиллярный и вихретоковый. Их крат­кая характеристика приведена в табл. 2.3.

Каждый из видов неразрушающего контроля имеет несколько разновид­ностей. Так, среди акустических ме­тодов можно выделить группу ульт­развуковых методов, импедансный, свободных колебаний, велосимметрический и т. д. Капиллярный метод подразделяется на цветной и люми­несцентный, радиационный метод — на рентгено - и гамма-методы.

Общей особенностью методов не­разрушающего контроля является то, что непосредственно измеряемы­ми этими методами являются физи­ческие параметры такие, как элект­ропроводность, поглощение рентге­новских лучей, характер отражения и поглощения рентгеновских лучей, ха­рактер отражения и поглощения уль­тразвуковых колебаний в исследуе­мых изделиях и т. д. По изменению значений этих параметров в ряде слу­чаев можно судить об изменении свойств материала, имеющих весьма важное значение для эксплуатацион­ной надежности изделий. Так, резкое изменение магнитного потока на по­верхности намагниченной стальной детали свидетельствует о наличии в данном месте трещины; появление дополнительного отражения ультра­звуковых колебаний при прозвучивании детали сигнализирует о наруше­нии однородности материала(напри­мер, расслоений, трещин и др.); по из­менению электропроводности мате­риала часто можно судить и об изме­нении его прочностных свойств и т. п. Не во всех случаях можно дать точ­ную количественную оценку обнару­женного дефекта, так как связь меж­ду физическими параметрами и па­раметрами, подлежащими определе­нию в процессе контроля (например, размер трещины, степень понижения прочностных свойств и др.), как пра­вило, не бывает однозначной, а имеет статистический характер с различ­ной степенью корреляции. Поэтому физические методы неразрушающе­го контроля в большинстве случаев являются скорее качественными и реже — количественными.

Различные методы неразрушаю­щего контроля не заменяют, а лишь дополняют друг друга. Каждый из них имеет свою, характерную для данного метода, область применения. Одни методы дают возможность об­наруживать мелкие поверхностные дефекты типа трещин, но непригодны для обнаружения внутренних дефек­тов, другие удобны для обнаружения коррозионных поражений и т. д. Поэ­тому в некоторых случаях, особенно для контроля наиболее ответствен­ных участков деталей бывает целесо­образно применять несколько разных методов, что обеспечивает более пол­ную проверку качества соответству­ющих деталей.

Необходимо иметь в виду, что воз­можность использования методов не­разрушающего контроля зависит от выполнения ряда требований. Одним из основных требований является обеспечение свободного доступа к контролируемому участку поверхно­сти:

При оценке эффективности ис­пользования того или иного метода контроля важнейшим параметром является чувствительность, которая оценивается размерами минималь­ных, надежно обнаруживаемых дан­ным методом дефектов. Необходимо учитывать, что физические методы являются чувствительными не только к дефектам, подлежащим обнаруже­нию, но и к различным, так называе­мым мешающим факторам, т. е. та­ким параметрам контролируемых де­талей, изменения которых даже в до­пустимых техническими условиями пределах оказывают заметное влия­ние на результаты контроля физиче­скими методами. Так, при контроле ультразвуковым методом отражение ультразвукового луча может быть не только от нарушений сплошности, но и от неоднородности структуры, на-

пример, крупных зерен; допускаемые включения ("аустенитная полосча­тость") могут вызывать такую же картину осаждения магнитного по­рошка при магнитной дефектоско­пии, как и поверхностные трещины и т. д. Поэтому повышать чувствитель­ность в результате повышения коэф­фициента усиления приборов или ис­пользования ужесточенных режимов контроля, например, за счет приме­нения более проникающих жидко­стей при капиллярной дефектоско­пии следует не беспредельно, а лишь до тех пор, пока сигналы от дефек­тов — "полезные" сигналы — можно надежно отличить от сигналов, вызы­ваемых мешающими факторами.

Далеко не всегда необходимо поль­зоваться максимальной чувствитель­ностью, которую может обеспечить данный метод с использованием кон­кретной аппаратуры. Чувствитель­ность необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы могли быть надежно выявлены лишь те дефекты материа­ла, которые и являются дефектами изделия, т. е. делают данное изделие (деталь) непригодным для эксплуа­тации (что должно быть оговорено в соответствующей нормативно-техни­ческой документации). Один и тот же дефект материала в одних случаях может считаться допустимым, в дру­гих является основанием для браков­ки деталей, так как по условиям экс­плуатации деталь с таким дефектом становится ненадежной.

Таким образом, говоря о чувстви­тельности метода, следует различить максимальную и реально устанавли­ваемую чувствительность. Макси­мальная чувствительность метода оценивается размерами минималь­ного дефекта, который может быть .надежно, с заметным превышением "полезного" сигнала над сигналом от мешающих факторов (шумов) выяв­лен в деталях данного типа, в конк­ретных условиях контроля, при ис­пользовании определенной аппара­туры.

Реально устанавливаемая чувст­вительность или чувствительность метода оценивается минимальными размерами 'дефектов (или их анало­гов на специальных образцах), кото­рые должны бытъ надежно с задан­ной степенью вероятности (напри­мер, 95 %) обнаружены в соответст­вии с нормативными документами на конкретную деталь конкретными ме­тодами и аппаратурой.

Часто, когда речь идет об особо на­груженных ответственных деталях, применяют выражение "никакие дефекты не допускаются". Это означа­ет, что для контроля таких деталей должна устанавливаться чувстви­тельность, соответствующая макси­мальной чувствительности данного метода и не должны пропускаться ни­какие достаточно надежно обнару­женные дефекты.

Максимальная чувствительность одного и того же метода может суще­ственно меняться в зависимости от конкретных условий контроля. Оче­видно, что в условиях эксплуатации эта чувствительность как правило, меньше, чем в лабораторных услови­ях, когда используется стационарная аппаратура и для контроля созданы оптимальные условия работы.

Выбор того или иного метода конт­роля должен основываться не только на требованиях технической доку­ментации.

Сама сущность методов предопре­деляет целесообразность их примене­ния во всех случаях, когда нельзя од­нозначно судить о качестве того или иного объекта.

Акустические методы неразруша­ющего контроля. Эти методы основа­ны на регистрации параметров упру­гих волн, возбуждаемых или возника­ющих в контролируемом объекте. Ис­пользовать особенности прохожде­ния акустических (ультразвуковых) колебаний через среду для определе­ния ее свойств впервые удалось со­ветскому исследователю С. Я. Соко­лову в 1928 г. Он же сконструировал первый промышленный дефекто­скоп.

