Средства контроля качества промышленной продукции

В связи с высоким техническим уровнем современного производ­ства к методам и средствам контроля качества продукции предъ­являют высокие требования по быстродействию, механизации и автоматизации контрольных операций как при ее изготовлении, так и в процессе эксплуатации. Развитие средств контроля идет в направлениях повышения точности измерений, уменьшения габа­ритных размеров и массы приборов, снижения измерительных уси­лий приборов, в частности, при линейно-угловых измерениях, при­менения новых физических методов измерений.

Перспективным направлением развития измерительной техни­ки является механизация и автоматизация контрольных операций, - как важное средство в повышении качества продукции, ее на­дежности, а также снижения затрат на контроль, исключения влия­ния субъективности контроля и повышения точности.

Средства контроля качества, используемые при изготовлении изделий, могут быть разделены на три группы:

1) средства неавтоматического контроля;

2) автоматы и автоматические системы контроля;

3) средства контроля автоматических систем управления техноло­гическими процессами.

Средства неавтоматического контроля исполь­зуются для получения информации об одном или нескольких па­раметрах, характеризующих качество изделия. Обычно они приме­няются при ручном контроле и отличаются низкой производитель­ностью и сравнительно большой трудоемкостью контроля.

Автоматы и автоматические системы (линии) контроля обеспечивают получение информации о параметрах, всесторонне характеризующих качество контролируемого объек­та. В состав таких систем могут входить автоматические транс­портирующие, сканирующие и сортирующие устройства, индика­торы и регистраторы различных видов. В основном эти системы предназначены для разбраковки контролируемых изделий по прин­ципу «годно - брак» или рассортировки по одному или несколь­ким параметрам. Примерами таких систем служат автоматы для сортировки шариков по диаметру, автоматы для контроля и сорти­ровки пальцев и поршней, линия комплексного неразрушающего контроля стальных прутков, осуществляющая автоматическую разбраковку по следующим параметрам: дефекты нарушения оплошности, обезуглероженные участки, марка сталей, диаметр прутка.

Средства контроля автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП), предназначены для выдачи такой информации, которая может быть использована для активного воздействия на ход технологического процесса в случае его нарушения. В состав систем АСУТП, кроме автоматических линий контроля, входят средства вычислительной техники и автоматики для формирова­ния управляющих воздействий.

Линейные и угловые методы и средства изме­рения составляют 80…90% от всех существующих в промышлен­ности видов измерений. Широкое распространение получили уни­версальные средства контроля, используемые для линейно-угловых измерений.

Номенклатура измерительных средств современного производ­ства включает: измерительные головки; оптико-механические при­боры для измерения длины; приборы для измерения погрешностей формы и взаимного расположения поверхностей; приборы для контроля шероховатости поверхности и др.

Измерительные головки представляют собой много­звенный рычажный механизм, у которого линейные перемещения измерительного наконечника преобразуются в пропорциональные угловые перемещения стрелки. Конструкция рычажного механиз­ма определяет их деление на пружинные, рычажно-зубчатые и зуб­чатые. Независимо от конструкции механизма головки делятся на осевые, с перемещением измерительного стержня 'параллельно шкале головки, и торцевые - с перемещением измерительного стержня перпендикулярно шкале.

В измерительной пружинной головке - микрокаторе использует­ся ленточная спирально завитая пружина. Механизм микрокатора позволяет получить передаточные отношения до 10000 и более, он не имеет погрешности обратного хода, так как в нем отсутствуют изнашивающиеся детали. Разновидностью микрокатора является мианикатор, представляющий собой боковой индикатор, его конст­рукция позволяет менять направление измерения. Другой разно­видностью пружинной головки является микатор, при уменьшен­ных габаритных размерах эта головка имеет большие пределы измерения. В оптикаторе вместо стрелки на пружине укреплено миниатюрное зеркальце. Пучок света от осветителя попадаетнанего и отражается на шкалу. В приборе имеются указателиполя допуска в виде светофильтров, окрашивающих белый «зайчик» указателя в разные цвета при выходе контролируемого размера на заданные пределы.

Оптико-механические приборы для измерения длины основаны на сочетании оптического рычага с механической пе­редачей. Наиболее распространенными приборами этой группы являются вертикальные и горизонтальные оптиметры. Вертикаль­ный оптиметр служит для измерения наружных размеров гладких точных изделий и калибров, а горизонтальный - для измерения наружных и внутренних размеров. Их можно использовать с изме­рительными наконечниками различной формы и размеров.

Контактные интерферометры выпускаются двух типов: верти­кальные и горизонтальные. Подвижное зеркало интерферометра жестко связано с измерительным наконечником, контактирующим с измеряемым изделием. Смещение стержня вызывает пропорцио­нальное перемещение интерференционных полос. Длинномеры слу­жат для высокоточных измерений наружных линейных размеров изделий методом непосредственных и сравнительных измерений. Для дистанционных линейных измерений бесконтактным способом служат катетометры.

Контроль погрешностей формы и взаимного расположения по­верхностей является более сложным, чем контроль линейных раз­меров, так как при этом приходится решать сложные пространст­венные задачи. Приборы для контроля круглости наружных и внутренних цилиндрических поверхностей позволяют проводить запись результатов измерений на специальную диаграмму. Опти­ческая линейка является высокоточной мерой прямолинейности, она может применяться во всех случаях, где раньше использова­лись обычные поверочные или лекальные линейки, при этом точ­ность измерений возрастает в несколько раз. Карусельный плоскомер служит для контроля точных плит методом измерения откло­нений поверхности от плоской траектории чувствительного элемен­та. Автоколлиматоры применяются для контроля непрямолиней­ности, взаимной непараллельности осей и поверхностей. Для этой же цели служат визирные приборы и уровни.

Контроль шероховатости поверхностей осущест­вляют с помощью профилометров, из которых наиболее перспек­тивным является профилограф - профилометр, имеющий механи­ческий привод и обеспечивающий запись результатов (профилограмм) на бумагу. Для измерения высоты микронеровностей ис­пользуются микроинтерферометры.

4.1 Методы неразрушающего контроля качества продукции

4.1.1 Дефекты. Причины их появления и влияние на работоспособность

Дефектом принято называть каждое отдельное несоответствие про­дукции требованиям, установленным нормативной документацией. Изделие имеет дефект, если по меньшей мере один из показателей ее качества или параметров вышел за предельное значение, или не выполняется одно из требований нормативной документации к признакам продукции.

Термин «дефект» применяется при контроле качества продук­ции на стадии изготовления, а также при ремонте.

Часто смешивают термины «дефект» и «неисправность», не яв­ляющиеся синонимами. Находясь в неисправном состоянии, изде­лие может иметь один или несколько дефектов. Термин «неисправ­ность» применяется при использовании, хранении, и транспортиро­вании изделий. Понятие «характер неисправности» означает кон­кретное недопустимое изменение в изделии, которое до его повреж­дения находилось в исправном состоянии.

Следует различать также термины «дефект» и «отказ». Отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Он может возникнуть в результате наличия в изделии одного или нескольких дефектов, но не всегда появление дефекта означает, что возник отказ, т.е. изделие стало неработоспособным.

