Методы определения скрытых дефектов в конструкциях дефектоскопия. Неразрушающий контроль и диагностика – виды дефектоскопов и их применение. Остальные виды и их принцип действия

Дефектоскопия (от лат. defectus - недостаток, изъян и греч. skopeo - смотрю) - совокупность методов и средств неразрушающего контроля материалов и изделий для обнаружения в них различных дефектов. К последним относятся нарушения сплошности или однородности структуры, зоны коррозионного поражения, отклонения химического состава и размеров и др.

Важнейшие методы дефектоскопии - магнитной, электрической, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптической, радиационной, аккустической, проникающих веществ. Наилучшие результаты достигаются при комплексном использовании разных методов.

Магнитной, ультразвуковой, а также рентгеновской дефектоскопией пользуются в тех случаях, когда при внешнем осмотре детали возникает подозрение о наличии скрытого порока и когда проверка предусмотрена правилами ремнта, в частности при дефектации аппаратов, подлежащих проверке по правилам Госгортехнадзора.

Магнитная дефектоскопия основана на регистрации в местах дефектов искажений магнитного поля. Для индикации используют: магнитный порошок или масляную суспензию Fe 3 O 4 , частицы которых оседают в местах расположения дефектов (магнитно-порошковый метод); магнитную ленту (связанную с устройством для магнитной записи), накладываемую на исследуемый участок и намагничиваемую в различной степени в дефектных и бездефектных зонах, что вызывает изменения импульсов тока, регистрируемые на экране осциллографа (магнитографичный метод); малогабаритные приборы, которые при передвижении по изделию в месте дефекта указывают на искажение магнитного поля (например, феррозондовый метрд). Магнитная дефектоскопия позволяет выявлять макродефекты (трещины, раковины, непровары, расслоения) с минимальными размерами > 0,1 мм на глубине до 10 мм в изделиях из ферри- и ферромагнитных материалов (в т. ч. в металлонаполненных пластиках, металлопластах и др.).

При электрической дефектоскопии фиксируют параметры электрического поля, взаимодействующего с объектом контроля. Наиболее распространен метод, позволяющий обнаруживать дефекты диэлектриков (алмаза, кварца, слюд, полистирола и др.) по изменению электрической емкости при введении в него объекта. С помощью термоэлектрического метода измеряют ЭДС, возникающую в замкнутом контуре при нагревании мест контакта двух разнородных материалов. Метод применяют для определения толщины защитных покрытий, оценки качества биметаллических материалов, сортировки изделий.

При электростатичном методе в поле помещают изделия из диэлектриков (фарфора, стекла, пластмасс) или металлов, покрытых диэлектриками. Изделия с помощью пульверизатора опыляют высокодисперсным порошком мела, частицы которого вследствие трения об эбонитовый наконечник пульверизатора имеют положительный заряд и из-за разницы в диэлектрической проницаемости неповрежденного и дефектного участков скапливаются у краев поверхностных трещин.

Электропотенциальный метод используют для определения глубины (>> 5 мм) трещин в электропроводных материалах по искажению электрического поля при обтекании дефекта током.

Электроискровой метод , основанный на возникновении разряда в местах нарушения сплошности, позволяет контролировать качество неэлектропроводных (лакокрасочных, эмалевых и др.) покрытий с максимальной толщиной 10 мм на металлических деталях. Напряжение между электродами щупа, устанавливаемого на покрытие, и поверхностью металла составляет порядка 40 кВ.

Вихретоковая дефектоскопия основана на изменении в местах дефектов поля вихревых токов, которые наводятся в электропроводных объектах электромагнитным полем (диапазон частот от 5 Гц до 10 МГц) индукционных катушек, питаемых переменным током. Используют для обнаружения поверхностных (трещин, раковин, волосовин глубиной > 0,1 мм) и подповерхностных (глубина 8-10 мм) дефектов, определения хим. состава и структурных неоднородностей материалов, измерения толщины покрытий и др.

При радиоволновой дефектоскопии происходит взаимодействие (преимущественно отражение) с объектом контроля радиоволн длиной 1-100мм, которые фиксируются специальными приборами - радиодефектоскопами. Метод позволяет выявлять дефекты с минимальными размерами от 0,01 до 0,5 длины волны, контролировать химический состав и структуру изделий, главным образом из неметаллических материалов. Особенно широкое распространение метод получил для бесконтактного контроля проводящих сред.