По характеру взаимодействия фи­зических полей с контролируемым

объектом акустический вид НК делят на методы прошедшего излучения, отраженного излучения (эхо-метод), резонансный, импедансный, свобод­ных колебаний и акустико-эмиссионный.

Для целей НК в настоящее время ,используют упругие колебания час­тотой от нескольких десятков до мил­лионов герц. При частоте колебаний, например, 10⁹ Гц в твердых телах возбуждаются волны длиной около 1 мкм, что и определяет высокое раз­решение метода. Акустический конт­роль применяют для обнаружения несплошностей (трещин, пор, рако­вин, расслоений и т. п.), структурно­го анализа (определение размеров зе­рен, наличия примесей и неоднородностей и т. д.), измерения толщин при одностороннем доступе к деталям, определения уровня жидкости в сосу­дах и для решения многих других де­фектоскопических и измерительных задач. По универсальности это один из лучших методов НК, который мо­жет применяться для исследования как твердых, так и жидких тел.

Чаще всего для контроля деталей и узлов используют ультразвуковой вид акустического НК. Излучение и прием ультразвуковых колебаний (УЗК) осуществляют при помощи пьезоэлектрических преобразовате­лей— специальных пластинок из кварца, сульфата лития, титаната бария и т. п. Пьезоэлектрический преобразователь является основным элементом искателя (рис. 2.6) — уст­ройства, предназначенного для излу­чения и (или) приема акустических колебаний и входящего в комплект ультразвукового дефектоскопа.

Ультразвуковые колебания (УЗК), генерируемые пьезопреобразователем, представляют собой импульс, или, точнее, волновой пакет, основная частота которого соответствует соб­ственной частоте колебаний пласти­ны. Для контроля объектов применя­ют несколько видов ультразвуковых волн: продольные, поперечные и по­верхностные.

Продольными называют такие волны, в процессе прохождения которых через некоторую среду частицы сре­ды смещаются в направлении движе­ния волн. Эти волны иногда называют также волнами расширения или сжа­тия, или невращающимися волнами. В поперечных, или сдвиговых, волнах частицы среды колеблются в плоско­сти, перпендикулярной к направле­нию распространения волн.

Рис. 2.6. Конструкция нормального (а), раздельно-совмещенного (б) и наклонного (в) искателей: 1 — протектор;2 — корпус;3 — штепсельный разъем; 4 — экран;5 — демпфер; 6 — пьезопластина. Стрелками обозначают направление ультразвукового сигнала

При определенных условиях УЗК с достаточно большой амплитудой мо­гут распространяться по поверхно­сти материала (так называемые вол­ны Рэлея, Лэмба, Лява). Перемещение частиц в этом случае происходит в про­дольном и поперечном направлениях. Колебания происходят в плоскости на­правления распространения волн и нормали к поверхности тела.

Потеря энергии при прохождении УЗК через вещество обусловлена че­тырьмя основными процессами: теп­лопроводностью, внутренним трени­ем, упругим гистерезисом и рассея­нием. Потери зависят главным обра­зом от частоты ультразвуковых коле­баний, структуры материала, а так­же геометрических особенностей де­тали.

При акустическом контроле чрез­вычайно важен ввод УЗК в контроли­руемое изделие с минимальными по­терями энергии колебаний в месте контакта преобразователя с де­талью. Это достигается вводом УЗК

через тонкий слой жидкости (напри­мер, масла для деталей простой конфигурации), или через слой им­мерсионной жидкости, а также при­менением специальных искателей (рис. 2.7).

При больших скоростях и вибраци­ях контролируемого объекта начина­ют использоваться бесконтактные преобразователи, основанные на воз­душной акустической связи преобра­зователей с объектом контроля, тер­моакустическом эффекте, эффектах электрического и электромагнитного полей.

Чтобы обеспечить ультразвуковой контроль деталей сложной конфигу­рации, необходимо фиксировать нор­мальные или наклонные искатели в строго определенном месте контакт­ной поверхности. Для этого рекомен­дуется изготавливать специальные фиксирующие приспособления, обес­печивающие ввод УЗК в тело детали в строго определенном направлении с учетом геометрических особенностей контрольного участка и характера искомого дефекта (рис. 2.8).

В некоторых случаях при отсутст­вии доступа к участкам возникнове­ния дефектов бывает целесообразно использовать побочные поверхности деталей, которые могут способство­вать преломлению падающих на них колебаний в необходимом по отноше­нию к дефекту направлении. Влияние формы импульса и его частоты на распределение отражений от дефек­та и рассеянной энергии носит весьма сложный характер. Однако для полу­чения достаточного по амплитуде от­ражения от дефекта колебания долж­ны иметь длину волны по крайней ме­ре одного порядка с размерами де­фекта. Следовательно, для обнару­жения небольших дефектов частоту следует увеличивать.

Рис. 2.7. Схема искателя с локальной ванной: 1 — пьезоэлемент;   2 — корпус;   3 — иммерсионная жидкость; 4 — эластичная мембрана; 5 — изделие

Рис. 2.8. Положение прямого (а) и наклонного (б) искателей при ультразвуковом контроле барабанов:

1 — ограничитель; 2 — искатель; 3 — трещина

При контроле деталей использует­ся ряд методов акустической дефек­тоскопии. При контроле по методу прошедшего излучения (теневом) УЗК, как правило, вводятся с одной стороны, а принимаются с другой (рис. 2.9, а), а в зеркальном варианте (рис. 2.9, б) вводятся и принимаются с одной стороны, так как УЗК, встре­тившие на пути дефект в виде не­сплошности, отражаются в обратном направлении, что приводит к умень­шению амплитуды либо изменению базы УЗК, воспринимаемых прием­ным элементом искателя. В общем случае для контроля УЗК могут излу­чаться в непрерывном или импульс­ном режиме.

Развитие теневого метода связано с возможностями визуализации вол­нового поля для получения изобра­жения контролируемого участка де­талей, изготовленных из оптически непрозрачных материалов.

Метод отраженного излучения (эхо-метод) получил в настоящее время наибольшее распространение. При испытаниях по этому методу в изделие через связывающую среду вводится направленный импульс УЗК- Ультразвуковые волны отража­ются от противоположной поверхно­сти изделия, и отраженный сигнал (эхо-сигнал, или "донный" импульс) воспринимается преобразователем (рис. 2.10).

