Тема 13. Методы контроля проникающими веществами

Контроль проникающими веществами основан на проникновении пробных веществ в поверхностные и сквозные дефекты контролируемого объекта и их регистрации визуальным способом или с помощью приборных средств контроля. Контроль проникающими веществами разделяют на два вида: 1) капиллярный контроль, 2) контроль течеисканием.

Капиллярный контроль основан на капиллярном проникновении в дефекты индикаторных жидкостей (пенетрантов) и регистрации индикаторных следов визуальным способом. Капиллярный контроль разделяют на цветной, люминесцентный и комбинированный методы.

В цветном методе в качестве пенетранта используется жидкость красного цвета. За счёт капиллярных сил она проникает в дефект. После удаления пенетранта с поверхности контролируемого объекта на него наносится сорбент белого цвета. Сорбент впитывает пенетрант, что способствует получению индикаторного цветного рисунка на поверхности сорбента, характеризующего визуально размеры дефекта, например, трещин или непроваров. В качестве сорбента используется белый сухой порошок мела, водная суспензия белого порошка или белая краска. Операцию нанесения сорбента, с целью образования индикаторного следа, называют проявлением. Сорбент, являясь проявителем, позволяет выявить дефекты малых размеров, недоступные глазу.

Цветной капиллярный метод является самым чувствительным методом контроля. Размеры выявляемого дефекта - микроны. Недостаток метода обусловлен проникновением пенетранта в сорбент и распространением его по поверхности при чрезмерном увеличении времени проявления.

В люминесцентном методе в качестве пенетранта используется керосин с люминесцирующим веществом. Керосин испаряется, а люминесцирующее вещество оседает на стенках дефекта. При облучении контролируемого объекта ультрафиолетовым осветителем, люминесцентное вещество светится, обнаруживая дефект.

В этом методе сорбент не используется, так как свечение люминофора в затемненных условиях достаточно интенсивное. В качестве люминесцентного пенетранта можно использовать смесь трансформаторного масла и керосина, которая также светится под действием ультрафиолетовых лучей.

В комбинированном методе используется цветной и люминесцентный варианты, что позволяет расширить область применения капиллярного метода.

Капиллярный контроль позволяет контролировать изделие из любых материалов, размеров и форм. Необходимым условием дефектоскопии является наличие несплошностей, выходящих на поверхность, свободных от загрязнений и имеющих глубину, значительно превышающую ширину их раскрытия. Разработан не только ручной вариант контроля, но и механизированный процесс с подачей пенетранта, очистителя и проявителя. Капиллярный метод прост, нагляден, имеет малую стоимость, но продолжителен по времени.

Для определения пригодности дефектоскопических материалов по соответствующему уровню чувствительностииспользуют контрольные образцы с фотографиями дефектных участков соединений. Комплекты дефектоскопических материалов (пенетранты, проявители, очистители) и принадлежностей (шкурки, ультрафиолетовые облучатели, контрольные образцы, лупы, перчатки) размещают в специальных переносных сумках.

Контроль течеисканием относится к методам контроля герметичности или непроницаемости. Контроль течеискателем основан на проникновении пробных веществ (жидких, газообразных) через стенки оболочковых конструкций и выявлении отдельных (единичных) течей или определении общей негерметичности (вакуумной плотности).

Течь - это сквозной дефект в виде канала неопределенной формы в стенке оболочковой конструкции, нарушающий ее герметичность. В связи с малыми размерами извилистых каналов и их неоднородностью по длине, при оценке чувствительности метода используют понятие потока проникающих через них веществ. Герметичными принято считать конструкции, если протекание через течи вещества достаточно мало для того, чтобы его влиянием можно было бы пренебречь в условиях эксплуатации и хранения. Если герметичность конструкции обеспечивается для сохранения вещества, заполняющего герметизируемое изделие, или для поддержания неизменным его давления (вакуума), или газового состава, то предельно допустимые потоки веществ (порог чувствительности), протекающих через течи, определяются по формуле:

, или ,

где - внутренний объем контролируемого объекта; - изменение давления пробного вещества в объеме контролируемого объекта за время контроля .

