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

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-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.

ДефектоскопияДЕФЕКТОСКОПИЯ
Комплекс методов и средств неразрушающего
контроля материалов и изделий с целью обнаружения
дефектов.
Включает в себя:
разработку методов и аппаратуру
(дефектоскопы и др.);
составление методик контроля;
обработку показаний дефектоскопов.

Визуальный метод

Рентгенодефектоскопия

Гамма-дефектоскопия

Магнитная Дефектоскопия

Магнитографический метод

10. Ультразвуковая Дефектоскопия

11.

12. Метод магнитной памяти металла (новые направления в дефектоскопии)

13.

14. Электролитическая дефектоскопия

15. Применение Дефектоскопии

Методы дефектоскопии деталей

Визуальный контроль и измерения деталей не позволяют выявлять достаточно малые или расположенные под поверхностью скрытые дефекты, но их можно обнаружить методами неразрушающегося контроля (дефектоскопии).

Рис. 1. Методы дефектоскопии

Рис. 2. Схемы эндоскопов: а - прямолинейный, б - коленчатый

Неразрушающий контроль деталей в последнее время повсеместно распространен в производстве машин и значительно меньше - при их эксплуатации. Широкое внедрение в портах наиболее эффективных и в то же время достаточно простых и дешевых методов контроля связано с необходимостью создания службы контроля, обеспеченной хорошо обученным и технически грамотным персоналом и необходимым диагностическим оборудованием.

При выборе того или иного метода контроля следует исходить из того факта, что универсального метода не существует, а следовательно, и возможности методов ограничены поиском определенных по характеру и месту положения дефектов. Знание характера изнашивания, влияющего на возможное расположение или вид дефекта, а также достаточное разнообразие способов контроля позволяют сделать необходимый выбор. На рис. 41 приведена схема наиболее перспективных для условий портов методов неразру-шающего контроля.

Оптический метод позволяет без разборки конструкции контролировать состояние поверхностей деталей в закрытых и труднодоступных местах. Метод основан на круговом или боковом обзоре контролируемой зоны при автономном освещении и увеличении изображения от 0,5 до 150. Приборы для контроля, называемые эндоскопами, позволяют передавать изображение на расстоянии до 7 м. Эндоскопы состоят из корпуса, в котором размещены осветитель, экран для защиты от засветки, призменная или зеркальная насадка, оптическая система, окуляр и отклоняющие призмы. Для осмотра детали 6 предназначено окно в корпусе. Эндоскопы позволяют обнаруживать в деталях с внутренним диаметром 5-100 мм и более царапины, трещины, коррозионные повреждения и другие дефекты размерами до 0,03- 0,08 мм.

Рис. 3. Схема капиллярного метода

Рис. 4. Характер дефектов при капиллярном методе контроля

Капиллярный метод основан на капиллярном проникновении жидкости в трещины и контрасте применяемых материалов. Метод позволяет выявлять открытые трещины сварочного, термического, шлифовочного, усталостного и другого происхождения с размером раскрытия е более 0,001 мм, глубиной h - 0,01 мм и длиной L - 0,1 мм, а также пористость и другие подобные дефекты.

Метод заключается в следующем: на поверхность детали наносят индикаторную жидкость, которая под действием капиллярных сил заполняет имеющиеся на поверхности полости. Поверхность тщательно протирают и покрывают проявляющим составом. Индикаторная жидкость из полости дефекта адсорбируется в проявляющий состав, образуя индикаторный след, по ширине значительно превышающей раскрытые трещины е. Контрастность изображения следа обеспечивается благодаря яркости цвета индикаторной жидкости (цветной метод) или ее способности люминисцировать при облучении ультрафиолетовыми лучами (люминисцентный метод). Технология контроля включает подготовку поверхности (очистку, обезжиривание), нанесение индикаторного и проявляющего составов и осмотр детали.

При осмотре поверхности анализируют образовавшийся рисунок следов, идентифицируя их видовую принадлежность. Так, трещины любого происхождения, волосовины, непровары проявляются в виде четких сплошных или прерывистых линий различной конфигурации (рис. 44, а); растрескивание материала - в виде группы отдельных коротких линий или сетки (4, б, в); поры, усталостное выкрашивание и эрозионные, повреждения - в виде отдельных точек или звездочек.