Излучающий преобразователь можно одновременно использовать в качестве приемника сигналов. Нали­чие в изделии дефекта (несплошно­сти) сопровождается возникновени­ем отраженного сигнала. Интервал между вводом в изделие начального импульса и приемом отраженного сигнала измеряется и наблюдается на экране дефектоскопа. Об очерта­ниях дефекта можно судить на осно­вании положения и амплитуды отра­женного от него импульса.

Рис. 2.9. Методы акустического контроля объекта А

Резонансный метод основан на ре­гистрации параметров резонансных колебаний, возбуждаемых в контро­лируемом объекте. Метод позволяет, определяя резонансные частоты сис­темы, измерить толщину изделий в контролируемой зоне, обнаружить некоторые дефекты в этой зоне. При контроле резонансным методом для возбуждения преобразователя ис­пользуют настраиваемый генератор переменной частоты. Если изделие имеет толщину, соответствующую резонансным частотам в пределах диа­пазона настройки 'генератора, то в момент прохождения резонансных частот изделие будет вибрировать в резонанс с искателем, что приведет к увеличению энергии, выделяемой преобразователем. Это увеличение энергии можно измерить. Резонанс при подобных испытаниях наступает в том случае, если толщина изделия равна целому числу полуволн упру­гой акустической волны. Наибольшее практическое применение резонанс­ный метод нашел при контроле пая­ных, клеевых и клеемеханических со­единений.

рис. 2.10. Схема акустического контроля объек­та А по методу отраженного излучения: 1 — начальный импульс; 2 — импульс от дефекта; 3 — донный импульс; 4 — многократно отраженные им­пульсы; τ — временной интервал

В последнее время получает рас­пространение метод акустической эмиссии. Первые работы в области применения явлений акустической эмиссии для контроля твердых тел относятся к 60-м годам. В настоящее время этот метод привлекает внима­ние исследователей и практиков и яв­ляется одним из наиболее динамично развивающихся. Метод успешно при­меняется для контроля сосудов высокого давления, тонкостенных оболо­чек и т. д. Соответствующая аппара­тура начинает использоваться Дли контроля и управления нёк6тдръ1ми технологическими процессами.

Интерес к методу акустической эмиссии обусловлен прежде всего тем, что он позволяет определить на­личие, величину и месторасположе­ние развивающихся микротрещин, причем дистанционно со значитель­ным быстродействием.

Акустическая эмиссия — это явле­ние распространения в твердом теле волн упругой деформации вследст­вие освобождения энергии при пла­стической деформации или разруше­нии (изломе) локального объема. Акустическая эмиссия в металле представляет собой волны упругой деформации небольшой амплитуды, создаваемые дискретными (разрыв­ными, прерывистыми) движениями, которые сопутствуют неупругой де­формаций и развитию трещины. Вол­ны упругой деформации, являющие­ся результатом деформации или раз­вития источников разрушения, обна­руживаются как небольшие смеще­ния на поверхности контролируемого объекта. Явления акустической эмиссии возникают и при внешнем трении сопряженных поверхностей, а также при технологической обработ­ке поверхностного слоя деталей.

Обнаружение волн акустической эмиссии осуществляется непосредст­венно присоединением пассивных пьезоэлектрических датчиков к по­верхности, преобразования и считы­вания быстрых электрических им­пульсов, вызванных смещением чув­ствительного элемента датчика в ви­де ряда одиночных импульсов или ко­личества энергии. Принятые импуль­сы или сигналы имеют сравнительно высокую частоту в пределах 100 кГц до 1 МГц и более.

Вследствие относительно высокого коэффициента усиления (вплоть до 10⁶ — 10⁷), требуемого для определе­ния акустической эмиссии (10⁴ — 10⁵ одиночных импульсов за 1 с^-1), возни­кает возможность анализа механизмов разрушения на атомном уровне. Энергия сигналов акустической эмиссии мала.

Можно отметить следующие зави­симости параметров акустической эмиссии:

при возникновении участков пла­стической деформации объемом V_р

N=dV_p

где N — общее число импульсов акустический эмиссии; d — константа;

при возникновении и скачкообраз­ном развитии в образце трещины

N=dk^q

где k — коэффициент интенсивности напряже­ний в устье трещины; d и q — константы.

Уравнения подтверждают, что ме­тод акустической эмиссии можно применять не только для обнаруже­ния, но и для слежения за образовав­шейся микротрещиной, а также для оценки момента ее субкритического роста. Причем, если сигналы акусти­ческой эмиссии принимаются одно­временно двумя или несколькими датчиками в результате измерения разности во времени прихода волн на­пряжений, можно определить коор­динаты источника акустической эмиссии.

Аппаратура для неразрушающего контроля эмиссионным методом со­держит чувствительные высокоча­стотные преобразователи, фильтры для устранения фоновых посторон­них шумов, усилители с высоким ко­эффициентом усиления и малым уровнем собственных шумов, выход­ные устройства (регистраторы, счет­но-решающие устройства и т. п.).

Магнитные методы неразрушаю­щего контроля. Эти методы основаны на принципе "магнитного рассея­ния". Основные виды магнитных ме­тодов НК: магнитопорошковый, магниторезисторный (магнитоферрозондовый), магнитографический. В усло­виях авторемонтного производства наибольшее применение получил магнитопорошковый метод.

Магнитопорошковый метод (метод магнитных частиц) основан на обнаружении магнитных полей рассеяния при помощи ферромагнитных порош­ков. Он широко используется на авто­ремонтных предприятиях для обна­ружения дефектов в виде нарушения сплошности на ферромагнитных де­талях как выходящих на поверхность (видимых), так и лежащих на неболь­шой глубине под поверхностью (до 3 мм в зависимости от характера де­фекта, режима и способа контроля). Магнитопорошковым методом наи­более просто определяют закалоч­ные, термические, шлифовочные, усталостные и усадочные трещины, неметаллические включения, ковочные дефекты и т. п. в виде нарушения сплошности с шириной раскрытия 0,001—0,03 мм и глубиной 0,01 — 0,04 мм. При контроле используют как обычные, или окрашенные, фер­ромагнитные порошки, так и магни­толюминесцентные — для контроля деталей, имеющих темную, а также блестящую поверхность.

Магнитопорошковый метод вклю­чает в себя три основных этапа: на­магничивание материала, нанесение магнитных частиц и размагничива­ние. Магнитные частицы (индикатор­ная среда) могут использоваться ли­бо взвешенными в воздухе (сухими), либо взвешенными в жидкости. Взвесь порошка в жидкости называ­ется магнитной суспензией и исполь­зуется чаще.