Тепловая дефектоскопия позволяет обнаруживать поверхностные и внутренние дефекты в изделиях из теплопроводных материалов анализом их температурных полей, возникающих под действием теплового излучения (длины волн от 0,1 мм до 0,76 мкм).

Наибольшее применение имеет так называемая пассивная дефектоскопия (внешний источник нагревания отсутствует), например, тепловизионный метод, основанный на сканировании поверхности объекта узким оптическим лучом, а также метод термокрасок, цвет которых зависит от температуры поверхности изделия. При активной дефектоскопии изделия нагревают плазмотроном, лампой накаливания, оптическим квантовым генератором и измеряют изменение прошедшего через объект или отраженного от него теплового излучения.

Оптическая дефектоскопия основана на взаимодействии исследуемых изделий со световым излучением (длины волн 0,4-0,76 мкм). Контроль может быть визуальным или с помощью светочувствительных приборов; минимальный размер выявляемых дефектов в первом случае составляет 0,1-0,2 мм, во втором - десятки мкм. С целью увеличения изображения дефекта используют проекторы и микроскопы. Шероховатость поверхности проверяют интерферометрами, в т.ч. голографическими, сравнивая волны когерентных пучков света, отраженных от контролируемой и эталонной поверхностей.

Для обнаружения поверхностных дефектов (размер > 0,1 мм) в труднодоступных местах применяют эндоскопы, позволяющие посредством специальные оптические системы и волоконной оптики передавать изображения на расстояния до нескольких метров.

Радиационная дефектоскопия предусматривает радиоактивное облучение объектов рентгеновскими, a-, b- и g-лучами, а также нейтронами. Источники излучений - рентгеновские аппараты, радиоактивные изотопы, линейные ускорители, бетатроны, микротроны. Радиационное изображение дефекта преобразуют в радиографичный снимок (радиография), электрический сигнал (радиометрия) или световое изображение на выходном экране радиационно-оптического преобразователя или прибора (радиационная интроскопия, радиоскопия). Развивается радиационная вычислительная томография, которая позволяет с помощью ЭВМ и сканирующих поверхностьсть объекта сфокусированных рентгеновских лучей получать его послойное изображение. Метод обеспечивает выявление дефектов с чувствительностью 1,0-1,5% (отношение протяженности дефекта в направлении просвечивания к толщине стенки детали) в литых изделиях и сварных соединениях.

Аккустическая дефектоскопия основана на изменениях под влиянием дефектов упругих колебаний (диапазон частот от 50 Гц до 50 МГц), возбужденных в металлических изделиях и диэлектриках. Различают ультразвуковые (эхо-метод, теневой и др.) и собственно акустические (импедансный, акустико-эмиссионный) методы. Наиболее распространены ультразвуковые методы. Среди них самый универсальный - эхо-метод анализа параметров акустических импульсов, отраженных от поверхностных и глубинных дефектов (площадь отражающей поверхности / 1 мм 2). При так называемом теневом методе о наличии дефекта судят по уменьшению амплитуды или изменению фазы ультразвуковых колебаний, огибающих дефект. Резонансный метод основан на определении собственных резонансных частот упругих колебаний при их возбуждении в изделии; применяют для обнаружения коррозионных повреждений или утонений стенок изделий с погрешностью около 1%. По изменению скорости распространения (велосимметричный метод) упругих волн в местах нарушения сплошности контролируют качество многослойных металлических конструкций. В основе импедансного метода лежит измерение механического сопротивления (импеданса) изделий преобразователем, сканирующим поверхность и возбуждающим в изделии упругие колебания звуковой частоты; этим методом выявляют дефекты (площадью / 15 мм 2) клеевых, паяных и других соединений, между тонкой обшивкой и элементами жесткости или заполнителями в многослойных конструкциях. Анализом спектра колебаний, возбужденных в изделии ударом, обнаруживают зоны нарушения соединений между элементами в многослойных клееных конструкциях значительной толщины (метод свободных колебаний).

