Неразрушающие методы контроля. Методы дефектоскопии деталей Методы дефектоскопического контроля


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

Контроль качества производства и строительства должен осуществляться на каждом этапе. Иногда проверить работу объекта нужно уже в процессе эксплуатации. Прибор, который помогает проводить подобного рода экспертизу неразрушающим методом, называется дефектоскоп. Видов дефектоскопов существует огромное множество. Отличаются они по принципу работы и назначению. Изучите самые популярные методы дефектоскопии и полезные рекомендации по выбору устройства, чтобы не ошибиться при выборе и быстро освоить работу.

В зависимости от цели дефектоскопии и области его применения, кардинально меняется методика выявления повреждений и брака, на которой основывается работа того или иного дефектоскопа.

Прибор вихретокового типа

Зачем нужна дефектоскопия

Дефектоскопия – мероприятия, которые направлены на выявление всевозможных отклонений от проекта и нормативов во время производства или эксплуатации объекта. Дефектоскопия помогает обнаружить неисправность задолго до того, как она даст о себе знать. Таким образом, можно предотвратить поломки механизмов, разрушение конструкций и аварии на производстве.

Дефектоскоп – прибор, предназначенный для проверки и выявления дефектов на поверхности или в теле всевозможных изделий. Дефекты могут быть самыми разнообразными. Одни приборы нужны для обнаружения следов коррозии, другие – для поиска полостей, утончения, несоответствия размеров и прочих физико-механических изъянов, а третьи могут определить дефекты на уровне молекулярного строения – найти изменения структуры тела, его химического состава.

Дефектоскоп с электронным дисплеем

В каких отраслях применяется дефектоскопия

Дефектоскоп относят к классу приборов под общим названием «средства неразрушающего контроля». В процессе производства изделия часто поддаются всевозможным проверкам. Некоторые детали подвергают испытаниям в лабораториях, где определяют их запас прочности, способность противостоять всевозможным нагрузкам и воздействиям. Недостаток такой методики в том, что она проводится выборочно и не гарантирует 100% качество всей продукции.

Диагностика трубопровода

Неразрушающий контроль, к которому относят и проверку дефектоскопом, позволяет оценить состояние конкретного изделия или элемента конструкции на месте и без проведения испытаний. Инструмент незаменим в таких отраслях:

  • строительство;
  • машиностроение;
  • производство металлопроката;
  • энергетика;
  • научно-исследовательские работы;
  • химия;
  • горная промышленность.

Неразрушающий контроль в авиастроении

Дефектоскопом проверяют качество соединения (особенно важно это для сварки трубопроводов высокого давления), состояние конструкции в строительстве (металлической, железобетонной), степень износа механизма, наличие повреждения детали. Практически во всех отраслях промышленности, где важно контролировать состояние и соответствие нормам твердых элементов, применяют разные дефектоскопы.

Классификация дефектоскопов по методу проверки

В зависимости от метода проверки, выделяют такие типы дефектоскопов:

  • акустические;
  • вихретоковые;
  • электролитические;
  • искровые;
  • магнитно-порошковые;
  • рентгеновские аппараты;
  • капиллярный;
  • импедансный и другие.

Панель управления УЗ дефектоскопа

Сравнивать их сложно, они настолько разные по строению, работе и даже внешнему виду, что объединяет их только назначение. Выделить какой-то из приборов и уверенно сказать, что он лучший, универсальный и заменит все остальные невозможно. Поэтому при выборе важно не принимать опрометчивых решений и не покупать первую попавшуюся модель.

Принцип действия каждого типа дефектоскопов

Самые популярные дефектоскопы, которыми можно проводить экспертизу неразрушающим методом: ультразвуковой (акустический), магнитный и вихретоковый. Они компактны, мобильны и просты в эксплуатации и понимании принципа. Другие используются не так широко, но каждый прочно занимает свою нишу среди других средств дефектоскопии.

Виды дефектоскопии

Акустический – работа ультразвука

Акустический дефектоскоп – понятие, объединяющее в себе схожие по общему принципу приборы неразрушающего контроля. Основывается акустическая дефектоскопия на свойствах звуковой волны. Из школьного курса физики известно, что основные параметры волны не изменяются при движении в однородной среде. Однако, если на пути волны возникает новая среда, частота и длина ее изменяются.

Чем выше частота звука, тем точнее результат, поэтому из всего диапазона применяют ультразвуковые волны. Ультразвуковой дефектоскоп излучает звуковые волны, которые проходят сквозь проверяемый объект. Если присутствуют полости, вкрапления других материалов или прочие дефекты, ультразвуковая волна обязательно укажет на них изменением параметров.

Все результаты должны заноситься в журнал

Ультразвуковые дефектоскопы, работающие по принципу эхо-метода, являются наиболее распространенными и доступными. УЗ-волна проникает в объект, если дефектов не обнаружено, отражения не происходит, соответственно, прибор ничего не улавливает и не регистрирует. Если же возникло отражение УЗ, это указывает на наличие изъяна. Генератор ультразвука является так же и приемником, что очень удобно и облегчает проведение дефектоскопии.

Мини-модель ультразвукового типа

Зеркальный метод похож на эхо, но используется два устройства – приемник и передатчик. Преимущество такого метода в том, что оба устройства находятся по одну сторону от объекта, что облегчает процесс установки, настройки и произведения замеров.

Отдельно выделяют методы анализа ультразвука, который прошел через объект насквозь. Используют понятие «звуковая тень». Если внутри объекта присутствует дефект, он способствует резкому затуханию колебаний, то есть, создает тень. На этом принципе основывается теневой метод ультразвуковой дефектоскопии, когда генератор и приемник колебаний располагаются на одной акустической оси с разных сторон.

Проверка ультразвуком

Недостатки такого прибора в том, что предъявляются строгие требования к размерам, конфигурации и даже степени шероховатости поверхности проверяемого элемента, что делает устройство не совсем универсальным.

Вихретоковый – магнитные поля и вихревые токи

Французский физик Жан Фуко посвятил не один год изучению вихревых токов (токов Фуко), которые возникают в проводниках при создании в непосредственной близости к ним переменного магнитного поля. Основываясь на том, что при наличии в теле дефекта, эти самые вихревые токи создают свое – вторичное магнитное поле, осуществляют дефектоскопию вихретоковые устройства.

Вихретоковый дефектоскоп создает исходное переменное магнитное поле, а вот вторичное поле, которое и дает возможность выявить и проанализировать недостаток в объекте, возникает в результате электромагнитной индукции. Дефектоскоп улавливает вторичное поле, регистрирует его параметры и делает вывод о виде и качестве дефекта.

Производительность этого прибора высокая, проверка осуществляется довольно быстро. Однако вихревые токи могут возникать исключительно в тех материалах, которые являются проводниками, поэтому область применения такого девайса значительно уже его аналогов.

Устройство вызывает в материале вихревые токи

Магнитнопорошковый – наглядная картина

Еще один распространенный метод дефектоскопии – магнитно-порошковый. Он применяется для оценки сварных соединений, качества защитного слоя, надежности трубопроводов и так далее. Особо ценят это метод для проверки сложных по форме элементов и труднодоступных для других приборов участков.

Принцип работы магнитного дефектоскопа основан на физических свойствах ферромагнитных материалов. Они имеют способность намагничиваться. При помощи постоянных магнитов или специальных устройств, которые могут создавать продольное или циркулярное магнитное поле.

После воздействия на участок объекта магнитом, на него сухим или мокрым способом наносят так называемый реагент – магнитный порошок. Под действием магнитного поля, которое возникло в результате намагничивания, порошок соединяется в цепочки, структурируется и образует на поверхности четкий рисунок в виде изогнутых линий.

Намагничивание специальным прибором

Этот рисунок наглядно демонстрирует работу магнитного поля. Зная его особенности и основные параметры, при помощи магнитного дефектоскопа можно определить, в каком месте располагается дефект. Как правило, непосредственно над изъяном (трещиной или полостью) наблюдается ярко выраженное скопление порошка. Для определения характеристик дефекта, полученную картинку сверяют с эталоном.

Магнитный порошок в спрее

Остальные виды и их принцип действия

Методы дефектоскопии совершенствуются с каждым годом. Появляются новые методики, другие постепенно изживают себя. Многие дефектоскопы имеют довольно узкоспециализированное назначение и применяются только в определенных отраслях промышленности.

