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.


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).

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. 2) 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.1. Устройство и схема работы аэрозольного баллона
Аэрозольный баллон (рис.1) состоит из корпуса 1, клапана 6 со съемной головкой 7 и сифонной трубкой 2. В корпусе находится смесь насыщенных паров дефекто­скопического материала и пропеллента 5. При нажатии на клапан раствор дефектоскопического материала 4 под давлением пропелленга 5, находящегося в газообразном состоянии, проходит через сифонную трубку и попадает на контролируемую поверхность изделия в мелкодисперспом виде.

Превращение дефектоскопического материала в аэрозоль происходит следующим образом. Когда открывается клапан 6 при нажатии на него сверху съемной головкой 7, содержимое баллона через сифонную трубку сообщается с атмосферой. Раствор, попадая в условия нормального давления, мгновенно теряет легко улетучивающийся пропеллент, и струя превращается во множество мельчайших частиц смеси, состав которой меняется по мере удаления от баллона. На расстоянии около 100 мм (зона А) частицы аэрозоля 8 еще не сформированы, на расстоянии около 200 мм (зона В) аэрозоль уже представляет собой смесь 9 дефектоскопического состава с парами фреона, на расстоянии около 300 мм (зона С) аэрозоль 10 не содержит фреона – на таком расстоянии и следует размещать контролируемые изделия, например сварные швы 11.

При работе фреон в баллоне постепенно переходит из жидкого состояния в газообразное при постоянном давлении внутри баллона, поэтому качество распыления смеси остается постоянным по мере распыления материалов. При работе объем, занимаемый фреоном, постепенно увеличивается в результате расходования материалов смеси. Основным условием надежной работы баллона является чистота клапанного узла и исправность съёмной головки, снимаемой при перезарядке баллонов. Для очистки клапанный узел извлекают после снятия головки, промывают в ацетоне или в каком-либо другом растворителе, затем продувают сжатым воздухом. Дефектоскопические материалы в виде аэрозолей длительное время сохраняют свои свойства и всегда готовы к применению. Кроме того, при использо­вании исключаются их потери, так как они не высыхают и не проливаются. В аэрозольный дефектоскопический комплект обычно входят один баллон с пенетрантом, два - с очищающей жидкостью и три - с проявителем (проявляющим лаком). Стандартные баллоны имеют вместимость 208, 385 и 575 см3
.
Аэрозольные комплекты применяют при контроле различных изделий. Например, детали из жаропрочных сплавов контроли­руют с помощью комплекта Аэро-12А (а), из легких сплавов – с помощью комплекта Аэро-12А (к).

Различают ограниченный н полный анализ индикаторных рисунков дефек­тов.

При ограниченном анализе изучают только геомет­рию и размеры рисунка. Изделия бракуют, если количество и размеры выявляемых штрихов, линий и точек превышают до­пустимые ТУ. Такой анализ обеспечивает высокую производи­тельность контроля, позволяет использовать специалистов с невысокой квалификацией, но может привести к необоснованной выбраковке изделий со сложной поверхностью или невысокой чистотой обработки.

Полный анализ рисунка предполагает изучение места его расположения, направления, цвета, яркости и других признаков. При таком анализе необходим более тщательный осмотр изделий с применением сложной аппаратуры, выполняемы­й высококвалифицированными контролерами.

Специалист должен уметь различать действительные и мнимые дефекты. К мнимым дефектам относятся различные допускаемые ТУ изменения качества материала изделий, их микрогеометрии, незначительные повреждения и загрязнения поверхности, вызывающие образование индикаторных рисунков, по основным признакам похожих на рисунки действительных дефектов. Мнимые дефекты проявляются при неполном удалении пенетранта с поверхности изделия, а также при невозможности его удаления из узких глубоких повреждений поверхностного слоя материала, особенно содержащих следы загрязнений и коррозии. Поэтому анализ дефектов выполняют с использова­нием дополнительных признаков, главными из кото­рых являются следующие:

  • место расположения рисунка;
  • направление линий рисунков относительно оси симметрии изделия и действующих нагрузок;
  • цвет, яркость и насыщенность рисунка;
  • скорость образования рисунка и характер его изменения с течением времени;
  • конфигурация линий рисунка, наличие изломов и разветвле­ний;
  • четкость и степень подобия контуров линий рисунка;
  • микрорельеф проявителя в зоне рисунка;
  • наличие подобного рисунка в соседних зонах изделия.
Иногда бывает достаточно рассмотреть два-три дополни­тельных признака. В сложных случаях проводят анализ по всем дополнительным признакам или прибегают к дополнительному контролю изделия другими методами.

При полном анализе достигается наибольшая достоверность контроля, снижаются потери от необоснованной выбраковки изделий, создается возможность контроля изделий со сложной поверхностью, а также бывших в эксплуатации.

Иногда анализ дефектов выполняют путем сравнения полу­ченных дефектограмм с эталонными, которые изготовляют сле­дующим образом. При цветном контроле в качестве пенетранта используют жидкость К и краску М, причем проявляющую краскунаносят краскораспылителем несколько более толстым слоем, чем при обычном контроле. После высыхания пленку краски аккуратно срезают и помещают между двумя пластина­ми из оргстекла. На таких дефектограммах рисунок трещин сохраняется в течение одного-двух лет.