Различают явные и скрытые дефекты.

Явным принято считать дефект, для выявления которого в нормативно-технической документации предусмотрены соответст­вующие правила, методы и средства. Многие явные дефекты обна­руживаются при внешнем осмотре. Если выявить дефект визуаль­но невозможно, то в нормативной документации предусмотрена проверка наличия или отсутствия его специальными средствами - прибором, инструментом или путем разборки контролируемого из­делия, и этот дефект также относится к категории явных.

Дефект является скрытым, если в нормативно - технической документации не предусмотрены необходимые правила, методы и средства его обнаружения. Обычно скрытые дефекты выявляются уже после поступления продукции к потребителю или при допол­нительных, ранее не предусмотренных проверках.

При разработке нормативной документации, в основном при установлении методов контроля изготавливаемой и ремонтируемой продукции, дефекты делят на критические, значительные и мало­значительные. Такое деление основывается, прежде всего, на оценке степени влияния каждого дефекта на эффективность и безопасность использования продукции по назначению.

При наличии критического дефекта использование продукции по назначению становится невозможным, исходя из требований безопасности, или практически неосуществимо. Так, если в результате непровара при сварке баллона не обеспечивает­ся его герметичность, использование изделия становится невоз­можным.

С целью обнаружения критического дефекта контроль должен быть сплошным, а в некоторых случаях и неоднократным.

Значительный дефект существенно влияет на исполь­зование продукции по назначению, и (или) на ее долговечность, но не является критическим. В отдельных случаях для обнаружения значительного дефекта допускается выборочный контроль. Примером значительного дефекта может служить неравномерность уп­рочненного поверхностного слоя коленчатого вала.

Если дефект не оказывает существенного влияния на исполь­зование продукции по назначению и на ее долговечность, то его относят к категории малозначительных. Для его обнаруже­ния, как правило, используют выборочный контроль. Наличие ри­сок, сколов на поверхности малонагруженных деталей квалифици­руется как малозначительный дефект.

Дефекты, встречающиеся в деталях машин, могут также под­разделяться на исправимые и неисправимые. Отнесение дефекта к той или иной категории определяется техническими возможнос­тями и экономической целесообразностью их устранения.

В ряде случаев дефекты могут иметь локальный характер и проявляться в виде трещин, рисок, инородных включений. В дру­гих случаях дефекты располагаются в ограниченных зонах и име­ют вид коррозионных поражений, местного наклепа и др. Часто встречаются дефекты, распределенные по всей поверхности или объему детали, проявляющиеся в изменении химического состава, в несоответствии качества механической обработки. Такого рода дефекты, как правило, приводят к снижению показателей долго­вечности изделий, в ряде случаев в зависимости от назначения продукции могут классифицироваться как критические дефекты.

В зависимости от этапа возникновения дефекты подразделя­ют на следующие группы: конструктивные, производственные и эксплуатационные.

Конструктивные дефекты характеризуются несоответствием требованиям технического задания или установленных правил раз­работки (модернизации) продукции. Эти дефекты являются след­ствием ошибок при конструировании, например, неправильный вы­бор материалов, посадок и т. п. Своевременная экспертиза, анализ принимаемых конструктивных решений позволят устранить эти дефекты.

Производственные дефекты - это результат несоответствия требованиям нормативно-технической документации на изготовле­ние или поставку продукции. Возникновение производственных де­фектов обусловливается обычно нарушением технологического процесса при производстве и восстановлении деталей, узлов или машин в целом, а также неправильным назначением условий и ре­жимов технологического процесса.

Производственные дефекты возникают в результате металлур­гических процессов при отливке и прокате, в процессе изготовле­ния деталей при механической, термической и других видах об­работки и нанесения покрытий, а также при сборочных операциях.

Дефекты литья и плавления возникают в результате нарушения режимов плавки металла, неправильного расчета ших­ты, что вызывает отклонение физических и химических свойств металла отливок от заданного и приводит к изменению механи­ческих свойств.

Усадочные раковины, рыхлоты, пористость - открытые или закрытые полости в теле отливки, имеющие шероховатую или крупнокристаллическую поверхность, иногда окисленную, распо­лагаются в утолщенных частях отливки.

Ликвации - несоответствие химического состава в отдельных зонах детали. Механические свойства в этих зонах могут быть по­ниженными.

Газовые, шлаковые и земляные раковины и включения - на­ружные и внутренние полости в отливке, заполненные газом, фор­мовочной смесью, шлаком. Могут быть в виде сот, гнездовые, оди­ночные.

Трещины литейного происхождения - трещины в отливках, об­разовавшиеся в результате затрудненной усадки в процессе крис­таллизации (горячие трещины) или при дальнейшем охлаждении отливок (холодные).

Спаи или неслитины - отслоения металла отливок, появляю­щиеся при встрече струй недостаточно нагретого металла пре­имущественно в местах отливок малого сечения или же вследствие перерывов струи металла при его заливке в формы.

Дефекты обработки давлением возникают из-за значительных напряжений в деформируемом материале.

Флокены - внутренние трещины, в изломе имеют вид белых пятен овальной формы на более темном фоне, после травления на шлифах проявляются как нитевидные трещины. Появляются при повышенном содержании в сталях водорода, который при охлаж­дении жидкой стали и фазовых превращениях стремится выделить­ся из-за резкого понижения растворимости.

Волосовины - нарушения сплошности в виде тонких вытя­нутых вдоль направления деформаций закатов с прослойкой вклю­чений.

Закаты, заковы - нарушения сплошности металла в виде рас­слоений, складок.

Зажим - заштампованная складка, появляется в результате неправильного наполнения фигуры штампа металлом.

Дефекты механической обработки возникают в поверхностном слое металла, наклепанном при отделочных опера­циях.

Трещины шлифовочные - тончайшие разрывы на поверхности в виде сетки либо отдельных линий, обычно встречаются на мате­риалах высокой твердости. Возникают при резком нагреве по­верхностного слоя и последующего охлаждения при шлифовке.

Дефекты термической и химико-термической обработки возникают из-за несоблюдения режимов: темпе­ратуры, времени выдержки, скорости нагрева и охлаждения дета­ли.

Трещины термические - различные по величине и ориентиров­ке трещины, появляющиеся при резком нагреве и охлаждении (закалочные трещины). Создаются термические напряжения от температурного перепада по сечению, а также структурные нап­ряжения.

Водородные трещины - микротрещины на поверхности метал­ла, возникающие из-за насыщения поверхности водородом под действием щелочей, кислот, специальных растворов при травлении и электрохимической обработке.

Обезуглероживание, науглероживание - изменение химичес­кого состава и структуры металла при нагреве. Приводит к обра­зованию трещин, охрупчиванию поверхностных слоев материа­ла.

Дефекты соединений материалов возникают при нарушениях режимов соединений.

Непровар - отсутствие сплошности между материалом сва­риваемых деталей и сварного шва в результате нарушения техно­логии сварки; плохой подготовки кромки свариваемых листов, не­соответствие основного металла или электродов установленным требованиям.

Прожог - дефект, вызванный малым усилием сжатия элект­родов при роликовой или точечной сварке, что снижает прочность шва.

