Определение дефектоскопии. Методы и технические средства дефектоскопии материала деталей машин и элементов металлоконструкций. Методы контроля качества сварных соединений на проницаемость

Газовые

Методы с использованием проникающих сред.

Это - методы для контроля герметичности соединений в резервуарах, газгольдерах, трубопроводах и других подобных сооружениях. Различают методы течеискания и капиллярный.

Методы течеискания.

1. Испытание водой. Ёмкость наполняют водой до отметки, несколько превышающей эксплуатационную, и контролируют состояние швов. В закрытых сосудах давление жидкости можно повысить дополнительным нагнетанием воды или воздуха. Состояние шва можно также проверить сильной струей воды из брандбойта под давлением 1 ат, направленной нормально к поверхности шва.

2. Проба керосином. Благодаря малой вязкости и незначительному по сравнению с водой поверхностному натяжению керосин легко проникает через самые малые поры. Если поверхность шва с одной стороны обильно смочить керосином, а противоположную сторону заранее побелить водным раствором мела, то при наличии дефекта на светлом фоне проявятся характернвые ржавые пятна.

3. Проба сжатым воздухом. Шов с одной стороны обмазывают мыльной водой, а с противоположной обдувают сжатым воздухом под давлением 4 ат.

4. Проба вакуумом. Шов с одной стороны обмазывают мыльной водой. Затем к шву с этой же стороны приставляется металлическая кассета в виде плоской коробки без дна, но окаймленной снизу резиновой прокладкой, с прозрачным верхом. Вакуум-насосом в кассете создается небольшое разряжение.

Капиллярный метод.

На конструкцию наносят специальную жидкость (индикаторный пенетрант), которая под действием капиллярных сил заполняет полости поверхностных дефектов. Затем жидкость удаляют с поверхности конструкции. Если в жидкости был порошок, то он отфильтруется и скопится в дефектах; при использовании жидкости без порошка на конструкцию после удаления жидкости наносится проявитель - мел (в виде порошка или водной суспензии), который реагирует с жидкостью в дефектах и образует индикаторный рисунок высокой цветовой контрастности. При применении реактивов образуются даже рисунки, способные люминисцировать в ультрафиолетовых лучах и при дневном свете.

Акустические методы.

Ультразвуковой метод.

Контроль дефектов производится с помощью сквозного прозвучивания объекта. На участках без дефектов скорость ультразвуковой волны не падает, а на участке с дефектами, содержащими воздух, волна полностью затухает или скорость её заметно уменьшается.

Контроль качества сварных швов стыковых соединенийпроизводится следующим образом. Для обнаружения шлаковых включений, раковин, газовых пор, трещин, непроваров чаще всего применяют эхо-метод, когда источник и приёмник волн совмещены в одном преобразователе (поочередно происходит пуск волны и её приём). Преобразователь - призматический, позволяющий пускать и принимать волну под углом к вертикали. Перемещают преобразователь зигзагообразно вдоль сварного шва. Отражение волны от противоположной грани соединенных сваркой конструктивных элементов (скорость волны, на прямом и обратном пути которой, возможно, встретился дефект) сравнивают с эталонными отражениями (скоростями), полученными на предварительно сваренных эталонных фрагментах соединений с искусственно сделанными дефектами.

Метод акустической эмиссии основан на регистрации акустических волн в металле при его пластическом деформировании.

Регистрируя скорость движения волн, можно обнаружить накопление опасных разрушений (зоны концентрации напряжений) в процессе нагружения конструкций и их эксплуатации. Специальная аппаратура «слышит» треск металла.

Методы с использованием ионизирующих излучений.

Радиографический метод с использованиемрентгеновского или -излучения:

При просвечивании дефект спроецируется на пленку в виде затемненного пятна, по которому можно определить положение дефекта в плане и его величину в направлении, перпендикулярном направлению просвечивания. О величине дефекта в направлении просвечивания судят, сравнивая интенсивность затемнения пятна с интенсивностями затемнений, получившихся на фотопленке от прорезей разной глубины на эталоне чувствительности. Глубину залегания дефекта определяют смещением источника излучения параллельно пленке и пуском потока под новым углом к ней, как это уже описано для бетонных конструкций.

Пуск потока под новым углом преследует еще одну цель: выявить дефекты, вытянутые перпендикулярно первоначальному направлению потока, пересекаемые им по меньшему протяжению и вследствие этого оставшиеся «незамеченными».

Магнитные, электрические и электромагнитные методы.

Магнитные методы основаны на регистрации полей рассеяния над дефектами или на определении магнитных свойств контролируемых изделий. Различают методы: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, преобразователя Холла, индукционный и пондеромоторный.

Магнитопорошковый метод. Любая ферромагнитная деталь состоит из очень маленьких самопроизвольно намагниченных областей - доменов. В размагниченном состоянии магнитные поля доменов направлены произвольно и компенсируют друг друга, суммарное магнитное поле доменов равно нулю. Если деталь помещается в намагничивающее поле, то под его влиянием поля отдельных доменов устанавливаются по направлению внешнего поля, образуется результирующее магнитное поле доменов, деталь намагничивается.

Магнитный поток в бездефектной зоне распространяется прямолинейно по направлению результирующего магнитного поля. Если же магнитный поток наталкивается на открытый или скрытый дефект (прослойку воздуха или неферромагнитное включение), то он встречает большое магнитное сопротивление (участок с пониженной магнитной проницаемостью), линии магнитного потока искривляются и часть их выходит на поверхность конструкции. Там, где они выходят из конструкции и входят в неё, возникают местные полюса N, S и магнитное поле над дефектом.

Если намагничивающее поле снять, местные полюса и магнитное поле над дефектом всё равно останутся.

Наибольший возмущающий эффект и наибольшее местное магнитное поле вызовет дефект, ориентированный перпендикулярно направлению линий магнитного потока. Если через исследуемую конструкцию пропустить ток одновременно постоянный и переменный, это позволит создать переменное направление намагничивания и выявить различно ориентированные дефекты.