Принцип работы феррозондового дефектоскопа основывается на оценке импульсов, возникающих при движении устройства вдоль объекта. Применяется в металлургии, при производстве металлопроката и диагностики сварных соединений.

Радиационный дефектоскоп облучает объект рентгеновскими лучами, альфа-, бета-, гамма-излучением или нейтронами. В результате получают подробный снимок элемента со всеми присутствующими дефектами и неоднородностями. Метод дорогой, но очень информативный.

Капиллярный дефектоскоп выявляет поверхностные трещины и несплошности в результате воздействия на объект специальным проявляющим веществом. Оценка результата производится визуальным методом. Применяется капиллярная дефектоскопия по большей части в машиностроении, авиации, судостроении.

В энергетике для анализа работы и выявления несовершенства элементов, находящихся под высоким напряжением, применяют электронно-оптический дефектоскоп. Он способен уловить малейшие изменения коронных и поверхностно-частичных разрядов, что дает возможность оценить работу оборудования без его остановки – дистанционно.

Снимки радиационной дефектоскопии

Как правильно выбрать дефектоскоп

Основные параметры, на которые следует обратить внимание при выборе дефектоскопа любого типа:

  • диапазон;
  • назначение;
  • производительность;
  • сложность монтажа;
  • диапазон температур;
  • надежность.

Магнитопорошковый прибор МД-М

Разные модели отличаются по диапазону измерения. Это значит, что одни способны выявить дефекты в 1 мкм, а предел для других – 10 мм, например. Если в машиностроении микротрещины в детали играют существенную роль, то для дефектоскопии в строительстве нет смысла покупать сверхточный прибор.

Также производитель обязательно указывает, для каких материалов предназначен конкретный дефектоскоп, недочеты какого характера он должен выявлять. Могут предъявляться требования к характеру поверхности элемента, наличию защитного слоя, размерам и форме объекта.

Под параметром «производительность» подразумевается скорость сканирования и объем работы, который можно выполнить за единицу времени при помощи определенного дефектоскопа. Так, вихретоковый и феррозондовый способы обеспечивают высокую скорость, в то время как процесс намагничивания и обработки каждого отдельного участка магнитным инструментом может занять довольно продолжительное время.

Важная деталь – установка. Выбирая модель дефектоскопа имеет смысл задуматься, как долго и насколько сложно его устанавливать. Ручные мобильные приспособления, которые можно достать из сумки в любой момент, предпочтительней для дежурной дефектоскопии в процессе производства или монтажа. Более сложное и точное оборудование требует длительной установки и наладки.

Ультразвуковой прибор требует наладки перед началом работы

Поскольку неразрушающий контроль может производиться как в помещении, так и на улице, в том числе в зимнее время, заранее уточните, можно ли работать выбранным устройством при отрицательных температурах. Также обязательно выяснить, допустимо ли выполнять диагностику в условиях агрессивной среды, если это необходимо.

Зная, как работает дефектоскоп того или иного типа, вы легко сможете определиться с главным – способом дефектоскопии. А определиться с моделью поможет опытный консультант.

Лекция N 10

Дефектоскопия – это область знаний, охватывающая теорию, методы и технические средства определения дефектов в материале контролируемых объектов, в частности в материале деталей машин и элементов металлоконструкций.

Дефектоскопия является составной частью диагностики технического состояния оборудования и его составных частей. Работы, связанные с выявлением дефектов в материале элементов оборудования, совмещаются с ремонтами и техническим обслуживаниями или выполняются самостоятельно в период технического осмотра.

Для выявления скрытых дефектов в конструкционных материалах используются различные методы неразрушающего контроля (дефектоскопии).

Известно, что дефекты в металле являются причиной изменения его физических характеристик: плотности, электропроводности, магнитной проницаемости, упругих и других свойств. Исследование этих характеристик и обнаружение с их помощью дефектов составляет физическую сущность методов неразрушающего контроля. Эти методы основаны на использовании проникающих излучений рентгеновских и гамма-лучей, магнитных и электромагнитных полей, колебаний, оптических спектров, явлений капиллярности и других.

Согласно ГОСТ 18353 методы неразрушающего контроля классифицируют по видам: акустические, магнитные, оптические, проникающими веществами, радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические, электромагнитные. Каждый вид представляет собой условную группу методов, объединенных общностью физических характеристик.

Выбор вида дефектоскопии зависит от материала, конструкции и размеров деталей, характера выявляемых дефектов и условий дефектоскопии (в мастерских или на машине). Основными качественными показателями методов дефектоскопии являются чувствительность, разрешающая способность, достоверность результатов. Чувствительность – наименьшие размеры выявляемых дефектов; разрешающая способность – наименьшее расстояние между двумя соседними минимальными выявляемыми дефектами, измеряется в единицах длины или числом линий на 1 мм (мм -1). Достоверность результатов – вероятность пропуска дефектов или браковки годных деталей.

Акустические методы основаны на регистрации параметров упругих колебаний, возбужденных в исследуемом объекте. Эти методы широко применяются для контроля толщины деталей, оплошности (трещин, пористости, раковин и т. п.) и физико-механических свойств (зернистости, межкристаллитной коррозии, глубины закаленного слоя и др.) материала. Контроль выполняется на основании анализа характера распространения звуковых волн в материале детали (амплитуды, фазы, скорости, угла преломления, резонансных явлений). Метод пригоден для деталей, материал которых способен упруго сопротивляться деформациям сдвига (металлы, фарфор, оргстекло, некоторые пластмассы).


В зависимости от частоты акустические волны подразделяют на инфракрасные – с частотой до 20 Гц, звуковые (от 20 до 2∙10 4 Гц), ультразвуковые (от 2∙10 4 до 10 9 Гц) и гиперзвуковые (свыше 10 9 Гц). Ультразвуковые дефектоскопы работают с УЗК от 0,5 до 10 МГц.

К основным недостаткам ультразвуковых методов относятся необходимость достаточно высокой чистоты поверхности деталей и существенная зависимость качества контроля от квалификации оператора-дефектоскописта.

Магнитные методы основаны на регистрации магнитных полей рассеивания над дефектами или магнитных свойств контролируемого объекта. Их применяют для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов в деталях различной формы, изготовленных из ферромагнитных материалов.

При магнитопорошковом способе для обнаружения магнитного потока рассеивания используют магнитные порошки (сухой способ) или их суспензии (мокрый способ). Проявляющийся материал наносят на поверхность изделия. Под действием магнитного поля рассеивания частицы порошка концентрируются около дефекта. Форма его скоплений соответствует очертанию дефекта.

Сущность магнитографического метода заключается в намагничивании изделия при одновременной записи магнитного поля на магнитную ленту, которой покрывают деталь, и последующей расшифровке полученной информации.

Магнитные силовые линии результирующего поля направлены по винтовым линиям к поверхности изделия, что позволяет обнаруживать дефекты разной направленности.

После контроля все детали, кроме бракованных, размагничивают. Восстановление неразмагниченных деталей механической, обработкой может привести к повреждению рабочих поверхностей из-за притягивания стружки. Не следует размагничивать детали, подвергающиеся при восстановлении нагреву сварочно-наплавочными и другими способами до температуры 600…700 о С.

Степень размагниченности контролируют, осыпая детали стальным порошком. У хорошо размагниченных деталей порошок не должен удерживаться на поверхности. Для этих же целей применяют приборы, снабженные феррозондовыми полюсоискателями.

Для контроля деталей магнитопорошковым способом серийно выпускают стационарные, переносные и передвижные дефектоскопы. Последние включают в себя: источники тока, устройства для подвода тока, намагничивания деталей и для нанесения магнитного порошка или суспензии, электроизмерительную аппаратуру. Стационарные приборы характеризуются большой мощностью и производительностью. На них можно проводить все виды намагничивания.

Вихретоковые методы основаны на анализе взаимодействие внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте.

Методы вихревых токов позволяют обнаруживать поверхностные дефекты, в том числе под слоем металлических и неметаллических покрытий, контролировать размеры покрытий и деталей (диаметры шаров, труб, проволоки, толщину листов и др.), определять физико-механические свойства материалов (твердости, структуры, глубины азотирования и др.), измерять вибрации и перемещения деталей в процессе работы машины.