Акустико-эмиссионный метод, основанный на контроле характеристик упругих волн, которые возникают в результате локальной перестройки структуры материала при образовании и развитии дефектов, позволяет определять их координаты, параметры и скорость роста, а также пластическую деформацию материала; используют для диагностики сосудов высокого давления, корпусов атомных реакторов, трубопроводов и т.д.

По сравнению с другими методами акустическая дефектоскопия наиболее универсальна и безопасна в эксплуатации.

Дефектоскопию проникающими веществами подразделяют на капиллярную и течеисканием.

Капиллярная дефектоскопия (заполнение под действием капиллярных сил полостей дефектов хорошо смачивающими жидкостями) основана на искусственном повышении свето- и цветоконтрастности дефектного участка относительно неповрежденного. Метод применяют для выявления поверхностных дефектов глубиной > 10 мкм и шириной раскрытия > 1 мкм на деталях из металлов, пластмасс, керамики. Эффект обнаружения дефектов усиливается при использовании веществ, люминесцирующих в УФ лучах (люминесцентный метод), или смесей люминофоров с красителями (цветной метод). Дефектоскопия течеисканием основана на проникании газов или жидкостей через сквозные дефекты и позволяет контролировать герметичность сосудов высокого или низкого давления, многослойных изделий, сварных швов и т. д.

С помощью газовых испытаний утечки либо подсосы выявляют, определяя снижение давления (манометричный метод), создаваемого в изделиях потоком воздуха, азота, гелия, галогена или другого газа, относительное содержание его в окружающей среде (масс-спектрометричный, галогенный методы), изменение теплопроводности (катарометричный метод) и т. д.; на базе этих методов разработаны наиболее высокочувствительные течеискатели. При жидкостных испытаниях изделия заполняют жидкостью (водой, керосином, расвором люминофора) и определяют степень их герметичности по появлению капель и пятен жидкости или светящихся точек на поверхности. Газожидкостные методы основаны на создании внутри изделия повышения давления газа и погружении его в жидкость или обмазывании мест течи мыльной водой; герметичность контролируют по выделению пузырьков газа или мыльной пены. Минимальный размер выявляемого при течеискании дефекта составляет около 1 нм.

Метод люминесцентной дефектоскопии требует применения люминесцентного дефектоскопа или переносных ртутнокварцевых приборов типа ЛЮМ-1, ЛЮМ-2 и т.д. Метод основан на введении в полость дефектов люминесцентного вещества с последующим облучением поверхности детали ультрафиолетовыми лучами. Под их воздействием дефекты становятся видимыми вследствие люминесценции вещества. Метод позволяет выявлть поверхностные дефекты шириной не менее 0,02 мм в деталях любой геометрической формы.

Последовательность операций при люминесцентной дефектоскопии:

Очистка поверхности от загрязнений;

Нанесение проникающего люминесцентного состава;

Нанесение проявляющего порошка;

Осмотр детали в ультрафиолетовых лучах.

Можно применять люминесцентный: керосин - 55-75%, вазелиновое масло – 15-20%; бензол или бензин – 10-20%; эмульгатор – ОП-7 – 2-3 г/л; дефектоль зелено-золотистый – 0,2 г/л. Проявляющие порошки – углекислый магний, тальк или силикагель.

Ведомость дефектов.

После проведения подетальной дефектации составляется дефектная ведомость. В дефектной ведомости отмечается характер повреждения или износа деталей, объем необходимого ремонта с указанием вновь изготавливаемых деталей; указываются также все работы, связанные с капитальным ремонтом (разборка, транспортировка, промывка и т.д.), и работы, которыми заканчивается ремонт (подготовка, шабровка, сборка, проверка на прочность, опробование, сдача в эксплуатацию).

Карты на дефектацию и ремонт являются одним из основных технических документов дляя ремонта. В них излагаются указания по дефектации деталей. Карты располагаются в порядке возрастания нумерации сборочных единиц и деталей или по конструктивной последовательности расположения сборочных единиц.

В левом верхнем углу карты помещается эскиз детали или тенологиеского процесса. На эскизе проставляются габаритные размеры, отдельно показываются профили зубьев шестерен, шлицев, шлицевых и шпоночных пазов, кулаков и т.п. Номера позиций и места контроля выносятся от размерной стрелки и располагаются в возрастающем порядке по часовой стрелке или слева направо.