Для регистрации местных магнитных полей над дефектами применяют мелкоразмолотый железный сурик, окалину и т.п., выбирая цвет порошка контрастным по отношению к цвету предварительно зачищенной поверхности конструкции; порошок наносят сухим (напыление) или в виде суспензии - водной (что предпочтительнее для строительных конструкций) или керосино-масляной. Вследствие намагничивания и притягивания друг к другу частиц порошка, над дефектами он оседает в виде заметных скоплений.

Для регистрации местных магнитных полей (дефектов) в сварных швах используют магнитографический метод. Намагничивание производят соленоидом, витки которого располагают параллельно шву по обеим его сторонам; на шов накладывается магнитная лента (аналогичная применяемой в звукозаписи, но несколько большей ширины). Местное магнитное поле запишется на ленте. Прослушивают запись на звуковом индикаторе.

Феррозондовый метод основан на преобразовании напряженности магнитного поля в электрический сигнал. Перемещая два зонда по поверхности конструкции после её размагничивания, выискивают местные магнитные поля над дефектами; возникающая в этих местах электродвижущая сила зафиксируется прибором.

Эффект Холла заключается в том, что если прямоугольную пластину из полупроводника (германия, антимонита, арсенида индия) поместить в магнитное поле перпендикулярно вектору напряженности и пропустить по ней ток в направлении от одной грани к другой противоположной, то на двух других гранях возникнет электродвижущая сила, пропорциональная напряженности магнитного поля. Размеры пластины 0,7х0,7 мм, толщина 1 мм. Местные магнитные поля над дефектами выискивают, перемещая прибор по конструкции после её размагничивания.

Индукционный метод. Выискивание местных магнитных полей над дефектами в сварных швахпроизводится с помощью катушки с сердечником, которая питается переменным током и является элементом мостовой схемы. Возникающая над дефектом электродвижущая сила усиливается и преобразуется в звуковой сигнал или подаётся на самопишущий прибор или осциллограф.

Пондеромоторный метод. Через рамку прибора протекает электрический ток, образуя магнитное поле вокруг себя. Прибор устанавливают на железнодорожный рельс, подвергаемый намагничиванию внешним магнитным полем. Магнитные поля взаимодействуют друг с другом, рамка поворачивается и занимает какое-то положение. При перемещении по рельсу и обнаружении потока рассеяния над дефектом, рамка меняет первоначальное положение.

Дефектоскопия (от лат. defectus - недостаток, изъян и греч. skopeo - смотрю) - совокупность методов и средств неразрушающего контроля материалов и изделий для обнаружения в них различных дефектов. К последним относятся нарушения сплошности или однородности структуры, зоны коррозионного поражения, отклонения химического состава и размеров и др.

Важнейшие методы дефектоскопии - магнитной, электрической, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптической, радиационной, аккустической, проникающих веществ. Наилучшие результаты достигаются при комплексном использовании разных методов.

Магнитной, ультразвуковой, а также рентгеновской дефектоскопией пользуются в тех случаях, когда при внешнем осмотре детали возникает подозрение о наличии скрытого порока и когда проверка предусмотрена правилами ремнта, в частности при дефектации аппаратов, подлежащих проверке по правилам Госгортехнадзора.

Магнитная дефектоскопия основана на регистрации в местах дефектов искажений магнитного поля. Для индикации используют: магнитный порошок или масляную суспензию Fe 3 O 4 , частицы которых оседают в местах расположения дефектов (магнитно-порошковый метод); магнитную ленту (связанную с устройством для магнитной записи), накладываемую на исследуемый участок и намагничиваемую в различной степени в дефектных и бездефектных зонах, что вызывает изменения импульсов тока, регистрируемые на экране осциллографа (магнитографичный метод); малогабаритные приборы, которые при передвижении по изделию в месте дефекта указывают на искажение магнитного поля (например, феррозондовый метрд). Магнитная дефектоскопия позволяет выявлять макродефекты (трещины, раковины, непровары, расслоения) с минимальными размерами > 0,1 мм на глубине до 10 мм в изделиях из ферри- и ферромагнитных материалов (в т. ч. в металлонаполненных пластиках, металлопластах и др.).

При электрической дефектоскопии фиксируют параметры электрического поля, взаимодействующего с объектом контроля. Наиболее распространен метод, позволяющий обнаруживать дефекты диэлектриков (алмаза, кварца, слюд, полистирола и др.) по изменению электрической емкости при введении в него объекта. С помощью термоэлектрического метода измеряют ЭДС, возникающую в замкнутом контуре при нагревании мест контакта двух разнородных материалов. Метод применяют для определения толщины защитных покрытий, оценки качества биметаллических материалов, сортировки изделий.

При электростатичном методе в поле помещают изделия из диэлектриков (фарфора, стекла, пластмасс) или металлов, покрытых диэлектриками. Изделия с помощью пульверизатора опыляют высокодисперсным порошком мела, частицы которого вследствие трения об эбонитовый наконечник пульверизатора имеют положительный заряд и из-за разницы в диэлектрической проницаемости неповрежденного и дефектного участков скапливаются у краев поверхностных трещин.

Электропотенциальный метод используют для определения глубины (>> 5 мм) трещин в электропроводных материалах по искажению электрического поля при обтекании дефекта током.

Электроискровой метод , основанный на возникновении разряда в местах нарушения сплошности, позволяет контролировать качество неэлектропроводных (лакокрасочных, эмалевых и др.) покрытий с максимальной толщиной 10 мм на металлических деталях. Напряжение между электродами щупа, устанавливаемого на покрытие, и поверхностью металла составляет порядка 40 кВ.

Вихретоковая дефектоскопия основана на изменении в местах дефектов поля вихревых токов, которые наводятся в электропроводных объектах электромагнитным полем (диапазон частот от 5 Гц до 10 МГц) индукционных катушек, питаемых переменным током. Используют для обнаружения поверхностных (трещин, раковин, волосовин глубиной > 0,1 мм) и подповерхностных (глубина 8-10 мм) дефектов, определения хим. состава и структурных неоднородностей материалов, измерения толщины покрытий и др.

При радиоволновой дефектоскопии происходит взаимодействие (преимущественно отражение) с объектом контроля радиоволн длиной 1-100мм, которые фиксируются специальными приборами - радиодефектоскопами. Метод позволяет выявлять дефекты с минимальными размерами от 0,01 до 0,5 длины волны, контролировать химический состав и структуру изделий, главным образом из неметаллических материалов. Особенно широкое распространение метод получил для бесконтактного контроля проводящих сред.