Дефектоскопия деталей радиационными методами основана на регистрации ослабления интенсивности радиоактивного излучения при прохождении через контролируемый, объект. Наиболее часто применяются рентгеновский и γ-контроль деталей и сварных швов. Промышленностью выпускаются как передвижные рентгеновские аппараты для работы в условиях мастерских, так и портативные для работы в полевых условиях. Регистрация результатов радиационного контроля осуществляется визуально (изображение на экранах, в том числе стереоскопическое изображение), в виде электрических сигналов, фиксацией на фотопленке или обычной бумаге (ксерорадиография).

Достоинства радиационных методов: высокое качество контроля, особенно литья, сварных швов, состояния закрытых полостей элементов машин; возможность документального подтверждения результатов контроля, не требующего дополнительной расшифровки. Существенными недостатками являются сложность аппаратуры и организации выполнения работ, связанной с обеспечением безопасного хранения и использования источников радиационного излучения.

Радиоволновые методы основаны на регистрации изменения электромагнитных колебаний, взаимодействующих с контролируемым объектом. На практике получили распространение сверхвысокочастотные (СВЧ) методы в диапазоне длин волн от 1 до 100 мм. Взаимодействие радиоволн с объектом оценивают по характеру поглощения, дифракции, отражения, преломления волны, интерференционным процессам, резонансным эффектам. Эти методы применяют для контроля качества и геометрических параметров изделий из пластмасс, стеклопластиков, термозащитных и теплоизоляционных материалов, а также для измерения вибрации.

Тепловые методы. В тепловых методах в качестве диагностируемого параметра используется тепловая энергия, распространяющаяся в объекте, излучаемая объектом, поглощаемая объектом. Температурное поле поверхности объекта является источником информации об особенностях процессов теплопередачи, которые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних и наружных дефектов, охлаждения объекта или его части в результате истечения среды и т.п.

Контроль температурного поля осуществляют с помощью термометров, термоиндикаторов, пирометров, радиометров, инфракрасных микроскопов, тепловизоров и других средств.

Оптические методы. Оптический неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия оптического излучения с объектом. Для получения информации используют явления интерференции, дифракции, поляризации, преломления, отражения, поглощения, рассеивания света, а также изменение характеристик самого объекта исследования в результате эффектов фотопроводимости, люминесценции, фотоупругости и других.

К числу дефектов, обнаруживаемых оптическими методами, относятся нарушения сплошности, расслоения, поры, трещины, включения инородных тел, изменения структуры материалов, коррозионные раковины, отклонение геометрической формы от заданной, а также внутренние напряжения в материале.

Визуальная энтроскопия позволяет обнаружить дефекты на поверхностях объекта. Энтроскопы (видеобороскопы) для внутреннего обследования труднодоступных мест объекта включают в себя зонд из стекловолокна, с помощью которого исследователь может проникать вовнутрь объекта, и экран визуального наблюдения поверхности, а также принтер для видеозаписи исследуемой поверхности объекта. Применение оптических квантовых генераторов (лазеров) позволяет расширить границы традиционных оптических методов контроля и создать принципиально новые методы оптического контроля: голографические, акустооптические.

Капиллярный метод дефектоскопии основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей объекта, и регистрации образующихся индикаторных следов визуально или с помощью преобразователя (датчика).

Капиллярные методы применяют для обнаружения дефектов в деталях простой и сложной формы. Эти методы позволяют обнаруживать дефекты производственно-технологического и эксплуатационного происхождения: трещины шлифовочные, термические, усталостные, волосовины, закаты и др. В качестве проникающих веществ используют керосин, цветные, люминесцентные и радиоактивные жидкости, а также применяют метод избирательно фильтрующихся частиц.

При использовании цветных жидкостей индикаторный рисунок получается цветным, обычно красным, который хорошо выделяется на белом фоне проявителя – цветная дефектоскопия. При использовании люминесцирующих жидкостей индикаторный рисунок становятся хорошо видимым под воздействием ультрафиолетовых лучей – люминесцентный метод. Контроль характера индикаторных рисунков осуществляется визуально-оптическим методом. При этом линии рисунка обнаруживаются сравнительно легко, так как они в десятки раз шире и контрастнее, чем дефекты.

Простейшим примером капиллярной дефектоскопии является керосиновая проба. Проникающей жидкостью служит керосин. Проявитель – мел в виде сухого порошка или водной суспензии. Керосин, просачиваясь в слой мела, вызывает его потемнение, которое обнаруживается при дневном свете.

Достоинствами капиллярной дефектоскопии являются универсальность в отношении формы, и материалов деталей, хорошая наглядность результатов, простота и низкая стоимость материалов, высокая достоверность и хорошая чувствительность. В частности, минимальные размеры обнаруживаемых трещин составляют: ширина 0,001 – 0,002 мм, глубина 0,01 – 0,03 мм. Недостатки: возможность обнаружения только поверхностных дефектов, большая длительность процесса (0,5 м – 1,5 ч) и трудоемкость (необходимость тщательной очистки), токсичность некоторых проникающих жидкостей, недостаточная надежность при отрицательных температурах.

Трещины в деталях можно обнаруживать с помощью керосиновой пробы.

Керосин обладает хорошей смачивающей способностью, глубоко проникает в сквозные дефекты диаметром более 0,1 мм. При контроле качества сварных швов на одну из поверхностей изделия наносят керосин, а на противоположную – адсорбирующее покрытие (350...450 г суспензии молотого мела на 1 л воды). Наличие сквозной трещины определяют по желтым пятнам керосина на меловой обмазке.

Для выявления сквозных пор и трещин широко используются гидравлический и пневматический методы испытаний.

При гидравлическом методе внутреннюю полость изделия заполняют рабочей жидкостью (водой), герметизируют, создают насосом избыточное давление и выдерживают деталь некоторое время. Наличие дефекта устанавливают визуально по появлению капель воды или отпотеванию наружной поверхности.

Пневматический метод нахождения сквозных дефектов более чувствителен, чем гидравлический, так как воздух легче проходит через дефект, чем жидкость. Во внутреннюю полость деталей закачивают сжатый воздух, а наружную поверхность покрывают мыльным раствором или погружают деталь в воду. О наличии дефекта судят по выделению пузырьков воздуха. Давление воздуха, закачиваемого во внутренние полости, зависит от конструктивных особенностей деталей и обычно равно 0,05 – 0,1 МПа.

Методы неразрушающего контроля не являются универсальными. Каждый из них может быть использован наиболее эффективно для обнаружения определенных дефектов. Выбор метода неразрушающего контроля определяется конкретными требованиями практики и зависит от материала, конструкции исследуемого объекта, состояния его поверхности, характеристики дефектов, подлежащих обнаружению, условий работы объекта, условий контроля и технико-экономических показателей.

Поверхностные и подповерхностные дефекты в ферромагнитных сталях обнаруживают намагничиванием детали и фиксацией при этом поля рассеивания с помощью магнитных методов. Те же дефекты в изделиях, изготовленных из немагнитных сплавов, например, жapoпpoчныx, нержавеющих, нельзя выявить магнитными методами. В этом случае применяют, например, электромагнитный метод. Однако и этот метод непригоден для изделий из пластмасс. В этом случае оказывается эффективным капиллярный метод. Ультразвуковой метод малоэффективен при выявлении внутренних дефектов в литых конструкциях и сплавах с высокой степенью анизотропии. Такие конструкции контролируют с помощью рентгеновских или гамма лучей.

Конструкция (форма и размеры) деталей также обусловливает вы-

бор метода контроля. Если для контроля объекта простой формы можно применить почти все методы, то для контроля объектов сложной формы применение методов ограничено. Объекты, имеющие большое количество выточек, канавок, уступов, геометрических переходов, трудно контролировать такими методами, как магнитный, ультразвуковой, радиационный. Крупногабаритные объекты контролируют по частям, определяя зоны наиболее опасных участков.

Состояние поверхности изделия, под которым подразумевают ее шероховатость и наличие на ней защитных покрытий и загрязнений существенно влияет на выбор метода и подготовку поверхности к исследованиям. Грубая шероховатая поверхность исключает применение капиллярных методов, метода вихревых токов, магнитных и ультразвуковых методов в контактном варианте. Малая шероховатость расширяет возможности методов дефетоскопии. Ультразвуковой и капиллярный методы применяют при шероховатости поверхности не более 2,5 мкм, магнитный и вихретоковый – не более 10 мкм. Защитные покрытия не позволяют применять оптические, магнитные и капиллярные методы. Эти методы можно применять только после удаления покрытия. Если такое удаление невозможно, применяют радиационные, и ультразвуковые методы. Электромагнитным методом обнаруживают трещины на деталях, имеющих лакокрасочные и другие неметаллические покрытия толщиной до 0,5 мм и неметаллические немагнитные покрытия до 0,2 мм.