В правом верхнем углу карты приводятся данные с чертежами, характеризующие деталь.

Принят следующий порядок постороения карты:

Проставляются номера позиций дефектов, указанных на эскизе. Не указанные на эскизе дефекты детали наносятся в первую очередь без проставления позиций;

Заносятся возможные дефекты детали, образующиеся в процессе эксплуатации машины по технологической последовательности их контроля. Сначала отменяются дефекты, определяемые визуально, а затем дефекты, определяемые замерами;

Указываются способы и средства контроля дефектов;

Проставляются номинальне размеры с указанием допусков в соответствии с чертежами завода-изготовителя;

Проставляются допустимые размеры с точностью до 0,01 мм при сопряжении этой детали с новой;

Проставляются допустимые размеры, но в сопряжении с деталью, бывшей в эксплуатации;

Порядок проведения ремонта.

1. Настоящий порядок устанавливает и разъясняет особенности проведения негарантийного и гарантийного ремонта оборудования. Здесь и далее в тексте Мастер – лицо, выполняющее ремонт и несущее связанные с этим расходы, а Заказчик – лицо, сдающее оборудование в ремонт и оплачивающее этот ремонт.

2. Доставка оборудования на территорию Мастера, а также возврат оборудования из ремонта по взаимному соглашению Мастера и Заказчика может быть произведена либо Мастером, либо Заказчиком, либо иным лицом, уполномоченным Заказчиком. В случае доставки оборудования Мастером эта доставка подлежит оплате как транспортный расход (выезд Мастера) согласно действующего на момент выезда прейскуранта. Оплате подлежит как выезд для доставки оборудования в ремонт, так и выезд для возврата оборудования из ремонта.

3. Заказчик при передаче оборудования в ремонт соглашается с тем, что оборудование принимается без разборки и поиска неисправностей. Заказчик соглашается с тем, что все неисправности, обнаруженные Мастером при техническом осмотре оборудования, произошли до момента передачи оборудования Мастеру. Заказчик соглашается с тем, что Мастер может обнаружить другие неисправности, не указанные Заказчиком при передаче оборудования в ремонт.

4. Заказчик принимает на себя риск частичной утраты потребительских свойств ремонтируемого оборудования, которая может произойти после ремонта. Мастер в ходе ремонта старается не допустить потерь потребительских свойств и по возможности минимизирует риск таких потерь.

5. Работы по ремонту оборудования проводятся только после согласования с Заказчиком ориентировочной стоимости ремонта. В случае отказа Заказчика от ремонта оплате подлежит стоимость работ по диагностике неисправности.

6. Ремонт может быть четырёх категорий сложности:

7. В ходе проведения ремонта у Мастера может возникнуть необходимость в проведении косвенных операций. Это операции, непосредственно не связанные с выполнением ремонтных работ, но без выполнения которых проведение ремонта было бы невозможным или крайне затруднительным.

Это такие операции, как:

Поиск в интернете схем, мануалов, сервисных инструкций, даташитов на компоненты, изделия и блоки;

Получение конфиденциальной информации, необходимой для проведения ремонта, от изготовителей микроэлектронных изделий и компонентов;

Составление принципиальных схем, ведение электронных библиотек и баз данных;

Изготовление или приобретение специальных приспособлений, инструментов и установок для ремонта;

Разработка сервисных программ и утилит или поиск их в интернете;

Заказ отсутствующих компонентов в интернете и ожидание их поступления или покупка их в магазинах.

Косвенные операции никоим образом не касаются взаимоотношений Мастера и Заказчика и Заказчиком не оплачиваются. Это – сугубо внутреннее дело Мастера, которое оплачивается Мастером. В отношении к Заказчику косвенные операции приводят лишь к дополнительным задержкам при выполнении ремонта.

8. Стоимость блоков, деталей и узлов, заменённых в ремонтируемом оборудовании, оплачивается Заказчиком и входит в калькуляцию ремонта. Стоимость расходных материалов (спецфлюсы и другие химические вещества, провода и т.п.) входит в стоимость работ по ремонту и отдельно не оплачивается.