Тепловая дефектоскопия позволяет обнаруживать поверхностные и внутренние дефекты в изделиях из теплопроводных материалов анализом их температурных полей, возникающих под действием теплового излучения (длины волн от 0,1 мм до 0,76 мкм).

Наибольшее применение имеет так называемая пассивная дефектоскопия (внешний источник нагревания отсутствует), например, тепловизионный метод, основанный на сканировании поверхности объекта узким оптическим лучом, а также метод термокрасок, цвет которых зависит от температуры поверхности изделия. При активной дефектоскопии изделия нагревают плазмотроном, лампой накаливания, оптическим квантовым генератором и измеряют изменение прошедшего через объект или отраженного от него теплового излучения.

Оптическая дефектоскопия основана на взаимодействии исследуемых изделий со световым излучением (длины волн 0,4-0,76 мкм). Контроль может быть визуальным или с помощью светочувствительных приборов; минимальный размер выявляемых дефектов в первом случае составляет 0,1-0,2 мм, во втором - десятки мкм. С целью увеличения изображения дефекта используют проекторы и микроскопы. Шероховатость поверхности проверяют интерферометрами, в т.ч. голографическими, сравнивая волны когерентных пучков света, отраженных от контролируемой и эталонной поверхностей.

Для обнаружения поверхностных дефектов (размер > 0,1 мм) в труднодоступных местах применяют эндоскопы, позволяющие посредством специальные оптические системы и волоконной оптики передавать изображения на расстояния до нескольких метров.

Радиационная дефектоскопия предусматривает радиоактивное облучение объектов рентгеновскими, a-, b- и g-лучами, а также нейтронами. Источники излучений - рентгеновские аппараты, радиоактивные изотопы, линейные ускорители, бетатроны, микротроны. Радиационное изображение дефекта преобразуют в радиографичный снимок (радиография), электрический сигнал (радиометрия) или световое изображение на выходном экране радиационно-оптического преобразователя или прибора (радиационная интроскопия, радиоскопия). Развивается радиационная вычислительная томография, которая позволяет с помощью ЭВМ и сканирующих поверхностьсть объекта сфокусированных рентгеновских лучей получать его послойное изображение. Метод обеспечивает выявление дефектов с чувствительностью 1,0-1,5% (отношение протяженности дефекта в направлении просвечивания к толщине стенки детали) в литых изделиях и сварных соединениях.

Аккустическая дефектоскопия основана на изменениях под влиянием дефектов упругих колебаний (диапазон частот от 50 Гц до 50 МГц), возбужденных в металлических изделиях и диэлектриках. Различают ультразвуковые (эхо-метод, теневой и др.) и собственно акустические (импедансный, акустико-эмиссионный) методы. Наиболее распространены ультразвуковые методы. Среди них самый универсальный - эхо-метод анализа параметров акустических импульсов, отраженных от поверхностных и глубинных дефектов (площадь отражающей поверхности / 1 мм 2). При так называемом теневом методе о наличии дефекта судят по уменьшению амплитуды или изменению фазы ультразвуковых колебаний, огибающих дефект. Резонансный метод основан на определении собственных резонансных частот упругих колебаний при их возбуждении в изделии; применяют для обнаружения коррозионных повреждений или утонений стенок изделий с погрешностью около 1%. По изменению скорости распространения (велосимметричный метод) упругих волн в местах нарушения сплошности контролируют качество многослойных металлических конструкций. В основе импедансного метода лежит измерение механического сопротивления (импеданса) изделий преобразователем, сканирующим поверхность и возбуждающим в изделии упругие колебания звуковой частоты; этим методом выявляют дефекты (площадью / 15 мм 2) клеевых, паяных и других соединений, между тонкой обшивкой и элементами жесткости или заполнителями в многослойных конструкциях. Анализом спектра колебаний, возбужденных в изделии ударом, обнаруживают зоны нарушения соединений между элементами в многослойных клееных конструкциях значительной толщины (метод свободных колебаний).

Акустико-эмиссионный метод, основанный на контроле характеристик упругих волн, которые возникают в результате локальной перестройки структуры материала при образовании и развитии дефектов, позволяет определять их координаты, параметры и скорость роста, а также пластическую деформацию материала; используют для диагностики сосудов высокого давления, корпусов атомных реакторов, трубопроводов и т.д.

По сравнению с другими методами акустическая дефектоскопия наиболее универсальна и безопасна в эксплуатации.

Дефектоскопию проникающими веществами подразделяют на капиллярную и течеисканием.

Капиллярная дефектоскопия (заполнение под действием капиллярных сил полостей дефектов хорошо смачивающими жидкостями) основана на искусственном повышении свето- и цветоконтрастности дефектного участка относительно неповрежденного. Метод применяют для выявления поверхностных дефектов глубиной > 10 мкм и шириной раскрытия > 1 мкм на деталях из металлов, пластмасс, керамики. Эффект обнаружения дефектов усиливается при использовании веществ, люминесцирующих в УФ лучах (люминесцентный метод), или смесей люминофоров с красителями (цветной метод). Дефектоскопия течеисканием основана на проникании газов или жидкостей через сквозные дефекты и позволяет контролировать герметичность сосудов высокого или низкого давления, многослойных изделий, сварных швов и т. д.

С помощью газовых испытаний утечки либо подсосы выявляют, определяя снижение давления (манометричный метод), создаваемого в изделиях потоком воздуха, азота, гелия, галогена или другого газа, относительное содержание его в окружающей среде (масс-спектрометричный, галогенный методы), изменение теплопроводности (катарометричный метод) и т. д.; на базе этих методов разработаны наиболее высокочувствительные течеискатели. При жидкостных испытаниях изделия заполняют жидкостью (водой, керосином, расвором люминофора) и определяют степень их герметичности по появлению капель и пятен жидкости или светящихся точек на поверхности. Газожидкостные методы основаны на создании внутри изделия повышения давления газа и погружении его в жидкость или обмазывании мест течи мыльной водой; герметичность контролируют по выделению пузырьков газа или мыльной пены. Минимальный размер выявляемого при течеискании дефекта составляет около 1 нм.