Дефекты имеют различное происхождение и отличаются по виду, размерам, месту расположения, ориентации относительно волокна металла. При выборе метода контроля следует изучить характер возможных дефектов. По расположению дефекты могут быть внутренними, залегающими на глубине более 1 мм, подповерхностными (на глубине до 1 мм) и поверхностными. Для обнаружения внутренних дефектов в стальных изделиях используют чаще радиационный и ультразвуковые методы. Если изделия имеют сравнительно небольшую толщину, a дефекты, подлежащие выявлению, достаточно большие размеры, то лучше пользоваться радиационными методами. Если толщина изделия в направлении просвечивания больше 100-150 мм или требуется обнаружить в нем внутренние дефекты в виде трещин или тонких расслоений, то применять радиационные методы нецелесообразно, так как лучи не приникают на такую глубину и их направление перпендикулярно направлению трещин. В таком случае наиболее приемлем ультразвуковой контроль.

Дефектоскопия – это область знаний, охватывающая теорию, методы и технические средства определения дефектов в материале контролируемых объектов, в частности в материале деталей машин и элементов металлоконструкций.

Дефектоскопия является составной частью диагностики технического состояния оборудования и его составных частей. Работы, связанные с выявлением дефектов в материале элементов оборудования, совмещаются с ремонтами и техническим обслуживанием или выполняются самостоятельно в период технического осмотра. Для выявления скрытых дефектов в конструкционных материалах используются различные методы неразрушающего контроля (дефектоскопии).

Известно, что дефекты в металле являются причиной изменения его физических характеристик: плотности, электропроводности, магнитной проницаемости, упругих и других свойств. Исследование этих характеристик и обнаружение с их помощью дефектов составляет физическую сущность методов неразрушающего контроля. Эти методы основаны на использовании проникающих излучений рентгеновских и гамма-лучей, магнитных и электромагнитных полей, колебаний, оптических спектров, явлений капиллярности и других.

Согласно ГОСТ 18353 методы неразрушающего контроля классифицируют по видам: акустические, магнитные, оптические, проникающими веществами, радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические, электромагнитные. Каждый вид представляет собой условную группу методов, объединенных общностью физических характеристик.

Выбор вида дефектоскопии зависит от материала, конструкции и размеров деталей, характера выявляемых дефектов и условий дефектоскопии (в мастерских или на машине). Основными качественными показателями методов дефектоскопии являются чувствительность, разрешающая способность, достоверность результатов. Чувствительность – наименьшие размеры выявляемых дефектов; разрешающая способность – наименьшее расстояние между двумя соседними минимальными выявляемыми дефектами, измеряется в единицах длины или числом линий на 1 мм (мм –1). Достоверность результатов – вероятность пропуска дефектов или браковки годных деталей.

Акустические методы основаны на регистрации параметров упругих колебаний, возбужденных в исследуемом объекте. Эти методы широко применяются для контроля толщины деталей, сплошности (трещин, пористости, раковин и т.п.) и физико-механических свойств (зернистости, межкристаллитной коррозии, глубины закаленного слоя и др.) материала. Контроль выполняется на основании анализа характера распространения звуковых волн в материале детали (амплитуды, фазы, скорости, угла преломления, резонансных явлений). Метод пригоден для деталей, материал которых способен упруго сопротивляться деформациям сдвига (металлы, фарфор, оргстекло, некоторые пластмассы).

Акустические методы подразделяют на активные, основанные на излучении и приеме волн (теневой, резонансный, эхо-импульсный, велосимметрический методы), и пассивные, основанные на приеме колебаний волн исследуемого объекта (акустической эмиссии, виброшумодиагностические методы).

На ремонтных предприятиях нефтегазовой отрасли широко применяют ультразвуковую дефектоскопию. Сущность ее заключается в способности ультразвуковых колебаний приникать вглубь материала контролируемого изделия и отражаться от дефектов, являющихся нарушением сплошности материала.

Ультразвуковыми колебаниями принято называть упругие механические колебания с частотой более 20 кГц. Для излучения и приема ультразвуковых колебаний обычно используют пьезоэлектрические преобразователи-пластинки, изготовленные из монокристаллов кварца, сульфата лития и других материалов.

При внесении пьезоэлемента в электрическое поле в нем возникают упругие деформации, величина и направление которых зависят от параметров электрического поля. Указанный процесс является строго обратимым, т.е. если на пьезоэлемент действует переменное напряжение, изменяющееся по определенному закону, то и возникающее электрическое напряжение подчиняется этому же закону. Подобное явление называется пьезоэлектри-ческим эффектом.

Ультразвуковые колебания распространяются в виде узких направленных пучков. Они могут отражаться, преломляться и фокусироваться. При падении на границу раздела двух фаз, обладающих различным акустическим сопротивлением, в том числе нарушенной сплошности материала (трещин, раковин, расслоений и др.), часть ультразвуковых колебаний отражается, причем угол падения равен углу отражения, а остальная часть УЗК проходит во вторую среду, преломляясь в ней. Направленность УЗК и способность их отражаться от границы раздела двух сред используются для выявления в материалах трещин, расслоений, пор, газовых и шлаковых включений и измерения толщины деталей.

Ультразвуковая дефектоскопия осуществляется тремя основными методами: теневым, резонансным и эхо-методом.

Теневой метод основан на появлении за дефектом «звуковой тени» при прохождении ультразвука через деталь, помещенную между излучателем колебаний и приемным устройством. На рис. 7.8 изображена схема дефектоскопа, работающего по принципу теневого метода. Высокочастотные электрические колеба-


Рис. 7.8. Схема ультразвукового дефектоскопа, работающего по теневому методу:

а – без дефекта; б – с дефектом; 1 – генератор; 2 – преобразователь пьезоэлектрический; 3 – контролируемая деталь; 4 – ультразвуковые колебания; 5 – преобразователь приемный пьезоэлектрический; 6 – дефект; 7 – прибор регистрирующий

ния, вырабатываемые генератором 1 , подаются на пьезоэлектрический преобразователь 2 , в котором преобразуются в механические колебания ультразвуковой частоты. При плотном соприкосновении преобразователя 2 3 колебания (волны) 4 распространяются вглубь материала детали, достигают при отсутствии дефекта приемного пьезоэлектрического преобразователя 5 и регистрируются прибором 7 . Если на пути ультразвуковых колебаний встречается дефект 6 , то они отражаются от него и не попадают на приемный преобразователь 5 , т.е. за дефектом образуется «звуковая тень». При этом на регистрирующем приборе 7 отсутствуют показания, что свидетельствует о наличии дефекта.

Применяются также временной теневой и зеркально-теневой методы.

Временной теневой метод основан на запаздывании импульса, вызванного огибанием дефекта.

Зеркально-теневой метод основан на ослаблении сигнала, отраженного от противоположной поверхности изделия (донный эффект).

Резонансный метод основан на возникновении стоячих волн в материале контролируемой детали при совпадении частоты колебаний, создаваемых в детали внешним источником, с частотой собственных колебаний детали. Резонансным методом выявляют коррозионные раковины, расслоения в металле и другие повреждения.

Наибольшее применение для контроля материала деталей получил импульсный эхо-метод , основанный на принципе посылки в материал контролируемой детали ультразвуковых колебаний и приеме отраженных волн.


На рис. 7.9 приведена блок-схема импульсного эхо-дефек-тоскопа. Импульсы электромагнитных колебаний определен- ной частоты, вырабатываемые импульсным генератором 6 , поступают на пьезоэлектрический преобразователь 3 искательной головки, который под их действием деформируется и излучает упругие механические колебания ультразвуковой частоты. При соприкосновении пьезоэлектрического преобразователя 3 с поверхностью контролируемой детали 1 через слой контактной смазки ультразвуковые колебания распространяются внутрь материала детали и, достигнув противоположной стороны детали или дефекта 8 , отражаются от них. Отраженные импульсы поступают на приемный пьезоэлектрический преобразователь 2 , находящийся в той же искательной головке, где вновь преобразуются в электрические сигналы, которые, пройдя через усилитель 4 , поступают на электронно-лучевую трубку 5 . Одновременно с пуском импульсного генератора 6 включается генератор основной развертки 7 , который предназначен для получения на экране электронно-лучевой трубки горизонтальной развертки луча во времени.