Трещины сварочные - трещины в наплавленном металле, перпендикулярные оси шва, могут распространяться и на основ­ной металл. Возникают от усадки при охлаждении шва.

Непроклей - отсутствие сцепления (склеивания) в отдельных участках клеевого соединения.

Таким образом, наличие производственных дефектов в значи­тельной степени определяется уровнем и качеством технологичес­ких процессов, видом и способами формообразования заготовок, способами формообразования их в готовые изделия.

На надежность изделий влияют все технологические процессы, начиная от металлургических процессов и получения исходных материалов и кончая сборочными операциями.

Современные технологические процессы сопровождаются, как правило, значительными силовыми и температурными воздейст­виями на деталь при высоких требованиях к точности и произво­дительности труда.

Затраты энергии, необходимые для осуществления данного технологического процесса, приводят к целому ряду побочных явлений, которые изменяют свойства изделий, создают в них ос­таточные напряжения, искажают структуру материала, приводят к появлению дефектов самого разнообразного характера. Напри­мер, при отливке деталей из-за неравномерного остывания, окис­ления, попадания в металл различных включений и газа появ­ляются дефекты в виде трещин, раковин, пор, ликвации и неод­нородности структуры.

Аналогичные дефекты могут возникнуть и при сварке, причем в этом случае специфичен локальный характер дефектов, захва­тывающих те зоны детали, которые подвергаются сварке. Допол­нительно возникают дефекты при взаимодействии металла изде­лия и наплавленного металла.

При термической и химико-термической обработке металлов и сплавов происходят сложные физико-химические процессы и возможно появление дефектов в виде закалочных трещин, окисле­ний, а также изменений в структуре, твердости. В кристалличе­ской решетке при этом в результате кристаллизации и структур­ных изменений возникают специфические дефекты, которые меня­ют прочностные характеристики металла и существенно зависят от режима термообработки.

На работоспособность изделий значительно влияет механичес­кая обработка, которая придает окончательную форму и свойства деталям.

Обработка металлов резанием сопровождается сложными фи­зическими процессами, вызывающими пластическое деформирова­ние, наклеп, нагрев поверхностного слоя. В результате, по­верхностный слой имеет своеобразные физические свойства, ко­торые являются следствием данного метода обработки и его ре­жимов.

Многоэтапность технологического процесса приводит иногда к тому, что последствия черновых операций не всегда устраняют­ся последующими чистовыми операциями. В этом случае возника­ет так называемая «технологическая наследственность», т. е. сох­раняются геометрические, механические и другие показатели ка­чества поверхности, присущие отдельным этапам технологическо­го процесса.

Изделие в этом случае несет на себе следы остаточных явле­ний технологического процесса, которые впоследствии могут проя­виться в виде отказа. По сути, этот отказ определен технологи­ей, которая допускает вероятность появления дефекта в детали.

Эксплуатационные дефекты - это дефекты деталей, узлов, аг­регатов и машин, которые возникают в результате изнашивания, коррозии, усталости материалов и т. д., а также неправильного технического обслуживания или эксплуатации.

Наиболее часто встречаются дефекты, связанные с изнашива­нием деталей машин. Изнашивание - процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформа­ции.

В результате изменяются рабочие параметры деталей, узлов, агрегатов, что ведет к снижению их надежности. Характер и ско­рость изнашивания определяются конструктивными особенностя­ми изделий, материалами, из которых они изготовлены, техноло­гией производства, а также испытываемыми в процессе работы нагрузками и условиями эксплуатации.

Дефекты могут вызываться коррозией. Коррозия металлов происходит в результате их химического или электрохимическо­го взаимодействия с внешней средой. Процесс коррозии происходит в различных условиях, и характер коррозионных разрушений (поражений) определяется как внешней средой (влажностью, температурой, скоростью движения, агрессивностью), так и сос­тоянием, свойствами самого материала. Некоторые виды коррозии показаны на рис. 4.1.

сплошная коррозия: а - равномерная; б - неравномерная;

в - структурно - избирательная

местная коррозия: г - пятнами; д - язвами; е - точеч­ная;

ж - межкристаллитная; з - внутрикристаллитная; и - подповерхно­стная

Рисунок 4.1 - Виды коррозионных поражений

Поскольку многие изделия, как правило, работают в условиях неблагоприятной внешней среды, то часто приходится сталкивать­ся с дефектами, возникающими в результате совместного дейст­вия процессов коррозии и изнашивания, т. е. имеет место кор­розионное изнашивание, процесс в несколько раз более ин­тенсивный, чем отдельно коррозия и изнашивание, а, следователь­но, и более опасный.

Значительная доля эксплуатационных дефектов вызывается усталостными процессами. Усталость материала - это изменение механических и физических свойств материала в результате дей­ствия циклически изменяющихся во времени напряжений и дефор­маций, приводящее к уменьшению долговечности из-за образова­ния трещин и разрушения материала. Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости - наибольшим напряжением, которое может выдержать материал без разруше­ния при заданном числе циклических воздействий. На сопротивле­ние усталости деталей оказывают влияние самые различные фак­торы. В первую очередь, это концентраторы напряжений и их рас­пределение, размеры и форма деталей, вид деформации, режимы нагружения, температурные условия, металлургические факторы, величина и знак остаточных напряжений, состояние поверхности.

Многим изделиям приходится работать в условиях одновре­менного воздействия коррозионной среды (влажность, конденса­ты сгорания и др.) и циклических нагрузок, при этом наблюдает­ся процесс коррозионно-усталостного разрушения материалов. Продукты коррозии расклинивают трещину, создавая дополни­тельные напряжения и приводя к интенсивному разрушению.

Неправильное или небрежное техническое обслуживание, не­своевременное или недоброкачественное выполнение регламентных работ, а также нарушение правил эксплуатации машин приводит зачастую к появлению серьезных дефектов, отказов машин. Пе­регрузки отдельных элементов вызывают деформации, повышен­ный износ машин, что также может проявиться при эксплуата­ции в виде отказа.

Выявление, изучение и устранение дефектов, возникающих при изготовлении, а затем при эксплуатации машин невозможно без широкого и целенаправленного внедрения методов контроля. При этом контроль может осуществляться на производстве и в эксплу­атации.

В производственных и эксплуатационных условиях наиболее широко используют следующие виды контроля изделий:

- контроль отдельных образцов или деталей с разрушением;

- контроль всех или отдельных деталей без разрушения;

- контроль всех или нескольких деталей (или изделий) нагру­жением.

Контроль с разрушением образцов позволяет по­лучить сведения о механических свойствах материалов путем ста­тического или динамического нагружения, при повторно-пере­менных нагружениях, растяжении, сжатии, кручении, изгибе, сов­местном действии различных условий нагружения, под действием температур и в прочих условиях. Все испытания на надежность также являются разрушающими испытаниями (контролем). Мето­дики проведения разрушающего контроля чрезвычайно разнооб­разны и позволяют получить сведения о наличии дефектов, а так­же определить показатели качества продукции (назначения, техно­логичности, надежности). Многие методы разрушающего контро­ля стандартизованы.