Метод люминесцентной дефектоскопии требует применения люминесцентного дефектоскопа или переносных ртутнокварцевых приборов типа ЛЮМ-1, ЛЮМ-2 и т.д. Метод основан на введении в полость дефектов люминесцентного вещества с последующим облучением поверхности детали ультрафиолетовыми лучами. Под их воздействием дефекты становятся видимыми вследствие люминесценции вещества. Метод позволяет выявлть поверхностные дефекты шириной не менее 0,02 мм в деталях любой геометрической формы.

Последовательность операций при люминесцентной дефектоскопии:

Очистка поверхности от загрязнений;

Нанесение проникающего люминесцентного состава;

Нанесение проявляющего порошка;

Осмотр детали в ультрафиолетовых лучах.

Можно применять люминесцентный: керосин - 55-75%, вазелиновое масло – 15-20%; бензол или бензин – 10-20%; эмульгатор – ОП-7 – 2-3 г/л; дефектоль зелено-золотистый – 0,2 г/л. Проявляющие порошки – углекислый магний, тальк или силикагель.

Ведомость дефектов.

После проведения подетальной дефектации составляется дефектная ведомость. В дефектной ведомости отмечается характер повреждения или износа деталей, объем необходимого ремонта с указанием вновь изготавливаемых деталей; указываются также все работы, связанные с капитальным ремонтом (разборка, транспортировка, промывка и т.д.), и работы, которыми заканчивается ремонт (подготовка, шабровка, сборка, проверка на прочность, опробование, сдача в эксплуатацию).

Карты на дефектацию и ремонт являются одним из основных технических документов дляя ремонта. В них излагаются указания по дефектации деталей. Карты располагаются в порядке возрастания нумерации сборочных единиц и деталей или по конструктивной последовательности расположения сборочных единиц.

В левом верхнем углу карты помещается эскиз детали или тенологиеского процесса. На эскизе проставляются габаритные размеры, отдельно показываются профили зубьев шестерен, шлицев, шлицевых и шпоночных пазов, кулаков и т.п. Номера позиций и места контроля выносятся от размерной стрелки и располагаются в возрастающем порядке по часовой стрелке или слева направо.

В правом верхнем углу карты приводятся данные с чертежами, характеризующие деталь.

Принят следующий порядок постороения карты:

Проставляются номера позиций дефектов, указанных на эскизе. Не указанные на эскизе дефекты детали наносятся в первую очередь без проставления позиций;

Заносятся возможные дефекты детали, образующиеся в процессе эксплуатации машины по технологической последовательности их контроля. Сначала отменяются дефекты, определяемые визуально, а затем дефекты, определяемые замерами;

Указываются способы и средства контроля дефектов;

Проставляются номинальне размеры с указанием допусков в соответствии с чертежами завода-изготовителя;

Проставляются допустимые размеры с точностью до 0,01 мм при сопряжении этой детали с новой;

Проставляются допустимые размеры, но в сопряжении с деталью, бывшей в эксплуатации;

Порядок проведения ремонта.

1. Настоящий порядок устанавливает и разъясняет особенности проведения негарантийного и гарантийного ремонта оборудования. Здесь и далее в тексте Мастер – лицо, выполняющее ремонт и несущее связанные с этим расходы, а Заказчик – лицо, сдающее оборудование в ремонт и оплачивающее этот ремонт.

2. Доставка оборудования на территорию Мастера, а также возврат оборудования из ремонта по взаимному соглашению Мастера и Заказчика может быть произведена либо Мастером, либо Заказчиком, либо иным лицом, уполномоченным Заказчиком. В случае доставки оборудования Мастером эта доставка подлежит оплате как транспортный расход (выезд Мастера) согласно действующего на момент выезда прейскуранта. Оплате подлежит как выезд для доставки оборудования в ремонт, так и выезд для возврата оборудования из ремонта.

3. Заказчик при передаче оборудования в ремонт соглашается с тем, что оборудование принимается без разборки и поиска неисправностей. Заказчик соглашается с тем, что все неисправности, обнаруженные Мастером при техническом осмотре оборудования, произошли до момента передачи оборудования Мастеру. Заказчик соглашается с тем, что Мастер может обнаружить другие неисправности, не указанные Заказчиком при передаче оборудования в ремонт.

4. Заказчик принимает на себя риск частичной утраты потребительских свойств ремонтируемого оборудования, которая может произойти после ремонта. Мастер в ходе ремонта старается не допустить потерь потребительских свойств и по возможности минимизирует риск таких потерь.

5. Работы по ремонту оборудования проводятся только после согласования с Заказчиком ориентировочной стоимости ремонта. В случае отказа Заказчика от ремонта оплате подлежит стоимость работ по диагностике неисправности.

6. Ремонт может быть четырёх категорий сложности:

7. В ходе проведения ремонта у Мастера может возникнуть необходимость в проведении косвенных операций. Это операции, непосредственно не связанные с выполнением ремонтных работ, но без выполнения которых проведение ремонта было бы невозможным или крайне затруднительным.

Это такие операции, как:

Поиск в интернете схем, мануалов, сервисных инструкций, даташитов на компоненты, изделия и блоки;

Получение конфиденциальной информации, необходимой для проведения ремонта, от изготовителей микроэлектронных изделий и компонентов;

Составление принципиальных схем, ведение электронных библиотек и баз данных;

Изготовление или приобретение специальных приспособлений, инструментов и установок для ремонта;

Разработка сервисных программ и утилит или поиск их в интернете;

Заказ отсутствующих компонентов в интернете и ожидание их поступления или покупка их в магазинах.

Косвенные операции никоим образом не касаются взаимоотношений Мастера и Заказчика и Заказчиком не оплачиваются. Это – сугубо внутреннее дело Мастера, которое оплачивается Мастером. В отношении к Заказчику косвенные операции приводят лишь к дополнительным задержкам при выполнении ремонта.

8. Стоимость блоков, деталей и узлов, заменённых в ремонтируемом оборудовании, оплачивается Заказчиком и входит в калькуляцию ремонта. Стоимость расходных материалов (спецфлюсы и другие химические вещества, провода и т.п.) входит в стоимость работ по ремонту и отдельно не оплачивается.