9. Заменённые в ходе ремонта неисправные детали, узлы и блоки выдаются Заказчику по его просьбе. За хранение этих деталей, узлов и блоков Мастер несёт ответственность в течение одних суток после выдачи Заказчику отремонтированного оборудования. По истечении суток неисправные детали, узлы и блоки утилизируются.

Дефектоскопия представляет собой современный способ диагностики, который позволяет выявить дефекты сварки и внутренних структур материалов без их разрушения. Этот способ диагностики используется при проверке качества швов сварки и для определения прочности металлических элементов. Поговорим поподробнее о различных методах дефектоскопии.

Для чего необходимо проводить такую диагностику

При выполнении сварочных работ не всегда удается обеспечить качественное соединение, что приводит к ухудшению прочности выполненных металлических элементов. Чтобы определить наличие таких дефектов используют специальное оборудование, способное выявлять отклонения структуры или же состав исследуемого материала. Дефектоскопия исследует физические свойства материалов, воздействуя на них инфракрасным и рентгеновским излучением, радиоволнами и ультразвуковыми колебаниями. Проводиться такое исследование может как визуально, так и с помощью специальных оптических приборов. Современное оборудование позволяет определять малейшее отклонения в физической структуре материала и выявлять даже микроскопические дефекты, которые способны повлиять на прочность соединения.

Дефектоскопия методы контроля

• Фотографический — это распространенный способ определения дефектов состояния, когда выполняют съемку на пленку или цифровые носители, с последующим увеличением и определением наличия возможных дефектов. Следует сказать, что такой способ диагностики был распространён ранее, однако сегодня он постепенно вытесняется современными технологиями дефектоскопии.
• Инфракрасная технология позволяет обнаружить дефекты сварки, которые невидимы при визуальном осмотре. Данная технология подразумевает использование специального инфракрасного излучения, что в свою очередь обеспечивает качественное определение микротрещин, вздутий и нарушений однородности.
• Магнитный способ диагностики позволяет обнаруживать трещины путем выявления искажения магнитного поля. Подобная технология в последние годы получила широкое распространение, что объясняется ее эффективностью и простотой в использовании.
• Ультразвуковая дефектоскопия позволяет определить наличие внутренних дефектов сварки, поэтому данные технологии широко используются в металлургическом производстве, машиностроение и строительстве.
• Имперансный способ диагностики измеряет механическое сопротивление изделий, на основании чего производится выявление внутренних дефектов, отклонений химического состава, наличие пористости и нарушение однородности.

Эффективный метод ультразвуковой дефектоскопии

Следует сказать, что различные способы дефектоскопии имеют свои преимущества и недостатки. Важно правильно подобрать оптимальную технологию для каждого конкретного сварного соединения, что и позволит обеспечить максимальную точность определения имеющихся дефектов металлических сплавов и сварочных швов.

В последние годы наибольшее распространение получила ультразвуковая технология дефектоскопии, которая отличается универсальностью в использовании и позволяет точно определять имеющиеся неоднородности структуры. Отметим компактность оборудования для ультразвуковой дефектоскопии, простоту выполняемых работ и производительность такой диагностики. В настоящее время существуют специальные установки для ультразвуковой дефектоскопии, которые позволяют обнаруживать дефекты площадью в один квадратный миллиметр.

При помощи такого многофункционального современного оборудования можно определить не только имеющиеся повреждения и дефекты, но и контролировать толщину материала вплоть до нескольких миллиметров толщины. Это позволяет существенно расширить сферу использования такого оборудования для дефектоскопии, функционал которого в последние годы существенно расширился.

Использование такого исследования в производственном процессе и последующее наблюдение за эксплуатирующимися металлическими сварными изделиями позволяет обеспечить сокращение временных и денежных затрат на контроль качества изготовленных материалов и максимально точно определять состояние различных металлических деталей во время их эксплуатации.

Неразрушающие методы контроля позволяют проверять качество поковок и деталей (на отсутствие наружных и внутренних дефектов) без нарушения их целостности и могут быть использованы в сплошном контроле. К таким методам контроля относятся рентгено- и гамма-дефектоскопия, а также ультразвуковая, магнитная, капиллярная и другие виды дефектоскопии.