Контроль всех или отдельных деталей без разрушения (неразрушающий контроль, дефектоскопия) поз­воляет повысить надежность и безопасность работы изделий за счет своевременного выявления дефектов в материале, полуфаб­рикатах и деталях, машин путем сплошного контроля. Для эф­фективного использования неразрушающего контроля необходи­мы высокий уровень развития методов и средств контроля, их пов­семестная автоматизация и хорошая подготовка контролеров - дефектоскопистов.

Контроль деталей нагружением необходим для изделий, к которым предъявляются требования повышенной бе­зопасности при эксплуатации. Нагрузки должны несколько превы­шать эксплуатационные, но не приводить к полному или частично­му разрушению изделий. Этот вид контроля целесообразно сов­мещать с неразрушающим контролем. Например, трубы или газо­вые баллоны после испытания под давлением, несколько превы­шающим номинальное, подвергаются неразрушающему контролю для выявления вскрытия или появления трещин, проявившихся после нагружения.

Гарантия высокого качества материалов и изготавливаемых из них деталей возможна только при правильной организации контроля и своевременном обнаружении имеющихся дефектов.

4.2 Общая характеристика методов неразрушающего контроля

Неразрушающий контроль качества продукции не должен нару­шать ее пригодность к использованию по назначению, поэтому к неразрушающему контролю относят только те методы измерения и определения характеристик или свойств материалов, деталей или изделий, которые не влияют на их эксплуатационные свойства.

Широкое применение методов неразрушающего контроля поз­воляет избегать больших потерь времени и материальных затрат, а также обеспечивает полную или частичную автоматизацию опе­раций контроля при одновременном повышении надежности ре­зультатов контроля.

На машиностроительных заводах разрушению подвергается значительное число деталей, поскольку из них изготавливают об­разцы для металлографических и механических испытаний после литья и термической обработки, после механической и окончатель­ной химико-термической или термической обработки и т. д.

Только комплексное рассмотрение целесообразности примене­ния традиционных разрушающих или неразрушающих испытаний даст возможность согласованно вести работу по обеспечению высокого и стабильного уровня качества продукции.

Методы неразрушающего контроля основаны на получении ин­формации в виде электрических, световых, звуковых и других сиг­налов о качестве проверяемых объектов при взаимодействии их с физическими полями (например, электрическими и др.) или ве­ществами.

В соответствии с ГОСТ 18353-79 все виды неразрушающего контроля подразделяются на оптический, проникающими вещества­ми (капиллярный и течеисканием), магнитный, вихретоковый, акустический, радиационный, электрический, радиоволновый, теп­ловой.

Для эффективного использования неразрушающего контроля они должны обеспечивать:

- возможность осуществления контроля на различных стадиях изготовления, в эксплуатации и при ремонте изделий;

- возможность контроля по большинству заданных параметров;

согласованность времени, затрачиваемого на контроль, со вре­менем работы технологического оборудования;

- высокую достоверность результатов контроля;

техническую доступность средств контроля в условиях произ­водства, эксплуатации, ремонта.

При создании специализированной лаборатории и выборе ме­тодов неразрушающего контроля необходимо учитывать техничес­кие возможности средств контроля: чувствительность, разрешаю­щую способность метода, достоверность результатов контроля, на­дежность и простоту технологии контроля, его производительность, требования по технике безопасности, требования к квалификации специалистов по проведению контроля.

Кроме этих специфических особенностей средств контроля, не­маловажное значение имеют и следующие факторы.

Характер подлежащих выявлению дефектов. Как отмечалось, дефекты различаются размерами, формой и средой, заполняющей полости дефектов. Так, трещины имеют различную глубину, про­тяженность и раскрытие; газовые, земляные раковины и включе­ния могут быть заполнены формовочной смесью, шлаком. Для на­дежного выявления дефектов выбирают определенный метод конт­роля. Поверхностно открытые трещины, поры, раковины, коррози­онные поражения хорошо обнаруживаются капиллярными метода­ми: относительно крупные трещины, коррозионные и механические повреждения - визуально-оптическим методом. Однако, если де­фекты, даже выходя на поверхность, заполнены шлаком, окислами и т. п., их целесообразно выявлять магнитопорошковым методом или методами вихретокового контроля. При малых трещинах и других незначительных по размерам дефектах совершенно непри­годным оказывается рентгенографический метод.

Место расположения возможных дефектов изделия. Дефекты могут быть поверхностные, подповерхностные и внутренние (зале­гающие на глубине более 1 мм). Поверхностные дефекты (поры, трещины, коррозионные поражения и др.) могут быть обнаружены почти любым методом, но наиболее эффективны капиллярные, магнитопорошковые. Для подповерхностных дефектов типа флокен, волосовин и закатов применимы методы вихретокового, акустичес­кого и магнитного контроля. Внутренние скрытые дефекты (вклю­чения, раковины, рыхлоты и др.) обнаруживаются методами радиа­ционного, теплового, вихретокового и акустического контроля.

Условия работы изделия. Учет условий работы изделия позво­ляет заранее определить наиболее слабые места конструкции и руководствоваться при выборе метода контроля характером воз­можных дефектов, а также степенью ответственности деталей. Например, если изделие работает в условиях агрессивной среды и подвергается действию знакопеременных нагрузок, то разрушение может наступить в местах, где имеются поверхностные дефек­ты: риски, микротрещины, ликвации и др. Соответственно должны быть предусмотрены и методы их обнаружения: визуально-оптичес­кий, магнитопорошковый, капиллярный и некоторые другие.

Физические свойства материалов. Это один из решающих фак­торов при выборе метода контроля, поскольку неразрушающие методы построены на взаимодействиях физических полей или ве­ществ с материалом контролируемого изделия. Так, магнитопорошковый метод применим лишь для ферромагнитных и однородных по своим магнитным свойствам материалов, для методов акусти­ческого контроля материал должен обладать упругими свойства­ми и малым коэффициентом затухания колебаний, для методов контроля проникающими веществами - быть стойким к воздей­ствию органических растворителей и непористым (за исключением способа фильтрующихся частиц).

Форма и размеры контролируемых изделий. Целый ряд методов применим для изделий различной формы и размеров (методы ра­диационного, капиллярного, радиоволнового видов контроля), но такие методы, как акустические, вихретоковые, связаны с труднос­тями расшифровки результатов контроля, если изделия имеют сложную форму. В некоторых методах акустического контроля имеются «мертвые зоны» - непрозвучиваемые участки, поэтому размер изделия имеет большое значение. Многие методы контро­ля позволяют контролировать по частям крупногабаритные изде­лия.

Состояние и чистота обработки контролируемой поверхности. Чувствительность многих методов зависит от состояния поверхнос­ти. Если контролируемая поверхность загрязнена, покрыта окали­ной, смазкой или на ней имеются лакокрасочные покрытия, то при обнаружении поверхностных и подповерхностных дефектов, многие методы становятся неэффективными. Это можно отнести в первую очередь к методам капиллярного, оптического, магнитного контро­ля.