Если дефект поверхностный или расположен близко к поверхности, то на его месте при намагничивании воз­никает пара магнитных полюсов, удерживающих на поверхности нане­сенные магнитные частицы (поро­шок). В результате образуется изо­бражение контура дефекта, опреде­ляющее его расположение и протя­женность. Состояние поверхности контролируемого изделия сущест­венно влияет на обнаружение дефек­тов Магнитопорошковым методом (особенно это относится к подповерх­ностным дефектам). Поверхность должна быть чистой, сухой и свобод­ной от коррозии.

Магнитопорошковый метод допускает контроль деталей после окси­дирования, окраски или нанесения металлического покрытия (цинкова­ние, кадмирование, хромирование). Если толщина покрытия более 30 м к м, при контроле могут быть вы­явлены только грубые дефекты. По­верхностные дефекты, как правило, вызывают образование порошковых рисунков с резкими очертаниями, подповерхностным дефектам обычно соответствуют рисунки с менее рез­кими очертаниями.

Напряженность поля рассеяния от дефектов определяется различными факторами: величиной намагничива­ния, магнитной проницаемостью ма­териала и формой изделия, формой, размером, расположением и ориен­тацией дефектов.

После магнитного контроля необ­ходимо снять остаточное намагничи­вание (магнитное поле может вы­звать ошибки в показаниях компаса и других чувствительных электриче­ских приборов, а также интенсифици­ровать процессы поверхностного раз­рушения контактирующих деталей). Для этого изделие подвергают дейст­вию переменного магнитного Поля, непрерывно уменьшающегося по ве­личине.

Применяют три способа намагни­чивания детали.

1. Циркулярное намагничивание (рис. 2.11, а), когда через деталь или

проводник, на который надета испы­туемая деталь, пропускают ток. При этом создается магнитное циркуляр­ное поле, плоскость которого перпен­дикулярна направлению тока, проте­кающего по детали или проводнику. Метод удобен при контроле деталей малого диаметра и большой длине с продольными дефектами.

2. Продольное намагничивание (рис. 2.11, б), когда деталь помещают между полюсами электромагнита или в поле соленоида. Метод эффек­тивен при контроле деталей из магнитотвердых материалов с коэрцитив­ной силой около 795 А/м.

3. Комбинированное намагничива­ние (продольное и циркулярное), что позволяет контролировать детали с любой ориентацией дефектов.

Применяют также намагничива­ние в приложенном магнитном поле (рис. 2.И, в), когда контроль осуще­ствляется без вынесения детали из поля электромагнита. Этот метод пригоден для контроля магнитомягких материалов. Для намагничива­ния используется постоянный, пере­менный, однополупериодный вы­прямленный и импульсный токи, при­чем интенсивность магнитного поля зависит от значения тока. Напряже­ние источника тока должно быть низ­ким в целях безопасности работы и сведения к минимуму возможности повреждения изделия.

Рис. 2.11. Способы намагничивания деталей:

а — циркулярное: 1 — магнитные силовые линии; 2 — продольная трещина (обнаруживается); 3 — трещина под углом 45° (обнаруживается); 4 — поперечная трещина (не обнаруживается);

6 — продольное; 1 — поперечная трещина (обнаруживается); 2 — магнитные силовые линии; 3 — соленоид; 4 — трещина под углом 45° (обнаруживается); 5 — продольная трещина (не обнаруживается);

а — приложенным магнитным полем: / — наконечник;2 — переходный фланец;3 — магнит;4 — соединитель­ная штанга; 5 — контролируемая цапфа

Постоянный ток создает магнитное поле, глубоко проникающее в ме­талл. Действие магнитного поля, со­здаваемого высокочастотным пере­менным током, ограничено в силу по­верхностного эффекта лишь наруж­ными слоями металла. Поэтому пере­менный ток находит наибольшее при­менение при выявлении поверхност­ных дефектов.

Напряженность намагничивающе­го поля подбирают такой, чтобы она соответствовала магнитным свойст­вам и размерам исследуемой детали. При циркулярном намагничивании напряженность на поверхности дета­лей различных конфигураций обычно составляет 75 — 130 Э, при продоль­ном намагничивании 140 — 200 Э, а при контроле в приложенном поле 20 — 40 Э.

Чаще всего используют циркуляр­ное намагничивание. При этом режи­мы намагничивания можно рассчи­тывать по следующим формулам:

при циркулярном намагничивании деталей цилиндрической формы ток в амперах

/ = HD_Д / 4 = 0,25 HD_Д.

где Н — напряженность магнитного поля на поверхности детали, Э; D_Д— диаметр детали, мм; 0,25 — переводной коэффициент;

при циркулярном намагничивании крупных деталей кольцевой или ци­линдрической формы с применением гибкой тороидной обмотки ток в ам­перах

/ = HD_к / 4ω = (0,25/ ω) HD_к.= (0,25

где Н — число витков обмотки; D_к — диаметр кольца, мм;

при циркулярном намагничивании деталей, имеющих вид тонких пла­стин или дисков, ток в амперах

I=HB/2π=0.16HB

где В — ширина пластин или диаметр диска, мм.

Индикаторная среда, используе­мая при "сухом" методе контроля, представляет собой размельченный ферромагнитный порошок, обладаю­щий высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивностью. При приготовлении окрашенных магнит­ных порошков рекомендуется приме­нять мелкие железные порошки ПЖ10М —ПЖ50М. После нанесе­ния на поверхность лишний порошок удаляют слабой струей воздуха.

При "влажном" методе контроля индикаторной средой служат тонко ­размельченные частицы черной или красной окиси железа, взвешенные в легких маслах (или в керосино-масляных смесях) или в воде. В воду до­бавляют бихромат калия ( 5 г/л), кальцинированную соду( 10 г/л)и эмульгатор ОП-7 или ОП-10(5 г/л), Эту суспензию наносят на поверх­ность контролируемого изделия набрызгиванием либо погружением.

Иногда вместо обычного магнитно­го порошка используют магнитно-люминесцентные или флуоресцирующие порошки. Применение флуорес­цирующих магнитных порошков об­легчает контроль изделий и обеспечи­вает более высокую чувствитель­ность, особенно при выявлении под­поверхностных дефектов. Приготовленный магнитный порошок или суспензия подвергается контролю по специальной методике. Важным показателем качества магнитной суспензии является концентрация магнитного порошка (10 — 30 г/л).

Для проведения контроля деталей методом магнитного порошка могу! применяться различные дефектоскопы. Все они, как правило, содержа! устройства: для закрепления объекта испытания (или устройств для намагничивания), для намагничивания различных типов, для нанесения индикаторной среды (ванны для окунания, насосы, вместимости и т. д.), для размагничивания и обзора поверхности.