Рентгенодефектоскопия

Рентгенодефектоскопия основана на способности рентгеновского излучения проходить через толщу материала и поглощаться последним в различной степени в зависимости от его плотности. Излучение, источником которого является рентгеновская трубка, направляют через контролируемую поковку на чувствительную фотопластинку или светящийся экран. Если в поковке имеется дефектное место (например, трещина), излучение, проходящее через него, поглощается слабее, а фотопленка засвечивается сильнее. Регулируя интенсивность рентгеновского излучения, получают изображение в виде ровного светлого фона в бездефектных местах поковки и отличительного темного участка - в месте нахождения дефекта.

Выпускаемые промышленностью рентгеновские установки позволяют просвечивать стальные поковки толщиной до 120 мм, а поковки из легких сплавов - до 250 мм.

Гамма-дефектоскопия

Контроль поковок гамма-дефектоскопией аналогичен контролю рент- генодефектоскопией. На определенном расстоянии от исследуемого объекта устанавливают источник гамма-излучения, например капсулу с радиоактивным кобальтом-60, а с противоположной стороны объекта - устройство для регистрации интенсивности излучения. На индикаторе интенсивности (фотопленке) проявляются дефектные участки, имеющиеся внутри заготовки или поковки. Толщина контролируемых заготовок (поковок, деталей) достигает 300 .. .500 мм.

Во избежание облучения при использовании в качестве методов контроля рентгено- и гамма- дефектоскопии необходимо строго соблюдать требования безопасности и быть предельно осторожным.

Рис. 9.7. Установка для ультразукового контроля металла: 1 - осциллограф, 2, 3, 4 - световые импульсы, 5 - блок, 6 -головка, 7 - поковка, 8 - дефект

Ультразвуковая дефектоскопия

Ультразвуковая дефектоскопия является наиболее распространенным методом контроля, позволяющим проверять поковки толщиной до 1 м. Установка для ультразвукового контроля эхо-методом (рис. 9.7) состоит из искательной головки 6 и блока 5, в котором размещены генератор ультразвуковых электрических колебаний (частота свыше 20 кГц) и осциллограф 1. Головка 6 представляет собой пьезоэлектрический преобразователь электрических колебаний в механические.

С помощью искательной головки на исследуемый участок поковки 7 направляют импульс ультразвуковых колебаний, который отразится сначала от поверхности поковки, затем (с некоторым опозданием) - от дефекта 8 и еще позже - от донной поверхности объекта. Отраженный импульс (эхо) вызывает колебание пьезокристалла искательной головки, который преобразует механические колебания в электрические.

Электрический сигнал усиливается в приемнике и регистрируется на экране осциллографа 1: расстояние между импульсами 2,3 и 4 определяет глубину нахождения дефекта, а форма кривых - величину и характер последнего.

Магнитная дефектоскопия

Наиболее распространенным видом магнитной дефектоскопии является магнитно-порошковый метод, применяемый для контроля магнитных сплавов железа, никеля и кобальта. Стальную деталь намагничивают электромагнитом, а затем покрывают суспензией из керосина и магнитного порошка. В местах наличия дефекта частицы магнитного порошка скапливаются, копируя форму и размеры не только поверхностных трещин, но и дефектов, расположенных на глубине до 6мм.

Магнитно-порошковый метод позволяет выявить крупные и очень мелкие дефекты шириной 0,001 ...0,03 и глубиной до 0,01 ... 0,04 мм.

Капиллярная дефектоскопия основана на свойстве жидкостей под действием капиллярных сил заполнять полости поверхностных дефектов (трещин). Используемые для контроля жидкости либо обладают способностью люминесцировать под действием ультрафиолетового излучения (люминесцентная дефектоскопия), либо имеют окраску, четко выделяющуюся на общем фоне поверхности. Например, при люминесцентной дефектоскопии поковки погружают в раствор минерального масла в керосине, промывают, просушивают, а затем опыляют порошком оксида магния. Если осматривать невооруженным глазом такую поверхность при свете ртутной лампы, на фоне темно-фиолетовой поверхности поковки ясно видны ярко-белые трещины. Метод позволяет определять наличие трещин шириной от 1 до 400 мкм.

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.

Дефектоскоп – это электронное устройство, предназначенное для обнаружения скрытых дефектов в твердых изделиях. Прибор позволяет диагностировать отклонения от нормы без создания нагрузки или разрушения изучаемого объекта. С его помощью можно оценить однородность структуры изделия, наличие на его поверхности послаблений в результате коррозии, отклонения химического состава или наличие микротрещин.