Диапазон измеряемых потоков веществ при различных методах течеискания составляет 10^-2 - 10^{-11 м3} Па / с. Потеря герметичности может иметь место и в следствие натекания, под которым понимают процесс проникновения вещества, как правило, газа через стенку контролируемого объекта в результате диффузии.

По способу обнаружения течей методы течеисканием разделяются на методы визуального контроля и методы приборного контроля с использованием течеискателей.

По роду пробного вещества контроль течеисканием разделяют на жидкостные (пробное вещество-жидкость) и газовые (пробное вещество- газ) методы.

К жидкостным методам относят следующие методы.

Керосиновый метод. Признаком индикации течи является появление рыжих пятен керосина, подаваемого внутрь контролируемого объекта, на белом фоне сорбента (мела), нанесенного на наружную поверхность объекта.

Гидростатический метод. Признаком индикации течи является появление капелек воды (отпотевание) на наружной поверхности контролируемого объекта.

Гидравлический метод (метод опрессовки). Признак индикации дефектов тот же, что и в предыдущем случае. Часто этот метод совмещают с прочностными испытаниями сварных изделий.

Люминесцентногидравлический метод. Признаком индикации течи является свечение люминофора, введенного в пробное вещество.

К газовым методам относят следующие методы.

Пузырьковый (пневмогидравлический) метод. Признаком индикации течи является появление пузырьков газа, подаваемого в объект, погруженный в воду (метод аквариума). Для контроля плоских конструкций предложен метод накладной вакуумной камеры (пузырьково-вакуумный). При наличии течей в пенообразующем веществе, нанесенном на поверхность контролируемого объекта, появляются пузырьки, указывающие место расположения дефектов. Для выявления сквозных дефектов в изделиях, заполненных любыми газами, разработаны пенопленочные индикакторы с порогом чувствительности 10^{-7 м3} Па / с.

Химический метод. Признаком индикации течи является прохождение химической реакции между воздушно-аммиачной смесью, подаваемой в объект, и индикаторным слоем (бумажные ленты, смоченные фенолфталеином), нанесенным на наружную поверхность контролируемого объекта. При наличии течи появляются черные или фиолетовые пятна на индикаторе.

Манометрический метод. Признаком негерметичности является падение избыточного давления газа в контролируемом объекте (компрессионный вариант) или повышении давления газа в контролируемом объекте (вакуумный вариант) за определенное время. Величина допустимого изменения давления газовой среды в контролируемом объекте является критерием его герметичности.

Акустический метод. Признаком индикации течи является возникновение акустической волны, фиксируемой акустическим преобразователем, при истечении газа через дефект.

Особую группу газовых методов образуют газоаналитические методы, основанные на использовании шкальных и цифровых контрольных приборов – течеискателей 9приборов поиска течей). Течеискатели реагируют только на конкретное пробное вещество вне зависимости от присутствия посторонних газов и поэтому обладают наибольшей чувствительностью.Они используются как для определения течей, так и контроля общей негерметичности (вакуумной плотности) контролируемого объекта любых размеров и форм. Известно три газоаналитических метода.

1) Катарометрический метод. Используется катарометрический течеискатель, принцип действия которого основан на свойстве платиновой спирали, помещенной в проточную ячейку, при попадании на нее пробного газа изменять теплоотдачу и сопротивление, что регистрируется прибором. В качестве пробного газа используется смесь воздуха с водородом (1% в смеси, что не взрывоопасно), метаном или пропаном. Благодаря способности платины противостоять окислению, датчик течеискателя, через который с помощью щупа и вакуумного насоса проходит пробное вещество, работает в атмосферных условиях (способ щупа).

Преимуществом катарометрического метода является простота конструкции течеискателя, возможность работы в автономном режиме, большое число пробных газов, на которые может быть настроен прибор и экспрессивность метода.