9. Заменённые в ходе ремонта неисправные детали, узлы и блоки выдаются Заказчику по его просьбе. За хранение этих деталей, узлов и блоков Мастер несёт ответственность в течение одних суток после выдачи Заказчику отремонтированного оборудования. По истечении суток неисправные детали, узлы и блоки утилизируются.

Физические неразрушающие методы получили широкое распространение для дефектоскопии строительных конструкций и соединений. Их применяют и при освидетельствовании и контроле продукции для выявления скрытых дефектов.

Наиболее широкое применение получили следующие методы дефектоскопии: ультразвуковые, рентгеновские, радиационные, магнитные и электромагнитные, капиллярные, радиоволновые, тепловые и оптические.

В ультразвуковых методах дефектоскопии используется свойство ультразвуковых колебаний распространяться в однородной среде и отражаться на границе двух сред или на участке нарушения сплошности. Ультразвуковые методы применяются для дефектоскопии железобетонных и металлических конструкций с целью обнаружения внутренних трещин, пустот, крупных пор, инородных включений и расслоений; используются для контроля сварных соединений из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, алюминия и его сплавов, а также пластмасс. Среди методов ультразвуковой дефектоскопии наиболее распространены теневой и импульсный эхо-метод.

Теневой метод основан на ослаблении ультразвукового импульс при наличии дефекта, образующего ультразвуковую тень, внутри конструкции. При сквозном прозвучивании элемента на экране электронно-лучевой трубки изменяется фаза колебаний и уменьшается величина сигнала, поступающего в приемную головку (рис. 4.1 а, б).

Импульсный эхо-метод заключается в посылке и отражении ультразвуковых импульсов от границы изделия или дефекта (рис. 4.1,в , г). Испытательные головки совмещенного типа выполняют поочередно функцию излучателя иприемника ультразвука. В момент посылки импульса на экране электронно-лучевой трубки возникает начальный сигнал - всплеск импульса в левом углу. Донный эхо-сигнал сдвинут вправо относительно начального на время прохождения и отражения импульса от нижней грани элемента. Если на пути импульса встретится дефект, сигнал от него отражается раньше. Высота всплеска и его расположение между начальным и донным сигналами характеризуют размеры и глубину залегания дефекта.

Рис. 4.1. Схема ультразвуковой дефектоскопии:

а - теневым методом при отсутствии дефекта; б - при наличии дефекта;

в - эхо-методом при отсутствии дефекта; г - при наличии дефекта;

Н - начальный сигнал;П - сигнал, поступающий в приемную головку;

Д - донный эхо-сигнал; Дф - сигнал от дефекта

Для ультразвуковой дефектоскопии строительных конструкций применяются и другие методы: резонансный, ударной волны, бегущей волны и свободных колебаний.

Рентгеновские и радиационные методы просвечивания контролируемых элементов рентгеновскими или гамма-лучами (рис. 4.2) и регистрации неравномерности ослабления лучей фотографическими, визуальными или ионизационными способами позволяют определить не только размеры и глубину залегания дефектов, но и их характер по степени почернения рентгеновской пленки, по визуальному сравнению контрастности изображения с эталоном чувствительности или интенсивности излучения, измеряемого ионизационным счетчиком.

Рентгеновские и радиационные методы применяются для дефектоскопии сварных соединений из металлов и пластмасс. Они позволяют выявить непровары, раковины, поры, трещины, шлаковые и газовые включения, изучить структуру металла и, определить тип кристаллической решетки.

Магнитные методы контроля основаны на регистрации магнитных полей, образующихся в зоне дефекта ферромагнитных элементов после их намагничивания (рис. 4.3). Эти методы наиболее часто применяются для контроля качества сварных швов металлических конструкций. Среди магнитных методов наибольшее распространение получили: магнитопорошковый, магнитографический, магнитоферрозондовый, индукционный и магнитополупроводниковый. Для сортировки металла по маркам и выявления внутренних дефектов разработан высокочувствительный электромагнитный метод с возбуждением вихревых токов.

Рис. 4.2. Схема рентгеновской или радиационной дефектоскопии:

1- источник излучения; 2 - диафрагма; 3 - лучи;4 - контролируемый

элемент; 5 - дефект; 6 - рентгеновская пленка; 7 - изображение дефекта на пленке

Рис. 4.3. Магнитный поток в дефектном сварном шве:

1- контролируемый элемент; 2 - сварной шов;

3 - дефект; 4 - магнитные линии; 5 - электромагнит

Капиллярные методы дефектоскопии связаны с проникновением индикаторной жидкости в поверхностные дефекты сварных конструкций из металлов и пластмасс.Эти методы можно разделить на три вида: 1) цветной с применением индикаторной жидкости, дающей красный рисунок дефекта на белом фоне проявителя; 2) люминесцентный с применением люминесцентной жидкости, высвечивающейся под действием ультрафиолетовых лучей; 3) люминесцентно-цветной, позволяющий выявлять дефекты при дневном свете и в ультрафиолетовом свете без применения оптических приборов.

В качестве индикаторных жидкостей применяются различные люминофоры, например Люм-6 или раствор, состоящий из керосина (объемная доля 50 %), бензина (25 %), трансформаторного масла (25 %), анилинового или другого красителя (0,03 %). Удобнее применять жидкости в аэрозольной упаковке. Методика капиллярной дефектоскопии включает: обезжиривание контролируемой поверхности; нанесение индикаторной жидкости с последующим удалением ее излишков; нанесение проявляющей жидкости или сухого проявителя; расшифровки результатов контроля.

Радиоволновые методы дефектоскопии основаны на применении радиоволн сверхвысокой частоты - СВЧ диапазона. Эти методы применяются для контроля качества изделий малой толщины из пластмасс, древесины и бетона.

Радиоволновый контроль осуществляется методами отраженного излучения (эхо-метод) или прошедшего излучения (теневой метод) и позволяет фиксировать в изделии наиболее мелкие дефекты и характер их развития во времени по изменению фазы, амплитуды или особенностям поляризации радиоволн.