Условия контроля и наличие доступа к контролируемому изде­лию. Некоторые методы можно применять только в том случае, ес­ли обеспечен доступ к изделию с двух сторон: с одной стороны на­ходится источник излучения, с другой - детектор. Это методы ра­диационного контроля и акустического прошедшего излучения. Магнитные, капиллярные, радиоволновой и другие виды контроля требуют одностороннего доступа, что значительно расширяет об­ласть их использования. Методы акустического, вихретокового, теп­лового видов контроля требуют либо непосредственного контакта с деталью, либо близкого расположения к ней регистрирующей аппаратуры, что не всегда возможно. Радиационные, радиоволно­вые и некоторые другие виды контроля этого не требуют, поэто­му они могут применяться для осуществления контроля в трудно­доступных местах.

Требования техники безопасности также накладывают сущест­венные ограничения на применение тех или иных методов контроля.

Роль неразрушающего контроля постоянно растет. Без этого высокоэффективного и производительного контроля невозможно, например, развитие авиационной и атомной промышленности, сов­ременной энергетики и обеспечение безопасности движения на транспорте. Многие из неразрушающих методов контроля уже по­лучили широкое распространение в промышленности. Этому спо­собствует усложнение конструкций изделий и технологических про­цессов их изготовления, увеличение напряженности элементов (ввиду стремления к снижению массы) и другие факторы.

На многих предприятиях используются методы капиллярного, магнитного, вихретокового, акустического и радиационного конт­роля. Теоретические исследования ведутся в направлении развития голографии для обнаружения внутренних дефектов, а также но­вых методов (например, акустико-эмиссионного).

Большое значение для дальнейшего внедрения методов неразрушающего контроля имеет стандартизация, планомерно проводи­мая в этом направлении. Разработаны и действуют следующие стандарты.

- ГОСТ 18353-79 «Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов»;

- ГОСТ 18442-80 «Контроль неразрушающий. Капиллярные ме­тоды»;

- ГОСТ 21105-75 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод»;

- ГОСТ 21104-75 «Контроль неразрушающий. Магнитоферрозондовый метод»;

- ГОСТ 20415-75 «Контроль неразрушающий. Методы акусти­ческие. Общие положения»;

- ГОСТ 23479-79 «Контроль неразрушающий. Методы оптичес­кого вида. Общие требования»;

- ГОСТ 23483-79 «Контроль неразрушающий. Методы теплово­го вида. Общие требования»;

- ГОСТ 23480-79 «Контроль неразрушающий. Методы радио­волнового вида. Общие требования» и др.

4.3 Оптические методы контроля

Оптический неразрушающий контроль основан на регистрации па­раметров оптического излучения - электромагнитного излуче­ния в диапазоне длин волн от 10⁵ до 10³ мкм.

Оптические методы использовались в качестве неразрушаю­щего контроля задолго до других методов. Глаз человека, вооруженный при необходимости линзой или микроскопом, оказываются весьма эффективным инструментом для бесконтакт­ного обнаружения всевозможных поверхностных нарушений по­верхности.

К сожалению, такие методы контроля достаточно субъектив­ны, требуют специальной подготовки персонала. К тому же воз­можности глаза каждого человека различны, и даже при исполь­зовании оптических приборов погрешность измерений может быть велика.

Некоторые методы оптического контроля основываютсянапростых законах геометрической оптики, другие зависят от более сложных свойств света, например, таких, как волновая природа света.

Визуально-оптические методы контроля (визуальный контроль с помощью оптических приборов) являются наиболее доступными и простыми методами обнаружения поверхностных дефектов. Они могут быть использованы на стадии изготовления материалов и из­делий, в процессе регламентных работ и осмотров в процессе экс­плуатации, а также при ремонте.

Эти методы контроля целесообразно использовать при:

- обнаружении поверхностных дефектов типа трещин, коррози­онных и износовых повреждений, открытых раковин, пор и пр.;

- поиске мест разрушения конструкций, течей, загрязнений, оста­точной деформации скрытых или удаленных элементов конструк­ций;

- анализе характера и причин поверхностных дефектов, обнару­женных каким-либо другим методом контроля, например, контро­лем проникающими веществами;

- обнаружении отклонений формы и размеров деталей;

- проверке качества отделки поверхности, ее отражающей спо­собности, цветовых характеристик деталей.

Геометрическая оптика призвана использовать законы геомет­рии, тригонометрии для создания изображения, не вдаваясь в под­робности о природе самих лучей света. Оптические устройства (лу­пы, бинокуляры, микроскопы) должны обеспечивать необходимую кратность увеличения и хорошую контрастность изображения.

Принято различать три группы приборов, основанных на прин­ципе геометрической оптики: визуальные, детекторные и комбини­рованные.

К визуальным приборам относят обзорные приборы, микроскопы, лупы, эндоскопы и широкий класс приборов для из­мерения линейных, угловых и других размеров и величин. Прием­ником информации во всех визуальных приборах является глаз.

В детекторных приборах приемником лучистой энер­гии являются всевозможные детекторы: люминесцирующие ве­щества, химические реагенты, например, фотоэмульсии, электрон­ные приборы и др.

Комбинированные приборы используют сочетание, за­частую достаточно сложное, оптических систем с электрическими, электронными устройствами.

Если исследование материала или детали невооруженным гла­зом через оптический прибор позволяет определить наличие тре­щин, раковин, указать, как распределены вредные примеси по по­верхности, то особенности структуры также могут быть выявлены, но с использованием более совершенного прибора - электронного микроскопа. Электронная микроскопия является методом, позволя­ющим установить характер и расположение дефектов строения ре­альных материалов.

Волновая природа света и оптическая интерференция явились основой для создания групп приборов-интерферометров.

Интерферометрический метод основан на получении информа­ции об объекте по образованию в плоскости изображения соответ­ствующего распределения интенсивности и фазы волнового из­лучения, прошедшего через объект или отраженного им. Он находит широкое применение при неразрушающем контроле с целью изме­рения неровностей на точно обработанных поверхностях, измерении толщины покрытий на металлических и стеклянных деталях. Конт­ролируются изменения поверхности вследствие различных эксплу­атационных воздействий: износа, ударов, давления, коррозии, а также поверхности полированных травленых металлографических образцов. Оценить качество поверхности после прецизионных опе­раций возможно только путем интерференции света, поскольку принципы оптического увеличения здесь становятся непригодны­ми.

Голографический метод применим для контроля деформаций, перемещения, отклонения от заданной формы объектов сложной конфигурации, а также однородности оптических сред. Это одно из важных направлений оптической дефектоскопии.

Голографический метод основан на регистрации интерференци­онной картины, получаемой при взаимодействии опорного и рас­сеянного контролируемым объектом полей когерентных волн с последующим восстановлением изображения объекта. Голография существенно отличается от обычных способов регистрации, осу­ществляемых на фотографических материалах, фотоэлектрических приемниках и др., которые могут реагировать только на интен­сивность колебаний.

Поскольку вся информация о форме объекта контроля содер­жится в сложной световой волне, рассеиваемой объектом при его освещении, Голографический процесс позволяет регистрировать эту форму на голограмме в неизменном виде.

На рис. 4.2 изображен один из способов получения голограммы. Процесс можно разделить на два этапа: регистрация (рис. 4.2, а) и восстановление голограммы (рис. 4.2, б).

