Капиллярный метод (ПВК)

Капиллярный метод (ПВК)

Капиллярный метод неразрушающего контроля (ПВК) основан на проникновении внутрь поверхностной несплошности индикаторной жидкости с последующей регистрацией индикаторных следов, возникающих вследствие взаимодействия индикаторной жидкости, оставшейся в полости капилляра, с проявителем. Индикаторные следы полностью повторяют конфигурацию поверхностных несплошностей в плане, но больше их по размерам. Такие индикаторные следы легко различимы глазом даже без использования оптических средств. Увеличение размеров индикаторного следа тем больше, чем глубже дефекты, т.е. чем больше объем пенетранта, заполнившего дефект, и чем больше времени прошло с момента нанесения проявляющего слоя [209].


Данный метод пригоден для выявления несплошностей с поперечными размером 0,1 - 500 мкм. Этот вид контроля позволяет диагностировать объекты любых размеров и форм, изготовленные из черных и цветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамики, а также других твердых материалов [86].

Современная технология проведения капиллярного контроля рассчитана на температуру окружающего воздуха от -40°С до +40°С и относительной влажности воздуха не более 90 %. Температура контролируемой поверхности не должна превышать +40°С. В конкретных условиях температурный режим контроля регламентируется выбранным набором дефектоскопических материалов [295].


Контроль изделий осуществляют с помощью дефектоскопических материалов, представляющих собой наборы, в которые входят: индикаторный пенетрант, очищающая жидкость и проявитель. Индикаторный пенетрант представляет собой раствор или суспензию красителя или люминофора в смеси органических растворителей. В качестве основы индикаторных пенетрантов применяют бензол, керосин, скипидар, ксилол и другие вещества, трудно смываемые водой.


Оптимальными считают проникающие жидкости, имеющие коэффициент поверхностного натяжения αж=26-28 мН/м и динамическую вязкость ηж= 1-2 мПас. Наиболее распространенными люминесцирующими пенетрантами являются нориол А или Б, шубекол, жидкости типа ЛЖ, дефектоль, различные масла и др.


Люминесцирующие жидкости типа ЛЖ применяют для контроля металлических и керамических изделий. Выпускают жидкости ЛЖ-1, ЛЖ-2, ЛЖ-4, ЛЖ-5, ЛЖ-6А и др. Такие жидкости обычно применяют при температурах t = 10-30 °С, а жидкости ЛЖ-1 и ЛЖ-4 можно использовать при температурах до – 10 ° С.


При цветной дефектоскопии используют жирорастворимые темно-красные красители, например, 5С родамин, а при люминесцентно-цветной  краситель родамин С.

Очищающая жидкость предназначена для удаления пенетрантов с поверхности изделий в процессе контроля. Чаще всего применяют воду с добавками ПАВ, кальцинированной соды, а также органические растворители, масло-керосиновые смеси и другие жидкости. Иногда для устранения люминесценции или окраски остатков пенетрантов без их удаления с контролируемой поверхности изделия применяют так называемые гасители пенетранта. Обычно применяют гасители, растворимые в воде или органических растворителях.

Проявители позволяют, с одной стороны, извлекать пенетранты из полостей дефектов и образовывать индикаторные рисунки, а, с другой стороны, создавать на поверхности изделий фон, облегчающий рассмотрение этих рисунков. Проявители применяют в виде порошков, суспензий, красок или пленок. Обычно применяют следующие порошки или их смеси: окись магния, силикагель, белую сажу, мел, каолин, тальк, маршаллит и др. Эти порошки входят в состав суспензий на основе воды, ацетона, спирта, бензина и других жидкостей. Чем выше дисперсность порошка проявителя, тем больше световых лучей он отражает.


Различают сорбционное и диффузионное проявление индикаторных следов дефектов. При сорбционном проявлении на изделие наносят сорбент в виде сухого порошка или суспензии. При диффузионном (растворяющем) проявлении используют диффузию проникающей жидкости в слой специального покрытия (красочного или лакового).


