Вакуумных систем способом обдува и гелиевых камер (чехлов):

1 — рабочая камера установки ; 2 — затвор; 3 — клапан;

4 — высоковакуумный насос; 5 — форвакуумный насос;

6 — дросселирующий клапан; 7 — течеискатель

Испытания проводятся в следующей последовательности. В испытываемой установке создают рабочее давление. При создании разрежения в вакуумной системе трубопровод, соединяющий вакуумную установку с течеискателем, также должен быть откачан. Затем открывают клапан 6 и устанавливают рабочее давление в масс-спектрометрической камере течеискателя. Если клапан 6 полностью открыт и показания магниторазрядного вакуумметра течеискателя меньше 350мкА, закрывают клапан 3, направляя весь поток газа, откачиваемого высоковакуумным насосом установки через вакуумную систему тeчeиcкaтeля. Включают катод масс-спектрометрической камеры течеискателя. Далее производят обдув гелием, начиная с той точки рабочей камеры установки, которая наиболее удалена по схеме вакуумной системы испытуемой установки от низковакуумного насоса и находится выше других в пространстве, постепенно приближаясь к низковакуумному насосу как по схеме вакуумной системы, так и по расположению в пространстве обследуемых участков оболочки вакуумной системы.

Обдув производят с помощью обдувателя, входящего в комплект течеискателя, присоединяемого к баллону с гелием. На практике не всегда имеется возможность разместить поблизости баллон с гелием. Тогда удобно пользоваться медицинской кислородной подушкой, заполненной гелием. При отсутствии обдувателя в качестве такового может быть использована игла от медицинского шприца или тонкая, сплющенная на конце металлическая трубка.

Проводя испытания разветвленных вакуумных систем с большой длиной соединительных трубопроводов способом обдува, необходимо учитывать временные характеристики течеискателя и высоковакуумного насоса испытуемой установки. Начиная с момента поднесения струи гелия к течи, содержание его в рабочей камере испытуемой установки увеличивается. Общее количество гелия в высоковакуумной части испытуемой установки определится разностью потоков гелия, поступающего через течь и удаляемого в результате откачки.

Для установления максимальной концентрации пробного газа в датчике необходимо некоторое время. При постоянном перемещении щупа по поверхности поступление пробного газа в датчик начнет уменьшаться в результате удаления его от течи прежде, чем будет достигнута максимальная концентрация. Характер изменения во времени концентрации пробного газа в датчике показан на рис. 4.4. Момент времени t₁ соответствует прохождению щупа над течью. Таким образом, реакция течеискателя и соответственно чувствительность испытаний зависят от степени приближения щупа к контролируемой поверхности и от скорости перемещения щупа. Максимальная чувствительность испытаний, равная чувствительности течеискателя, достигается в том случае, если остановить щуп над течью.

Рекомендуемая скорость перемещения щупа 1 см/с. Щуп должен находиться на расстоянии 0,5 мм от контролируемой поверхности для большинства реальных условий испытаний. Снижение скорости перемещения неоправданно увеличит длительность испытании; увеличение скорости перемещения обдувателя может привести к пропуску малых течей. Способ щупа в масс-спектрометрическом методе, так же как и способ обдува, применяется для поиска течей. Для осуществления этого способа к течеискателю через вакуумный шланг присоединяется щуп. Устанавливается такой поток газа через щуп, чтобы в масс-спектрометрической камере течеискателя поддерживалось рабочее давление. Испытания проводятся так же, как и испытания с применением галогенного течеискателя.

Рис. 4.4. Изменение во времени концентрации пробного газа в датчике течеискателя	Рис. 4.5. Контроль герметичности электрического ввода с помощью присоски: 1 — проверяемое изделие ; 2 — вакуумная присоска; 3 — вакуумный шланг

Способ барокамеры отличается тем, что изделие, заполненное пробным газом, помещается в барокамеру, в которой создается разрежение и к которой подключается течеискатель. Этим способом осуществляются операции контроля герметичности, позволяющие численно охарактеризовать суммарное истечение пробного газа из изделия.

Способ вакуумных присосок нашел широкое распространение в вакуумной технике для контроля герметичности элементов вакуумных систем в процессе их изготовления. Испытания способом вакуумных присосок проводятся обязательно со вспомогательным низковакуумным насосом, который подсоединяется через клапан 7 (см. рис. 4.1). Через клапан 8 гибким шлангом присоединяется к течеискателю вакуумная присоска. Конструкция вакуумных присосок бывает самая различная в зависимости от формы проверяемых поверхностей. Для проверки плоскости это обычно металлический лист необходимого контура с приклеенным к нему по контуру резиновым уплотнителем достаточно большой высоты. Наибольшее распространение получили присоски в виде металлического стакана (рис. 4.5).

Испытания проводятся в следующей последовательности. Испытуемое изделие слегка прижимают к уплотнителю присоски. Вспомогательным насосом производят откачку внутренней полости присоски. При этом атмосферное давление прижимает испытуемое изделие к присоске, обеспечивая надежное уплотнение. Плавно открывают дросселирующий клапан течеискателя. Закрывают клапан, сообщающий присоску со вспомогательным насосом. Проводят испытания.

В зависимости от цели испытания — поиск течи или контроль герметичности — обдувают испытуемое изделие гелием или создают вокруг него гелиевую камеру.

Часто для увеличения надежности создания уплотнения поверхности соприкосновения испытуемого изделия и уплотнителя присоски смачивают вакуумным маслом или спиртом. Чрезмерное смачивание вредно, так как случайно может быть перекрыта течь. Смачивать лучше только торцевую поверхность уплотнителя.

Для осуществления способа накопления к клапану 7 (см. рис. 4.1) присоединяют вспомогательный насос с относительно большой быстротой действия по воздуху и малой быстротой действия по гелию, например, цеолитовый насос. Дросселирующий клапан 6 течеискателя заменяют клапаном с малым временем открытия и закрытия, например, клапаном с эксцентриковым приводом. Эксцентриковый клапан можно ставить и последовательно с клапаном в течеискателе. Испытуемое изделие присоединяют непосредственно к клапану 8 или через короткий трубопровод. В соединительной коммуникации между испытуемым изделием, вспомогательным насосом и течеискателем устанавливают средства измерения давления.

Способ накопления обычно совмещают со способом гелиевых камер. Испытания проводят в следующей последовательности. В крупносерийном производстве испытуемое изделие помещают в герметичную камеру. В лабораторной практике и в единичном производстве вокруг присоединенного к течеискателю испытуемого изделия создают чехол, например, из полиэтилена или другого аналогичного материала. Край чехла дальше проверяемой поверхности закрепляют липкой полихлорвиниловой лентой. Затем включают течеискатель (течеискатель может быть включен заранее). При закрытом эксцентриковом клапане откачивают испытуемое изделие до давления не выше рабочего давления в масс-спектрометрической камере течеискателя. Открывают эксцентриковый клапан. Фиксируют фоновый отсчет течеискателя. Закрывают эксцентриковый клапан. В камеру (или чехол) под незначительным избыточным давлением подают пробный газ — гелий. Фиксируют время его подачи. По истечении времени накопления открывают эксцентриковый клапан и фиксируют максимальный отсчет течеискателя. По разности показаний течеискателя оценивают величину натекания гелия в изделие.

Перед испытаниями производят градуировку течеискателя. Для этого на изделии устанавливают калиброванную гелиевую течь. Последовательность операций при градуировке аналогична последовательности при испытаниях. Как и при испытаниях, фоновым отсчетом являются установившиеся показания течеискателя при открытом эксцентриковом клапане. Применением способа накопления можно в десятки и сотни раз повысить чувствительность испытаний, проводимых с применением масс-спектрометрического течеискателя методами обдува и гелиевой камеры.

Вихретоковые методы и средства контроля

Общая характеристика

Вихретоковые методы основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. Плотность вихревых токов в объекте зависит от геометрических электромагнитных параметров объекта, а также от взаимного положения измерительного вихревого преобразователя (ВТП) объекта. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный и импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых ЭДС воздействует на катушки преобразователя, наводя в них С или изменяя их полное электрическое сопротивление. регистрируя напряжение на зажимах катушки или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.

ЭДС (или сопротивление) преобразователя зависит от многих параметров объекта контроля, т.е. информация, даваемая преобразователем, многопараметровая. Это определяет как преимущество, так и трудности реализации вихретоковых методов (ВТМ). С одной стороны, ВТМ позволяют осуществить многопараметровый контроль; с другой стороны, требуются специальные приемы для разделения информации об отдельных параметрах объекта. При контроле одного из параметров влияние остальных на сигнал преобразователя становится мешающим, тому это влияние необходимо уменьшать.

Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит обычно на расстояниях, достаточных свободного движения преобразователя относительно объекта долей миллиметра до нескольких миллиметров). Поэтому ми методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтакгность и высокая производительность определяют широкие возможности автоматизации вихретокового контроля.

Одна из особенностей ВТМ состоит в том, что на сигналы преобразователя практически не влияют влажность, давление и загрязненность газовой среды, радиоактивные излучения, загрязнение поверхности объекта контроля непроводящими веществами.

Простота конструкции преобразователя — еще одно преимущество ВТМ. В большинстве случаев катушки помещают предохранительный корпус и заливают компаундами. благодаря этому они устойчивы к механическим и атмосферным воздействиям, могут работать в агрессивных средах в широком интервале температур и давлений.

ВТМ основаны на возбуждении вихревых токов, а поэтому применяются в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов графита полупроводников благоприятных условиях контроля и малом влиянии мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 0,10,2 мм, протяженностью 12 мм (при использовании накладного преобразователя) или протяженностью около 1 мм и глубиной 15% от диаметра контролируемой проволоки или прутка (при использовании проходного преобразователя).

ВТМ позволяют успешно решать задачи контроля размеров изделий. Этими методами измеряют диаметр проволоки, прутков и труб, толщину металлических листов и стенок труб при одностороннем доступе к объекту, толщину электропроводящих (например, гальванических) и диэлектрических (например, лакокрасочных) покрытий на электропроводящих основаниях, толщину слоев многослойных структур, содержащих электропроводящие слои. Измеряемые толщины могут изменяться в пределах от микрометров до десятков миллиметров. Для большинства приборов погрешность измерения 25%. Минимальная площадь зоны контроля может быть доведена до 1 мм2, что позволяет измерить толщину покрытия на малых объектах сложной конфигурации. С помощью ВТМ измеряют зазоры, перемещения и вибрации в машина и механизмах.