Тепловые методы контроля базируются на изменении характера тепловых контрастов при наличии в элементе дефектов. Измерение излучаемого или отражаемого тепла производят инфракрасными радиометрами. Тепловые изображения изучаемого объекта могут быть преобразованы и в видимые при использовании для этого жидкокристаллических соединений, что позволяет применять тепловые методы для качественной оценки контролируемых изделий.

Оптические методы, основанные на регистрации светового или инфракрасного излучения, обладают меньшей чувствительностью по сравнению с радиоволновыми. Однако появление лазеров позволило использовать их для высокоточных измерений.

Голография- это метод получения изображения объекта, основанный на интерференции когерентных волн. Когерентными называют волны одинаковой длины, разность фаз которых не изменяется во времени.

Методами голографии можно зафиксировать как амплитуду, так и фазу колебания, а затем воспроизвести их в любой момент времени в виде голограммы. Для этого луч лазера направляют на исследуемый элемент. Рассеиваемый лазером свет попадает на фотографическую пленку. На нее же отражается и часть световых волн непрозрачным зеркалом (рис. 4.4). За счет наложения световых волн на фотопленке возникает интерференционная картина элемента, остающаяся неизменной, если его положение не меняется. Если полученную голограмму осветить лучом лазера такой же частоты, которая была принята при первоначальном наблюдении, получим восстановленное голографическое изображение элемента. Наложение на исследуемый элемент силового, ультразвукового, теплового или радиоволнового поля приводит к изменению интерференционной картины на голограмме.

Методами голографии можно измерять деформации элемента и фиксировать мельчайшие структурные изменения в материалах. При сопоставлении эталонных голограмм бездефектных изделий с полученными для контролируемых элементов с большой точностью обнаруживаются имеющиеся дефекты.

Рис. 4.4. Схемы:

а - получение галограммы; б - воспроизведение галограммы;

1- лазер; 2 - исследуемый элемент; 3 - зеркало;

4 - голограмма; 5 - воспроизведение элемента; 6 - наблюдатель

ЛЕКЦИЯ 5. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

1. Дефектоскопия - это комплекс физических методов, позволяющих осуществить контроль качества материалов, полуфабрикатов, деталей и узлов автомобилей без их разрушения. Методы дефектоскопии позволяют оценить качество каждой отдельной детали и осуществить их сплошной (100 %) контроль.

Задачей дефектоскопии, наряду с обнаружением дефектов типа трещин и другие нарушений сплошности, является контроль размеров отдельных деталей (как правило, при одностороннем доступе), а также обнаружение не герметичности в заданных зонах. Дефектоскопия является одним из методов обеспечения безопасной эксплуатации автомобилей; объём и выбор вида дефектоскопии зависят от условий его эксплуатации.

2. Методы дефектоскопии основаны на использовании проникающих излучений (электромагнитных, акустических, радиоактивных), взаимодействия электрических и магнитных полей с материалами, а также явлений капиллярности, свето- и цветоконтрастности. В зонах расположения дефектов в материале вследствие изменения структурных и физических характеристик материала изменяются условия его взаимодействия с указанными излучениями, физическими полями, а также с веществами, наносимыми на поверхность контролируемой детали или вводимыми в её полость. Регистрируя с помощью соответствующей аппаратуры эти изменения, можно судить о наличии дефектов, представляющих собой нарушение целостности материала или однородности его состава и структуры, определить их координаты и оценить размеры. С достаточно высокой точностью возможно также измерение толщин стенок полых деталей и нанесённых на изделия защитных и другие покрытий.

В современной практике автомобилестроения и автомобильного сервиса нашли применение следующие методы дефектоскопии материалов, полуфабрикатов, деталей и узлов.

Оптические методы - это методы, осуществляемые визуально (для обнаружения поверхностных трещин и других дефектов размерами более 0,1…0,2 мм) или с помощью оптических приборов - эндоскопов (рис. 1), позволяющих обнаруживать аналогичные дефекты размерами более 30…50 мкм на внутренних поверхностях и в труднодоступных зонах. Оптические методы обычно предшествуют другим методам и используются для контроля всех деталей авиационных конструкций на всех стадиях изготовления и эксплуатации.

Рис. 1.

Обследование эндоскопом применяют, например, для поиска трещин с внутренней стороны лонжеронов автомобильных рам.

Радиационные методы, использующие рентгеновское, гамма- и другие (например, электроны) проникающие излучения различных энергий, получаемые с помощью рентгеновских аппаратов, радиоактивных изотопов и других источников, позволяют обнаруживать внутренние дефекты размерами более 1…10 % от толщины просвечиваемого сечения в изделиях толщиной (по стали) до 100 мм (при использовании рентгеновской аппаратуры) и до 500 мм (при использовании быстрых электронов). Радиационные методы используются для контроля литых, сварных и других деталей авиационных конструкций из металлических и неметаллических материалов, а также для контроля дефектов сборки различных узлов (рис. 2).

Рис. 2.

В автомобильной промышленности радиационную дефектоскопию используют для контроля качества гильз и поршней.

Радиоволновые методы основаны на изменении интенсивностей, сдвигов по времени или фазе и других параметров электромагнитных волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов при распространении их в изделиях из диэлектрических материалов (резина, пластмассы и другие). На глубине 15…20 мм возможно обнаружение расслоений площадью более 1 см 2 .

В автомобилестроении радиоволновым методом измеряют толщину диэлектрических покрытий

Тепловые методы - это методы, использующие инфракрасное (тепловое) излучение нагретой детали для обнаружения неоднородности её строения (несплошность в многослойных изделиях, в сварных и паяных соединениях). Чувствительность современной аппаратуры (тепловизоров, рис. 3) позволяет зарегистрировать разность температур на поверхности контролируемой детали менее 1 °С.

Рис. 3.

В автомобилестроении тепловые методы используют для контроля качества сварных швов, например, при сварке ресиверов пневматической тормозной системы.

Магнитные методы основаны на анализе магнитных полей рассеяния, возникающих в зонах расположения поверхностных и подповерхностных дефектов в намагниченных деталях из ферромагнитных материалов. В оптимальных условиях, при расположении дефекта перпендикулярно направлению намагничивающего поля, могут быть обнаружены достаточно тонкие дефекты, например, шлифовочные трещины (в стали) глубиной 25 мкм и раскрытием 2 мкм. Магнитными методами можно также измерять с погрешностью, не превышающей 1…10 мкм, толщину защитных (немагнитных) покрытий, нанесённых на деталь из ферромагнитного материала (рис. 4).