В нормативной документации виды дефектоскопических материалов, входящих в набор, обозначают следующими буквами: И  индикаторный пенетрант, М (или О)  очищающая жидкость, П  проявитель. Дефектоскопические материалы обычно разделяют на четыре группы: ахроматические, люминесцентные, цветные, люминесцентно-цветные.

В унифицированной системе проникающие ахроматические материалы имеют номера с 1 по 99, люминесцентные с 100 по 199, цветные с 200 по 299, люминесцентно-цветные с 300 по 399. При обозначении дефектоскопических наборов используют условную запись содержащую:

  • класс чувствительности, обеспечиваемый этим комплектом;

  • обозначение пенетранта (И), очистителя (М) и проявителя (П) с номерами, соответствующими принятой системе нумерации.

Примеры обозначений: I -И101 М101 П101, II -И202 М101П101, III -И213 М101П101 .

Система классов чувствительности рассмотрена ниже. Примеры некоторых дефектоскопических комплектов приведены в табл. 3..


Дефектоскопические комплекты обычно выбирают, исходя из требуемой чувствительности контроля, его производительности, условий проведения, а также химической инертности в отношении объекта контроля. Обычно применяют нетоксичные или малотоксичные материалы, негорючие и коррозионно-безопасные составы.

Таблица 3.

Комплекты дефектоскопических материалов

Пенетрант

Проявитель

Очиститель

Метод проявления

Класс чувствительности

Люминесцентные

И109

П102

М206

Суспензионный

II

И112

П100

М206

Порошковый

I

Люминесцентные

И129

П112

М100

Суспензионный

II

И129

П100

М206

Порошковый

I

И138

П104

М101

Суспензионный

I

Цветные

И202

П203

М205

Красочный

II

И204

П201

М205

Красочный

III

И206

П205

М104

Суспензионный

II

И211

П210

М205

Красочный

I

И216

П110

М206

Красочный

II

И218

П115

М204

Суспензионный

II

И224

П226

М204

Суспензионный

I

Люминесцентно-цветные

И301

П100

М100

Красочный

I

И301

П112

М200

Красочный

II

Примеры составов и области их применения приведены в справочной литературе.

Высокочувствительные комплекты выявляют дефекты с раскрытием около 0,1–0,5 мкм, комплекты средней чувствительности – с раскрытием более 1 мкм, а наборы пониженной чувствительности – с раскрытием более 10 мкм.


Часто дефектоскопические материалы применяют в виде аэрозолей, то есть тонких распределений мельчайших частиц твердого или жидкого вещества в газе. В дефектоскопии под термином «аэрозоль» понимают аэрозольную упаковку того или иного вещества, заключенного в специальный металлический или пластмассовый баллон.


Помимо дефектоскопических материалов в содержимое упаковки входит сжиженный газ (пропеллент), в котором дефектоскопические материалы растворяются или перемешиваются. Сжиженный газ служит для создания необходимого давления в баллоне и распыления материалов. В качестве пропеллентов используют смесь фреона–11 и фреона–12, но последнее время часто применяют сжатый воздух.

Широкое применение получили аэрозольные комплекты Magnaflux, СиМ, Bicotest, Helling, Sherwin и др.


Оценку качества дефектоскопических материалов производят с использованием контрольных образцов (рис. 3.) по эффективности выявления искусственных дефектов определенных типов и размеров. При комплексной оценке дефектоскопических материалов проверяют одновременно свойства пенетранта, очистителя и проявителя в условиях, приближенных к условиям контроля реальных объектов.

Рис. 3.. Контрольные образцы: а – контрольный образец в соответствии с ГОСТ 18442, б –алюминиевый образец для сравнения пенетрантов, в - универсальная панель PSM-5 до и после капиллярного контроля

Контрольный образец по ГОСТ 18442 (рис. 3. а) содержит поверхностную тупиковую трещину с раскрытием, соответствующим определенному классу чувствительности. В производственных условиях в зависимости от конкретных способов реализации методов капиллярной дефектоскопии и применяемых дефектоскопических комплектов оценку чувствительности методов производят по системе, включающей пять классов (табл. 3.). Указанные в таблице предельные значения размеров выявляемых дефектов соответствуют вероятности их выявления не менее 0,95. Классы чувствительности указывают в обозначениях дефектоскопических комплектов.