Структурное состояние металлов и сплавов влияет на их электрические и магнитные характеристики. Благодаря этому оказывается возможным контролировать не только однородность химического состава, но и структуру металлов и сплавов, а также определять механические напряжения. Широко применяют вихретоковые измерители удельной электрической проводимости и другие приборы для сортировки металлических материалов и графитов по маркам (по химическому составу). С помощью вихретоковых приборов контролируют качество термической и химико-термической обработки деталей, состояние поверхностных слоев после механической обработки (шлифование, наклеп), обнаруживают остаточные механические напряжения, выявляют усталостные трещины в металлах на ранних стадиях их развития и т.д.

Классификация и применение вихретоковых преобразователей (ВТП). По рабочему положению относительно объекта контроля преобразователи делят на проходные, накладные и комбинированные.

Накладные ВТП обычно представляют собой одну или несколько катушек, к торцам которых подводится поверхность объекта (рис. 1). Катушки таких преобразователей могут быть круглыми коаксиальными (рис. 1, а), прямоугольными (рис. 1, б), прямоугольными крестообразными (рис. 1, в), с взаимно перпендикулярными осями (рис. 1, г) и др.

Рис.2. Накладные преобразователи с сердечниками: а — цилиндрическим; б — прямоугольным; в — полуброневого типа; г — в виде полутороида

Накладные преобразователи выполняют с ферромагнитными сердечниками или без них. Благодаря ферромагнитному сердечнику (обычно ферритовому) несколько повышается абсолютная чувствительность преобразователя и уменьшается зона контроля за счет локализации магнитного потока. На рис. 2 приведены некоторые типы преобразователей с сердечниками. Здесь 2R — эквивалентный геометрический параметр ВТП, входящий в формулу для определения обобщенного параметра контроля р.

Проходные ВТП целят на наружные, внутренние, погружные. Отличительная особенность проходных ВТП в том, что в процессе контроля они проходят либо снаружи объекта, охватывая его (наружные, рис. 3, ав), либо внутри объекта (внутренние, рис. 3, г, д), либо погружаются в жидкий объект (погружные, рис. 3, е, ж). Обычно проходные ВТП имеют однородное магнитное поле в зоне контроля, в результате чего радиальные смещения однородного объекта контроля не влияют на выходной сигнал преобразователя. Для этого длина L возбуждающей обмотки должна не менее чем в 34 раза превышать ее диаметр D, а длина Ly измерительной обмотки, размещенной в середине возбуждающей обмотки, должна быть значительно меньше длины последней. Однородное поле получают также, применяя возбуждающую обмотку, выполненную в виде колец Гельмгольца, и измерительную — в виде короткой катушки, причем ?„ « 2d, 2)„ « 2d (рис. 3в)

Комбинированные преобразователи представляют собой комбинацию накладных и проходных ВТП. На рис. 4, а показаны некоторые разновидности комбинированных ВТП. К ним относятся также ВТП в виде линейно-протяженных витков или рамок, которые можно условно назвать линейными (рис. 4, б).

Особую разновидность представляют собой экранные ВТП, отличающиеся тем, что их возбуждающие и измерительные обмотки разделены контролируемым объектом. Различают накладные экранные ВТП (рис. 5, о) и проходные экранные ВТП — соответственно преобразователи первого и второго типов (рис. 5, б, в).

По виду преобразования параметров объекта в выходной сигнал преобразователя ВТП делят на трансформаторные и параметрические. В трансформаторных ВТП, имеющих как минимум две обмотки (возбуждающую и измерительную), параметры объекта контроля преобразуются в напряжение измерительной обмотки, а в параметрических ВТП, имеющих, как правило, одну обмотку, — в комплексное сопротивление. Преимущество параметрических ВТП заключается в их простоте, а недостаток, который в трансформаторных ВТП выражен значительно слабее, — в зависимости выходного сигнала от температуры преобразователя.

В зависимости от способа соединения обмоток различают абсолютные и дифференциальные ВТП.

Выходной сигнал абсолютного ВТП определяется абсолютным значением .параметров объекта, а дифференциального ВТП - приращениями этих параметров. На рис. 6 приведены схемы проходных трансформаторных ВТП (на рис. 6, а показана схема абсолютного ВТП, а на рис. 6, б — дифференциального). Выходной сигнал дифференциального ВТП зависит и от абсолютных значений параметров объекта, но при малых приращениях этих параметров можно считать, что он определяется только приращениями.

Накладными ВТП контролируют в основном объекты с плоскими поверхностями и объекты сложной формы. Эти преобразователи применяют также, когда требуется обеспечить локальность и высокую чувствительность контроля. Наружными проходными ВТП контролируют линейно-протяженные объекта (проволоку, прутки, трубы и т.д.); применяют их и при массовом контроле мелких изделий. Внутренними проходными ВТП контролируют внутренние поверхности труб, а также стенки отверстий в различных деталях. Проходные ВТП дают

а—с проходной возбуждающей и накладной измерительными обмотками; б — линейные интегральную оценку контролируемых параметров по периметру объекта, поэтому они обладают меньшей чувствительностью к локальным вариациям его свойств.

Погружные ВТП применяют для контроля жидких сред, экранные накладные — для контроля листов, фольги, тонких пленок, а экранные проходные — для контроля труб.

С помощью дифференциальных ВТП «самосравнения» можно резко повысить отношение сигнал/помеха в дефектоскопии. При этом обмотки преобразователя размещают так, чтобы их сигналы исходили от близкорасположенных участков контроля одного объекта. Это позволяет уменьшить влияние плавных изменений электрофизических и геометрических параметров объектов. При использовании проходных преобразователей с однородным магнитным полем в зоне контроля значительно уменьшается влияние радиальных перемещений объекта. Применяя экранные накладные преобразователи, можно практически исключить влияние смещений объекта между возбуждающей и измерительной обмотками. Преобразователи с взаимно перпендикулярными осями обмоток (см. рис. 1, г) нечувствительны к изменению электрофизических характеристик однородных объектов. При нарушении однородности объекта, например при появлении трещин, на выходе такого преобразователя возникает сигнал. Аналогично работают и комбинированные преобразователи (см. рис. 4, а, б). Они также могут быть применены для дефектоскопии. Их недостаток заключается в сильном влиянии перекосов осей преобразователей относительно поверхности объектов контроля.

Чтобы уменьшить влияние края объекта на сигналы ВТП, применяют концентраторы магнитного поля в виде ферритовых сердечников (рис. 2) и электропроводящие неферромагнитные экраны, вытесняющие магнитное поле из занятой ими зоны. При размещении экранов в торцах проходных преобразователей влияние краев объектов контроля уменьшается, но при этом ухудшается однородность поля в зоне контроля. Специальные экраны с отверстиями могут служить «масками», при этом отверстие служит источником магнитного поля, возбуждающего вихревые токи в объекте. При использовании «масок» значительно снижается чувствительность ВТП, но повышается их локальность. Повышения локальности ВТП добиваются также комбинацией кольцевых ферромагнитных сердечников с электропроводящими неферромагнитными (обычно медными) экранами и короткозамкнутыми витками, вытесняющими магнитный поток из сердечников в зону контроля (рис. 7, а, б) [2]. Кольцевые ферритовые сердечники служат также основой щелевых ВТП, применяемых для контроля проволоки (рис. 7, в, г). Для ослабления влияния радиальных перемещений объекта контроля на сигналы ВТП применяют экранирование магнитопровода вблизи щели с целью повышения однородности магнитного поля в щели.

Трансформаторные ВТП обычно включают по дифференциальной схеме. При этом возможны схема сравнения со стандартным образцом и схема «самосравнения». В первом случае рабочий и образцовый ВТП не связаны индуктивно и имеют независимые измерительные и возбуждающие обмотки. Во втором случае возбуждающая обмотка часто служит общей для двух измерительных. При включении ВТП по дифференциальной схеме повышается стабильность работы прибора. Однако в ряде случаев измерительную обмотку включают последовательно с компенсатором, представляющим собой регулятор амплитуды и фазы напряжения. При этом компенсатор выполняет роль образцового ВТП: когда рабочий ВТП контролирует стандартный образец, то компенсатором устанавливается требуемое напряжение компенсации. Такая схема позволяет устранить нестабильность, связанную с разогревом стандартного образца вихревыми токами.

При использовании дифференциальной схемы обычно не исключается применение компенсатора, который в этом случае необходим для компенсации напряжения, вызванного неидентичностью рабочего и образцового ВТП, и включается последовательно со встречновключенными измерительными обмотками.

Компенсаторы часто выполняют в виде разнообразных фазорегуляторов и аттенюаторов — пассивных (RC и LC типов) и активных. Эффективны компенсаторы в виде регуляторов действительной и мнимой составляющих вектора компенсирующего напряжения.

Параметрические ВТП включают в схему, преобразующую изменение их комплексного сопротивления в изменение амплитуды и фазы (или частоты) напряжения. При включении параметрических ВТП в резонансные контуры, а также в контуры автогенераторов абсолютная чувствительность устройства повышается.

Капиллярный контроль

Капиллярные методы неразрушающего контроля основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (панетрантов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объектов контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуальным способом или с помощью преобразователя.

Капиллярный НК предназначен для обнаружения невидимых или слабовидимых невооруженным глазом поверхностных и сквозных дефектов в объектах контроля, определения их расположения, протяженности (для дефектов типа трещин) и ориентации по поверхности. Этот вид контроля позволяет: диагностировать объекты любых размеров и форм, изготовленные из черных и цветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамики, а также других твердых неферромагнитных материалов.

Капиллярный контроль применяют также для объектов, изготовленных из ферромагнитных материалов, если их магнитные свойства, форма, вид и месторасположение дефектов не позволяют достичь требуемой чувствительности магнитопорошковым методом или магнитопорошковый метод контроля не допускается применять по условиям эксплуатации объекта. Капилляр, выходящий на поверхность объекта контроля только с одной стороны, называют поверхностной несплошностью, а соединяющий противоположные стенки объекта контроля, — сквозной. Если поверхностная и сквозная несплошности являются дефектами, то допускается применять вместо них термины "поверхностный дефект" и "сквозной дефект".

Изображение, образованное пенетрантом, в месте расположения несплошности и подобное форме сечения у выхода на поверхность объекта контроля, называют индикаторным рисунком (след). Применительно к несплошности типа единичной трещины вместо термина "индикаторный рисунок" допускается применение термина "индикаторный след". Необходимым условием выявления дефектов нарушения сплошности материала типа полостных капиллярным контролем, имеющих выход на поверхность объекта и глубину распространения, значительно превышающую ширину их раскрытия, является относительная их незагрязненность посторонними веществами.

Следует различать максимальную, минимальную и среднюю глубину, длину и раскрытие несплошности. Если не требуется заранее оговаривать, какое из указанных значений размеров имеется в виду, то для исключения недоразумений следует принять термин "преимущественный размер". Для несплошностей типа округлых пор раскрытие равно диаметру несплошности на поверхности объекта.