Таким образом, на экране электронно-лучевой трубки фиксируются колебания основной развертки, слившиеся в одну сплошную горизонтальную линию, и пики эхо-сигналов – от поверхности входа в исследуемый материал (начальный импульс), от дефекта и от противоположной поверхности детали (донный импульс). Расстояния l 1 и l 2 , на которых расположены импульс дефекта и донный импульс по отношению к начальному импульсу соответствуют глубине залегания дефекта и толщине изделия. По амплитуде эхо-сигнала, отраженного от дефекта, судят о размере дефекта.

Окончательное заключение о координатах, форме и размерах дефекта, например, трещины, дается после его прозвучивания по нормали к поверхностям детали и под различными углами к ним (рис. 7.10). Амплитуда эхо-сигнала будет наибольшей, когда импульсы ультразвуковых колебаний направлены по нормали к поверхности дефекта (поз. а ). По мере увеличения угла a между нормалью к поверхности дефекта и направлением импульсов ультразвуковых колебаний амплитуда эхо-сигнала уменьшается (поз. b ) и примет нулевое значение, когда направление импульсов и трещины совпадут (поз. с ). Если отражающая поверхность дефекта достаточно велика, то по форме огибающей эхо-сигнала, наблюдаемого на экране электронно-лучевой трубки, можно судить о расположении трещины в материале.

Искательные головки (рис. 7.11) разделяют на три типа: прямые, наклонные и раздельно-совмещенные. Первые предназначены для ввода в изделие продольных звуковых волн, перпендикулярных к поверхности изделия, вторые – для ввода в изделие комбинаций УЗК с преобладанием (в зависимости от поставленной цели) поверхностных, продольных или поперечных волн и третьи – для ввода пучка продольных волн под определенным углом к плоскости, перпендикулярной к поверхности детали.

Тип волны зависит от угла ввода, который может изменяться. Применение таких головок дает возможность обнаруживать не только внутренние дефекты, но и наружные, например, усталостные трещины различного характера.

Основным элементом всех искательных головок служит пье-зопластина. Ее толщина равна половине длины волны излучаемых ультразвуковых колебаний.

Перед выполнением дефектоскопии поверхности детали, по которым производится контроль, должны быть очищены от загрязнений. Чтобы обеспечить надежный акустический контакт искательной головки с поверхностью детали без воздушных промежутков, на поверхность детали, контактирующую с искательной головкой, наносят слой масла. Чем больше криволинейность поверхности и выше температура, тем более вязкие масла следует применять в качестве контактной жидкости.


Дефектоскопию цилиндрических и конических, наружных и внутренних резьб бурильных и эксплуатационных труб и


Современные ультразвуковые дефектоскопы обладают высокой чувствительностью и точностью до 2 %.

К основным недостаткам ультразвуковых методов относятся необходимость достаточно высокой чистоты поверхности деталей и существенная зависимость качества контроля от квалификации оператора-дефектоскописта.

Магнитные методы основаны на регистрации магнитных полей рассеивания над дефектами или магнитных свойств контролируемого объекта. Их применяют для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов в деталях различной формы, изготовленных из ферромагнитных материалов.


Магнитный поток, встречая на своем пути дефект с низкой магнитной проницаемостью по сравнению с ферромагнитным материалом детали, огибает его. Часть магнитных силовых линий выходит за пределы детали (рис. 7.15), образуя поле рассеива-


ния. Наличие последнего, а следовательно и дефекта, обнаруживают различными методами (магнитопорошковый, магнитографический и феррозондовый).

При магнитопорошковом способе для обнаружения магнитного потока рассеивания используют магнитные порошки (сухой способ) или их суспензии (мокрый способ). Проявляющийся материал наносят на поверхность изделия. Под действием магнитного поля рассеивания частицы порошка концентрируются около дефекта. Форма их скоплений соответствует очертанию дефекта (рис. 7.16).

Сущность магнитографического метода заключается в намагничивании изделия при одновременной записи магнитного поля на магнитную ленту, которой покрывают деталь, и последующей расшифровке полученной информации.

Для обнаружения дефектов феррозондовым способом применяют феррозондовые преобразователи.


При контроле деталей, поступающих в ремонт, наиболее распространен магнитопорошковый способ. Технология определения дефекта состоит из следующих операций: очистки детали от загрязнений; подготовки суспензии (мокрым способом); намагничивания контролируемой детали; осмотра поверхности детали с целью выявления мест, покрытых отложениями порошка; размагничивания детали.

Намагниченность деталей должна быть достаточной для создания около дефекта магнитного поля рассеивания, способного притягивать и удерживать частицы порошка. Через детали пропускают электрический ток или помещают их в магнитное поле соленоида. Различают три способа намагничивания: полюсное, циркулярное и комбинированное.

Полюсным намагничиванием создают продольное магнитное поле (вдоль детали). Деталь помещают между полюсами электромагнита (постоянного магнита) или в магнитное поле соленоида. Это намагничивание применяют для выявления дефектов, расположенных перпендикулярно к продольной оси детали или под углом к ней не более 20–25°.

Циркулярным намагничиванием создают магнитное поле, магнитные силовые линии которого расположены в виде замкнутых концентрических окружностей. Через деталь пропускают электрический ток. При необходимости обнаружения дефекта на внутренней цилиндрической поверхности ток пропускают через стержень или кабель из немагнитного материала (медь, латунь, алюминий), помещенный в отверстие детали. Это намагничивание служит для нахождения дефектов, расположенных вдоль продольной оси детали или под небольшим углом к ней.

Комбинированное намагничивание заключается в одновременном воздействии на деталь двух взаимно перпендикулярных магнитных полей. В результате их сложения образуется результирующее магнитное поле, величина и направление которого зависят от вектора магнитной напряженности каждого из слагаемых. Для получения комбинированного магнитного поля обычно через деталь пропускают электрический ток, создавая в ней циркулярное магнитное поле, и одновременно помещают в соленоид (или электромагнит), создавая продольное магнитное поле.

Магнитные силовые линии результирующего поля направлены по винтовым линиям к поверхности изделия, что позволяет обнаруживать дефекты разной направленности.

Вихретоковые методы основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте.

Контроль методами вихревых токов базируется на зависимостях параметров (амплитуды, фазы, переходных характеристик и др.) вихревых токов, возбуждаемых в детали, от ее формы, размеров, сплошности и физико-механических свойств материала. Возбудителями вихревых токов могут служить переменное поле тока в проводе, движущиеся магниты, волны радиоизлучения. Для контроля деталь или ее часть помешается в переменный магнитный поток F 0 напряженностью Н 0 (рис. 7.17). Под действием магнитного потока в детали возбуждаются вихревые токи плотностью d, создающие вторичный встречный магнитный поток F в напряженностью Н в. Исследуя параметры потока F в при известных параметрах первичного потока F 0 , можно судить о качественных показателях деталей.

Методы вихревых токов позволяют обнаруживать поверхностные дефекты, в том числе под слоем металлических и неметаллических покрытий, контролировать размеры покрытий и деталей (диаметры шаров, труб, проволоки, толщину листов и др.), определять физико-механические свойства материалов (твердость, структуру, глубину азотирования и др.), измерять вибрации

Рис.7.17. Схема контроля методом вихревых токов

и перемещения деталей в процессе работы машины. Не всегда требуется непосредственный контакт датчика с исследуемой деталью, возможен контроль при одностороннем доступе (измерение толщины листов коробчатых конструкций и т.п.). Методы пригодны для контроля деталей из немагнитных металлов (по значению электропроводности). Важным преимуществом этих методов является автономность и портативность приборов, любой вид индикации, хорошая приспособленность к автоматизации. Контроль методами вихревых токов отличается хорошей точностью, а в случае выявления поверхностных трещин обеспечивает очень высокую чувствительность: минимальная ширина раскрытия трещины 0,0005–0,001 мм, глубина 0,15–0,2 мм. Для выявления трещин отечественной промышленностью выпускаются портативные дефектоскопы. Их чувствительность несколько ниже.