Таблица 3.. Классы чувствительности капиллярной дефектоскопии

Класс чувствительности

Раскрытие дефектов, мкм

I

Менее 1

II

От 1 до 10

III

От 10 до 100

IV

От 100 до 500

Технологический

Не нормируется

К каждому контрольному образцу прикладывают паспорт, в котором указывают размеры поверхностных трещин, фотографии индикаторных следов дефектов и указанием набора дефектоскопических материалов, с помощью которых производился контроль. Периодичность поверки контрольных образцов указывается в паспорте. При контроле для каждого класса чувствительности необходимо иметь два контрольных образца: «рабочий» для проверки материалов и «арбитражный» для контрольной проверки материалов в случае неудовлетворительных результатов, полученных на «рабочем» образце.


Контрольный образце, изображенный на рис. 3. б, используется для визуального сравнения результатов применения различных дефектоскопических наборов.


Применение панели PSM-5 позволяет оценить смываемость пенетранта (для этого используется правая часть изображеного на рис. 3. в образца) и способность при помощи конкретного дефектоскопического набора выявлять поверхностные дефекты в виде звездочек.


Технология проведения капиллярного неразрушающего контроля включает в себя следующие операции:

  • нанесение индикаторного пенетранта и выдержка не менее 5 минут;

  • удаление индикаторного пенетранта;

  • нанесение проявителя и осмотр контролируемого участка;

  • фиксирование индикаторных следов, протоколирование результатов и оценка качества;

  • очистка поверхности объекта контроля.

Основным условием получения достоверных результатов при проведении капиллярного контроля является обеспечение должного уровня подготовки объекта: поверхность контролируемого участка должна быть защищена от масел, смазок и других загрязнений, промыта и обезжирена органическим растворителем, шероховатость зоны контроля должна быть не хуже Rz20 мкм.


Во многих нормативных документах магнитный и капиллярный методы приводятся как равнозначные: выбор конкретного способа контроля для выявления поверхностных дефектов предлагается осуществлять лаборатории неразрушающего контроля самостоятельно. Физическая же сущность этих методов контроля различна, что определяет их различную чувствительность и область применения. На рис. 3. и рис. 3. приведены примеры выявляемости дефектов при использовании ПВК и МК [330].

ВЫЯВЛЯЕМОСТЬ СЕТКИ ТРЕЩИН НА ПОВЕРХНОСТИ ВТУЛКИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ КАПИЛЛЯРНОГО ЦВЕТНОГО (А), ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО (Б) И МАГНИТНОГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
a)
б) Рис. 3.. Выявляемость поперечных трещин на поверхности сварного шва при применении магнитного флуоресцентного (а) и капиллярного цветного (б) методов контроля

Магнитный контроль в ручном варианте исполнения, обладая хорошей выявляемостью поверхностных и подповерхностных дефектов (даже при наличии покрытия толщиной до 20 мкм), является трудоемким методом. Так, например, при магнитопорошковом контроле сварного соединения с толщиной свариваемых кромок 15,0 мм протяженностью 700 мм требуется более 50 последовательных установок полюсного электромагнита (рис. 3.). Каждая операция при этом сопровождается поливом суспензией зоны контроля, осмотром, протоколированием результатов. Контроль того же участка сварного соединения капиллярным методом происходит за один цикл нанесения пенетранта и проявителя, занимает то же время, однако требует от дефектоскописта значительно меньших трудозатрат.

Рис. 3.. Схема полюсного намагничивания сварного соединения (границы участка сварного соединения, контролируемого за две установки электромагнита выделены серым цветом)