Например, в ремонтном производстве широко используют магнитные дефектоскопы типа УМДЭ различной мощности. Дефектоскопы этой серии позволяют осуществлять полный цикл магнитного контроля. Электронно-ионное управление дефектоскопов УМДЭ обеспечивает включение и выключение тока, главное его регулирование (намагничивающий ток может достигать 1700 А при максимальной напряженности магнит­ного поля до 7000 Э), выпрямление тока и ограничение времени его дей­ствия, гарантирует стабильность ос­таточной намагниченности.

Детали можно проверять, намаг­ничивая их раздельно ,или комбини­рованно. Возможен контроль в приложенном магнитном поле и на оста­точной намагниченности. Имеются приборы для измерения тока при циркулярном намагничивании и из­мерения напряженности при про­дольном намагничивании в соленои­де. После контроля детали размагни­чивают автоматически в контактном устройстве дефектоскопов.

Основанная на визуальном наблю­дении за концентрацией частиц маг­нитного порошка магнитопорошковая дефектоскопия имеет ряд недо­статков. К ним относятся: субъектив­ность, влияние конфигурации детали на результаты контроля и др.

Радиационные методы неразруша­ющего контроля. Эти методы основа­ны на регистрации и анализе прони­кающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролиру­емым объектом. По характеру взаи­модействия физических полей с конт­ролируемым объектом радиацион­ные методы НК классифицируют на методы прошедшего излучения, рас­сеянного излучения, активационного анализа, характеристического излу­чения и автоэмиссионный; по способу получения первичной информации — на сцинтилляционный, ионизацион­ный (радиометрический), вторичных электронов, радиографический и радиоскопический методы.

При помощи радиационных мето­дов выявляют: поверхностные и глу­бинные трещины, ориентированные вдоль направления луча; раковины; рыхлоты; ликвационные зоны; неме­таллические и шлаковые включения.

Чувствительность радиационных видов неразрушающего контроля ха­рактеризуется чувствительностью в

направлении просвечивания (контра­стная чувствительность) ,и в направ­лении, перпендикулярном к просвечиванию (разрешающая ' способ­ность, детальная чувствительность). В среднем радиационными методами выявляют дефекты протяженностью в направлении просвечивания от 2 (стали) до 10 % (легкие сплавы) от толщины изделия при ширине 0,025 мм.

При использовании радиометриче­ского метода выявляемость дефекта характеризуют чувствительностью по площади или по объему дефекта (объемная чувствительность). Наи­высшая чувствительность радиомет­рического метода при контроле изде­лий большой толщины составляет 0,3 — 0,5 %, что соответствует объемной чувствительности 0,3 — 0,7 см³.

Для оценки чувствительности ра­диационного контроля широко используют эталоны чувствительности, чаще всего стандартные эталоны — пластинки с канавками. В.зависимо­сти от ионизирующего излучения, ис­пользуемого при контроле, наиболь­шее применение в технике на шли рент­геновский и гамма-метод.

В рентгеновском методе для инди­кации внутренних дефектов в матери­алах и изделиях, их местонахожде­ния, формы и размеров используют рентгеновское тормозное, или харак­теристическое излучение, которым просвечивается объект контроля.

При ионизационном (радиометри­ческом) методе контроля объект про­свечивают узким пучком излучений, который последовательно перемеща­ется по контролируемым участкам (рис. 2.12). Излучение, прошедшее че­рез контролируемый участок, преоб­разуется детектором, на выходе кото­рого возникает электрический сиг­нал, пропорциональный интенсивно­сти излучения. Электрический сиг­нал через усилитель поступает на ре­гистрирующее устройство. Радио­метрический метод обладает высо­кой производительностью и может быть легко автоматизирован. Однако при помощи этого метода трудно судить о характере и форме дефектов, а также невозможно определить глу­бину их залегания.

В гаммадефектоскопии в качест­ве средства испытания использует­ся излучение радиоактивных изотопов.

Источник излучения выбирается в зависимости от материала объекта контроля и его толщины (табл. 2.4).

Основные разновидности метода (гаммаграфия, радиометрический и флуороскопический) аналогичны ме­тодам рентгенодефектоскопии. При нейтронном методе в качестве сред­ства испытаний используется нейт­ронное излучение. Обладая большой проникающей способностью нейт­ронное излучение позволяет просве­чивать большие толщины исследуе­мых материалов. Методы нейтронной дефектоскопии находятся пока в ста­дии разработки. В отдельную разно­видность выделились методы радиа­ционной толщинометрии. Для этой цели используют рентгеновское, γ и β-излучения.

Выбор оборудования для радиаци­онного контроля определяется: плот­ностью и толщиной материала конт­ролируемого изделия, скоростью проведения контроля, конфигура­цией контролируемой детали или из­делия, технологическими особенно­стями контроля.

Промышленность выпускает об­ширную номенклатуру средств ради­ационного контроля, имеющих самые различные характеристики. К наибо­лее универсальным относятся рент­геновские аппараты РАП 150/300 (стационарный), РИ-10Ф, РУП-100-10(передвижной), РИ-10ФП (полевой рентгеновский флюорограф) и др. В автоматическом рентгеновском флюорографе РИ-10ФП в качестве рент­геновского преобразователя исполь­зуется монокристаллический экран. Изображение контролируемого уча­стка автоматически регистрируется фотокамерой. Для γ -дефектоскопии используют аппараты типа РИД, ГУП, Гаммарид и др. Для просмотра промышленных рентгеновских негативов, рекомендуется использовать негатоскопы (например, ОД-10Н).

                                                                            1 — источник излучения; 2 и 4 — коллиматоры; 3 — контролируемый объект; 5 — сцинтилляционный чув­ствительный элемент; 6 — фотоумножитель; 7 — уси­литель; 8 — регистрирующее устройство
Рис. 2.12. Схема радиометрического метода контроля:

Значительные успехи достигну­ты в области создания рентгенотелевизионных интроскопов—приборов "внутривидения". В электронно-оп­тических рентгеновских интроскопах используется преобразование рент­геновского излучения, прошедшего через контролируемый объект, в оп­тическое изображение, наблюдаемое на выходном экране. В рентгенотелевизионных интроскопах это изобра­жение передается на телевизионный экран.

Дефектоскопическая чувствитель­ность таких приборов составляет обычно от 0,7 до 4 % (в зависимости от толщины контролируемого материа­ла и его марки), разрешение около 0,5 пар линий/мм, диаметр поля контро­ля от 40 до 200 мм.