Все методы капиллярного неразрушающего контроля по характеру взаимодействия проникающих пенетрантов с объектом контроля рассматриваются как молекулярные, что не указывается в определениях для сокращения.

Капиллярные методы подразделяют на основные, использующие капиллярные явления, и комбинированные.

Основные капиллярные методы контроля подразделяют в зависимости от типа проникающего вещества на следующие:

1. Метод проникающих растворов — жидкостный метод капиллярного неразрушающего контроля, основанный на использовании в качестве проникающего вещества жидкого индикаторного раствора.

2. Метод фильтрующихся суспензий - жидкостный метод капиллярного неразрушающего контроля, основанный на использовании в качестве жидкого проникающего вещества индикаторной суспензии, которая образует индикаторный рисунок из отфильтрованных частиц дисперсной фазы.

Капиллярные методы в зависимости от способа выявления индикаторного рисунка бывают следующих видов:

Люминесцентный метод, основанный на регистрации контраста люминесцирующего в длинноволновом ультрафиолетовом излучении видимого индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля;

Цветной метод, основанный на регистрации контраста цветного в видимом излучении индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля;

Люминесцентно-цветной метод, основанный на регистрации контраста цветного или люминесцирующего индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля в видимом или длинноволновом ультрафиолетовом излучении;

Яркостный метод, основанный на регистрации контраста в видимом излучении ахроматического рисунка на фоне поверхности объекта контроля.

Комбинированные методы капиллярного неразрушающего контроля сочетают два или более различных по физической сущности методов неразрушающего контроля, один из которых обязательно жидкостный.

Комбинированные капиллярные методы контроля подразделяют в зависимости от характера физических полей (излучений) и особенностей их взаимодействия с контролируемым объектом.

Капиллярно-электростатический метод основан на обнаружении индикаторного рисунка, образованного скоплением электрически заряженных частиц у поверхностной или сквозной несплошности неэлектропроводящего объекта, заполненного ионогенным пенетрантом.

Капиллярно-электроиндуктивный метод основан на электроиндуктивном обнаружении электропроводящего индикаторного пенетранта в поверхностных и сквозных несплошностях неэлектропроводящего объекта.

Капиллярно-магнитопорошковыЙ метод основан на обнаружении комплексного индикаторного рисунка, обра-зованного пенетрантом и ферромагнитным порошком, при контроле намагниченного объекта.

Жидкостный капиллярно-радиационный метод излучения основан на регистрации ионизирующего излучения соответствующего пенетранта в поверхностных и сквозных несплошностях, а капиллярно-радиационный метод поглощения — на регистрации поглощения ионизирующего излучения соответствующим пенетрантом в поверхностных и сквозных несплошностях объекта контроля.

ДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Капиллярный дефектоскопический материал применяют при капиллярном неразрушающем контроле и используют для пропитки, нейтрализации или удаления избытка проникающего вещества с поверхности и проявления его остатка с целью получения первичной информации о наличии несплошности в объекте контроля.

Дефектоскопические материалы выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к объекту контроля, его состояния и условий контроля. Их укомплектовывают в целевые наборы, в которые входят полностью или частично взаимообусловленные совместимые дефектоскопические материалы, приведенные ниже.

Набор дефектоскопических материалов — взаимозависимое целевое сочетание дефектоскопических материалов: индикаторного пенетранта, проявителя, очистителя и гасителя.

Индикаторный пенетрант (пенетрант) И — капиллярный дефектоскопический материал, обладающий способностью проникать в несплошности объекта контроля и индицировать их.

Очиститель от пенетранта (очиститель) М — капиллярный дефектоскопический материал, предназначенный для удаления индикаторного пенетранта с поверхности объекта контроля самостоятельно или в сочетании с органическим растворителем или водой.

Гаситель пенетранта (гаситель) Г — капиллярный дефектоскопический материал, предназначенный для гашения люминесценции или цвета остатков соответствующих индикаторных пенетрантов на поверхности объекта контроля.

Проявитель пенетранта (проявитель) П — капиллярный дефектоскопический материал, предназначенный для извлечения индикаторного пенетранта из капиллярной полости несплошности с целью образования четкого индикаторного рисунка и создания контрастирующего с ним фона.

Специализированные составы, предназначенные для выявления поверхностных дефектов методами капиллярной дефектоскопии, имеют следующие условные групповые обозначения.

И — цветные пенетранты, имеющие характерный цветовой тон при наблюдении в видимом излучении,

l — люминесцентные пенетранты, излучающие свет под воздействием длинноволнового ультрафиолетового излучения.

И3 — люминесцентно-цветные пенетранты, имеющие характерный цветовой тон при наблюдении в видимом излучении и люминесцирующие под воздействием длинноволнового ультрафиолетового излучения.

Ц — химические активные пенетранты, предназначенные для химического взаимодействия с соответствующими проявителями для образования специфического индикаторного следа, меняющего цвет, способность люминесцировать или образовывать продукты реакции, дающие информацию о наличии несплошностей.

И5 — ахроматические пенетранты, которые под воздействием видимого излучения дают черное или серое показание.

И6 — прочие пенетранты.

М1 — органические очистители.

Mj — водяные очистители

М3 — прочие очистители

Г — гасители ленетанта.

П — порошковые проявители, сорбционные, представляю-щие собой сухой, преимущественно белый мелкодисперсный сорбент, поглощающий ленетрант.

П2 - суспензионные проявители, сорбционные, представляющие собой белый сорбент, диспергированный в летучих растворителях, воде или быстросохнущих смесях, поглощающие пенетрант.

П3 — красочные проявители (лаки), диффузионные, состоящие из пигментированного или бесцветного быстросохнущего жидкого раствора, связывающие, поглощающие пенетрант.

П4 — пленочные проявители, диффузионные, представляющие собой бесцветную или белую накладную пленку с проявляющим липким слоем, поглощающим пенетрант.

П5 — прочие проявители.

Очистители и гасители в зависимости от характера взаимодействия с индикаторным пенетраитом подразделяют на растворяющие, самоэмульгирующие и эмульгирующие при внешнем воздействии.

Индикаторные пенетранты подразделяют в зависимости от физического состояния и светоколористических признаков.

В зависимости от физических свойств бывают различные пенетранты.

Магнитный пенетрант является суспензией, частицы твердой фазы которой имеют ферромагнитные свойства, а жидкий носитель представляет собой молекулярную или коллоидную дисперсию люминофора, красителя или другого индикатора,

Электропроводящий пенетрант имеет нормированную электрическую проводимость.

Ионизирующий пенетрант испускает ионизирующее излучение. Поглощающий пенетрант поглощает ионизирующее излучение.

Комбинированный пенетрант сочетает свойства двух или более индикаторных пенетрантов.

По технологическим признакам пенетранты можно разделить следующим образом.

Органосмываемый пенетрант смывается с поверхности объекта контроля органическими безводными антикорро-зионными составами: растворителями, маслами или их смесями.

Водосмываемый пенетраит смывается водой или водосодержащими составами.

Пенетрант последующего эмульгирования образует эмульсию в воде, очищающей поверхность объекта контроля, после его предварительного взаимодействия с очистителем от пенетранта или ПАВ.

Обесцвечивающий пенетрант, особенность которого заключается в том, что люминесценция или цвет его уничтожается специально подобранным гасителем.

Проявители подразделяют в зависимости от состояния.

Проявитель разделяют в зависимости от характера взаимодействия его с индикаторным пенетрантом.

Химически пассивный проявитель не меняет колористические свойства индикаторного пенетранта.

Рекомендации по контролю качества материалов

Данные рекомендации распространяются на материалы для капиллярной дефектоскопии и контроля параметров .

Плотность вещества определяется как отношение массы т к объему т.е. р= т/ V. Пикнометрический метод. Плотность определяется при температуре 20° С и указывается в г/см3.

Вязкость — это свойство жидкого вещества к восприятию сдвигающего напряжения t, вызываемого деформацией сдвига и зависящего от градиента среза D.

Кинематическая вязкость — это отношение динамической вязкости t\ к плотности р, т.е. v = ц /р. Она определяется на конечных точках соответствующего температурного диапазона и выражается в м2 /с.

Применяют капиллярный вискозиметр по Уббелоде на температурный диапазон 10 — 100° С, а также вискозиметр с падающим шариком по Хапплеру на температурный диапазон -60 +150° С.

Поверхностное натяжение — это напряжение на поверхности, стремящееся уменьшить данную поверхность. Оно измеряется в Н/м при температуре 20° С. Применяют тензиометр с пластиной, дугой или кольцом.

Смачиваемость — это адгезия жидкости на поверхности твер-дого тела, т.е. образование малого контактного угла (< 90° ) между поверхностью жидкости и поверхностью твердого тела, В случае полного смачивания этот контактный угол равен 0° .

Плоская пластина из стекла, стали, алюминия, латуни площадью 100 х 100 мм тщательно очищается, например, щелочным промывочным средством, при помощи целлюлозной бумаги с использованием трихлорэтилена, этилалкоголя, ацетона или окунанием в ацетон, обезжиривается и сушится. Шероховатось шлифованных или имеющихся в состоянии поставки металлических пластин должна составлять по показателю Ra = 3—5 мкм. На середину горизонтально установленной пластины наносится 0,04 мл пенетранта и определяется средний диаметр смачиваемой площади (в качестве меры смачиваемости) в зависимости от времени.

Проникающая способность — это свойство пенетрантов к проникновению в капиллярные несплошности. Скорость проникновения пенетрантов может быть определена приближен-но путем сложения двух мерительных плиток, при помощи стяжного устройства устанавливается щель шириной в несколько мкм. На верхнюю сторону щели напыляется проявитель, а на нижнюю сторону наносится капля пенетранта. Измеряется время от момента нанесения пенетранта до первых признаков окраски проявителя.

Выявляемость дефектов указывает на то, какой определенный наименьший поверхностный дефект (например, ширина трещины) еще визуализируется данным набором материалов. Она определяется на естественных или искусственных дефектах при температуре 20° С, причем необходимо применять установленную заводом-изготовителем технологию контроля. Для испытаний используют стандартные образцы.

Образец выполняют из измерительных плиток так, что последние образуют калиброванную клинообразную капиллярную щель, как описано выше при испытании проникающей способности пенетранта.

Пластана из азотированной стали, деформированная шариком.