Где используется дефектоскоп

Дефектоскопы используются в машиностроении и строительстве. С их помощью проверяются различные узлы и агрегаты, а также заготовки. Эти приборы являются незаменимыми в нефтегазовой промышленности и энергетике. С их помощью проверяются трубы и цистерны на наличие слабых стенок. Данное оборудование позволяет выявлять брак, что исключает его применение на строительстве ответственных объектов. С помощью дефектоскопов можно контролировать надежность сварных швов, слоя клея или плотность пайки.

Это оборудование производится в переносном и стационарном варианте. Отдельные модели позволяют ввести сканирование даже тех объектов, которые двигаются на высокой скорости. Такие приборы применяются для проверки труб, которые протягиваются через область сканирования. Также существуют большие дефектоскопы, передвигаемые на вагонетке по рельсам. Эти приборы используются в строительстве и промышленном производстве, в частности самолетов и кораблей. Существует масса видов дефектоскопов адаптированных под определенные условия эксплуатации. В металоперерабатывающей промышленности применяются устройства, которые могут выявлять дефекты в разогретых металлических заготовках.

Конструкции дефектоскопов

Для обеспечения работы дефектоскопа используются различные физические явления, природа которых существенно отличаются друг от друга. В связи с этим существует масса конструктивных особенностей этих приборов.

Среди самых распространенных дефектоскопов, которые массово производятся, можно выделить:

• Акустические.
• Магнитопорошковые.
• Вихретоковые.
• Феррозондовые.
• Электроискровые.
• Термоэлектрические.
• Радиационные.
• Инфракрасные.
• Радиоволновые.
• Электронно-оптические.
• Капиллярные.

Каждый из этих типов оборудования обладает своими сильными сторонами и слабостями. В связи с этим они могут подходить идеально для одних целей, но быть непригодными для других. Чтобы сделать правильный выбор дефектоскопа, важно предварительно разобраться с принципом действия каждой разновидности.

Акустический дефектоскоп

Также называется импульсным или ультразвуковым. Он работает по принципу эха. На изделие, которое тестируется, направляется короткий ультразвуковой импульс, после чего его колебания регистрируются. В результате на экран выводится карта дефектов. Этот прибор является одним из самых востребованных. Он дает вполне четкую картину тех дефектов, которые скрыты на поверхности. К достоинствам подобного оборудования можно отнести то, что оно работает с разными материалами. Существует масса подвидов акустических дефектоскопов, которые также работают от ультразвуковой волны.

Магнитопорошковый дефектоскоп

Применяется для контроля деталей различных форм. С его помощью можно сканировать сварные швы и углубления, получаемые при сверлении. Важный недостаток метода заключается в том, что он позволяет проверять только поверхностные отклонения. Он не сможет определить внутренние проблемы, если они не имеют внешнего выхода. Для обеспечения сканирования деталей применяется специальный порошок, который рассредоточивается по поверхности объекта и заполняет имеющиеся в нем неровности и трещины. После этого проводится сканирование магнитного поля, что позволяет находить место наибольшего скопления порошка. Это позволяет создавать карту дефектов, поскольку порошок не задерживается на нормальных гладких поверхностях, а забивается в неровности

Недостаток данного метода заключается в том, что для него необходимо покупать магнитный порошок. Он является расходным материалом, поэтому быстро заканчивается и высыпает в роли грязи, которую нужно периодически собирать.

Вихретоковые дефектоскопы

Действуют по физическому принципу вихревых токов. Данный аппарат возбуждает вихревые токи в зоне тестирования, после чего анализирует состояние объекта по их поведению. Данный метод является одним из самых неточных. Глубина контроля трещины составляет до 2 мм. В связи с этим получить объективную картину действительного состояние измеряемой поверхности сложно.

Феррозондовый дефектоскоп

Вырабатывает импульсы тока, которые посылаются на изучаемую поверхность. По их поведению происходит анализ имеющихся дефектов. Данное оборудование является довольно чувствительным и может выявлять неровности с глубиной от 0,1 мм. Данным оборудованием осуществляется контроль качества литых деталей, металлопроката и сварочных соединений.