Наиболее сложно при анализе отличить действительные дефекты от мнимых - рисок, смятых заусенец, сколов окисной пленки. Для этих целей пользуются дополнительными признаками, такими, как место расположения рисунка, направление линий рисунка относительно оси детали и действующих нагрузок, конфигурацией и разветвлением линий, схожестью рисунка с другими участками поверхности, отличными по действующим нагрузкам.

Рис. 5. Схема акустического метода

Рис. 6. Блок-схема ультразвукового дефектоскопа

Акустический метод основан на способности звуковых волн отражаться от границ плотности материала. Падая на поверхность детали, волна Ф частично отражается от ее поверхности, частично распространяется внутрь материала (рис. 5). При этом количество отраженной энергии тем больше, чем выше разница между акустическими сопротивлениями I и II сред. Если I среда - воздух, а II - металл, отразится вся подведенная энергия.

Применение нормального или наклонного искателя зависит от предполагаемого места расположения дефекта. Поиск дефекта ведут эхо методом или теневым, когда используют 2 раздельных искателя - излучающий и приемный, расположенные на разных сторонах детали. В этом случае отсутствие сигнала на приемном искателе свидетельствует о наличии препятствия (дефекта) на пути распространения волны.

Для определения протяженности дефекта перемещают искатель по поверхности детали.

Применение ультразвукового контроля наиболее эффективно для выявления усталостных и сварочных трещин в металлоконструкциях кранов, грейферов и т. п.

Магнитный метод основан на регистрации магнитных полей рассеяния, образующихся над дефектами, расположенными на пути магнитного потока Фм. Напряженность поля рассеяния зависит от ориентации дефекта в магнитном потоке и его расположения относительно поверхности. В связи с этим при контроле магнитным методом надежно выявляют в изделиях из ферромагнитных материалов дефекты, носящие характер несплошностей, выходящие на поверхность либо расположенные на глубине не более 1 мм.

Метод является одним из самых простых и распространенных, позволяет контролировать сварные швы и детали самых разнообразных форм и размеров.

Наибольшее применение нашел магнитно-порошковый метод, при котором для визуализации поля рассеяния намагниченную деталь поливают ферромагнитной суспензией. Железный порошок, находящийся во взвешенном состоянии в смеси керосина, масла и воды, оседает на поверхности детали в местах выхода поля рассеяния. Причем ширина слоя порошка может в десятки раз превышать размер раскрытия трещины, благодаря чему образуется хорошо различимый рельефный след дефекта.

Рис. 7. Схема определения местоположения дефектов

Рис. 8. Схема образования магнитного поля рассеяния

Рис. 9. Схемы намагничивания при магнитно-порошковом методе: 1 - контролируемая деталь: 2 - намагничивающее устройство

Деталь перед контролем для обеспечения электрического контакта и уменьшения влияния немагнитных покрытий зачищают. Контроль ведут в приложенном магнитном поле (в процессе намагничивания), если деталь изготовлена из маломагнитного материала (СтЗ, сталь 10, 20), сложной формы, дефекты расположены глубже 0,01 мм от поверхности либо есть такой же толщины защитное немагнитное покрытие (например, хромовое). В остальных случаях можно использовать остаточное намагничивание детали. Последний способ более удобен, так как позволяет расчленить операции контроля.

Для намагничивания (рис. 9) деталь помещают в поле электромагнита (рис. 9, а), в поле соленоида (рис. 9, б), а также циркулярным способом: или же пропускают ток через всю деталь (рис. 9, в) или по отдельным ее участкам с помощью специальных прижимных электроконтактов (рис. 9, г). После окончания контроля деталь размагничивают. Для этого ее помещают в переменное магнитное поле и постепенно удаляют из него либо плавно до нуля уменьшают напряженность магнитного поля.