Изготовляется пластина из азотируемой стали размерами 50 х50 х 3 мм, поверхность которой шлифуется так, чтобы шероховатость составила Ra = 3 - 4 мкм. В середине сверлят проходное отверстие диаметром 5 мм, фаска с обеих сторон 60°. После этого пластина азотируется (глубина азотирования 0,2-0,7 мм), очищается от окалины мелкой шлифовальной бумагой и кладется на стальное кольцо (внутренний диаметр 30 мм, высота 25 мм, наружный диаметр около 60 мм). На противоположной стороне 20-миллиметровый стальной шар вдавли-вается с помощью испытательной машины в отверстие силой около 2—3 кН, пока треск не укажет на образование трещин в зоне растяжения. Трещины измеряют под микроскопом. Путем повторного надавливания на переднюю или обратную сторону плитки можно управлять раскрытием трещин. Ширина трещины определяется с помощью растрового сканирующего, электронного микроскопа при необходимом увеличении. Глубина трещин определяется по поперечным шлифам.

Методика испытания:

• предварительная очистка и обезжиривание ацетоном или спиртом с применением ультразвукового воздействия;

• сушка нагреванием на электроплите;

• нанесение пенетранта в течение 10 мин;

• промежуточная очистка с помощью волокон целлюлозы и заданного очистителя, вытереть насухо;

• нанесение проявителя, который должен действовать не менее 15 мин;

• визуальный осмотр количества, длины, конфигурации трещин и фона;

• фотографирование.

АППАРАТУРА КАПИЛЛЯРНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Аппаратура капиллярного неразрушающего контроля — это технические средства контроля, исключая дефектоскопические материалы, используемые для капиллярного неразрушающего контроля.

Капиллярный дефектоскоп — это совокупность приборов капиллярного неразрушающего контроля, вспомогательных средств и образцов для испытаний, которыми с помощью набора дефектоскопических материалов осуществляют технологический процесс контроля. Капиллярные дефектоскопы (далее дефектоскопы) предназначены для выявления невидимых или слабо видимых глазом поверхностных дефектов (трещин, пористости, непроваров, других несплошностей различного происхождения) в металлических и неметаллических материалах, полуфабрикатах и изделиях любой геометрической формы.

Приборы капиллярного неразрушающего контроля — это устройства, с помощью которых получают, передают и преобразуют информацию о технологических операциях, дефектоскопических материалах или наличии несплошности для непосредственного восприятия оператором или средством, его заменяющим.

В качестве вспомогательных средств капиллярного неразрушающего контроля используют ванны, камеры, столы, контейнеры, кисти, распылители и т.п., которые служат для выполнения или интенсификации одной или нескольких технологических операций капиллярного неразрушающего контроля без изменения и регулирования их параметров.

Общие технические требования к дефектоскопам.

Дефектоскопы бывают переносные, передвижные, стационарные.

Рабочий режим дефектоскопа выбирают: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

В зависимости от функционального назначения и эксплуатационной законченности дефектоскопы могут включать в себя полностью или частично различные функциональные устройства, описанные ниже.

Устройство подготовки объектов к капиллярному неразрушающему контролю предназначается для очистки контролируемой поверхности и полостей несплошностей объекта контроля перед применением пенетранта.

Устройство обработки объектов дефектоскопическими материалами служит для отдельного или взаимозависимого заполнения полостей несплошностей пенетрантом, удаления пенетранта, нанесения и удаления проявителя.

Устройство проявления несплошностей, как средство контроля, предназначено для интенсификации процесса образования индикаторного рисунка под воздействием тепла, вакуума, вибрации или упругой деформации объекта контроля.

Устройство выявления несплошностей предназначено для визуального обнаружения или косвенной регистрации индикаторного рисунка в нормированных условиях освещения или облучения.

Устройство контроля дефектоскопического материала контролирует один или несколько параметров дефектоскопического материала на их соответствие установленным нормам.

Устройство контроля излучения — прибор для измерения облученности или освещенности поверхности объекта контроля соответствующим излучением.

Устройство контроля технологического процесса контролирует режим технологической операции (операций), подготовки и обработки объекта контроля дефектоскопическим материалом.

Для оценки класса чувствительности применяют натурный образец объекта контроля (или его часть) с естественными дефектами. Допускается применение образцов для испытаний с искусственными дефектами, рекомендуемые способы создания которых приведены ниже.

Образец для испытаний средств капиллярного неразрушающего контроля — это изделие с заранее нормируемыми при определенных условиях свойствами, предназначенное для поверки прибора, вспомогательного средства, технологического процесса или дефектоскопического материала капиллярного неразрушающего контроля. В качестве нормируемых свойств могут быть: наличие несплошностей определенного раскрытия, глубины, протяженности, белизна проявляющего покрытия и т.п.

Техника безопасности при работе с дефектоскопами

В зоне эксплуатации дефектоскопов с источниками УФ-излучений используют средства индивидуальной защиты лица, груди и рук.

В УФ-облучающих дефектоскопах, предназначенных для люминесцентного метода с визуальным способом выявления дефектов, в качестве источников УФ-излучения используют: специализированные ртутные лампы в черных колбах и их аналоги (рис. 1-3), а также неспециализированные ртутные лампы с приставными светофильтрами из ультрафиолетового стекла УФС6 и УФС8.

Рис. 1. Дефектоскопические УФ-лампы в черных колбах; 1-ДРУФЗ-125; 2-ДРУФ-125; 3 — ДРУФ-125-1; 4 - ДРУФ-250; 5 —ЛУФ-4-1. Рис. 2. Спектральное распределение УФ-излучения дефектоскопической УФ-лампы в черной колбе мощностью 125 Вт

Рис. 3. Спектральное (а) и полярное (б) распределение УФ-излучения дефектоскопической лампы (в) мощностью 6 Вт

Применяют и другие источники и светофильтры, обеспечивающие излучение волн длиной 300...400 нм с преобладанием длины волны 365 нм. Волн длиной 300…320 нм может быть не более 10% от всего потока.

Дефектоскопы с источниками УФ-излучения снабжают встроенными или отдельными устройствами, защищающими лицо и глаза работающего от воздействия УФ-излучения. Для индивидуальной защиты глаз следует применять защитные очки со светофильтрами из желтого стекла ЖС4 толщиной не менее 2 мм для контроля объектов в условиях затемнения или светофильтрами С-4...С-9 толщиной 3,5 мм для обслуживания и наладки облучательных устройств с неспециализированными ртутными лампами со снятыми светофильтрами и кожухами.

В качестве пленочного защитного негорючего материала, поглощающего УФ-излучение, но пропускающего видимый свет, следует применять полиамидную пленку типа ПМ марки А толщиной не менее 30 мкм.

Максимальные значения допустимых уровней эритемной облученности и дозы УФ-облучения в зоне работы контролера (оператора) не должны превышать значений, указанных в табл. 9.

В составных частях стационарных дефектоскопов, предназначенных для использования цветного и ахроматического методов капиллярной дефектоскопии с визуальным способом выявления дефектов, следует применять комбинированное освещение (общее и местное).

Kомбинированную освещенность обработанной проявителем контролируемой поверхности в зависимости от ее особенностей выбирают в пределах 750—4000 лк при применении люминесцентных источников света или 500—3000 лк при использовании ламп накаливания. Общая составляющая освещенности (за вычетом местной) соответственно должна составлять от 300 до 750 лк или от 200 до 500 лк.

Помещения для стационарных дефектоскопов, содержащих УФ-облучатели с неспециализированными ртутными лампами, обеспечивают вентиляцией.

В дефектоскопах, предназначенных для обработки объектов дефектоскопическими материалами, обеспечивается герметизация и теплоизоляция. В аппаратуре с повышенной запыленностью сухими проявителями или загазованностью парами растворителей, пенетрантов, жидких проявителей и очистителей предусмотрены встроенные отсосы, вентиляция, очистка, регенерация технологических выбросов и стоков.

При проверке стационарных дефектоскопов допускается по согласованию с потребителем проводить испытания каждого функционального устройства в целом, входящего в состав дефектоскопов, или каждой самостоятельной сборочной единицы функционального устройства.

Проверку чувствительности дефектоскопов проводят визуальной оценкой выявляемости соответствующих дефектов в объектах контроля либо в одном из типов образцов для испытаний, приведенных с соблюдением требований к УФ-облучателям.

Магнитнопорошковый метод

Магнитнопорошковый метод очень эффективен для обнаружения поверхностных или расположенных близко к поверхности пор и трещин. Он применяется только на материалах, способных намагничиваться. Перед проверкой требуется тщательно очистить поверхность. Используется жидкий аналог магнитного порошка или флюоресцентный магнитный порошок.

Металл подвергается воздействию сильного магнитного поля. На краях трещин и раковин поле концентрируется, что вызывает притягивание порошка. После прекращения действия магнитного поля вокруг каждой трещины или раковины наблюдается концентрация порошка. При применении флюоресцентного порошка для обнаружения концентраций место проверки следует осветить ультрафиолетовым светом.

Так как направление трещин неизвестно, проводят два тестирования. Первый раз линии магнитного поля направляются по возможности перпендикулярно шву, второй раз параллельно.

После обнаружения трещины вскрываются для исправления.

Радиационная дефектоскопия

Физические основы радиационных методов

Радиационная дефектоскопия сварных соединений основана на применении ионизирующих излучений.

При прохождении излучения через контролируемый объект его интенсивность уменьшается, т. е. количество энергии, проходящей за единицу времени через единицу площади (Вт/м2), меняется в зависимости от плотности и толщины материала (рис. 1). По результатам измерения интенсивности излучения, прошедшего через объект, определяют наличие в нем несплошностей.

Рис. 1. Схема радиографического контроля: 1—источник излучения; 2—прямой пучок; 3—сварной шов; 4—кассета с детектором и экранами; 5—эпюра интенсивности излучения за объектом; F—фокусное расстояние; d толщина основного материала; D — толщина сварного шва.

Широкое распространение для исследования материала сварных соединений получили рентгеновское и -излучение. Большие толщины контролируют тормозным излучением, получаемым на высокоэнергетических установках.

Реже используют -моноэнергетическое, т. е. однородное ионизирующее излучение, и радиоизотопное -излучение, а также излучение потоками нейтронов или протонов.

Рентгеновское излучение — это квантовое (фотонное) излучение с длинами в 10^-13—10^-9 м и энергией квантов от 1,6*10¹⁶ до 1,6*10¹³ Дж.

Рентгеновское излучение состоит из тормозного и характеристического. Тормозное — это фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, возникающее при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Кроме тормозного рентгеновского излучения с непрерывным спектром, при некоторой определенной для данного материала анода энергии электронов возникает характеристическое рентгеновское излучение с дискретным спектром.

Характеристическое излучение — фотонное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атома. При выбивании электрона с внутренней оболочки атома освобождается место в оболочке, которое заполняется электроном с внешних слоев. При этом атом переходит в нормальное состояние и испускает квант характеристического излучения с энергией, равной разности энергии на соответствующих уровнях.

