ЛЕКЦИЯ 1.. Введение. Качество продукции и технический контроль.
План лекции: Цели и задачи диагностики и дефектоскопии материалов и изделий. Качество продукции и технический контроль. Основные понятия, относящиеся к качеству продукции. Классификация дефектов и дефектных изделий. Испытание и технический контроль.
1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Под ред. В. В. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1986. 488 с., ил.
2. Методы неразрушающих испытаний / Под ред. Р. Шарпа. М.: Мир, 1972.494с.
3. Волченко В.Н. Контроль качества сварных конструкций: -М.: Машиностроение, 1986.-152 с.
4. Неразрушающий контроль материалов и элементов конструкций/ Под общ. ред. Гузя А.Н. - Киев: Наук. думка, 1981. - 276 с.
5.Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов.- М.: Высш. шк., 1988.-386 с.: ил.
ВВЕДЕНИЕ
Цель – изучить физические методы неразрушающего контроля качества материалов и изделий, связанные с использованием различных излучений, типовые приборы и устройства методов дефектоскопии.
Основные задачи дисциплины: Раскрыть общие вопросы неразрушающего контроля: понятие дефект, брак, качество, его контроля, организации службы контроля и статистических методов управления качеством. Рассмотреть классификацию методов и приборов основных видов неразрушающего контроля: оптического, капиллярного, течеискания, магнитного, электромагнитного и электрического, акустического, радиационного. Изучить физическую основу методов дефектоскопии, их применение для обнаружения поверхностных и внутренних дефектов, контроля структуры и свойств изделий и материалов.
КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ И ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
Основные понятия, относящиеся к качеству продукции, определяются стандартами: ГОСТ 15467-79, ГОСТ 27.002-83
Качество продукции – совокупность свойств продукции обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенным требованиям в соответствии с ее назначением.
Показатель качества продукции – количественная характеристика одного и нескольких свойств продукции входящих в ее качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания, эксплуатации или потребления.
Признак продукции – качественная или количественная характеристика любых свойств или состояний продукции. Качественные характеристики, например, цвет металла, форма проката, антикоррозийное покрытие - могут быть альтернативными или многовариантными. Количественные признаки являются ее параметрами и могут быть показателями качества.
Параметр продукции – признак продукции, количественно характеризующий любые его свойства.
Связь понятий: признак, параметр и показатель качества продукции
В зависимости от характера свойств продукции установлено 14 групп показателей качества.
Каждое отдельное не соответствие продукции установленным требованиям называется дефектом.
В соответствии с ГОСТ 15467—79 дефектное изделие – это изделие имеющее хотя бы один дефект.
Явный дефект– обнаруживается при внешнем осмотре или с помощью инструментальных средств и методик.
Скрытый дефект – не обнаруживается при указанных выше условиях. Выявляется иногда в процессе механической обработки в процессе эксплуатации или при дополнительном дефектоскопическом контроле.
В зависимости от влияния дефекта на использования продукции по назначению дефекты классифицируют:
- критический при наличие которого использование продукции по назначению не допустимо;
- значительный который существенно влияет на использование продукции по назначению и ее долговечность
- малозначительный – оказывает небольшое влияние на свойства детали;
По устраняемости дефекты классифицируются на:
- устранимый дефект – устранение которого технически возможно и экономически целесообразно;
- неустранимый дефект –устранение которого технически невозможно или экономически не целесообразно.
Брак – продукция передача которой потребителю не допускается из-за наличия дефектов.
Качество продукции определяют при испытаниях и техническом контроле.
Испытание – это экспериментальное определение количественных и качественных характеристик продукции.
Испытание продукции проводят на образцах продукции, макетах и моделях.
Технический контроль – проверка продукции установленным техническим требованиям (ГОСТ, ТУ, ОСТ).
Разновидности технического контроля:
1. Контроль проектной и технической документации;
2. Входной контроль (контроль материалов, заготовок, инструмента и т. д. поступивших на предприятие);
3. Операционный контроль;
4. Приемочный контроль.
Операционный контроль продукции, выполняемый после определенных операций технологического процесса.
Схема передачи информации по операциям.