Недостатками рассматриваемых методов являются сравнительная сложность оборудования, необходимость в высокой квалификации персонала для обслуживания, использования и анализа результатов контроля. Приборы контроля, выпускаемые промышленностью, являются узкоспециализированными по видам контроля и материалам, что сдерживает их широкое применение.


Дефектоскопия деталей радиационными методами


Дефектоскопия деталей радиационными методами основана на регистрации ослабления интенсивности радиоактивного излучения при прохождении через контролируемый объект. Схема просвечивания детали радиационными лучами представлена на рис. 7.18. Наиболее часто применяются рентгеновский и g-контроль деталей и сварных швов. Промышленностью выпускаются как передвижные рентгеновские аппараты для работы в условиях мастерских, так и портативные для работы в полевых условиях. Для работы вблизи взрыво- и пожароопасных объектов, при отсутствии на месте работ электроэнергии или при ограниченном доступе к объекту контроля (например, при работе на машинах) вместо рентгеновских используются гамма-дефектоскопы. Некоторые дефектоскопы снабжаются шлангом-ампулопроводом для подачи источника излучения из радиационной головки в труднодоступные места на расстояние до 12 м.

Регистрация результатов радиационного контроля осуществляется визуально (изображение на экранах, в том числе стереоскопическое изображение) в виде электрических сигналов, фиксацией на фотопленке или обычной бумаге (ксерорадио-графия).

Достоинства радиационных методов – высокое качество контроля, особенно литья, сварных швов, состояния закрытых полостей элементов машин; возможность документального подтверждения результатов контроля, не требующего дополнительной расшифровки. Существенными недостатками являются сложность аппаратуры и организации выполнения работ, связанной с обеспечением безопасного хранения и использования источников радиационного излучения.

Радиоволновые методы основаны на регистрации изменения электромагнитных колебаний, взаимодействующих с контролируемым объектом. На практике получили распространение сверхвысокочастотные (СВЧ) методы в диапазоне длин волн от 1 до 100 мм. Взаимодействие радиоволн с объектом оценивают по характеру поглощения, дифракции, отражения, преломления волны, интерференционным процессам, резонансным эффектам. Эти методы применяют для контроля качества и геометрических параметров изделий из пластмасс, стеклопластиков, термозащитных и теплоизоляционных материалов, а также для измерения вибрации.

Тепловые методы. В тепловых методах в качестве диагностируемого параметра используется тепловая энергия, распространяющаяся в объекте, излучаемая объектом, поглощаемая объектом. Температурное поле поверхности объекта является источником информации об особенностях процессов теплопередачи, которые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних и наружных дефектов, охлаждения объекта или его части в результате истечения среды и т.п.

Различают пассивные и активные методы теплового контроля. При пассивном контроле анализ тепловых полей производят в процессе их естественного возникновения. При активном – нагрев производят внешним источником тепловой энергии.

Контроль температурного поля осуществляют с помощью термометров, термоиндикаторов, пирометров, радиометров, инфракрасных микроскопов, тепловизоров и других средств.

Тепловизионная аппаратура, получившая в настоящее время широкое применение в диагностике, основана на сканировании поверхности объекта лучом инфракрасного спектра, приеме, усилении и развертке отраженного луча. В технической диагностике приборы термовидения с дистанционным обследованием объекта применяют:

при контроле качества изоляции, футеровки;

при контроле напряженного состояния металла.

Оптические методы. Оптический неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия оптического излучения с объектом. Для получения информации используют явления интерференции, дифракции, поляризации, преломления, отражения, поглощения, рассеивания света, а также изменение характеристик самого объекта исследования в результате эффектов фотопроводимости, люминесценции, фотоупругости и других.

Оптическое излучение или свет – электромагнитное излучение с длиной волн от 10 –5 до 103 мкм, в котором принято вы-делять ультрафиолетовую (от 10 –3 до 0,38 мкм), видимую (от 0,38 до 0,78 мкм) и инфракрасную (от 0,78 до 103 мкм) области спектра.

К числу дефектов, обнаруживаемых оптическими методами, относятся нарушения сплошности, расслоения, поры, трещины, включения инородных тел, изменения структуры материалов, коррозионные раковины, отклонение геометрической формы от заданной, а также внутренние напряжения в материале.

Применение переносных микроскопов дает возможность исследовать состояние и структуру поверхности материалов при увеличении. В сочетании со стробоскопом оптические методы позволяют исследовать подвижные детали.

Визуальная энтроскопия позволяет обнаружить дефекты на поверхностях объекта. Энтроскопы для внутреннего обследования труднодоступных мест объекта включают зонд из стекловолокна, с помощью которого исследователь может проникать внутрь объекта, и экран визуального наблюдения поверхности, а также принтер для видеозаписи исследуемой поверхности объекта. Применение оптических квантовых генераторов (лазеров) позволяет расширить границы традиционных оптических методов контроля и создать принципиально новые методы оптического контроля: голографические, акустооптические.

Капиллярный метод дефектоскопии основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей объекта и регистрации образующихся индикаторных следов визуально или с помощью преобразователя (датчика).

Капиллярные методы применяют для обнаружения дефектов в деталях простой и сложной формы. Эти методы позволяют обнаруживать дефекты производственно-технологического и эксплуатационного происхождения – трещины шлифовочные, термические, усталостные, волосовины, закаты и др. В качестве проникающих веществ используют керосин, цветные, люминесцентные и радиоактивные жидкости, а также применяют метод избирательно фильтрующихся частиц.



Схема контроля деталей капиллярными методами приведена на рис. 7.19. Очищенная от грязи и специальных покрытий (краска, гальванические покрытия и др.) деталь 1 покрывается проникающей жидкостью 2 (рис. 7.19, а ). Ускорение заполнения жидкостью дефектов достигается в зависимости от ее свойств подогревом (жидкости или детали), созданием вакуума или компрессии, упругим деформированием или воздействием ультразвуком. Затем жидкость с поверхности удаляют протиркой ветошью, промывкой или продувкой (рис. 7.19, б ) и в зону контроля кистью или краскораспылителем наносят равномерный слой проявителя. Он поглощает оставшуюся в полостях дефектов жидкость, образуя индикаторный рисунок дефектов (рис. 7.19, в ), а также создает фон, улучшающий видимость рисунка.

При использовании цветных жидкостей индикаторный рисунок получается цветным, обычно красным, который хорошо выделяется на белом фоне проявителя – цветная дефектоскопия. При использовании люминесцирующих жидкостей индикаторный рисунок становится хорошо видимым под воздействием ультрафиолетовых лучей – люминесцентный метод. Контроль характера индикаторных рисунков осуществляется визуально-оптическим методом. При этом линии рисунка обнаруживаются сравнительно легко, так как они в десятки раз шире и контрастнее, чем дефекты.

Простейшим примером капиллярной дефектоскопии является керосиновая проба. Проникающей жидкостью служит керосин. Проявитель – мел в виде сухого порошка или водной суспензии. Керосин, просачиваясь в слой мела, вызывает его потемнение, которое обнаруживается при дневном свете.

Достоинствами капиллярной дефектоскопии являются универсальность в отношении формы и материалов деталей, хорошая наглядность результатов, простота и низкая стоимость материалов, высокая достоверность и хорошая чувствительность. В частности, минимальные размеры обнаруживаемых трещин составляют: ширина 0,001–0,002 мм, глубина 0,01–0,03 мм. Недостатки: возможность обнаружения только поверхностных дефектов, большая длительность процесса и трудоемкость (необходимость тщательной очистки), токсичность некоторых проникающих жидкостей, недостаточная надежность при отрицательных температурах.

В ремонтном производстве при использовании люминесцентного метода дефектоскопии применяют проникающие жидкости различного состава. Их наносят с помощью пульверизатора, окунанием в раствор илимягкой кистью. После выдержки детали в течение нескольких минут (не более 5) излишки жидкости удаляют, протирая поверхность ветошью, или промывают струей холодной воды под давлением 0,2 МПа с последующей сушкой.