-излучение — фотонное излучение (с энергией фотонов 10^-15— 10^-12 Дж), возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер, ядерных превращениях или при аннигиляции частиц.

В результате ядерных превращений радиоактивные ядра становятся ядрами стабильных изотопов. Число таких превращений в единицу времени называют активностью радиоизотопного источника.

излучение возникает при радиоактивном распаде естественных или искусственных изотопов.

Радиоактивные ядра, образующиеся при распадах, могут находиться в возбужденном состоянии. При переходе в основное состояние испускается один или несколько квантов. Например, при распаде ядер изотопа 60 Со испускается два фотона с энергией 0,19 и 0,21 Дж.

Интенсивность рентгеновского и излучения, проходящего через вещество, уменьшается вследствие потери энергии в веществе. При этом происходит фотоэлектрическое поглощение, когерентное и некогерентное (комптоновское) рассеяние, а также образование из -кванта электрон-позитронной пары.

На практике качественный состав излучения определяют по ослаблению его интенсивности при прохождении определенной толщины материала.

Для обнаружения дефекта и регистрации излучения служат различные детекторы. В зависимости от того, какой детектор применяют при просвечивании сварного шва, различают следующие виды радиационной дефектоскопии: радиографию, радиоскопию и радиометрию.

Источники ионизирующего электромагнитного излучения

При радиационнодефектоскопическом контроле качества сварных соединений применяют источники излучения следующих трех основных типов: рентгеновские аппараты, гаммадефектоскопы, заряженные радиоизотопными источниками излучения, а также ускорители электронов (бетатроны, линейные ускорители и микротроны). Выпускаемые отечественной промышленностью источники фотонного излучения для неразрушающего контроля охватывают диапазон энергий примерно 10 кэВ — 35 МэВ.

Рентгеновские аппараты.

Рентгеновские аппараты — наиболее распространенные источники фотонов в диапазоне энергий от единиц до сотен килоэлектронвольт. Рентгеновское излучение в рентгеновском аппарате образуется в вакуумном приборе, называемом рентгеновской трубкой. В рентгеновской трубке помещается подогревной катод, нить накала которого служит источником термоэлектронов, и массивный анод. При приложении к катоду и аноду разности потенциалов электроны, эмиттируемые катодом, ускоряются и бомбардируют анод. При торможении электронов в материале анода образуется тормозное и характеристическое рентгеновское излучение, которым просвечивают контролируемые объекты. Участок поверхности мишени, на котором преимущественно тормозится пучок электронов, называется действительным фокусным пятном рентгеновской трубки. Проекция фокусного пятна в направлении оси рабочего пучка на плоскость, перпендикулярную этой оси, называется эффективным фокусным пятном рентгеновской трубки. Для питания рентгеновской трубки в рентгеновском аппарате служит высоковольтный генератор, обеспечивающий накал катода и высокое напряжение.

Управление током и напряжением на рентгеновской трубке и контроль за работой аппарата осуществляют с пульта управления. С целью защиты обслуживающего персонала от неиспользуемого рентгеновского излучения и высокого напряжения рентгеновские трубки помещают в специальные, как правило, освинцованные защитные кожухи.

Гаммадефектоскопы.

Значительный объем контроля сварных и паяных соединений осуществляется с помощью гаммадефектоскопов (С. В. Румянцев, А. Н. Майоров, В. Г. Фирстов и др.). Гаммадефектоскопы заряжают радиоизотопными источниками. Основные, важные для дефектоскопии характеристики радиоизотопных источников — энергетический спектр излучения, выход излучения, период полураспада и геометрические размеры источников.

Энергетический спектр гаммаизлучения имеет характер дискретных линий, как правило, в широком диапазоне энергий и с различной относительной интенсивностью. В зависимости от энергии -фотонов радиоизотопные источники излучения делят на три группы: источники с жестким -излучением (энергия фотонов около 1 МэВ и более), источники с -излучением средней энергии (примерно 0,3—0,7 МэВ) и низкоэнергетические источники -излучения (энергия менее 0,3 МэВ).В настоящее время для гаммадефектоскопического контроля используют радиоизотопные источники на основе следующих изотопов в порядке возрастания энергии: 170Tm, 192Ir, 137Cs, 60Co. Этими радиоизотопными источниками заряжают гаммадефектоскопы различного назначения.

Линейные ускорители и микротроны

В качестве источников высокоэнергетического фотонного излучения в радиационных методах неразрушающего контроля используют ускорители электронов , сообщающие им кинетическую энергию в диапазоне 1100 МэВ: линейные ускорители , микротроны и бетатроны.

РАДИОГРАФИЯ

Радиография — метод получения на детекторах видимого изображения внутренней структуры сварного соединения, просвечиваемого ионизирующим излучением.

В основе радиационных методов обнаружения дефектов лежат законы ослабления ионизирующих излучений веществом и способы регистрации интенсивности излучения за просвечиваемым объектом. В качестве регистраторов излучения в радиографическом методе неразрушающего контроля используют рентгеновские пленки. При просвечивании контролируемых объектов на рентгеновскую пленку расположение, форма и размеры внутренних дефектов определяются по фотографическому изображению теневой проекции изделия — рентгеновскому снимку.

В радиографии используют свойство рентгеновских пленок чернеть после соответствующей фотообработки под действием ионизирующих излучений.

В зависимости от используемого излучения различают рентгенографию, гаммаграфию, бетатронную, микротронную, нейтронную радиографию.

Рентгенографию применяют преимущественно в цеховых и реже в полевых условиях в случаях, когда к качеству сварных соединений предъявляются высокие требования, гаммаграфию — при контроле сварных соединений больших толщин, а также стыков, расположенных в труднодоступных местах, в полевых и монтажных условиях. Бетатронная, микротронная радиография эффективна при дефектоскопии соединений большой толщины в основном в цеховых условиях. Нейтронная радиография применяется для контроля соединений тяжелых металлов, водородосодержащих материалов и радиоактивных изделий.

Детекторами радиографического контроля могут быть фоточувствительная пленка, фотобумага или полупроводниковая пластина.

В настоящее время из радиационных детекторов наиболее широко применяется рентгеновская пленка. Использование ее в качестве преобразователя рентгеновского изображения основано на действии излучения на эмульсию пленки.

Пленка представляет собой тонкую подложку из нитроцеллюлозы или ацетатцеллюлозы, на которую наносится слой фотографической эмульсии, состоящей из суспензии микроскопических кристаллов бромистого серебра в желатине. Толщина эмульсионных слоев достигает 0,0лмм. Для предохранения эмульсионные слои покрывают защитным слоем желатина толщиной 0,001 мм.

Различимость дефектов повышается, если применять цветную радиографию, т. е. просвечивать сварной шов на цветную рентгеновскую пленку. В результате получают снимки с цветовыми контрастами, определяемыми изменением плотности материала, перепадом толщин.

Помимо рентгеновской пленки для регистрации результатов просвечивания применяют полупроводниковые преобразователи, действие которых основано на свойстве некоторых материалов изменять проводимость под действием рентгеновского излучения. Теневое рентгеновское изображение просвечиваемого объекта преобразуется полупроводниковой пластиной в двумерный рельеф проводимости с помощью электрорентгенографического аппарата.

Преобразователем в электрорентгенографическом аппарате является ксерорентгенографическая пластина, реагирующая на прошедшее через шов рентгеновское излучение изменением параметров электрического поля таким образом, что остаточный заряд пропорционален изменению интенсивности излучения. С помощью красящих веществ-пигментов электростатическое изображение с пластины переносится на бумагу.

Контроль качества сварки плавлением.

По радиографическим снимкам обнаруживают следующие макродефекты сварки, выполненной плавлением: трещины (продольные и поперечные) в наплавленном и основном металле; непровары (сплошные и прерывистые); шлаковые и вольфрамовые включения; газовые включения (поры); надрезы, проплавы, прожоги.

Поры имеют на радиографических снимках вид округлых темных пятен размером от десятых долей мм до 2—3 мм. Поры могут быть заполнены газом (собственно поры) или шлаком (шлаковые включения). Поры большой величины обычно относят к раковинам или свищам. Различить по рентгеновским снимкам газовую и заполненную шлаком поры зачастую невозможно. Эти дефекты примерно одинаково влияют на прочность шва. Непровары имеют на рентгеновских снимках вид близких к прямолинейным темных линий различной степени почернения в зависимости от глубины непровара. Расположение непроваров зависит от вида сварного соединения. Наиболее характерным непроваром при односторонней стыковой сварке без скоса кромок, а также при сварке V-образных швов с предварительной подготовкой кромок является непровар в корне шва.

В случае двусторонней сварки непровар чаще всего бывает в центре сварного шва. Кроме того, непровары могут располагаться по кромкам шва в результате несплавления основного и наплавленного металла. Непровар в корне шва образуется в результате неглубокой проварки шва или неполного расплавления кромок; иногда непровар образуется в результате несплавления отдельных слоев наплавленного металла.

Эти соединения необходимо просвечивать по схемам, показанным на рисунке. Стрелки на эскизах от источника излучения (светлый кружок) показывают направление оси рабочего пучка рентгеновского или уизлучения, которая должна проходить через середину контролируемого участка шва. Швы стыковых соединений без скоса кромок и с отбортовкой двух кромок просвечивают с направлением центрального луча перпендикулярно шву..

Сварные соединения с разделкой кромок просвечивают, как правило, по нормали к плоскости свариваемых элементов (эскиз 3), а в особых случаях, оговоренных в технических условиях, и по скосам кромок (эскиз 4). Более желательно расположение пленки со стороны корня шва, однако при необходимости пленку можно располагать и с противоположной стороны, направление просвечивания меняют при этом на обратное.

Швы угловых соединений с отбортовкой просвечивают с направлением центрального луча по плоскости свариваемых кромок (эскиз 5). Швы угловых соединений без скоса кромок и со скосом двух кромок просвечивают с направлением оси рабочего пучка по биссектрисе угла между сваренными элементами (эскизы 6, и 7). Допускается также обратное направление распространения излучения и расположение пленки с другой стороны шва (см. эскиз 6).

Швы тавровых соединений без скоса кромок просвечивают с направлением оси рабочего пучка под углом 450 к полке тавра (эскиз 8). Швы тавровых соединений с односторонним и двусторонним скосом кромок просвечивают с направлением оси рабочего пучка под углом 45° к полке тавра (эскизы 9 и10). В случаях, оговоренных техническими условиями, эти швы можно просвечивать также с направлением центрального луча по скосам кромок (эскизы 9 и 10).