При люминесцентном контроле для изготовления эталонных дефектограмм, сохраняющихся длительное время, н качестве пе­нетранта применяют какую-либо из следующих жидкостей:

амиловый спирт - 40%; бутилацетат - 20%; ксилол - 20%а; диэтилфталат- 15%о; эмульгатор ОП-7 (ОП-10)-5%Q; люмино­фор 490РТ - 20 г/л;

ацетон-50%; этилацетат-20%; бензилацетат-20%о; ди­этилфталат-5%; эмульгатор ОП-7 (ОП-10)- 5%; люминофор 490РТ - 20 г/л;

ацетон - 55%; ксилол - 25%; диметилформамид -15%; эмульгатор 0П-7 (ОП-10) - 5 %4; люминофор 490РТ - 20 г/л.

Эти жидкости имеют такую же чувствительность и тот ж цвет люминесценции, что и жидкость ЛЖ-6А. В качестве проявителя используют краску ПР-1 с добавлением 10... 15% аце­тона. Пленку краски с рисунком трещин получают и хранят так же, как и при цветном контроле.

Различают визуальный, фотоэлектрический, телевизионный и инструментальный способы обнаружения индикаторных следов.

При визуальном способе оператор осматривает видимый индикаторный след несплошности, выявленной люминесцентным, цветным, люминесцентно-цветным или яркостным методом.

При фотоэлектрическом способе анализируют результаты измерения светового потока фотоэлементом. Для этого изделие помещают в затемненную камеру и подвергают воздействию ультрафиолетового излучения. Фотоэлемент регистрирует свечение в видимой области.

При телевизионном способе сигнал от видимого индикаторного следа несплошности высвечивают на экране дисплея или записывают на магнитную пленку для последующего воспроизведения. Телевизионное обнаружение позволяет регулировать контрастность и яркость изображения дефекта, что повышает чувствительность контроля и улучшает условия работы. оператора.

При инструментальном способе обнаружения сигнал о наличии дефекта получают путем его регистрации с помощью специальных приборов, учитывающих радиоактивное излучение или акустические импульсы индикаторных веществ находящихся в полостях дефектов.

В случае необходимости фиксации индикаторных следов дефектов используют покрытия, образующие после высыхания тонкую пленку. Обычно применяют покрытие следующего состава:

эфироспиртовойраствор коллодия (70%), бензол (20%), ацетон (10%) и 50 г густотертых цинковых белил на 1 л смеси. Иногда осмотр индикаторных рисунков сопровождается их фотографической регистрацией со специальными светофильтрами.

При использовании аэрозольных комплектов поверхности контролируемых изделий тщательно очищают от нагара и лакокрасочных покрытии, обезжиривают и протирают. На очищенную поверхность из аэрозольного баллона периодически наносят пенетрант с расстояния примерно 300 мм в несколько слоев с перерывами не менее 2 мин. Затем изделие промывают теплой водой или протирают мокрой ветошью. Окончательно его обильно обмывают содер­жимым аэрозольного баллона с очистителем, выдер­живают 30...60 с, после этого очищающий состав быстро уда­ляют теплой водой.

Контролируемый участок поверхности протирают марлевым тампоном, слегка смоченным очищающим составом, после чего тампон рассматривают (в случае применения цветных материа­лов - при дневном свете, люминесцентных - при ультрафиоле­товом облучении). Если на нем видны следы пенетранта, то пре­дыдущие операции повторяют, увеличив время воздействия очи­щающего состава вдвое. Затем изделие быстра протирают сухой ветошью или сушат в потоке чистого воздуха, причем для удаления влаги время сушки должно быть минимальным (обычно 3 ... 5 мин). После сушки на поверхность изделия из аэрозольного баллона наносят проявляющий лак, тщательно взбалтывая его перед этим. Во избежание об­разования крупных капель лака, ухудшающих качество прояв­ления, струю аэрозоля включают и выключают в стороне от изделия. Проявитель наносят тонким, однородным, блестящим слоем, после чего сушат в течение 15...30 мин. Для получения наивысшей чувствительности контроля через 15 мин после на­чала сушки изделие подогревают, а затем осматривают при дневном свете или ультрафиолетовом облучении.

При использовании аэрозольных баллонов полезным объёмом 340 см3 пенетранта хватает для контроля поверхности площадью 6 м2, а проявителя - 4 м2.

Рис. 2. 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. 2. 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. 1.). Указанные в таблице предельные значения размеров выявляемых дефектов соответствуют вероятности их выявления не менее 0,95. Классы чувствительности указывают в обозначениях дефектоскопических комплектов.

Таблица 1.. 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. 2.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. 2.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. 4 приведены примеры выявляемости дефектов при использовании МКи ПВК.

ВЫЯВЛЯЕМОСТЬ СЕТКИ ТРЕЩИН НА ПОВЕРХНОСТИ ВТУЛКИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ КАПИЛЛЯРНОГО ЦВЕТНОГО (А), ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО (Б) И МАГНИТНОГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
Рис.3. Выявляемость сетки трещин на поверхности втулки при применении капиллярного цветного (а), флуоресцентного (б) и магнитного флуоресцентного методов контроля
a)
б) Рис. 4. 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. 5). 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. 5. Схема полюсного намагничивания сварного соединения (границы участка сварного соединения, контролируемого за две установки электромагнита выделены серым цветом)