Далее приступают к выявлению дефекта. Чаще всего применяют самопроявляющийся способ, при котором после пропитки и очистки деталь нагревают, что способствует быстрому выходу проникающей жидкости из дефекта и растеканию ее по краям трещины. Затем деталь помещают в дефектоскоп и облучают ультрафиолетовыми лучами. Источником ультрафиолетовых лучей служат ртутно-кварцевые лампы, свет от которых пропускают через светофильтры. Промышленность выпускает переносные и стационарные дефектоскопы.

Трещины в деталях можно обнаруживать с помощью керосиновой пробы. Керосин обладает хорошей смачивающей способностью, глубоко проникает в сквозные дефекты диаметром более 0,1 мм. При контроле качества сварных швов на одну из поверхностей изделия наносят керосин, а на противоположную – адсорбирующее покрытие (350–450 г суспензии молотого мела на 1 л воды). Наличие сквозной трещины определяют по желтым пятнам керосина на меловой обмазке.

Для выявления сквозных пор и трещин широко используются гидравлический и пневматический методы испытаний.

При гидравлическом методе внутреннюю полость изделия заполняют рабочей жидкостью (водой), герметизируют, создают насосом избыточное давление и выдерживают деталь некоторое время. Наличие дефекта устанавливают визуально по появлению капель воды или отпотеванию наружной поверхности.

Пневматический метод нахождения сквозных дефектов более чувствителен, чем гидравлический, так как воздух легче проходит через дефект, чем жидкость. Во внутреннюю полость деталей закачивают сжатый воздух, а наружную поверхность покрывают мыльным раствором или погружают деталь в воду. О наличии дефекта судят по выделению пузырьков воздуха. Давление воздуха, закачиваемого во внутренние полости, зависит от конструктивных особенностей деталей и обычно равно 0,05– 0,1 МПа.

Методы неразрушающего контроля не являются универсальными. Каждый из них может быть использован наиболее эффективно для обнаружения определенных дефектов. Выбор метода неразрушающего контроля определяется конкретными требованиями практики и зависит от материала, конструкции исследуемого объекта, состояния его поверхности, характеристики дефектов, подлежащих обнаружению, условий работы объекта, условий контроля и технико-экономических показателей.

Неразрушающие методы контроля Материал объекта Форма объекта Шероховатость Место расположения дефекта Условия контроля
Металл маг-нитный Металл не-магнитный Неметалл Простая (плита, лист, труба) Сложная R а > 5 мкм R а < 5 мкм На поверх-ностном слое В подповерх-ностном слое В глубине металла Под слоем защитного покрытия В условиях производст-ва В условиях эксплуата-ции При ремонте
Теневой Резонансный Эхо-импульсный Велосимметрический Акустической эмиссии Импедансный Свободных колебаний + + + – + + + + + + – + + + + + + + – + + + + + + + + + – – + – – – – + – + – – – + + + + + + + + + – + – + – – + + + + + – – + + + – + + + – – + – – – – + + + + + + + – – + + + + – – – + + – – –
Магнитопорошковый Магнитографический Феррозондовый + + + – – – – – – + + + – – – – + – + – + + + + + + + – – + – – – + + + + + – + + +
Оптический + + + + + + + + – – – + + +
Цветной Люминесцентный Тенеисканием + + + + + + + + + + + + + + + – – + + + + + + – – – – – – – – – – + + + + – + + + +
Рентгенографический Гамма-графический + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Радиоволновый – – + + – – + + + + – + – –
Тепловой + + + + – – + + + + – + – –
Электрический + + + + – – + + + – + + – –
Вихретоковый + + – + + – + + + – + + + +

Похожая информация.


Дефектоскопия-комплекс методов и средств неразрушающего контроля материалов и изделий с целью обнаружения дефектов, Дефектоскопия включает разработку методов и аппаратуру (дефектоскопы и др.), составление методик контроля, анализ и обработку показаний дефектоскопов. В основе методов дефектоскопии лежит исследование физических свойств материалов при воздействии на них рентгеновских, инфракрасных, ультрафиолетовых лучей, гамма-лучей, радиоволн, ультразвуковых упругих колебаний, магнитного и электрического полей и др.

Дефектоскоп устройство для обнаружения дефектов в изделиях методами неразрушающего контроля. Различают дефектоскопы магнитные, рентгеновские, ультразвуковые, электроиндуктивные и др. Они выполняются в виде переносных, лабораторных приборов или стационарных установок. Переносные дефектоскопы обычно имеют простейшие индикаторы для обнаружения дефектов (стрелочный прибор, световой или звуковой сигнализатор и т, Д.); лабораторные дефектоскопы более чувствительны, часто оснащаются осциллоскопическими и цифровыми индикаторами, В стационарных дефектоскопах - наиболее универсальных - предусмотрены самозаписывающие устройства для регистрации показаний и их объективной оценки.

Некоторые дефектоскопы позволяют проверять изделия, движущиеся со значительной скоростью (например, трубы в процессе прокатки), или сами способны двигаться относительно изделия (например, рельсовые дефектоскопы). Существуют дефектоскопы для контроля изделий, нагретых до высокой температуры.

Наиболее простым методом дефектоскопии является визуальный, осуществляемый невооруженным глазом или с помощью оптических приборов (например, лупы). Для осмотра внутренних поверхностей, глубоких полостей и труднодоступных мест применяют специальные трубки с призмами и миниатюрными осветителями (диоптрийные трубки) и телевизионные трубки. Для контроля, например, качества поверхности тонкой проволоки используют лазеры. Визуальная дефектоскопия позволяет обнаружить только поверхностные дефекты (трещины, плены, закаты и др.) в изделиях из металла и внутренние дефекты в изделиях из стекла или прозрачных для видимого света пластмасс, Минимальный размер дефектов, обнаруживаемых невооруженным глазом, составляет 0,1-0,2 мм, а при использовании оптических систем - десятки микрон.

Более широкое распространение получил метод оптического контроля в связи с созданием оптического квантового генератора (ОКГ). С его помощью можно производить контроль геометрических размеров изделий со сложной конфигурацией, несплошностей, неоднородностей, деформаций, вибраций, внутренних напряжений прозрачных объектов, концентраций, чистоты газов и жидкостей, толщины пленочных покрытий, шероховатости поверхности изделий, Первым ОКГ был рубиновый генератор, активным элементом которого являлся цилиндрический стержень из кристалла рубина с внедренными в его решетку ионами хрома. Возбуждение активных частиц в ОКГ осуществлялось воздействием на активный элемент светового излучения высокой интенсивности с помощью газоразрядных ламп-вспышек и ламп непрерывного горения серийного производства (оптическая накачка). Управление излучением частиц (создание обратной связи) производилось с помощью зеркал, одно из которых полупрозрачно на длине волны генерации. В резонаторе (системе из двух зеркал и помещенного между ними активного элемента) устанавливаются стоячие волны. Типы колебаний (или моды) отличаются друг от друга.

Широкое распространение получили газовые оптические квантовые генераторы. В них активным элементом является газ или смесь газов. Наибольшее распространение получил ОКГ на смеси гелия и неона. Возбуждаются газовые генераторы в основном электрическим разрядом в газовой среде. Основным элементом гелий-неонового ОКГ (как и других. ОКГ) является газоразрядная трубка, выполненная из стекла или кварца. Почти все ОКГ работают в непрерывном режиме. Для создания обратной связи, так же как и в твердотельных 1 ОКГ, используются зеркала, образующие резонатор.

В 1948 г. физик Д. Габор предложил метод контроля, основанный на интерференции волн. В процессе контроля качества на фотопленку одновременно с "сигнальной" волной, 1 рассеянной объектом, направляют "опорную" волну от того же источника света. При интерференции этих волн возникает картина, содержащая полную информацию об объекте, которая фиксируется на светочувствительной поверхности - голограмме. При облучении голограммы или ее участка опорной волной видно объемное изображение объекта. Голограмму можно получить с помощью волн любой природы и любого диапазона частот.

Рентгенодефектоскопия основана на поглощении рентгеновских лучей, которое зависит от плотности среды и атомного номера элементов, образующих материал среды. Наличие таких дефектов, как трещины, раковины и инородные включения, приводит к тому, что проходящие через материал лучи ослабляются в различной степени. Регистрируя распределение интенсивности проходящих лучей, можно определить наличие и расположение различных неоднородностей материала.