Швы соединений внахлестку просвечивают с направлением центрального луча под углом 45° к плоскости листа (эскизы 11 и 12). Допускается также просвечивание с направлением распространения излучения перпендикулярно плоскости листа (эскиз 11). По нормали к плоскости свариваемых листов просвечивают точечные и шовные соединения (эскизы 13 и 14),

Швы в двутавровых и крестообразных конструкциях просвечивают по схемам, показанным на эскизах 15. Швы в коробчатых конструкциях, форма которых не позволяет поместить внутри их кассету с пленкой или источник излучения, просвечивают при установке пленки с наружной стороны шва и направлении центрального луча через две стенки под углом к оси шва изделия (эскиз 16). Если кассету можно ввести внутрь коробчатой конструкции, просвечивание ведут через одну стенку с направлением центрального луча перпендикулярно шву (эскиз 16).

Кольцевые и продольные швы в цилиндрических и других изделиях просвечивают при установке источника излучения внутри изделия или снаружи с направлением оси рабочего пучка перпендикулярно шву (эскиз 17). Кольцевые и продольные швы в изделиях, форма которых не позволяет поместить внутри их кассету с пленкой или источник излучения, просвечивают согласно эскизу 17 — пленка установлена с наружной стороны шва, ось рабочего пучка направлена через две стенки под углом к плоскости, в которой расположен шов.

Кольцевые швы в цилиндрических или сферических изделиях можно просвечивать по всей длине одновременно, поместив источник излучения на оси цилиндра или сферы против шва и наложив кассеты с пленкой по всей длине шва на наружной поверхности (эскиз 18). Кассеты должны располагаться так, чтобы пленки накладывались одна на другую на длину 10—15 мм.

Просвечивание сварных стыков труб (и коробчатых конструкций) через две стенки (эскизы 16 и 17), во избежание наложения на снимке изображений верхнего и нижнего участков шва, следует проводить под углом к плоскости.

При выборе схемы просвечивания необходимо помнить, что непровары и трещины могут быть выявлены лишь в том случае, если плоскости их раскрытия близки к направлению просвечивания (5—100). Поры и включения выявляются лучше, если они расположены ближе к пленке.

Тепловые методы неразрушающего контроля

Общие сведения

В тепловых методах неразрушающего контроля в качестве пробной энергии используется тепловая энергия, распространяющаяся в объекте контроля. Температурное поле поверхности объекта является источником информации об особенностях процесса теплопередачи, которые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних или наружных дефектов. Под дефектом при этом понимается наличие скрытых раковин, полостей, трещин, непроваров, инородных включений и т.д., всевозможных отклонений физических свойств объекта от нормы, наличия мест локального перегрева( охлаждения) и т.п.

Физическая сущность теплового контроля

Методы неразрушающего контроля теплового вида (ГОСТ 18353 - 79) используют при исследовании тепловых процессов в изделиях. При нарушении термодинамического равновесия объекта с окружающей средой на его поверхности возникает избыточное температурное поле, характер которого позволяет получить информацию об интересующих свойствах объектов. Методы теплового контроля основаны на взаимодействии теплового поля объекта с термодинамическими чувствительными элементами (термопарой, фотоприемником, жидкокристаллическим индикатором и т.д.), преобразовании параметров поля (интенсивности, температурного градиента, контраста, лучистости и др.) в электрический сигнал и передаче его на регистрирующий прибор.

Достоинствами теплового контроля являются: дистанционность, высокая скорость обработки информации; высокая производительность испытаний; высокое линейное разрешение : возможность контроля при одно- и двустороннем подходе к изделию; теоретическая возможность контроля любых материалов; многопараметрический характер испытаний; возможность взаимодополняющего сочетания ТНК с другими видами неразрушающего контроля; сочетаемость со стандартными системами обработки информации; возможность поточного контроля и создания автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами. Различают:

1)пассивный ТНК;

2) активный ТНК.

Пассивный ТНК не нуждается во внешнем источнике теплового воздействия (ИТВ) - тепловое поле в объекте контроля (ОК) возникает при его эксплуатации (изделия радиоэлектроники, энергетическое оборудование, металлургические печи и т. п.) или изготовлении (закалке, отжиге, сварке и. т. п.). Активный ТНК предполагает нагрев объекта внешними источниками энергии. В случае использования АТНК в дефектоскопии, например для обнаружения дефектов в виде нарушения сплошности (раковин, трещин, мест непроклея), информацию о дефектах несут в себе локальные неоднородности температурного поля на поверхности ОК.

Существуют следующие способы активного теплового контроля изделий:

Кратковременный локальный нагрев изделия с последующей регистрацией температуры той же(при одностороннем контроле) или при противоположной области( при двустороннем контроле). По истечении некоторого времени(чтобы изделие успело остыть) переходят к следующей точке и т.д. Так будет пройдена вся поверхность изделия, причем измеренная температура дефектных областей будет существенно отличаться от температуры бездефектных участков. С использованием сканирующей системы, состоящей из жестко закрепленных друг относительно друга источника нагрева и регистрирующего прибора(например, радиометра), перемещающихся с постоянной скоростью вдоль поверхности образца. Одновременный нагрев поверхности образца вдоль некоторой линии(при одновременном контроле) или вдоль аналогичной линии с противоположной поверхности образца( при двустороннем контроле). Подобная регистрация может быть осуществлена , например, прибором " Термопрофиль." Одновременный нагрев всей поверхности образца и последующая одновременная регистрация температурного распределения на этой же или на противоположной поверхности. Подобный способ контроля может быть осуществлен при помощи телевизора. В методе АТНК можно выделить три основных направления развития:

тепловая дефектоскопия (ТД);

тепловая дефектометрия (ТД);

тепловая томография (ТТ).

Тепловая дефектоскопия состоит в определении факта наличия дефекта и его расположение в объекте контроля. В настоящее время это наиболее разработанное направление. Тепловая дефектометрия - направление АТНК, представляющее методы и средства количественной оценки глубины залегания дефектов, их толщины и поперечных размеров. С математической точки зрения ТД требует решения обратных теплофизических задач. Тепловая томография (ТТ) является последующим развитием ТД и состоит в послойном синтезе внутренней структуры объекта контроля на основе использования методов проективной компьютерной томографии.

Область применения активного ТНК:

Область	Способ, объекты контроля, выявляемые дефекты
Авиакосмическая индустрия	ИК-влагометрия: дефекты структуры композитов, готовых панелей, клеевых соединений, защитных покрытий
Микроэлектроника	Лазерный контроль пайки, сварки: ИК-томография полупроводников, БИС; дефектов теплоотводов
Машиностроение	Термоволновая дефектоскопия антикорозионных покрытий, тепловая толщинометрия пленок
Лазерная техника	Контроль термонапряжений в лазерных кристаллах, световой прочности элементов силовой оптики
Материаловедение	Тепловая диагностика напряженного состояния объектов на основе термоэластического эффекта
Строительство	Контроль теплопроводности строительных материалов, защитных ограждений, обнаружение пустот, промоин
Нефтехимия	Термографический контроль уровня жидкостей в резервуарах
Энергетика	Тепловизионный контроль статоров, защитных покрытий, термоизоляции
Агрокомплекс	Контроль ТФК продуктов, дефектоскопия деталей с.х. техники

Области применения пассивного ТНК:

Область	Способ, объекты контроля, выявляемые дефекты
Энергетика	Тепловая диагностика турбин, дымовых труб, энергоагрегатов, контактных сетей, теплоизоляции
Нефтехимия	Тепловизионный контроль реакторных колонн и энергоагрегатов, обнаружение утечек из продуктопроводов
Машиностроение	Контроль тепловых режимов машин, механизмов
Строительство	Обнаружение утечек тепла в зданиях, тепловизионный контроль качества кровли, ограждающих конструкций
Экологический мониторинг	Дистанционный контроль утечек тепла, загрязнений на водных поверхностях, выявление тепловых аномалий, обнаружение пустот, промоин
Металлургия	Пирометрический контроль температуры расплавов, тепловизионная диагностика футеровки, контроль горячего проката
Транспорт	Обнаружение перегрева букс, дефектов контактных сетей, изоляторов, тепловая диагностика электрооборудования подвижного состава
Авиация	Световая пирометрия лопаток ТТД, аэродинамический эксперимент, контроль теплового режима бортовой РЭА
Медицина	Термодиагностика сосудистых заболеваний, онкологии, кожных заболеваний

Методы и средства теплового неразрушающего контроля.

Вибротепловизионные метод: Вибротепловизионный метод особенно перспективен для анализа изделий, работающих в условиях вибрации. В материалах с дефектами структуры под воздействием вибрации возникают температурные поля, что обусловлено рассеянием энергии колебаний на дефектах и превращением ее в теплоту за счет внутреннего перегрева в материале. В областях нарушения гомогенности структуры возникают локальные зоны перегрева объекта. На термограммах вибрирующих пластин и других объектов четко выявляются дефекты типа расслоений, несплошноностей и т.п.

Метод тепловой томографии

Тепловая томография - метод визуализации внутренних сечений объекта с помощью тепловых эффектов. Его можно реализовать импульсным облучением объекта плоским равномерным пучком излучения и последовательной регистрацией " тепловых отпечатков "дефектов или неоднородностей теплофизических параметров контролируемой структуры на противоположной стороне изделия с помощью быстродействующего тепловизора.

Методы теплового контроля на основе термофотоупругости

В современной технологии, особенно лазерной, широко применяются высокопрозрачные оптические кристаллы, например в качестве линз для фокусировки форсированного излучения, резонаторов мощных лазеров, защитных иллюминаторов, материалов для вытяжки ИК световодов и т.п. Важнейшей характеристикой подобных материалов является абсолютное значение натурального показателя поглощения оптического излучения , который , в свою очередь, определяет долю энергии, поглощенную в материале при прохождении через него мощного потока излучения. Эта характеристика позволяет прогнозировать лучевую прочность материалов, динамику их разогрева в процессе облучения, потери в линиях световодной связи и т.п.

Вихретокотепловой метод

Вихретокотепловой метод основан на радиоимпульсном возбуждении металлических объектов полем индуктора, приеме теплового отклика приповерхностным преобразователем вовремя и после теплового воздействия и анализе амплитудно-временной информации. Ход теплового процесса определяется теплофизическими и одновременно электромагнитными параметрами объекта, что позволяет в одном эксперименте проводить исследования как тепловыми, так и вихретоковыми методами. В частности, коэффициент температуропроводности чувствителен к химическому составу, тепловому старению, термообработке, размерам зерна сплавов. С помощью метода ВТТ возможна так же тепловая толщинометрия ферромагнитных и тонкостенных изделий, изделий с грубой поверхностью и др.