Исследуемый объект помещают на определенном расстоянии от лазера, генерирующего пучок света. Рассеиваемый объектом свет попадает на фотопластинку. Этот пучок делится как бы на две равные части, одна из которых попадает на зеркало, минуя сам объект, и проецируется на фотопластинку (эта часть пучка называется опорной). Другая часть пучка освещает контролируемый объект, отраженные световые волны облучают ту же фотопластин­ку. Сами по себе отраженные от объекта световые волны произве­ли бы только однородное засвечивание эмульсии, но перед регист­рацией они «смешиваются» с порцией света, отраженной от зер­кала и идущей непосредственно от освещающего источника - ла­зера.

Две волны, одна из которых имеет сложное распределение фа­зы и амплитуды, а другая - однородное, интерферируя, образуют картину светлых и темных полос, которая регистрируется фотогра­фической эмульсией в виде голограммы. Внешний вид ее никоим образом не имеет отношения к «нормальному» оптическому изображению.

Следующий этап - восстановление голограммы при ее освеще­нии только прямым излучением от лазера. Для этого часть свето­вого потока, ранее падавшего на объект, перекрывают шторкой, а другую часть с помощью зеркала направляют на голограмму, по­мещенную на место, где ранее находился сам объект. Таким обра­зом, голограмма восстанавливается только «опорным» пучком.

Тонкая структура полос на голограмме действует теперь как сложная дифракционная решетка, и в то время как часть света проходит сквозь нее (так называемая «дифракция нулевого поряд­ка»), другие части пучка дифрагируют по обе стороны от этого направления (дифрагированные волны «первого порядка»).

а - регистрация голограммы; б - восстановление голограммы;

1 - лазер; 2 - лин­зы; 3 - фотографическая пластинка; 4 - зеркало;

5 - реальный объект контроля; 6 - мнимый объект контроля;

7 - заслонка; 8 - проявленная фотопластинка

Рисунок 4.2 - Схема получения голограммы

Если наблюдатель смотрит сквозь голограмму, то ему кажется, что он видит исходный объект на месте, несмотря на то, что при восстановлении голограммы он убран. Это изображение является мнимым, поскольку из него не исходит действительных световых лучей. Тем не менее, поскольку формируемая волна идентична вол­не, ранее рассеиваемой объектом контроля, можно видеть изобра­жение с эффектом перспективы и глубины.

Полученное путем восстановления голограммы изображение яв­ляется в полной мере «трехмерным» и может быть воспроизведено в любое время.

Голограммы позволяют, не производя никаких измерений, по­лучать непосредственную качественную картину распределения деформаций по всей поверхности контролируемого изделия в ре­зультате приложения к нему усилий и при сопоставлении с голог­раммой эталонного образца обнаруживать различные дефекты. Голография применяется также для анализа вибраций поверхнос­ти, что позволяет выявить свойства материала контролируемой де­тали. Например, снятие голограммы колеблющейся лопасти тур­бины позволило определить упругие свойства материала и обнару­жить дефекты в нем, а также обнаружить усталостные напряже­ния, поскольку происходят изменения в поверхностной структуре материала. Следует отметить, что до сих пор голография, несмот­ря на большие преимущества, связанные с высокой чувствитель­ностью при измерении малых отклонений формы и размеров де­талей, состояния поверхности и внутренних напряжений, не полу­чила широкого промышленного распространения. Основная об­ласть применения ее ограничивается лабораторными исследова­ниями.

Поляризационный метод применяется только для оптически прозрачных сред. Поляризация луча света происходит при его отражении, преломлении и, особенно, двойном прелом­лении и состоит в том, что колебательное движение во всех точках луча происходит лишь в одной плоскости, тогда как в ес­тественном луче колебания происходят по всем направлениям, пер­пендикулярным к лучу. Метод позволяет осуществить контроль напряжений в прозрачных средах методом фотоупругости, нахо­дить отклонения толщины материала.

В настоящее время важным направлением в совершенствовании методов оптического контроля является его автоматизация. В связи с этим получает широкое распространение телевизионный ме­тод, применимый для электронно-оптического анализа структуры веществ, измерения линейных размеров дефектов.

Контроль изделий с помощью оптико-электронных систем ана­лиза изображения позволяет автоматизировать процессы контро­ля, повысить производительность труда, исключить контакт челове­ка с вредной средой и увеличить объективность и достоверность результатов контроля.

В оптико-электронных системах фотоэлементы - электронные приборы, преобразующие световую энергию в электрическую на основе фотоэлектрического эффекта, заменяют глаз человека.

4.4 Капиллярные методы контроля

Капиллярные методы контроля основаны на капиллярном проник­новении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала контролируемых объектов, оп­ределении их расположения, протяженности (для дефектов типа трещин) и ориентации по поверхности. Капиллярные методы используются в заводских условиях, в лабораториях для определе­ния поверхностных дефектов типа трещин, пор, рыхлостей, неспаев, волосовин и других нарушений сплошности деталей. Обычно эти методы применяют для контроля изделий из неферромагнитных материалов, алюминиевых, магниевых сплавов и сплавов на осно­ве меди, а также из пластмасс, не поддающихся контролю други­ми методами.

Все методы капиллярного контроля основаны на проникнове­нии жидкости в полости дефектов и сорбировании или диффузии ее из дефекта. При этом наблюдается разница в цвете или свечении между фоном (цветом или свечением всей поверхности детали) и участком поверхности над дефектом. Чем больше эта разница, тем выше чувствительность метода и тем меньший дефект может быть обнаружен.

Чувствительность капиллярных методов дефектоскопии зависит от следующих факторов: правильного выбора смачивающей жид­кости, называемой индикаторным пенетрантом, свойств сорбирую­щего вещества и качества подготовки поверхности детали.

Основная задача капиллярных методов - заполнение полос­тей дефектов, открытых с поверхности, специальными индикаторны­ми жидкостями. Микроскопическое сечение и макроскопическая протяженность трещин уподобляет их капиллярным сосудам, об­ладающим своеобразной способностью «всасывать» смачивающие их жидкости под воздействием молекулярных сил. В макрокапиллярных несплошностях движение жидкости происходит под действием капиллярных сил, при этом значительную роль игра­ют поверхностное натяжение, полярность жидкости. Поверхност­ное натяжение жидкости приводит к тому, что молекулы жид­кости стремятся втянуться внутрь объема жидкости, т. е. жид­кость стремится уменьшить свою свободную поверхность. Величи­на капиллярного давления, определяющего заполняемость полос­ти дефекта жидкостью, зависит от смачиваемости стенок полос­ти, поверхностного натяжения жидкости, ширины полости дефек­та.

Для извлечения индикаторной жидкости из полости дефекта с целью образования индикаторного следа и создания фона, облег­чающего обнаружение дефекта, применяют проявитель пенетранта.

Классифицируют капиллярные методы контроля по светоколо-ристическим особенностям индикаторных следов.

Среди основных видов капиллярных методов контроля выделя­ют хроматический - визуальное обнаружение дефекта по ахрома­тическому индикаторному следу в видимом излучении; цветной - визуальное обнаружение дефекта по цветному индикаторному сле­ду в видимом излучении; люминесцентный - визуальное обна­ружение дефекта в длинноволновом ультрафиолетовом излучении по люминесцирующему видимым излучением индикаторному сле­ду; люминесцентно-цветной - визуальное обнаружение дефекта по видимому цветному индикаторному следу в длинноволновом уль­трафиолетовом излучении и в видимом излучении.