2) Галоидный (галогенный) метод. Принцип действия галоидного течеискателя основан на свойстве платиновой спирали ионизировать атомы щелочных металлов, имеющих низкий потенциал ионизации, и увеличивать эмиссию положительных ионов в присутствии галоидосодержащих соединений в пробном газе. Платиновая спираль навита на керамический каркас, в состав которого входят щелочные металлы, ионизация которых обеспечивается протеканием ионного тока. В качестве пробного газа используется воздух с добавками фреона (F) или хладона (СF₂Cl₂), являющегося малотоксичным веществом.

В галоидном методе известны способы щупа (см. предыдущую схему) и обдува. Способ обдува, использующийся для контроля вакуумируемых изделий, обладает наибольшей чувствительностью.

3) Масс-спектрометрический метод (гелиевый метод). Принцип действия гелиевого течеискателя основан на том, что молекулы гелия, попадая в вакуумную камеру масс-спектрометра, ионизируются и под действием магнитного поля приобретают кривую траектория движения. Газоанализатор разделяет ионы разных газов, имеющих различную массу. Ионы гелия движутся по более кривой траектории, так как гелий после водорода имеет самый маленький радиус атома. Диафрагмы, расположенные на пути движения ионов, пропускают только ионы гелия, которые попадая на коллектор, приводят к усилению ионного тока, фиксируемого прибором.

Метод работает как способ щупа, обдува или вакуумной камеры. В последнем случае метод позволяет оценить общую негерметичность (вакуумную плотность) контролируемого объекта, помещая его в вакуумную камеру. Существуют способы контроля герметичности и с частичным охватом оболочки контролируемого изделия.

Среди всех газоаналитических методов масс-спектрометрический метод является самым чувствительным методом контроля негерметичности (10^{-12 м3} Па / с). Время реакции 1 с. Для настройки и оценки чувствительности контроля герметичности с помощью течеискателей используют аттестованные контрольные течи.

 

Тема 14. Тепловые методы

Тепловые методы основаны на регистрации дефектов-несплошностей на основе анализа температурных полей в зоне дефектного участка контролируемого объекта при нагреве его внешним локальным источником теплоты. Основной характеристикой температурного поля служит величина локального температурного перепада (аномальность температурных участков порядка 0,1⁰С). В связи с тем, что измерение и регистрация температурного поля на поверхности контролируемого объекта осуществляется по интенсивности инфракрасного излучения, то метод получил название ИК - термодефектоскопии. Нагрев изделия может быть и общий. В этом случае регистрируется распределение температуры с противоположной стороны.

При нагреве изделий, содержащих дефекты, плохо проводящие тепло (газовые включения), перепад температур положителен для поверхности, подвергнутой нагреву. В случае дефекта, проводящего лучше основного изделия (металлические включения), знак перепада изменяется на обратный.

Благодаря бесконтактной регистрации пространственного распределения температурных полей в изделиях любой формы тепловые методы применяют для контроля сварных и паяных тонкостенных (до 1 мм) многослойных конструкций, например, сотовых панелей. С увеличением толщины панели абсолютные размеры выявляемых дефектов увеличиваются.

Используя ИК – радиометры (радиационные пирометры) и тепловизионные ИК – системы (тепловизоры) регистрируют температурные поля в виде терморельефа (температурный профиль вдоль определенной линии) на бумажном носителе (приборы - термопрофили) или термограммы (двухмерное изображение) на фотопленке, электротермической бумаге или экране компьютерного тепловизора. Широкое применение находят волоконно-оптические телевизионные пирометры, обеспечивающие усиление контраста изображения (ИК – видиконы). Установки ИК – термодефектоскопии должны быть оснащены механизмами сканирования (механического перемещения по заданной программе) источника нагрева и регистрирующего прибора, перемещающихся с постоянной скоростью вдоль поверхности контролируемого объекта в процессе контроля.