Теплографический ТНК композитов

Контроль тонкостенных оболочек из полимерных композиционных материалов, прочность которых существенно зависит от дефектов типа воздушных расслоений, "слипнутых" отслоений и т.д., эффективен с помощью комбинированного теплоголографического метода. Он заключается в нагреве (тепловом нагружении) изделия и совместной регистрации термограмм и голографических интерферограмм нагретой поверхности. При этом обнаружение дефектов производится по наличию аномалий интерференционных полос, а их протяженность и глубина залегания на основании анализа термограмм контролируемой зоны изделия при его нагреве галогенными лампами.

Электрические методы и средства контроля

Электрические методы основаны на создании в контролируемом объекте электрического поля либо непосредственным воздействием на него электрическим возмущением (например, спектростатическим полем, полем постоянного или переменного стационарного тока), либо косвенно с помощью воздействия возмущениями неэлектрической природы (например, тепловым, механическим и др.). В качестве первичного информативного параметра используются электрические характеристики объекта контроля.

Так, электроемкостный метод контроля (ЭМК) предусматривает введение объекта контроля или его исследуемого участка в электростатическое поле и определение искомых характеристик материала по вызванной им обратной реакции на источник этого поля. В качестве источника поля применяют электрический конденсатор, который является одновременно и первичным электроёмкостным преобразователем (ЭП), так как осуществляет преобразование физических и геометрических характеристик объекта контроля в электрический параметр. Обратная реакция ЭП проявляется как изменение его интегральных параметров, чаще всего двух параметров, из которых один характеризует "емкостные" свойства ЭП, а другой — диэлектрические потери (например, емкость и тангенс угла потерь — составляющие комплексной проводимости). Эти параметры являются первичными информативными параметрами ЭМК.

Информативность ЭМК определяется зависимостью первичных информативных параметров ЭП от характеристик объекта контроля — непосредственно от электрических характеристик (например, диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь) и геометрических размеров объекта контроля. Косвенным путем с помощью ЭМК можно определять и другие физические характеристики материала: плотность, содержание компонентов в гетерогенных системах, влажность, степень полимеризации и старения, механические параметры, радиопрозрачность и пр. К наиболее информативным геометрическим параметрам объекта контроля следует отнести толщину пластин, оболочек и диэлектрических покрытий на проводящем и непроводящем основаниях, поперечные размеры линейно-протяженных проводящих и диэлектрических изделий (нитей, стержней, лент, прутков), локализацию проводящих и диэлектрических включений и др. (рис. 1).

Следует отметить, что информативные параметры ЭП зависят также от его конструкции и электрических характеристик среды, в которую помещен объект контроля. Первое обстоятельство учитывается при оптимизации конструкции ЭП, второе обычно является причиной возникновения мешающих контролю факторов. Как видно из рис. 1, в качестве первичного информативного параметра наиболее целесообразно использовать емкость ЭП и тангенс угла потерь. Однако для изучения анизотропных свойств объекта контроля необходимо пользо-ваться диаграммой зависимости диэлектрических параметров от направления вектора напряженности поля, созданного в объекте контроля. По назначению электроемкостные методы контроля могут быть классифицированы на три группы: измерение параметров состава и структуры материала, определение геометрических размеров объекта контроля, контроль влажности.

Влажность измеряется с помощью влагомеров. Выделение этого метода в отдельную группу объясняется, во-первых, наиболее широким применением ЭМК для контроля влажности, а во-вторых, рядом особенностей контроля, обусловленных влиянием видов влаги на свойства материалов. Так, если вода входит в состав материала как свободная (гигроскопическая), то ее относительная диэлектрическая проницаемость е = 80, в то время, как для воды, абсорбируемой в виде монослоя, е = 2,5. В случае электролитической поляризации диэлектрическая проницаемость влажной гетерогенной системы может превышать значение проницаемости самой воды.

Применение ЭМК характеризуется следующими основными особенностями:

Рис. 1 Схема воздействия характеристик объекта контроля на электрические параметры электроемкостного преобразователя. Корреляционные связи между контролируемыми и информативными параметрами (сплошная линия — сильные, штриховая — слабые)

Рис. 2. Конструкция проходных ЭП с измерением емкости: а—в — полной; г— д — частичной; е,ж —перекрестной; 1 — высокопотенциальный электрод; 2 — низкопотенциальный электрод; 3 — объект контроля; 4 и 5 — охранные электроды; 6 — индикатор; 7 — источник питания

Накладные ЭП характеризуются большой неоднородностью создаваемого ими электростатического поля в объекте контроля с максимальным значением напряженности поля (следовательно и максимальной чувствительностью) непосредственно у поверхности электродов и быстрым затуханием поля по мере удаления от электродов. В связи с этим использование накладных ЭП обычно требует осуществления мер по компенсации влияния контактных условий (шероховатость поверхности, ее загрязнение и пр.).

Для контроля размеров поперечного сечения линейно-протяжных изделий (например, проволоки, ленты, полосы, фольги, прутов и пр.) применяют проходные ЭП (рис. 2). В зависимости от схемы включения электродов и объекта контроля конструкции ЭП бывают двух- и трехзажимными. Их работа основана на измерении полной или частичной емкости. Контроль может осуществляться и по так называемой схеме с перекрестной емкостью (например, включение проходных ЭП по схеме, показанной на рис. 2).

Контроль твердых дисперсных (сыпучих) материалов допускает большую свободу в выборе конструкции ЭП, так как контролируемая среда может принять любую форму в соответствии с применяемой конструкцией ЭП. Чаще всего ЭП выполняют в виде сосуда, заполняемого контролируемой средой, или в виде преобразователя, погружаемого в эту среду. Несколько конструкций ЭП такого вида приведено на рис.3. Контролируемыми параметрами в данном случае являются степень дисперсности среды, физико-механические параметры частиц (например, их состав, влажность), состав полидисперсных сред.

Рис. 3. ЭП для контроля сыпучих материалов: а—в — погружные; г — типа сосуда; д — типа сосуда прессовым устройством для уплотнения пробы; 1 — низко потенциальный электрод; 2 — высокопотенциальный электрод; 3 — изоляционное основание

Так, при измерении одного из параметров на результат контроля оказывают влияние другие параметры, являющиеся мешающими факторами; б) возможность проведения бесконтактных измерений в динамическом режиме, что играет важную роль при автоматизации процесса контроля; в) ЭМК позволяет получить информацию о средних значениях контролируемых параметров в сравнительно больших объемах материала или локализовать поле в определенном участке, а также на определенной глубине исследуемого материала.

КОНСТРУКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Конструкция ЭП зависит от объекта контроля и в первую очередь от агрегатного состояния исследуемой среды (твердая, жидкая, газообразная). Наиболее сложную задачу представляет контроль твердых материалов, так как жидкие и газообразные среды могут принимать любую форму, и конструкцию ЭП в данных случаях выбирают на основании условий обеспечения наибольшей точности измерения, разрешающей способности метода, его пропускной способности, характера взаимодействия среды с электродами и т.п.

В случае контроля твердых сплошных материалов конструкцию ЭП определяет Б первую очередь условие обеспечения неразрушающего контроля, часто при одностороннем доступе к поверхности изделия. Для решения такого рода задач применяют накладные ЭП, электроды которых расположены на одной стороне поверхности объекта контроля или непосредственно на поверхности контролируемого объекта или в непосредственной близости от него. При этом электроды ЭП находятся в одной плоской или криволинейной поверхности. С целью обеспечения дистанционного контроля часто некоторые элементы измерительной схемы располагают в выносном блоке преобразователя.

Основными преимуществами данного типа трансформаторных мостов являются: -малая чувствительность к паразитным емкостям, включенным параллельно индуктивным плечам, что позволяет проводить измерения при наличии длинных соединительных проводов; -возможность построения мостов с широким диапазоном измерений при применении многосекционированных трансформаторов при малом числе образцовых мер; -возможность выбора образцовой меры такого значения, при котором можно ожидать наибольшую стабильность и точность измерений. Кроме трансформаторных мостов, при построении приборов, основанных на ЭМК, применяют и другие измерительные схемы, допускающие вынесение части схемы в блок преобразователя, например автогенераторные схемы, измерители добротности с вынесенным резонансным контуром, схемы преобразования на основе операционного усилителя, схемы сравнения токов или напряжений или специальные схемы компенсации влияния подводящих проводов.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ

Принцип действия этих приборов основан на определении исследуемых характеристик состава и структуры материала по его электрическим параметрам (диэлектрической проницаемости и коэффициенту диэлектрических потерь). Для измерения первичных информативных параметров ЭП может быть использована любая схема для измерения параметров конденсаторов с учетом соблюдения двух условий — необходимости вынесения ЭП с дистанционным измерением его параметров и предусмотрения мер по устранению влияния контакта ЭП с поверхностью контролируемого объекта. Эти необходимые условия резко ограничивают выбор измерительных точки зрения дистанционного контроля применение нашли трёхзажимные ЭП с включением их в мостовую схему с индуктивно связанными плечами (трансформаторные мосты). Несколько разновидностей таких схем приведено на рис. 4

Рис. 4. Мосты с индуктивно связанными плечами: I — генератор; 2 — индикатор

Для устранения влияния контакта, а также влияния других мешающих факторов, касающихся геометрии объекта контроля, применяют многопараметровый метод контроля с формированием сигнала путем вариации топографии электрического поля (изменения распределения напряженности поля в контролируемом объеме). Изменение топографии поля осуществляется, например, коммутацией электродов многоэлементного ЭП, смещением плоскостей разноименно заряженных электродов, изменением диэлектрической проницаемости в зазоре между электродами ЭП и контролируемой поверхностью.. Большую точность и расширение зоны компенсации дает решение системы нелинейных уравнений, представляющих собой зависимости емкости от мешающих и контролируемых параметров.

Измерители диэлектрических характеристик (диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь) основаны на измерении параметров выносного резонансного контура, в который включен ЭП. Частота колебаний и напряжение контура автоматически поддерживаются постоянными. Изменение ёмкости C и проводимости Gк контура после внесения контроля в электрическое поле ЭП компенсируется с помощью варикапа и туннельного диода.

В настоящее время созданы приборы для измерения толщины неметаллических покрытий (например, лакокрасочных, пластмассовых и др.) на проводящей основе независимо от электрических свойств покрытия и основания материала. Эти приборы, по существу, измеряют расстояние между накладным ЭП и проводящей поверхностью. Диапазоны измерения толщин покрытий: 0—10, 0—30 и 0—100 мкм (шкала линейная). Для устранения влияния контакта с изделием ЭП имеют торцовую трехточечную подпружинную опору под пружинной нагрузкой. Имеются приборы, в которых электроды ЭП, выполненные в виде плоскопараллельного конденсатора, закреплены неподвижно. Изменение толщины измеряемой пластины или ленты, находящейся между электродами ЭП, вызывает изменение распределения толщины компонентов двухслойного плоского конденсатора и, следовательно, изменение емкости ЭП.