Кроме приведенных основных капиллярных методов могут при­меняться комбинированные, сочетающие различные по физической сущности методы неразрушающего контроля, одним из которых является капиллярный. Это капиллярно - электростатический, ка­пиллярно - электроиндукционный, капиллярно-магнитный, капилляр­но-радиационный.

Технологические операции при капиллярном методе контроля выполняются в следующей последовательности (рис. 4.3).

Подготовка поверхности изделия к контро­лю. С поверхности удаляют всевозможные загрязнения, лакокра­сочные покрытия, проводят обезжиривание и сушку контролируе­мой поверхности, а также удаляют следы обезжиривающих и мою­щих составов (рис. 4.3, а), так как загрязнения препятствуют проник­новению дефектоскопических материалов.

а - очистка поверхности; б - нанесение пенетранта; в - удале­ние

излишков пенетранта с поверхности; г - нанесение проя­вителя

пенетранта; д - проявление индикаторного рисунка

Рисунок 4.3 - Процессы капиллярного метода контроля

Способы очистки поверхностей и полостей дефектов следую­щие:

-растворяющий - очистка промывкой, протиркой легколетучи­ми жидкими растворителями;

- ультразвуковой - очистка жидкими растворителями с исполь­зованием ультразвукового воздействия;

анодно-ультразвуковой - очистка травильными составами с од­новременным воздействием ультразвука и электрического поля;

- паровой - очистка в парах органических растворителей;

- механический - очистка струей абразива (песка, дроби) или механической обработкой поверхности (шлифование, полирование, зачистка металлическими щетками);

- химический - очистка травильными составами;

- электрохимический - очистка травильными составами с однов­ременным воздействием электрического тока;

- тепловой - очистка нагревом при высокой температуре, не вы­зывающей недопустимых изменений материала изделия.

Обработка поверхности изделия дефектоско­пическими материалами. Дефектоскопические материалы - это индикаторный пенетрант, очиститель объекта контроля от пенетранта, гаситель пенетранта, проявитель пенетранта. Обработ­ка поверхности изделия состоит в заполнении полостей дефектов индикаторным пенетрантом (рис. 4.3, б), удалении избытка пенетранта (рис. 4.3, в) и нанесении проявителя.

Для заполнения полостей дефектов пенетрантом применяют различные способы:

- капиллярный - самопроизвольное заполнение полостей дефек­тов пенетрантом, наносимым на контролируемую поверхность сма­чиванием, погружением, струей, распылением;

- вакуумный - заполнение полостей дефектов пенетрантом при давлении в их полостях менее атмосферного;

- компрессорный - заполнение полостей дефектов пенетрантом при воздействии на него избыточного давления;

- ультразвуковой - заполнение полостей дефектов пенетрантом в ультразвуковом поле с использованием ультразвукового капил­лярного эффекта;

- деформационный - заполнение полостей дефектов пенетрантом при воздействии на объект контроля упругих колебаний звуковой частоты или статического нагружения, увеличивающего минималь­ный размер дефектов.

Избыток индикаторного пенетранта удаляют или гасят на по­верхности с применением очистителя или без него путем протирки или промывки поверхности, обдувкой струей песка, древесными опилками. Гашение проводят специальными веществами для устра­нения люминесценции или цвета.

Нанесение проявителя пенетранта (рис. 4.3, г, д) проводят в слу­чае, если этого требует технология. При использовании самопрояв­ляющихся пенетрантов проявитель не наносят.

В качестве проявителя пенетранта используется:

- порошок, состоящий из сухого, преимущественно белого сор­бента, поглощающего пенетрант;

- суспензия, состоящая из белого сорбента, диспергированного в летучих растворителях, воде, смесях;

- краска, состоящая из пигментированного или бесцветного быстросохнущего раствора, поглощающего пенетрант;

- пленка, состоящая из бесцветной либо белой накладной ленты с проявляющим, например, липким слоем, поглощающим пенет­рант, отделяемый с индикаторным следом дефекта от контроли­руемой поверхности.

Проявитель наносят следующими способами:

- распыление - нанесение жидкого проявителя струей воздуха, фреона, инертногогаза или безвоздушным методом, а также в электрическом поле;

- кистевой - нанесение жидкого проявителя кистью, щеткой;

- погружение - нанесение жидкого проявителя кратковременным погружением или обливание им детали;

- электроосаждение - нанесение проявителя погружением в не­го детали с одновременным воздействием электрического тока;

- посыпание - нанесение порошкообразного проявителя припудриванием, распылением или обсыпанием детали;

- наклеивание - прижатие липкого слоя ленты пленочного проя­вителя к детали с последующим ее отделением.

Проявление следов дефектов представляет собой процесс образования рисунка в местах наличия дефектов. Способы проявления индикаторных следов (рисунков) дефектов следую­щие:

- временной - выдержка объектов на воздухе до полного про­явления следов дефекта;

- тепловой - нагревание контролируемой поверхности;

- вакуумный - создание вакуума над поверхностью объекта;

- вибрационный - упруго-деформационное воздействие на по­верхность.

Обнаружение дефектов, т. е. наблюдение и регистра­ция индикаторного следа, расшифровка результатов контроля.

Очистка деталей от дефектоскопических ма­териалов после контроля. Если деталь признана годной, с ее поверхности нужно удалить проявитель, пенетрант и другие материалы. Способ очистки зависит от локальности контроля, тре­буемой производительности труда, объема работ и прочих условий. Обычно пользуются органическими растворителями или водой, производя протирку, промывку, анодную обработку, обдувку, вы­жигание в месте контроля поверхности детали.

Наиболее широкое распространение в производственной прак­тике получили следующие методы капиллярной дефектоскопии.

Люминесцентный метод. Он состоит в обнаружении свечения пенетранта, находящегося в полости дефекта, под воздействием внешнего источника возбуждения. Люминесценцию можно выз­вать, воздействуя на молекулы различных веществ видимым све­том, невидимыми ультрафиолетовыми лучами, рентгеновскими, гамма-лучами, альфа- и бета-частицами. Такого рода люминесцен­ция называется фотолюминесценцией. Существуют и другие виды люминесценции, хемилюминесценция, получаемая при помощи хи­мических реакций, термолюминесценция - под воздействием теп­ла, кристаллолюминесценция - свечение кристаллов. В дефектос­копии обычно используют фотолюминесценцию.

Для обнаружения дефектов на поверхности детали наносят слой люминесцирующего вещества (пенетранта). Оно проникает в полости дефектов и остается в них, а излишек удаляется с по­верхности. Последовательность технологических операций и их ха­рактеристика являются общими для всех капиллярных методов.

Под воздействием возбуждающих, невидимых для глаза ультра­фиолетовых лучей, люминофор, находящийся в полости дефектов, начинает светиться, благодаря чему дефекты становятся видимы­ми. На рис. 6 показана схема регистрации дефектов при помощи люминесцентного метода.