После оседания порошка деталь осматривают. Все виды трещин выявляются в виде четких разветвленных сплошных или прерывистых линий. Однако следует иметь в виду, что можно обнаружить и мнимые дефекты, так как поле рассеяния может образовываться при соприкосновении намагниченной детали с другим ферромагнитным предметом, в местах резкого сужения сечения детали, по границам сварных швов и в ряде других случаев.

Электромагнитный метод основан на использовании и измерении характеристик вихревых токов, возбуждаемых на поверхности детали при приближении к ней (при перемещении вдоль) датчика-катушки индуктивности. В зависимости от размера сближения, скорости перемещения и ряда других факторов используется различное взаимодействие магнитных полей датчика и вихревых токов. Результат этого взаимодействия лежит в основе определения физи-ко-механических свойств и химического состава материала, качества термообработки, а также толщины хромовых, лакокрасочных, керамических, пластмассовых и других видов неэлектропроводя-Щих покрытий.

Определять толщины покрытий, наносимых вновь или остающихся в результате изнашивания, в силу своей простоты можно широко в эксплуатационных условиях. Контроль заключается в настройке толщиномера на нижний и верхний пределы измерения по имеющимся в комплекте эталонным пластинкам и измерении по шкале прибора неизвестной толщины покрытия после установки датчика на контролируемый участок поверхности. Выбор необходимого типа толщиномера зависит от диапазона измеряемых толщин в пределах 0,003-10 мм с погрешностью для большинства из них ±2% измеряемого значения.

Рис. 10. Схема рентгеновского метода контроля

Радиационный метод основан на свойстве жесткого у излучения проходить через материалы различной плотности, в том числе через алюминий и сталь. Значение ослабления излучения, а следовательно; и степень потемнения находящейся за деталью на пути лучей рентгеновской пленки зависят от толщины материала. Поры, раковины, трещины и т. п. уменьшают ее и выявляются на пленке в виде более засвеченных (темных) точек, пятен или линий. В зависимости от источника у-излучения различают рентгеновский метод и у-контроль.

Основным элементом рентгеновской установки является рентгеновская трубка, схема которой приведена на рис. 10. В стеклянной колбе помещены электрода: катод и анод, на которые от трансформатора подается напряжение свыше 100 кВ. На катод, кроме того, от понижающего трансформатора подается напряжение 4-12 В для обеспечения накала нити спирали до 3000-3500 °С. При этом за счет термоэлектронной эмиссии из нее вылетают электроны, которые под действием электрического потенциала на электродах через фокусирующее и калибрующее устройства движутся с большой скоростью к аноду. Соударение с анодом приводит к их поглощению и испусканию у-лучей, узким пучком выходящих через специальное окно. В связи с большим нагреванием анода предусмотрена специальная система охлаждения.

Контролируемую стальную деталь 8 толщиной до 120-160 мм устанавливают на пути потока излучения, а за ней - металлическую кассету с рентгеновской пленкой. Время экспонирования в зависимости от мощности излучения и толщины детали составляет от нескольких минут до 1 ч. Рентгеновские установки бывают стационарными или передвижными.

Рис. 11. Схема дефектоскопа

Установки контроля - у-дефектоскопы - изготавливают переносными. Они мобильны, значительно (в 5-10 раз) легче рентгеновских, удобны в работе и позволяют контролировать стальные летали толщиной до 200 мм. Дефектоскоп (рис. 11) состоит из защитного стального корпуса, свинцовой оболочки, радиоизо-топного источника излучения и затвора, перекрывающего в нерабочем положении дефектоскопа канал выхода лучей. Основными характеристиками источника излучения являются его активность и период полураспада, определяющий время, в течение которого число радиоактивных атомов уменьшится в 2 раза. Из более чем 60 выпускаемых промышленностью изотопов для целей контроля используют кобальт-60, цезий-137, иридий-192 и некоторые другие.

Поскольку у-дефектоскопы потенциально всегда опасны, их хранят в бетонированных гнездах в закрытых и опечатанных помещениях. Перезарядку дефектоскопов выполняют специалисты.

Особое внимание следует обращать на меры безопасности при радиационном контроле, обязательно ограждать зону работы и выставлять на время контроля дежурных либо проводить контроль в специальных помещениях.

К атегория: - Портовые подъемно-транспортные машины