Рис. 7. Распределение эквипотенциальных линий

ЭЛЕКТРОПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Работа электропотенциальных приборов основана на прямом пропускании тока через контролируемый участок и измерении разности потенциалов на определенном участке или регистрации искажения электромагнитного поля, обусловленного обтеканием дефекта током. Приборы, основанные на измерении разности потенциалов. При пропускании через электропроводящий объект тока в объекте создается электрическое поле.

Геометрическое место точек с одинаковым потенциалом составляет эквипотенциальные линии (рис. 7). На рисунке показано распределение эквипотенциальных линий при отсутствии ( рис. 7,а) и наличии дефекта (рис. 7,6). Разность потенциалов зависит от трех факторов: удельной электрической проводимости о, геометрических размеров (например, толщины) и наличия поверхностных трещин. При пропускании переменного тока разность потенциалов будет зависеть и от магнитной проницаемости ц.

приборах имеется четыре электрода. С помощью двух из них (токопроводящих) к контролируемому участку подводится ток. Два электрода — измерительные, с их помощью измеряют разность потенциалов на определенном расстоянии (обычно не более 2 мм), по которой судят о глубине обнаруженной трещины.

Правильный выбор конструктивных параметров преобразователя (расстояние между токовым 2а и измерительным 2 ? электродами) определяет верхний предел измерения по глубине h и точность измерений глубины.

Рис. 9. Схема расположения электродов при изменении глубины дефекта

При конструировании первичного преобразователя следует применять повышенные требования по стабильности расстояния которое, в основном, определяет погрешность измерения

На РИС. 10 приведена упрощенная структурная схема прибора, реализующего предложенный алгоритм вычислений. Электропотенциальные приборы применяют для измерения толщины стенок деталей, для изучения анизотропии электрических и магнитных свойств, обусловленной приложенными к объекту контроля механическими напряжениями, но основное назначение этих приборов — измерение глубины трещин, обнаруженных другими методами НК. Электропотенциальный метод с использованием четырех электродов является единственным методом, который позволяет осуществить простое измерение глубины (до 100-120 мм) поверхностных трещин.

Применение измерителей глубины трещин совместно с другими методами контроля, например магнитопорошковым или капиллярным позволяет повысить эффективность неразрушающих методов обнаружения и оценки трещин, особенно усталостных, возникающих в процессе эксплуатации. Наиболее эффективно применение приборов для изучения кинетики развития усталостных трещин, когда важное значение приобретает не только фиксирование момента их зарождения и регистрация их протяженности, но и фронт развития внутрь испытуемого изделия. Приборы применяют для сдаточного контроля расслоений в толстолистовом металле в процессе обрезки поперечных и продольных кромок.

Рис. 10. Структурная схема прибора: 1 — четырехконтактный преобразователь; 2 — задающий генератор; 3 — антилогарифмический усилитель; 4 — линейный генератор; 5 — аналого-цифровой преобразователь; 6 — устройство счета и отображения.

ПРИБОРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА РЕГИСТРАЦИИ ИСКАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

В практике неразрушающего контроля находят применение приборы, работа которых основана на регистрации искажения силовых линий вектора плотности тока, обусловленного дефектом. Приборами регистрируется поперечная составляющая вектора плотности тока, которая в бездефектном участке изделия отсутствует.

На рис. 14 изображено взаимное расположение точек касания токопроводящих электродов, плоскости магнитного поля, обусловленного протекающим током и плоскости дефекта. Линия ОО1 , соединяющая точки касания электродов, составляет угол а с плоскостью дефекта конечной протяженности. Индикатор магнитного поля, в качестве которого

Рис. 14. Обтекание дефекта током

может быть индукционная катушка, феррозонд, преобразователь и т.п., ориентирован вдоль оси 001 для измерения перечной тангенциальной составляющей магнитного поля, условленного дефектом при обтекании его током. Причем поле дефекта обусловлено составляющими тока, протекающего параллельно граням дефекта. На рис. 14 это линии DE и ВС; толщина этих линий растет с уменьшением угла а.

Рассмотренный метод положен в основу работы дефектоскопов, предназначенных для обнаружения усталостных трещин изделиях сложного профиля, таких как резьбовые соединения, зу5чатые передачи, переходные поверхности (галтели), в которых вероятное расположение плоскости дефекта известно.

В приборах к контролируемому участку резьбы или зуба с помощью двух токопроводящих электродов подводится переменный ток частотой 50 Гц, амплитудой 10 А. С целью повышения чувствительности и помехоустойчивости в приборах используется двухчастотный способ обработки сигнала. В качестве индикатора полей рассеяния от дефектов, обусловленных поперечной тангенциальной составляющей, применены одиночные ферроэлементы, обмотки возбуждения которых питаются переменным током частотой 4000 Гц.

О наличии дефекта судят по амплитуде и фазе первой гармоники огибающей, модулирующей вторую гармонику ЭДС, наведенной в измерительной обмотке ферроэлемента в результате воздействия поперечной тангенциальной составляющей магнитного поля, обусловленной дефектом, на нелинейный элемент — сердечник ферроэлемента.

Обследование контролируемой поверхности проводится вручную, установкой преобразователя в нитку резьбы или во впадину между зубьями и постепенным перемещением его вдоль образующей резьбы или зуба. За один проход контролируется вся поверхность впадины резьбы или зуба, ограниченная линиями, образуемыми точками касания токопроводящих электродов преобразователя.

Контроль резьбовых участков штоков крупногабаритных компрессоров высокого давления проводят через боковое отверстие в корпусе компрессора при частичном свинчивании гайки. В стационарных условиях контроль резьбы механизирован.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Приборы неразрушающего контроля, основанные на термоэлектрическом методе, находят применение при сортировке деталей по маркам сталей, для экспресс-анализа стали и чугуна непосредственно в ходе плавки и в слитках, определения толщин гальванических покрытий, измерения глубины закаленного слоя исследования процессов усталости металла. Источником информации о физическом состоянии материала при термоэлектрическом методе неразрушающего контроля является термо-ЭДС, возникающая в цепи, состоящей из пары электродов (горячего и холодного) и контролируемого металла. Обработка информации может производиться или по схеме прямого преобразования или по дифференциальной схеме (рис. 17).

Рис. 17. Схемы контроля путем прямого преобразования (а) и дифференцированным методом (б)

Сущность работы приборов по схеме прямого преобразования заключается в следующем. Контролируемый образец 1 помещают на площадку холодного электрода 3. К контролируемой поверхности прикасаются горячим электродом 2, нагреваемым элементом 4. В месте контакта горячего электрода возникает термо-ЭДС, и ток начинает протекать в цепи, в которую включен индикаторный прибор V.

При работе прибора по дифференциальной схеме к холодным электродам, на которых размещены образец 5 из известной марки стали и контролируемая деталь 1, подключен индикаторный прибор V. К этим деталям одновременно прикасаются горячим электродом — щупом 2 и, наблюдая за показаниями индикаторного прибора V, судят о принадлежности контролируемой детали к марке стали образца.

Регистрация результатов контроля возможна тремя способами: по углу отклонения стрелки индикаторного прибора, по изменению знака термо-ЭДС и по индикации нулевого показания.

Для крупносерийного производства с установившейся номенклатурой марок материала можно воспользоваться опытом составления сводных таблиц используемых материалов.

ЭЛЕКТРОИСКРОВЫЕ, ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Для контроля сплошности диэлектрических покрытий (эмаль, стекло, эпоксидная смола) на внутренней поверхности труб применяют электроискровые приборы. Работа основана на электроискровом пробое дефектных мест в диэлектрическом покрытии высоким выпрямленным напряжением Контроль осуществляется с помощью сменных электроискровых головок вставленных в трубу на металлической штанге.

Для контроля диэлектрических материалов и композиции на их основе применяют импульсные высокочастотные дефектоскопы, использующие электромагнитные поля высокой напряженности (эффект Кирлиан).

Дефектоскоп позволяет проводить количественный анализ высокочастотного разряда, происходящего между поверхностью контролируемого изделия и прозрачным электродом разрядно-оптического преобразователя (ПРО). При толщине стеклопластика 6 мм хорошо выявляется непроклей между слоями с раскрытием около 0,15 мм, площадью от 0,1 мм2 и более, а при пропитке органической ткани каучуком контролируется содержание связующего вещества с точностью ±50%.

Дефектоскоп содержит генератор высоковольтных радиоимпульсов, разрядно-оптический преобразователь, усилитель-формирователь выходного сигнала со стрелочным индикатором и блок питания. Работа прибора заключается в следующем- Во вторичной обмотке высоковольтного генератора индуцируется высоковольтный радиоимпульс с частотой заполнения 200-250 кГц и амплитудой 70 кВ, который подается в разрядно-оптический преобразователь для возбуждения разряда в разрядном промежутке контролируемой системы.

Разрядно-оптический преобразователь представляет собой обкладку с прозрачным электродом и разрядным промежутком 50 мкм, сформированным со стороны проводящего слоя электрода. Оптическая информация из зоны разрядного промежутка по световоду диаметром 10 мм и длиной 1 м подается на фотокатод фотоэлектронного умножителя, установленного в корпусе электронного блока. Оптический сигнал преобразуется в электрический и поступает через усилитель-формирователь на стрелочный индикатор, по показаниям которого судят о результатах измерений.

Установив ПРО на контролируемую поверхность изделия, добиваются постоянной яркости высокочастотного разряда в разрядном промежутке, а о результатах контроля судят по величине приложенного к преобразователю импульсного высокочастотного напряжения. В текстильной, бумагоделательной, нефтехимической и других отраслях промышленности находят применение приборы. предназначенные для измерения напряженности электростатических зарядов, возникающих при электризации быстродвижущихся диэлектрических материалов (текстиль, бумага и др.)

Принцип действия прибора основан на бесконтактном измерении напряженности электростатического заряда. В качестве измерительного преобразователя применен динамический конденсатор, содержащий неподвижный измерительный электрод и подвижный заземленный электрод, выполненный в виде крыльчатки, который периодически экранирует измерительный электрод от воздействия электростатического поля. Электростатический заряд, индуцированный на измерительном. электроде, преобразуется в переменное напряжение, амплитуда 1а и фаза которого несут информацию о напряженности электростатического поля и знаке заряда.

Для ионизации воздуха в производственных условиях с целью нейтрализации электростатических зарядов на быстродвижущихся диэлектрических материалах предназначен прибор, который состоит из высоковольтного игольчатого разрядник. обеспечивающего получение положительных или отрицательных ионов в рабочей зоне, и блока питания, содержащего высокочастотный преобразователь-формирователь высоковольтных импульсов положительной или отрицательной полярности.

37