4. Методи виявлення прихованих дефектів.

Дефекти що не можливо виявити за допомогою органолептичних та інструментальних методів називаються прихованими.

Для визначення прихованих дефектів (тріщин від втомленості, тріщин від силових та теплових навантажень та дефектів зварних швів) використовують фізичні методи дефектоскопії (магнітної, капілярної, ультразвукової, гідравлічної та пневматичної).

Капілярний метод призначений для виявлення тріщин призначений для виявлення тріщин, порушень суцільності поверхневих шарів деталі (тріщин), що виготовлені із різноманітних матеріалів (феромагнітних та неферомагнітних сталей, жароміцних, титанових, алюмінієвих, магнієвих, виробів із скла, кераміки та металокераміки). Він служить також для визначення виробничих дефектів (шліфувальних та термічних тріщин, пор і т.д.).

Цей метод має високу чутливість та просту технологію контролю.

Суть методу заключається в слідуючому. На очищену поверхню деталі наносять спеціальну рідину пенетрант і протягом деякого часу витримують, для того щоб вона змогла проникнути в порожнини дефекту ). Для його виявлення на поверхню деталі наносять проявляючий матеріал (рис.1,в), що спонукає виходу рідини із тріщини в результаті абсорбції проявником або в результаті дефузії в нього.

При сорбційному методі на поверхню деталі наносять сухий порошок (сухий метод) або порошок в вигляді суспензії (мокрий спосіб). За рахунок сорбційних сил рідина витягується на поверхню деталі і змочує проявник. При дифузійному способі на поверхню деталі наносять спеціальне покриття, в яке дифундує рідини із порожнини дефекту.

Рис. 1. Схема контролю деталей капілярним методом

а – тріщина, що заповнена проникаючою рідиною; б – рідина видалена з поверхні деталі; в – нанесений проявник, тріщина виявлена; 1 – деталь;

2 – порожнина тріщини; 3 – проникна рідина; 4 – проявник; 5 – слід тріщини.

Для отримання контрастного індикаторного відбитку дефекту на фоні поверхні, що досліджується, в склад рідини вводять світло- та кольороконтрастні речовини. Якщо склад пенетранту включає в себе речовини що здатні флуоресціювати при опроміненні ультрафіолетовим промінням, то такі рідини називають люмінесцентними, а сам метод виявлення дефектів – люмінесцентним методом. В склад цієї рідини можуть входити як природні, так штучно виготовленні речовини, що називаються люмінофорами.

Якщо в пенетранті є речовини, які видимі при денному світлі то такі рідини називаються кольоровими, а сам метод – кольоровим методом дефектоскопії.

Технологія контролю капілярним методом складається зі слідуючи операцій: очищення деталей від маслянистих а також інших забруднень, нанесення пенетранта, виявлення дефекту і кінцевого очищення.

В ремонтному виробництві при використанні люмінесцентного метода дефектоскопії в якості пенетранта застосовують рідини різного складу. Їх наносять за допомогою пульверизатора, зануренням в розчин або кісточкою. Після витримки деталі протягом декількох хвилин залишки рідини видаляють, протирають поверхню або промивають струменом холодної води під тиском 0,2 МПа з послідуючою сушкою.

Далі приступають до виявлення дефекту. частіше всього застосовують самопроявний спосіб, при якому деталь нагрівають, що сприяє швидкому виходу рідини із тріщини і розтіканню її по краям дефекту. Потім деталь поміщають в дефектоскоп і опромінюють ультрафіолетовими променями. Джерелом ультрафіолетових променів являються кварцові лампи, світло від яких пропускають через спеціальні світофільтри (рис.2).

Рис.2. Схема люмінесцентного дефектоскопу:

1 – рефлектор; 2 – світофільтр; 3 – ртутно-кварцева лампа; 4 – високовольтний трансформатор; 5 – силовий трансформатор; 6 – деталь.

Для проявлення дефектів широко застосовують сорбцій ний спосіб. В якості проявників використовують сухі речовини (каолін, крейда, та ін.), а також різні розчини фарб і лаків.

Після проявлення дефектів, деталі очищають від проявника за допомогою розчинників.

Метод магнітної дефектоскопії використовують для виявлення дефектів в деталях, що виготовленні із феромагнітних матеріалів. Так виявляють поверхневі тріщини та інородці включення, що знаходяться під поверхнею деталі і мають іншу магнітну проникність ніж основний матеріал. Метод отримав широке застосування із-за високої чутливості, простоти технологічного процесу і надійності.

Він оснований на явищі виникнення в місці розташування дефекту магнітного поля розсіювання.