Безопасность труда при радиаци­онной дефектоскопии должна отве­чать сложному комплексу требова­ний. Она включает в себя защиту оттока высокого напряжения, газов, ог­ня, ионизирующих излучений, в том числе от рассеянного излучения.

Таблица 2.4. Источники излучения в зави­симости от материала детали

За­щита от ионизирующих излучений обеспечивается экранированием при помощи защитных материалов(свинца, свинцового стекла, свинцовой ре­зины, вольфрама, железа, барита), соблюдением безопасного расстоя­ния, предельно коротким временем пребывания в зоне излучений. Без­опасности труда при радиационном контроле уделяется особое внимание. Меры защиты и предупреждения по­ражения ионизирующими излучения­ми детально разработаны и должны неукоснительно соблюдаться.

Капиллярные методы неразруша­ющего контроля (методы проникаю­щих жидкостей). Эти методы основа­ны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных дефектов и регистра­ции индикаторного рисунка.

По способу получения первичной информации капиллярные методы делят на следующие:

цветной (хроматический) метод, ос­нованный на регистрации цветного контраста индикаторной жидкости или газа и фона поверхности контро­лируемого объекта;

люминесцентный метод, основан­ный на регистрации параметров флу­оресцирующей индикаторной жидко­сти, проникающей в полости дефек­тов при облучении ультрафиолетовы­ми лучами;

люминесцентно-цветной метод, ос­нованный на регистрации парамет­ров флуоресцирующей индикатор­ной жидкости, проникающей в поло­сти дефектов в видимом свете или при облучении ультрафиолетовыми лучами;

метод фильтрующихся частиц, ос­нованный на регистрации яркостного и цветового контрастов, скопления индикаторных частиц в зоне дефекта на поверхности контролируемого объекта;

яркостный (ахроматический) ме­тод, основанный на регистрации яркостного контраста индикаторной

жидкости или газа и фона поверхно­сти контролируемого объекта.

При ремонте наибольшее распро­странение получил и первые три мето­да, которые применяют для опреде­ления поверхностных дефектов типа трещин, пор, рыхлот, неспаев, волосо­вин и т. п. на поверхностях деталей. Выявляются трещины шириной рас­крытия 0,001 мм и более и глубиной 0,01 мм и более.

Сущность капиллярных методов заключается в следующем. На пред­варительно очищенную контролируе­мую поверхность детали наносят жидкость с большой смачивающей способностью и большим капилляр­ным давлением, которое заставляет жидкость проникать в мельчайшие поверхности трещины и поры (рис. 2.13). Скорость затекания жидкости в полость дефекта определяется по­верхностным натяжением, углом смачивания и вязкостью жидкости. Заполнение полостей дефектов мо­жет происходить при пониженном давлении в полостях (вакуумный ме­тод), при воздействии на проникаю­щую жидкость повышенного давле­ния или ультразвуковых колебаний (компрессионный и ультразвуковой методы), при статическом нагружении объекта контроля {в пределах уп­ругости) с целью раскрытия трещины (деформационный метод).

В проникающую жидкость в каче­стве индикатора добавляют либо краситель (при цветном методе), ли­бо люминесцирующую добавку — люминофор (при люминесцентном методе). После проникновения жид­кости в капиллярные дефекты {для чего деталь выдерживают в проника­ющей среде некоторое время) избы­ток жидкости, остающийся на повер­хности, удаляют. Какая-то часть про­никающей жидкости с введенным в нее красителем или люминофором остается в дефекте. Далее на поверх­ность детали наносят проявляющий слой (проявитель), например поро­шок с большой абсорбирующей спо­собностью. Нанесенное на поверх­ность вещество абсорбирует оставшуюся в дефекте жидкость и при этом либо окрашивается в яркий цвет кра­сителя в месте расположения дефек­та (при цветном методе), либо смачи­вается жидкостью с люминесцирующей добавкой, которая при облуче­нии ультрафиолетовыми лучами на­чинает флуоресцировать.

Чувствительность капиллярных методов дефектоскопии зависит от следующих факторов: выбора краси­телей или люминофора, смачиваю­щей способности основного компо­нента, свойств абсорбирующего ве­щества и качества подготовки повер­хности детали. Методики цветного, люминесцентного и люминесцентно-цветного контроля отличаются неко­торыми особенностями.

При цветном контроле деталь или часть ее поверхности перед началом обработки проникающей жидкостью очищают от лакокрасочных покры­тий, масла, стружки и других загряз­нений. Применять механические ме­тоды очистки не следует, так как при этом в результате контактных дефор­маций поверхностного слоя вскрытие дефектов может существенно умень­шиться. Проникающая жидкость с добавкой красителя (индикаторная краска) наносится на поверхность де­тали кисточкой или погружением де­тали в жидкость. После выдержки в течение 5 — 10 мин жидкость удаля­ют с поверхности водой либо раство­рителем в зависимости от применяе­мых дефектоскопических материа­лов.

После очистки поверхности детали на нее напылением или мягкой кис­точкой наносят слой белой проявляю­щей смеси. Через 15 — 20 мин на бе­лом фоне в местах расположения де­фектов появляются характерные яр­кие полоски или пятна. Трещины об­наруживаются в виде тонких линий, степень яркости которых зависит от глубины трещин. Поры проявляются в виде точек различной величины, а межкристаллитная коррозия — в ви­де тонкой сетки. Очень мелкие дефек­ты можно наблюдать через лупу или в бинокулярный микроскоп. По окончании контроля проявляющую смесь удаляют с поверхности, протирая де­таль ветошью, смоченной в раствори­теле, затем просушивают.

Рис. 2.13. Схема капиллярной дефектоскопии: а. — нанесение индикаторной жидкости; б — удаление излишков жидкости; в — нанесение проявляюще смеси; г — наблюдение индикаторного рисунка

Дефектоскопические материалы применяют комплектно. В комплект входят индикаторная (проникающая) жидкость, очищающая жидкость, про­являющая краска (проявитель). При­меняют следующие комплекты (пер­вая буква — марка проникающей жидкости, вторая — проявителя):

Д — М и Д — В — для контроля деталей при температуре от +5 °С и выше;

Е — Г — для контроля деталей при температуре от + 5 до — 40 °С;

К — М — для контроля деталей при температуре от +50 до — 50 "С.

Дефектоскопические материалы мо­гут находиться в обычной посуде, а так­же в аэрозольных флаконах, что делает их использование особенно удобным.