Интенсивность лучей регистрируют несколькими методами. Методами фотографии получают снимок детали (материала) на пленке. Визуальный метод основан на наблюдении изображения детали на флуоресцирующем экране. Наиболее эффективен этот метод при использований электронно-оптических преобразователей. Ксерографическим методом получают изображения на металлических пластинках, покрытых слоем вещества, поверхности которого сообщен электростатический заряд,

Чувствительность методов рентгенодефектоскопии определяется отношением протяженности дефекта в направлении просвечивания к толщине детали в этом сечении и для различных материалов составляет 1 - 10%. Применение рентгенодефектоскопии эффективно для деталей сравнительно небольшой толщины, так как проникающая способность рентгеновских лучей с увеличением их энергии возрастает незначительно. Рентгенодефектоскопию применяют для определения раковин, грубых трещин, ликвационных включений в литых и сварных стальных изделиях толщиной до 80 мм и в изделиях из легких сплавов толщиной до 250 мм. Для этого используют промышленные рентгеновские установки с энергией излучения от 5-10 до 200*400 кзв (1 зв = 1,60210 - Ю"19 Дж). Изделия большой толщины (ДО 500 мм) просвечивают сверхжестким электромагнитным излучением с энергией в десятки Мэтв. получаемым в бетатроне,

Гамма-дефектоскопия имеет ту же физическую сущность основы, что и рентгенодефектоскопия. но при этом используются гамма-лучи, испускаемые искусственными радиоактивными изотопами различных металлов (кобальта, иридия, европия, тантала, цезия, туллия и др.). При гамма-дефектоскопии используют энергию излучения от нескольких десятков кэв до 1-2 Мэв для просвечивания деталей большой толщины. Этот метод имеет существенные преимущества перед реитгенодефектоскопией: аппаратура для гамма-дефектоскопии сравнительно проста, источник излучения компактный, что позволяет обследовать труднодоступные участки изделий. Кроме того, этим методом можно пользоваться в том случае, когда применение рентгенодефектоскопии затруднено (например, в полевых условиях). При работе с источниками рентгеновского и гамма-излучения должна быть обеспечена эффективная биологическая защита.

Радиодефектоскопия, основанная на проникающих свойствах микрорадиоволн, позволяет обнаруживать дефекты главным образом на поверхности изделий обычно из неметаллических материалов. Радиодефектоскопия металлических изделий из-за малой проникающей способности микрорадиоволн ограничена. Этим методом определяют дефекты в стальных листах, проволоке в процессе их изготовления, а также измеряют их толщину или диаметр, толщину диэлектрических покрытий и т.д. От генератора, работающего в непрерывном или импульсном режиме, микрорадиоволны через рупорные антенны проникают в изделие и, пройдя усилитель принятых сигналов, регистрируются приемным устройством.

При инфракрасной дефектоскопии используются инфракрасные (те иловые) лучи для обнаружения непрозрачных для видимого света включений. Инфракрасное изображение дефекта получают в проходящем, отраженном или собственном излучении исследуемого изделия. Этим методом контролируют изделия, нагревающиеся в процессе работы. Дефектные участки в изделии изменяют тепловой поток. Поток инфракрасного излучения пропускают через изделие и регистрируют его распределение теплочувствительным приемником. Неоднородность строения материалов можно исследовать и методом ультрафиолетовой дефектоскопии.

Инфракрасная интроскопия дословно означает тепловое внутривидение и позволяет видеть внутреннюю структуру таких важных для радиоэлектроники материалов, как полупроводники. Наличие в полупроводниках мельчайших примесей резко ухудшает их свойства. Интроскопы позволяют точно контролировать монокристаллы полупроводников, находить нарушения структуры и микротрещины.

Магнитная дефектоскопия основана на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов, служит магнитный порошок (закись - окись железа) или его суспензия в масле с дисперсностью частиц 5-10 мкм. При намагничивании изделия порошок оседает в местах расположения дефектов (метод магнитного порошка). Методом магнитного порошка можно обнаружить трещины и другие-дефекты на глубине до 2 мм.

Чувствительность метода магнитной дефектоскопии зависит от хмагнитных характеристик-материалов, применяемых индикаторов, режимов намагничивания изделия и др.

Поле рассеяния можно фиксировать на магнитной ленте, которую накладывают на исследуемый участок, намагниченного изделия (магнитографический метод). Этим методом контролируют главным образом сварные швы трубопроводов толщиной до 10-12 мм и обнаруживают на них тонкие трещины и непровар.

Используют на практике малогабаритные датчики (феррозонды), которые при движении по изделию в месте дефекта указывают на изменение импульса тока, что регистрируется на экране осциллоскопа (феррозондовый метод). Феррозондовый метод наиболее целесообразен для обнаружения дефектов на глубине до 10 мм и в отдельных случаях до 20 мм в изделиях правильной формы. Этот метод позволяет полностью автоматизировать контроль и разбраковку.

Намагничивание изделий производится магнитными дефектоскопамш. создающими магнитные поля достаточной напряженности. После проведения контроля изделия тщательно размагничивают,

Методы магнитной дефектоскопии применяют для исследования структуры материалов (магнитная структурометрия) и измерения толщины (магнитная толщинометрия).

Магнитная структурометрия построена на определении основных магнитных характеристик материала (коэрцитивной силы, индукции, остаточной намагниченности, магнитной проницаемости). Эти характеристики, как правило, зависят от структурного состояния сплава, подвергаемого различной термической обработке. Магнитную структурометрию применяют для определения структурных составляющих сплава, находящихся в нем в небольшом количестве и по своим магнитным характеристикам значительно отличающихся от основы сплава, для измерения глубины цементации, поверхностной закалки и т.п.

Магнитная толщинометрия основана на измерении силы притяжения постоянного магнита или электромагнита к поверхности изделия из ферромагнитного материала, на которую нанесен слой немагнитного покрытия, и позволяет определить толщину этого покрытия.

Электроиндуктивная (токовихревая) дефектоскопия основана на возбуждении вихревых токов переменным магнитным толем датчика дефектоскопа. Вихревые токи создают свое поле, противоположное по знаку возбуждающему. В результате взаимодействия этих полей изменяется полное сопротивление катушки датчика, что и отмечает индикатор. Показания индикатора зависят от электропроводности и магнитной проницаемости металла, размеров изделия, а также от изменений электропроводности из-за структурных неоднородностей или нарушений сплошности металла. Датчики токовихревых Дефектоскопов изготовляют в виде катушек индуктивности, внутри которых помещают изделие (проходные датчики) или которые накладывают на изделие (накладные датчики).

Применение токовихревой дефектоскопии позволяет автоматизировать контроль качества проволоки, прутков, труб, профилей, движущихся в процессе их изготовления со значительными скоростями, вести непрерывное измерение размеров. Токовихревыми дефектоскопами можно контролировать качество термической обработки, оценивать загрязненность высокозлектропроводных металлов (меди, алюминия), определять глубину слоев химико-термической обработки с точностью до 3%, сортировать некоторые материалы по маркам, измерять электропроводность неферромагнитных материалов с точностью до 1%, обнаруживать поверхностные трещины глубиной в несколько микрон при протяженности их в несколько десятых долей миллиметра.

Термоэлектрическая дефектоскопия основана на измерении электродвижущей силы (термоэдс), возникающей в замкнутой цепи при нагреве места контакта двух разнородных материалов. Если один из этих материалов принять за эталон, то при заданной разности температур горячего и холодного контактов величина и знак термоэдс будут определяться химическим составом второго материала. Этот метод обычно применяют в тех случаях, когда требуется определить марку материала, из которого состоит полуфабрикат или элемент конструкции (в том числе готовой конструкции).

Трибоэлектрическая дефектоскопия основана на измерении электродвижущей силы, возникающей при трении разнородных материалов. Измеряя разность потенциалов между эталонными и испытуемыми материалами, можно различить марки некоторых сплавов.

Электростатическая дефектоскопия основана па использований электростатического поля, в которое помещают изделие. Для обнаружения поверхностных трещин в изделиях из неэлектропроводных материалов (фарфора, стекла, пластмасс), а также из металлов, покрытых теми же материалами, изделие опыляют тонким порошком мела из пульверизатора с эбонитовым наконечником (порошковый метод). При этом частицы мела получают положительный заряд, В результате неоднородности электростатического поля частицы мела скапливаются у краев трещин. Этот метод применяют также для контроля изделий из изоляционных материалов. Перед опылением их необходимо смочить ионогенной жидкостью.


2024 © winplast.ru.