Магнітний потік зустрічаючи на своєму шляху дефект з низькою магнітною проникністю в порівнянні з феромагнітним матералом деталі, огинає його. При цьому частина магнітних ліній виходить за поверхню деталі (рис.3) створюючи поле розсіювання. Наявність останнього, отже і наявність дефекту виявляють різними способами (магнітопорошковий, магнітографічний і феррозондовий).

Рис.3. Схема виникнення магнітних полів розсіювання при намагнічуванні:

а­ – повздовжньому; б­ – циркуляційному; 1 – тріщина; 2 – деталь.

При магнітопорошковому методі для виявлення магнітного потоку розсіювання використовують магнітні порошки (сухий спосіб) і суспензії (мокрий спосіб). Проявляючий матеріал наносять на поверхню деталі. Під дією магнітного поля розсіювання частинки порошка концентруються біля дефекту. Форма його скупчення відповідає обрисам дефекту.

Суть магнітографічного способу заключається в намагнічуванні виробу при одночасному записі магнітного поля на магнітну стрічку, якою покривають деталь, і послідуючому розшифруванні отриманих результатів.

Для виявлення дефектів ферозондовим способом застосовують ферозондові перетворювачі.

При дефектуванні деталей, щ о поступають на ремонт найбільш поширеним являється магнітопорошковий спосіб Технологія визначення дефекту складається із слідуючи операцій: очищення деталей від забруднення; підготовки суспензії; намагнічування деталі; огляду поверхні деталі з метою виявлення місць, що покриті відкладеннями порошку; очищення деталі.

Намагнічування деталі повинно бути достатнім для створення біля дефекту магнітного поля розсіювання, що здатне притягувати у утримувати частинки порошка. Через деталі пропускають електричний струм, або поміщають їх в магнітне поле соленоїда. Розрізняють три способи намагнічування: полюсне, циркуляційне та комбіноване.

Полюсним намагнічуванням створюють повздовжнє магнітне поле (вздовж деталі). Деталь поміщають між полюсами електромагніту (постійного магніту) або в магнітне поле соленоїду. Це намагнічування застосовують для виявлення дефектів, що розташовані перпендикулярно до повздовжньої осі деталі або під кутом 20...25.

Циркуляційне намагнічування створює магнітне поле, магнітні лінії якого розташовані в виді замкнутих концентричних окружностей. Через деталь пропускають електричний струм. При необхідності виявлення дефектів на внутрішній циліндричній поверхні його пропускають через стержень або кабель із немагнітного матеріалу (мідь, латунь, алюміній), що поміщений в отвір деталі . Це намагнічування служить для знаходження дефектів, що розміщені вздовж повздовжньої осі деталі або під невеликим кутом до неї.

Комбіноване намагнічування заключається в одночасній дії на деталь двох взаємно перпендикулярних магнітних полів. В результаті їх складення створюється результуюче магнітне поле, величина і спрямованість залежать від вектора магнітної напруженості кожного із складових. Для отримання комбінованого магнітного поля через деталь пропускають електричний струм, створюючи в ній циркуляційне магнітне поле, і одночасно розміщують в соленоїді (або електромагніті), створюючи повздовжнє магнітне поле .

Магнітні силові лінії результуючого направлені по гвинтовим лініям до поверхні виробу, що дає змогу виявляти дефекти різної направленості.

В прикладеному магнітному полі або в полі з залишковою намагніченістю виявляють дефекти за допомогою магнітного порошку або суспензії. В магнітному полі визначають дефекти деталей, виготовлених із магнітом’яких матеріалів (Ст.3, сталь 10, сталь 20 та ін.), що мають невелику коерцитивну силу.

При контролі в полі залишкового намагніченості, деталь попередньо намагнічують і після зняття намагніченості виявляють дефект.

Цей спосіб застосовують для деталей, виготовлених з магнітожорстких матеріалів – легованих і високо вуглецевих сталей.

Для намагнічування деталей може використовуватися як змінний так і постійний струм.

Для визначення дефекту велике значення має правильний вибір напруженості магнітного поля. Занадто велика напруженість призводить до осадження магнітного порошку по всій поверхні виробу і появі „помилкових” дефектів, а недостатня – до зниження чутливості методу. При котролі в прикладеному магнітному полі на поверхні деталі вона повинна знаходитися в межах 1590...3980 А/м, а на залишкову намагніченість приходиться 7960....15920 А/м.

Для індикації дефектів застосовують феромагнітні порошки, що мають велику магнітну проникність, і малу коерцитивну силу. Порошок магнетиту (Fe₃O₄) Чорного або темно-коричневого кольору використовують для контролю деталей з світлою поверхнею, а порошок оксиду заліза (Fe₂O₃). буро-червоного кольору – з темною поверхнею.

Магнітну суспензію приготовляють, використовуючи керосин, трансформаторне масло і водні розчини деяких речовин.

Після контролю всі деталі розмагнічують. Деталі розмагнічують змінним магнітним полем, напруженість якого змінюється від максимальної до нуля.