При люминесцентном контроле по­сле очистки на поверхность детали наносят флуоресцирующую проника­ющую жидкость, для чего деталь по­гружают в резервуар. После нанесе­ния жидкости детали выдерживают на воздухе 5 — 10 мин, чтобы раствор мог проникнуть в микроскопические дефекты на ее поверхности. Удаляют раствор, обдувая деталь сжатым воз­духом, промывая струей воды или об­тирая ветошью, смоченной в раство­рителе. После промывки деталь про­сушивают при температуре 50 °С. Для ускорения выхода из плоскости дефекта на поверхность флуоресци­рующей жидкости поверхность опы­ляют дисперсным порошком, облада­ющим абсорбирующими свойствами (сухой проявитель), либо погружают в ванну с "мокрым" проявителем.

При использовании сухого прояви­теля обычно применяют окись маг­ния, силикагель или тальк. Опылен­ную деталь выдерживают в течение 8 — 10 мин. Продолжительность вы­держки зависит от качества адсорби­рующего порошка и характера (глу­бины) трещины. После этой операции излишки порошка удаляют. Адсорби­рующий порошок, пропитанный флу­оресцирующей жидкостью, остается лишь в местах расположения дефек­тов/Облучая деталь ультрафиолето­выми лучами, уточняют расположе­ние дефекта на темной поверхности детали в виде яркого свечения раз­личных цветов и оттенков (например, темно-зеленого, зелено-голубого в зависимости от применяемых люмино­форов).

Дефектоскопические материалы для люминесцентной дефектоскопии также применяют комплектно. Они включают проникающую индикатор­ную (люминесцентную) жидкость, очищающую жидкость и проявитель. Так, комплект "Люм-1 водосмываемый" предназначен для выявления главным образом тонких несплошностей при высокой производительно­сти труда, обеспечиваемой водоемываемостью материала. Комплект "Люм-2 с последующей эмульсификацией" предназначен для выявле­ния микроскопических и более круп­ных раскрытых на поверхности несплошностей при индивидуальном контроле деталей. Этим комплектом могут быть выявлены слабо замет­ные неровности (царапины, следы об­работки режущими инструментами и т. п.), благодаря высокой липкости люминесцирующего раствора.

Люминесцентно-цветной контроль является комбинированным мето­дом, который совмещает и расширяет возможность выявления поверхност­ных дефектов в дневном и невидимом ультрафиолетовом свете с наивыс­шей чувствительностью без примене­ния оптики (используют как исключе­ние). Этот метод позволяет усовершенствовать люминесцентный метод при помощи диффузионно-сорбционного пленочного проявления и приме­нения красной люминесценции, ис­пользовать водосмываемую индика­торную жидкость, снизить токсич­ность составов.

Люминесцентно-цветной метод об­ладает следующими особенностями:

дефекты выявляются либо по лю­минесцентному, либо по цветному способу, т. е. при ультрафиолетовом, дневном или смешанном освещении; выявляются весьма малые по рас­крытию на поверхности трещины (по­рядка 1 мкм); применяемая индика­торная жидкость сохраняет способ­ность флуоресцировать после высы­хания проявителя; смывающее веще­ство (очиститель) плохо смачивает металл, но является растворителем индикатора, что обеспечивает удале­ние последнего лишь с поверхности изделия; проявитель представляет собой нитроцеллюлозное, быстросох­нущее вещество, в которое при высы­хании переходит флуорокраситель индикаторной жидкости.

Флуорокраситель при этом сохра­няет способность люминесцировать, имеет достаточную адгезию. При на­несении пленки повышенной толщи­ны возможно ее отделение от контро­лируемой поверхности для докумен­тации результатов дефектоскопии.

Последовательность технологии контроля описываемым способом следующая:

обезжиривание поверхности рас­творителями;

нанесение проникающей индика­торной жидкости кистью или любым другим методом;

промывка детали проточной холод­ной водой с последующим притиранием марлевым тампоном, смоченным очищаемой жидкостью;

проявление дефектов нанесением ровного одинарного тонкого слоя про­явителя. Наиболее удобны для этой цели аэрозольные флаконы;

осмотр в видимом дневном свете (ДС) либо фильтрованном ультрафи­олетовом (УФС). При осмотре деталей в ДС дефекты представляются пурпурно-красны­ми следами на белом фоне. При ос­мотре в УФС дефекты имеют вид яр­ких оранжево-красных следов на тем­ном фиолетовом фоне. Наивысшая чувствительность достигается при осмотре в возможно более концентри­рованных пучках УФС (так называе­мая первая ступень чувствительно­сти). В комплект дефектоскопиче­ских люминесцентно-цветных мате­риалов входят: проникающая жид­кость, очищающая жидкость, прояв­ляющий лак. Комплекты дефекто­скопических материалов имеют сложный состав.

Все материалы для капиллярной дефектоскопии необходимо контро­лировать по специальным методи­кам. В частности, контролируется ка­чество люминесцирующих жидко­стей (интенсивность люминесценции концентрата, оценка цвета, смачива­ющая способность и критическая толщина слоя раствора, дающего лю­минесценцию), проверяется качество индикаторных жидкостей и проявля­ющих порошков. Кроме того, на ко­нечном этапе контроля необходимо проверять выявляемость эталонных дефектов. Необходимость контроля качества материалов для капилляр­ной дефектоскопии обусловлена оп­ределенной субъективностью метода, зависимостью выявляемости дефек­тов от цветного и светового контраста и даже от остроты зрения или психологического состояния наблюдателя-дефектовщика.

Вихретоковый неразрушающий контроль. Этот контроль основан на анализе взаимодействия поля вихретокового преобразователя с электро­магнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объек­те. По первичному информативному параметру методы делят на ампли­тудный, частотный, спектральный, многочастотный.

Методы, основанные на использо­вании вихревых токов, применяются для обнаружения нарушения сплош­ности, неоднородности структуры и отклонений химического состава в электропроводящих изделиях, в структуроскопии. Вихретоковые ме­тоды находят также применение при измерении толщин покрытий, листо­вых материалов и труб.

Сущность метода заключается в следующем. Когда к поверхности ме­таллического изделия подносят ка­тушку, по которой протекает пере­менный электрический ток, в металле наводятся вихревые токи (рис. 2.14). Значение наведенных вихревых токов зависит от величины и частоты пере­менного тока, электропроводности, магнитной проницаемости и формы изделия, относительного расположе­ния катушки и изделия, а также от наличия 8 изделии неоднородностей или несплошностей.

Электромагнитное поле вихревых токов по направлению противоположно наводящему.