Электроискровые дефектоскопы

Создают электрический разряд между своим чувствительным щупом и изучаемой поверхностью. Щуп представляет собой пучок электродов, что увеличивает площадь изучения. Разряды пробиваются через воздушный промежуток между поверхностями. В результате осуществляется создание карты изучаемого объекта с отмеченными повреждениями. Для обследования таким методом необходимо чтобы объект изучения был изготовлен из токопроводящего материала.

Термоэлектрический дефектоскоп

Работает по физическому принципу электродвижущей силы, которая возникает при нагреве участка контакта между двумя различными материалами. Данное оборудование является одним из самых дорогостоящих, поскольку требует использование высококачественных материалов, которые позволяют фиксировать минимальные изменения температуры между эталоном и изучаемой поверхностью.

Радиационные

Осуществляют облучение объектов рентгеновскими лучами и нейтронами. Они работают по такому же принципу что и применяемый в медицине рентген аппарат. В результате получается радиографический снимок или светлое изображение на экране прибора. Данное оборудование является небезопасным для оператора, поскольку рентгеновские лучи неблагоприятно влияют на здоровье. Прибор позволяет проводить действительно глубокое изучение объектов, но может применяться далеко не на всех материалах.

Инфракрасные

Отправляют тепловые лучи, которые отбиваются от поверхности объекта и позволяют анализировать отклонение от нормы. На экране прибора просматривается тепловая карта, где участки с дефектами имеют измененные цвета. Данное оборудование позволяет выявлять дефекты, но не дает точной картины об их характеристиках. Тяжело определиться с глубиной трещин, поскольку рассматриваются только очертания нарушенных участков.

Радиоволновые

Генерируют радиоволны, которые направляются на предмет изучения. Потому как они отбиваются от предмета, можно определить не только трещины или утолщение, но и диаметр и даже толщину изоляционного покрытия. Подобное оборудование применяется для работы с металлами и другими материалами.

Электронно-оптические

Применяются для контроля объектов, которые находятся под высоким напряжением. Ими пользуются электромонтажники. Подобное оборудование позволяет не только выявить места перелома проводов, но и качество работы изоляции.

Капиллярное дефектоскопирование

Подразумевают покрытие изучаемой поверхности специальным индикаторным веществом, которое заполняет имеющиеся микротрещины. В тех местах, где толщина вещества больше, его цвет более насыщенный в сравнении с ровными участками. По этим цветам визуально определяются углубления. Этот метод подразумевает использование не электронного прибора, а только индикаторное вещество и лупу или микроскоп.

Критерии выбора

Выбирая дефектоскоп, следует обратить внимание на некоторые характеристики, которые являются ключевыми. В первую очередь нужно ориентироваться по диапазону измерения. Разные модели отличается чувствительностью. Самое точное устройство способно выявлять дефект, глубина которого составляет всего 1 мкм. Для определенных целей такая чувствительность действительно нужна, но для прочих является излишней. К примеру, если необходимо найти микротрещины на коленвале или других вращающихся деталях, то лучше использовать точное оборудование. Если же нужно проанализировать состояние металлического каркаса в строительстве, то подобные микротрещины не столь важны. Учитывая толщину тела арматуры или балок, маленький дефект глубиной 1 мкм никак не сможет стать причиной того, что металл лопнет, особенно если он используется в тех целях, для которых предназначен.

Также выбирая дефектоскоп, следует ориентироваться по тому, для каких материалов оно предназначено. Одни модели могут работать только с металлами, в то время как другие являются универсальными. Также по отношению к дефектоскопам важным понятием является производительность. Она показывает скорость сканирования. Чем она выше, тем быстрее можно оценить состояние объекта. Если ориентироваться по данному показателю, то безусловными лидерами являются вихретоковое и феррозондовое оборудование. Если использовать магнитопорошковый прибор, то продолжительность диагностики займет много времени, к тому же возникнет необходимость растирать порошок.

Рассматривая дефектоскопы, стоит в первую очередь отдать предпочтения ультразвуковым приборам. Они не несут вреда для оператора как радиационные, при этом дают вполне достаточное представление об имеющихся дефектах и целесообразности отправки детали в выбраковку.