В автомобилестроении и автомобильном сервиса магнитную дефектоскопию используют для контроля качества шлифовки ответственных деталей, например, шеек коленчатых валов.

Акустические (ультразвуковые) методы - это методы, использующие упругие волны широкого диапазона частот (0,5…25 МГц), вводимые в контролируемую деталь под различными углами. Распространяясь в материале детали, упругие волны затухают в различной степени, а встречая дефекты, отражаются, преломляются и рассеиваются. Анализируя параметры (интенсивность, направление и другие) прошедших и (или) отражённых волн, можно судить о наличии поверхностных и внутренних дефектов различной ориентировки размерами более 0,5…2 мм 2 . Контроль может быть проведён при одностороннем доступе.

Рис. 4.

Возможно также измерение с погрешностью не более 0,05 мм толщины полых изделий (ограничениями являются значительная кривизна поверхности детали и сильное затухание ультразвуковых волн в материале). Акустическими методами (на низких частотах) могут быть обнаружены расслоения площадью более 20…30 мм 2 в клеёных и паяных конструкциях с металлическим и неметаллическим заполнителем (в том числе с сотовым), в слоистых пластиках, а также в плакированных листах и трубах. Используя так называемый метод акустической эмиссии, можно обнаружить в нагруженных элементах автомобильных агрегатов развивающиеся (то есть наиболее опасные) трещины, выделив их из обнаруженных другими методами менее опасных, неразвивающихся дефектов (рис. 5). Зоны контроля при этом формируются с помощью различного расположения датчиков на конструкции. Проволочные датчики устанавливаются в зоне контроля так, чтобы их направление не совпало с направлением развития усталостной трещины.

Рис. 5.

Вихретоковые (электроиндуктивные) методы основаны на взаимодействии полей вихревых токов, возбуждённых датчиком дефектоскопа в изделии из электропроводящего материала, с полем этого же датчика. Эти методы дефектоскопии позволяют в автомобильной промышленности выявлять нарушения сплошности (трещины протяжённостью более 1…2 мм и глубиной более 0,1…0,2 мм, плёны, неметаллические включения), измерять толщину защитных покрытий на металле, судить о неоднородностях химического состава и структуры материала, о внутренних напряжениях. Аппаратура для контроля вихретоковыми методами высокопроизводительна и позволяет автоматизировать разбраковку.

Электрические методы основаны на использовании главным образом слабых постоянных токов и электростатических полей; они позволяют обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты в изделиях из металлических и неметаллических материалов и различать некоторые марки сплавов между собой. дефектоскопия технологический изделие производство

Капиллярные методы основаны на явлении капиллярности, то есть, на способности некоторых веществ проникать в мелкие трещины. Обработка такими веществами повышает цвето- и светоконтрастность участка изделия, содержащего поверхностные трещины, относительно окружающей этот участок неповреждённой поверхности. Эти методы позволяют обнаруживать поверхностные трещины раскрытием более 0,01 мм, глубиной от 0,03 мм и протяжённостью от 0,5 мм в деталях из непористых материалов, в том числе, в деталях сложной формы, когда применение другие методов затруднено или исключено (рис. 6).

Рис. 6.

В автомобилестроении капиллярные методы используются для контроля качества сварных швов, например, при изготовлении цистерн. Вышеуказанные методы дефектоскопии по отдельности не являются универсальными, и поэтому наиболее ответственные детали обычно проверяют, используя несколько методов, хотя это и приводит к дополнительным затратам времени. Для повышения надежности результатов контроля и производительности труда внедряют автоматизированные комплексы, в том числе с использованием ЭВМ для управления контролем и обработки информации, получаемой с датчиков дефектоскопов.

Дефектоскоп – это электронное устройство, предназначенное для обнаружения скрытых дефектов в твердых изделиях. Прибор позволяет диагностировать отклонения от нормы без создания нагрузки или разрушения изучаемого объекта. С его помощью можно оценить однородность структуры изделия, наличие на его поверхности послаблений в результате коррозии, отклонения химического состава или наличие микротрещин.

Где используется дефектоскоп

Дефектоскопы используются в машиностроении и строительстве. С их помощью проверяются различные узлы и агрегаты, а также заготовки. Эти приборы являются незаменимыми в нефтегазовой промышленности и энергетике. С их помощью проверяются трубы и цистерны на наличие слабых стенок. Данное оборудование позволяет выявлять брак, что исключает его применение на строительстве ответственных объектов. С помощью дефектоскопов можно контролировать надежность сварных швов, слоя клея или плотность пайки.

Это оборудование производится в переносном и стационарном варианте. Отдельные модели позволяют ввести сканирование даже тех объектов, которые двигаются на высокой скорости. Такие приборы применяются для проверки труб, которые протягиваются через область сканирования. Также существуют большие дефектоскопы, передвигаемые на вагонетке по рельсам. Эти приборы используются в строительстве и промышленном производстве, в частности самолетов и кораблей. Существует масса видов дефектоскопов адаптированных под определенные условия эксплуатации. В металоперерабатывающей промышленности применяются устройства, которые могут выявлять дефекты в разогретых металлических заготовках.

Конструкции дефектоскопов

Для обеспечения работы дефектоскопа используются различные физические явления, природа которых существенно отличаются друг от друга. В связи с этим существует масса конструктивных особенностей этих приборов.

Среди самых распространенных дефектоскопов, которые массово производятся, можно выделить:

Акустические.
Магнитопорошковые.
Вихретоковые.
Феррозондовые.
Электроискровые.
Термоэлектрические.
Радиационные.
Инфракрасные.
Радиоволновые.
Электронно-оптические.
Капиллярные.

Каждый из этих типов оборудования обладает своими сильными сторонами и слабостями. В связи с этим они могут подходить идеально для одних целей, но быть непригодными для других. Чтобы сделать правильный выбор дефектоскопа, важно предварительно разобраться с принципом действия каждой разновидности.