Крупногабаритні деталі розмагнічують пропускаючи через них струм, поступово зменшуючи його до нуля.

Для контролю деталей використовують магнітні дефектоскопи марок М-217, МД-5, ПМД-70.

Ультразвуковий метод – оснований на властивості ультразвукових хвиль прямолінійно розповсюджуватися в однородному твердому тілі і відбиватися від меж розділу двох середовищ, що мають різний акустичний опір.

В практиці найбільш часто застосовують тіньовий та ехо-імпульсний метод дефектоскопії.

Тіньовий метод – оснований на наскрізному прозвучуванні. Ультразвукові коливання вводять в деталь з одної сторони, дл я чого служать випромінювач 2 (рис.4) і генератор 1. Коливання приймаються приймачем 5, що розташований з протилежного боку.

Рис.4. Схема установки ультразвукової дефектоскопії тіньовим методом

1 – генератор; 2 – пєзовипромінювач; 3 – виріб; 4 – дефект; 5 – пезоприймач; 6 – підсилювач; 7 – індикатор.

При відсутності в деталі дефектів коливання, що пройшли через деталь будуть прийняті і перетворені в електричний сигнал, підсилені підсилювачем та подані на індикатор майже без зміни амплітуди. Якщо на шляху ультразвукових коливань стрінеться дефект, то амплітуда на екрані буде менше вихідної величини. В випадку, якщо дефект повністю перекриває пучок пучок хвиль, показання приладу буде рівне нулю.

Імпульсний ехо-метод на відміну тіньового оснований на воланні в деталь випромінювання в вигляді коротких імпульсів, реєстрації інтенсивності і часу відбітих від дефектів і меж деталі сигналів. Ультразвукові імпульси надсилаються один за другим. Імпульси коливань подаються і приймаються однією п’єзоголовкою. Відбившись від дефекту або меж розділу двох середовищ, вони сприймаються п’єзоелементом в період пауз.

Електричні колибання звукової частоти, що створюються генератором 3 (рис.5) пройшовши через генератор 2 імпульсів, подаються на п’єзоелемент пошукової головки 6, де перетворюються в звукові. Одночасно імпульс від генератора 2 передається на пластини електронно-променевої трубки осцилографа, викреслюючи на екрані початковий імпульс а. Ультразвукові коливання пройшовши через деталь, відбиваються від її протилежної сторони, сприймається пєзодатчиком пошукової пластини і перетворюється в змінні електричні сигнали. Останні підсилюються підсилювачем 1. Далі коливання подаються на горизонтальні пластини осцилографа викреслюючи на екрані імпульс в.

Рис.5. Блок-схема імпульсного ультразвукового дефектоскопу

1 – підсилювач; 2 – генератор імпульсів; 3 – задающий генератор; 4 – генератор розвертки; 5 – електронно-променева трубка; 6 – пошукова головка; 7 – деталь; 8 – дефект; 9 – пучок ультразвукових хвиль; а – початковий імпульс; б­ – імпульс від дефекту; в – кінцевий імпульс

Якщо в деталі є дефект то ультразвуковий імпульс відіб’ється від нього раніш, ніж від поверхні виробу. Цей імпульс буде сприйнятий пєзоелементом, перетворений, підсилений і переданий на електронно-променеву трубку осцилографа в результаті промінь останнього прорисує між піками а і в третій пік б, що свідчить про наявність дефекту.

Апаратура для ультразвукового контролю складається із пошукової головки, яка вміщає в собі пєзоелемент для випромінювання та сприйняття ультразвукових коливань, електронного блоку, допоміжних приладів.

При дефекації застосовують різні прилади УЗД-7Н, ДУК-5В, УД-11ПУ та ін.

Гідравлічну та пневматичну дефектоскопію застосовують при необхідності для перевірки герметичності пустотілих деталей, блоків циліндрів, головок блоків циліндрів, баків, водяних та масляних радіаторів, камер шин, трубопроводів та ін. Ступінь герметичності визначають по втраті газу або рідини за одиницю часу, яка реєструється за допомогою приладів.

При гідравлічному методі внутрішню порожнину виробу заповнюють робочою рідиною (водою), герметизують, створюють насосом надлишковий тиск і витримують деталь деякий час. Наявність дефекту установлюють візуально по появленню капель води або запотіванню зовнішньої поверхні.

Пневматичний спосіб находження дефектів більш чутливіший, чим гідравлічний, так як повітря легше проходить через дефект ніж рідина. При цьому способі в внутрішню порожнину закачують повітря а зовнішню поверхню покривають мильним розчином або занурюють в воду. Про наявність дефекту судять по появі пузирьків повітря. Тиск повітря залежить від конструктивних особливостей деталей і рівний 0,05...0,1 МПа.