Рис. 2.14. Схема электромагнитного неразрушающего контроля:

а — монолитный металл; б — металл с трещиной; Ф_в — возбуждающее электромагнитное поле; Фф — наведен­ное электромагнитное поле;Iф — вихревые тони; Д — глубина проникновения

В результате этого вихревые токи влияют на общее сопротивление (импеданс) катушки возбуждения, находящейся в непос­редственной близости к изделию. Оп­ределение величины и характера из­менений вносимых сопротивлений (активных и индуктивных) и является основой для обнаружения дефектов или различий в структуре материала. Зависимость сигналов преобразова­теля от параметров объекта и от ре­жима контроля выражается годогра­фами, так как сигналы представля­ются векторами на комплексной пло­скости напряжений. Годографы мо­гут быть получены теоретически или экспериментально.

Таким образом, ток, протекающий в катушке, несет информацию об из­делии, его размерах, механических и химических свойствах, а также о на­личии или отсутствии дефектов, т. е. происходит своеобразное отражение электромагнитной энергии. Харак­тер отраженного поля индуктирует в металле вихревые токи; возбуждаю­щее поле определяется в основном двумя явлениями, происходящими в испытуемом изделии: возбуждающее поле индуктирует в металле вих­ревые токи; возбуждающее поле из­меняет магнитную структуру испы­туемого изделия.

В неферромагнитных металлах происходит только первое явление, причем на результаты измерения преобладающим оказывается влия­ние второго явления.

В различных вихретоковых прибо­рах используется несколько способов возбуждения вихревых токов в объек­те: помещение объекта в катушке или катушки в объект (метод охватываю­щего или проходного преобразовате­ля), накладывание преобразователя на объект (так называемые накладные преобразователи) при помощи комби­нированных преобразователей. Кроме того, преобразователи делят на абсо­лютные и дифференциальные.

При использовании абсолютного преобразователя оценивается изме­нение полного сопротивления при

взаимодействии с конкретным участ­ком контролируемого объекта. При использовании дифференциальных преобразователей сравниваются электромагнитные характеристики двух сечений изделия или двух раз­личных изделий, одно из которых счи­тается бездефектным. Обычно преобразователи соединяют последова­тельно таким образом, чтобы при контроле бездефектного изделия вы­ходное напряжение было равно нулю. Дифференциальная схема не обладает большей чувствительностью, одна­ко позволяет отстроиться от мешаю­щих факторов, что увеличивает до­стоверность контроля.

Важной характеристикой детекти­руемых вихревых токов является глу­бина их проникновения и (рис. 2.15). Это такое расстояние от поверхности, на котором амплитуда падающей электромагнитной волны уменьшает­ся в определенное число раз (е). В со­ответствии с глубиной 6 будет изме­няться и контролируемая толщина материала изделия. Глубину проник­новения вихревых токов в зависимо­сти от частоты / катушки можно опре­делить по номограмме.

Особое внимание при контроле вихретоковым методом следует обра­тить на зазор между преобразовате­лем и образцом, наличие которого сказывается на результатах. Этот же фактор значительно ограничивает возможности метода для дефектации НК. деталей сложной конфигурации. Для уменьшения влияния зазора на показания прибора предусматрива­ются такие меры, как стабилизация зазора калиброванными прокладка­ми, использование автоматических корректирующих устройств и др. Од­нако часто и эти приемы не обеспечи­вают необходимой стабильности и до­стоверности результатов контроля. Это объективно обусловлено интегральностью выходного сигнала вихретокового преобразователя, несу­щего информацию и о электромагни­тах, и о геометрических, механиче­ских и других свойствах изделия, осо­бенно при контроле ферромагнитных сплавов. Поэтому в настоящее время разрабатывают специальные методы многопараметрового вихретокового контроля, позволяющие раздельно оценить как интересующие, так и ме­шающие факторы. К ним относятся метод измерения на нескольких час­тотах, метод гармонического анализа сигнала датчика и др.

Для проведения вихретокового контроля выпускается обширная но­менклатура приборов, например, де­фектоскопы ППД-1МУ, ВД-20Н-СТ, ВД-20Н-Д и др. Для измерения тол­щин различных покрытий использу­ются вихретоковые толщиномеры ВТ-40НЦ, ВТ-50Н в диапазоне от 0 до 10000 мкм. Помимо дефектоскопов широкого назначения, используют также специальные дефектоскопы, например ТВД ЭИТ-С1МА и некото­рые другие.

Для сортировки металлов по мар­кам, оценки качества термообработ­ки используют вихретоковые измери­тели электропроводимости (ВЭ-20И) и твердомеры (ВФ-10К).

В настоящее время промышлен­ность выпускает портативные вихре­токовые дефектоскопы или дефекто­скопические индикаторы. Масса при­боров — 150— 180 г, потребляемая мощность—120—180 мВт, источ­ник питания — батарея "Крона" или аккумуляторы типа 7Д-01. Индика­торы предназначены для оператив­ного выявления несплошностей (тре­щины протяженностью от 5 мм с ши­риной раскрытия от 0,02 мм и глуби­ной от 0,5 мм) и других дефектов в поверхностных слоях магнитных и не­магнитных металлов и сплавов. Рабо­тают приборы следующим образом (рис. 2.16). При установке датчика / на контролируемый объект в контур генератора 2 вносится дополнитель­ное комплексное сопротивление. Ре­жим работы высокочастотного (ВЧ) генератора 2 можно выбрать вблизи точки срыва генерации. Такой режим получают подбором значения обрат­ной связи в цепи генератора.

Люди также интересуются этой лекцией: Глобальная сеть Internet.

Рис. 2.15. Номограмма для определения глуби­ны б проникновения вихревых токов (по данным А. Л. Дорофеева):

/ — титановый сплав ВТЗ; 2 — нержавеющая сталь 1Х18Н9Т; 3 — АК6; 4 — медь; 5 — высоколе­гированная сталь

При прохождении датчика над тре­щиной в результате влияния вносимого сопротивления изменяется ком­плексное сопротивление, при этом уменьшается добротность контура и происходит срыв генерации. В этом случае от низкого уровня сигнала, по­ступившего через АМ-детсктор 3, срабатывает мультивибратор 4, ра­ботающий в ждущем режиме. Гене­рируемые мультивибратором им­пульсы поступают на вход индика­торного устройства, где они прослу­шиваются в головных телефонах 6. Одновременно загорается световой индикатор 5, который также сигнали­зирует о наличии дефекта.

Рис.2.16. Структурная схема вихретокового де­фектоскопического индикатора