Акустический дефектоскоп

Также называется импульсным или ультразвуковым. Он работает по принципу эха. На изделие, которое тестируется, направляется короткий ультразвуковой импульс, после чего его колебания регистрируются. В результате на экран выводится карта дефектов. Этот прибор является одним из самых востребованных. Он дает вполне четкую картину тех дефектов, которые скрыты на поверхности. К достоинствам подобного оборудования можно отнести то, что оно работает с разными материалами. Существует масса подвидов акустических дефектоскопов, которые также работают от ультразвуковой волны.

Магнитопорошковый дефектоскоп

Применяется для контроля деталей различных форм. С его помощью можно сканировать сварные швы и углубления, получаемые при сверлении. Важный недостаток метода заключается в том, что он позволяет проверять только поверхностные отклонения. Он не сможет определить внутренние проблемы, если они не имеют внешнего выхода. Для обеспечения сканирования деталей применяется специальный порошок, который рассредоточивается по поверхности объекта и заполняет имеющиеся в нем неровности и трещины. После этого проводится сканирование магнитного поля, что позволяет находить место наибольшего скопления порошка. Это позволяет создавать карту дефектов, поскольку порошок не задерживается на нормальных гладких поверхностях, а забивается в неровности

Недостаток данного метода заключается в том, что для него необходимо покупать магнитный порошок. Он является расходным материалом, поэтому быстро заканчивается и высыпает в роли грязи, которую нужно периодически собирать.

Вихретоковые дефектоскопы

Действуют по физическому принципу вихревых токов. Данный аппарат возбуждает вихревые токи в зоне тестирования, после чего анализирует состояние объекта по их поведению. Данный метод является одним из самых неточных. Глубина контроля трещины составляет до 2 мм. В связи с этим получить объективную картину действительного состояние измеряемой поверхности сложно.

Феррозондовый дефектоскоп

Вырабатывает импульсы тока, которые посылаются на изучаемую поверхность. По их поведению происходит анализ имеющихся дефектов. Данное оборудование является довольно чувствительным и может выявлять неровности с глубиной от 0,1 мм. Данным оборудованием осуществляется контроль качества литых деталей, металлопроката и сварочных соединений.

Электроискровые дефектоскопы

Создают электрический разряд между своим чувствительным щупом и изучаемой поверхностью. Щуп представляет собой пучок электродов, что увеличивает площадь изучения. Разряды пробиваются через воздушный промежуток между поверхностями. В результате осуществляется создание карты изучаемого объекта с отмеченными повреждениями. Для обследования таким методом необходимо чтобы объект изучения был изготовлен из токопроводящего материала.

Термоэлектрический дефектоскоп

Работает по физическому принципу электродвижущей силы, которая возникает при нагреве участка контакта между двумя различными материалами. Данное оборудование является одним из самых дорогостоящих, поскольку требует использование высококачественных материалов, которые позволяют фиксировать минимальные изменения температуры между эталоном и изучаемой поверхностью.

Радиационные

Осуществляют облучение объектов рентгеновскими лучами и нейтронами. Они работают по такому же принципу что и применяемый в медицине рентген аппарат. В результате получается радиографический снимок или светлое изображение на экране прибора. Данное оборудование является небезопасным для оператора, поскольку рентгеновские лучи неблагоприятно влияют на здоровье. Прибор позволяет проводить действительно глубокое изучение объектов, но может применяться далеко не на всех материалах.

Инфракрасные

Отправляют тепловые лучи, которые отбиваются от поверхности объекта и позволяют анализировать отклонение от нормы. На экране прибора просматривается тепловая карта, где участки с дефектами имеют измененные цвета. Данное оборудование позволяет выявлять дефекты, но не дает точной картины об их характеристиках. Тяжело определиться с глубиной трещин, поскольку рассматриваются только очертания нарушенных участков.

Радиоволновые

Генерируют радиоволны, которые направляются на предмет изучения. Потому как они отбиваются от предмета, можно определить не только трещины или утолщение, но и диаметр и даже толщину изоляционного покрытия. Подобное оборудование применяется для работы с металлами и другими материалами.

Электронно-оптические

Применяются для контроля объектов, которые находятся под высоким напряжением. Ими пользуются электромонтажники. Подобное оборудование позволяет не только выявить места перелома проводов, но и качество работы изоляции.

Капиллярное дефектоскопирование

Подразумевают покрытие изучаемой поверхности специальным индикаторным веществом, которое заполняет имеющиеся микротрещины. В тех местах, где толщина вещества больше, его цвет более насыщенный в сравнении с ровными участками. По этим цветам визуально определяются углубления. Этот метод подразумевает использование не электронного прибора, а только индикаторное вещество и лупу или микроскоп.

Критерии выбора

Выбирая дефектоскоп, следует обратить внимание на некоторые характеристики, которые являются ключевыми. В первую очередь нужно ориентироваться по диапазону измерения. Разные модели отличается чувствительностью. Самое точное устройство способно выявлять дефект, глубина которого составляет всего 1 мкм. Для определенных целей такая чувствительность действительно нужна, но для прочих является излишней. К примеру, если необходимо найти микротрещины на коленвале или других вращающихся деталях, то лучше использовать точное оборудование. Если же нужно проанализировать состояние металлического каркаса в строительстве, то подобные микротрещины не столь важны. Учитывая толщину тела арматуры или балок, маленький дефект глубиной 1 мкм никак не сможет стать причиной того, что металл лопнет, особенно если он используется в тех целях, для которых предназначен.

Также выбирая дефектоскоп, следует ориентироваться по тому, для каких материалов оно предназначено. Одни модели могут работать только с металлами, в то время как другие являются универсальными. Также по отношению к дефектоскопам важным понятием является производительность. Она показывает скорость сканирования. Чем она выше, тем быстрее можно оценить состояние объекта. Если ориентироваться по данному показателю, то безусловными лидерами являются вихретоковое и феррозондовое оборудование. Если использовать магнитопорошковый прибор, то продолжительность диагностики займет много времени, к тому же возникнет необходимость растирать порошок.

Рассматривая дефектоскопы, стоит в первую очередь отдать предпочтения ультразвуковым приборам. Они не несут вреда для оператора как радиационные, при этом дают вполне достаточное представление об имеющихся дефектах и целесообразности отправки детали в выбраковку.