Чувствительность этого метода зависит от рода применяемого люминесцирующего вещества и способности проникать в мельчай­шие полости дефектов, вида и мощности источника возбуждения люминесценции и др.

1 - дефекты; 2 - ртутная лампа; 3 - светофильтр

4 - люминесценция; 5 - направление осмотра детали

Рисунок 4.4 - Схема люминесцентного метода контроля

Дефекты выявляются тем лучше, чем интенсивнее люминес­ценция (у различных веществ она различна). Однако даже при самой высокой интенсивности свечение люминофора бывает нас­только слабо, что наблюдать его можно лишь в затемненном по­мещении или, по крайней мере, загородив контролируемое изде­лие от прямого попадания дневного света (рис. 4.4).

При дефектоскопии используют лишь жидкие люминесцирующие вещества, обладающие хорошими капиллярными и смачиваю­щими свойствами.

Все применяемые в промыш­ленности люминесцирующие ве­щества имеют специфические осо­бенности, но общим для них яв­ляется следующее: основа их - масляная, содержит образующие эмульсию вещества и хорошо смы­вается водой. Они могут давать различные оттенки: от белого, желто-зеленого до красного и оранжевого, обладают хорошей контрастностью, что отвечает про­мышленным требованиям.

Цветной метод. Благодаря вы­сокой чувствительности и отсутст­вию необходимости использова­ния каких-либо видов энергии, ме­тод особенно широко используется при ремонтах и профилактичес­ких осмотрах машин, авиационной техники, нагруженных узлов станков, турбин и др. На ряде заводов, где предъявляют повы­шенные требования к отдельным деталям и узлам машин, имеют­ся поточные линии, частично механизированные для проведения контроля цветным методом.

При цветной дефектоскопии применяют пенетрант в виде раствора с добавкой красителя, который наносят на предварительно очищенную от окалины, масла, стружки поверхность кистью или окунанием детали. После выдержки в течение 5…10 мин раствор удаляют с поверхности.

Через 15…20 минут на белом фоне в местах расположения де­фектов (трещин, рисок, царапин) появляются характерные яркие розово-красные полосы или пятна. Трещины обнаруживаются как тонкие линии, степень яркости которых зависит от глубины этих трещин. Поры проявляются в виде точек различной величины, а межкристаллитная коррозия - в виде тонкой сетки. Картину, которую дают очень малые дефекты, можно наблюдать под лупой 4…7-кратного увеличения.

Этот метод обладает хорошей контрастностью. Основным не­достатком его является токсичность.

Отсутствие токсичных компонентов и достаточно высокая чувст­вительность выгодно отличает люминесцентно-цветной метод контроля. Он основан на регистрации контраста цветного или люминесцирующего индикаторного следа на фоне поверхности конт­ролируемого объекта в видимом или длинноволновом ультрафиолетовом излучении.

Здесь в качестве пенетранта используют раствор эмульгатора ОП-7 в спирте в соотношении 1: 9 с добавкой родамина в количест­ве 30 г/л. Образующиеся индикаторные рисунки хорошо видны не только за счет люминесценции под воздействием ультрафиолетовых лучей, но и при обычном освещении, хотя при этом чувстви­тельность несколько снижается. Технологические операции те же, что и рассмотренные ранее.

Яркостный (ахроматический) метод основан на регистрации контраста ахроматического, т. е. черного, серого, бесцветного сле­да на фоне поверхности контролируемого объекта в видимом излучении. Чаще всего - это метод керосиновой или масляно-керосиновой пробы, в качестве пенетранта используют керосин, невяз­кое масло или их смесь, а в качестве проявителя - мел, наноси­мый в виде порошка, водной суспензии или суспензии на основе органических растворителей.

Контроль дефектов с помощью мела был первым капиллярным методом, примененным на практике. Исследуемую деталь нагрева­ют в масле (веретенном) при температуре 20…120°С в течение 20…30 мин или выдерживают в керосине, смеси керосина и масла при температуре 10…20°С. Затем деталь обезжиривают и промывают горячей водой.

Подготовленную таким образом деталь покрывают проявите­лем пенетранта, лучше распылением раствора мела, и сушат в су­шильной печи при 80…100°С, затем охлаждают.

Если на поверхности имеются трещины, поры, включения и дру­гие дефекты, то просочившееся масло, керосин или их смесь сделают видимыми дефекты на белой поверхности в виде пятен. Яр­костный метод часто применяют для контроля герметичности топ­ливных систем, резьбовых и сварных соединений резервуаров, баллонов, блоков цилиндров дизелей.

Комбинированные капиллярные методы. Выявление дефектов проводят с помощью инструментальных методов, например, маг­нитного, радиографического, фотографического и др. В то же вре­мя, все технологические операции, присущие капиллярным мето­дам, сохраняются: подготовка изделия к контролю, обработка пенетрантом, очистка после контроля и др.

4.5 Магнитные методы контроля

Магнитные методы контроля основаны на анализе взаимодей­ствия магнитного поля с контролируемым объектом. Они состоят в измерении параметров магнитных полей, создаваемых в объекте путем его намагничивания. Различают магнитопорошковый, маг­нитографический, феррозондовый, индукционный, эффект Холла, пондеромоторный и магниторезисторный методы. Наибольшее рас­пространение получили первые три метода.

Магнитные методы применяют только для контроля изделий, изготовленных из ферромагнитных материалов, которые обладают способностью сильно намагничиваться под действием внешних магнитных полей и сохранять частично эту приобретенную ими на­магниченность по удалении внешнего поля. Магнитные свойства материала контролируемых изделий характеризуются петлей гис­терезиса. Значение магнитной индукции, оставшейся после снятия внешнего поля, называется остаточной индукцией, Благодаря оста­точной индукции становится возможным реализовать многие маг­нитные методы контроля.

Методы магнитного контроля занимают одно из первых мест по использованию в производственных условиях. Эти методы применяются для выявления мест нарушения сплошности материала де­тали, расположенных на поверхности и в подповерхностных слоях трещин (усталостных, шлифовочных, закалочных, сварочных ко­вочных, штамповочных), волосовин, закатов, расслоений (распо­ложенных не параллельно поверхности), флокенов, непроваров в стыковых соединениях, неметаллических включений. Они могут ис­пользоваться и для обнаружения ферритных включений в деталях из аустенитных сплавов.

Магнитные методы применяют для корректировки отдельных технологических процессов изготовления деталей (шлифовки тер­мической обработки, сварки, ковки и др.).

а - спектр магнитных полей электромагнита; б - спектр магнитных

полей соленоида; в - магнитное поле рассеяния;

I - дефект расположен поперек магнитных силовых линий

(поле рассеяния большое); II - дефект расположен вдоль

магнитных силовых линий (поле рассеяния отсутствует)

Рисунок 4.5 - Схема, поясняющая физическую сущность

метода магнитного контроля

Физические основы метода показаны на рис. 4.5. Магнитный поток, протекая по детали, помещенной между двумя полюсами магнита, имеющей дефект в виде трещины, вынужден огибать препятствие, в результате чего происходит частичное рассеяние в этом месте магнитных силовых линий (создается поле рассеяния). Поле рассеяния регистрируется с помощью магнитного по­рошка, магнитной ленты и др.