Приемочный контроль- это контроль готовой продукции после завершения всех технологических операций
Разрушающий контроль производится на образцах из контролируемых изделий при доводке технологического процесса или при контрольно приемочных испытаниях.
При серийности продукции проводится на специальных образцах (пробах) изготовленных вместе с изделием.
Неразрушающий контроль – не влияет на дальнейшую работоспособность изделий и они остаются полностью пригодными к эксплуатации.
Целью неразрушающего контроля является выявление дефектов, измерение размеров, определение физических, химических, механических свойств и т.д.
ЛЕКЦИЯ 2. Общая характеристика систем неразрушающего контроля.
План лекции: Классификация видов и методов неразрушающего контроля. Разделение средств технического контроля по классам. Контролируемые параметры и дефекты.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ (СНК)
Классификация.
К средствам неразрушающего контроля (СНК) относят контрольно-измерительную аппаратуру, в которой используют проникающие поля, излучения и вещества для получения информации о качестве исследуемых материалов и объектов. Классификация видов и методов неразрушающего контроля (НК) приведена в ГОСТ 18353—79. В соответствии с ГОСТом НК подразделяют на девять видов: магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновый, тепловой, оптический, радиационный, акустический и проникающими веществами.
1. Магнитный неразрушающий контроль - основан на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом.
2. Электрический неразрушающий контроль - основан на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом.
3. Вихретоковый неразрушающий контроль - основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте.
4. Радиоволновой неразрушающий контроль - основан на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с контролируемым объектом.
5. Тепловой неразрушающий контроль — основан на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов, вызванных дефектами.
6. Оптический неразрушающий контроль - основан на регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с контролируемым объектом.
7. Радиационный неразрушающий контроль — основан на регистрации и анализе проникающего излучения после взаимодействия с контролируемым.
8. Акустический неразрушающий контроль — основан на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и (или) возникающих в контролируемом объекте.
9. Неразрушающий контроль проникающими веществами - основан на проникновении веществ в полости дефектов контролируемого объекта.
Каждый вид НК осуществляют методами, которые классифицируют по следующим признакам:
характеру взаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом;
первичным информативным параметрам;
способам получения первичной информации.
По техническому исполнению средства контроля можно подразделить на три класса:
1 - автономные приборы для контроля одной или нескольких взаимосвязанных качественных характеристик;
2 - комплексные системы, автоматические линии и роботы-контролеры, предназначенные для определения ряда основных параметров, характеризующих качество объекта;
3 - системы НК для автоматического управления технологическими процессами по качественным признакам.
По видам контролируемых параметров СНК разделяют на приборы-дефектоскопы (приборы или установки), предназначенные для обнаружения дефектов типа нарушений сплошности (трещин, раковин, расслоений и т. д.);
для контроля геометрических характеристик (наружные и внутренние диаметры, толщина стенки, покрытий, слоев, степень износа, ширина и длина изделия и т. д.);
для измерения физико-механических и физико-химических характеристик (электрических, магнитных и структурных параметров, отклонений от заданного химического состава, измерения твердости, пластичности, коэрцитивной силы, контроля качества упрочненных слоев, содержания и распределения ферритной фазы и т. п.);
технической диагностики для предсказания возникновения различного рода дефектов, в том числе нарушений сплошности, изменения размеров и физико-механических свойств изделий на период эксплуатации изделий.
Контролируемые параметры и дефекты.
Выбор метода и прибора неразрушающего контроля для решения задач дефектоскопии, толщинометрии, структуроскопии и технической диагностики зависит от параметров контролируемого объекта и условий его обследования. Ни один из методов и приборов не является универсальным и не может удовлетворить в полном объеме требования практики. В соответствии с назначением приборов измеряемые и определяемые параметры и дефекты разделяют на четыре группы (табл.).
Классификация контролируемых параметров и дефектов
Группа
Параметры и дефекты
I
II
III
IV
Дефекты типа нарушения сплошности: раковины, трещины, расслоения, поры и др.
Отклонения размеров - длины, ширины, высоты, диаметра, толщины стенки, а также толщины покрытия и глубины поверхностного слоя (закаленного, обезуглероженного и т. д.)
Удельная электрическая проводимость, магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, остаточная индукция, твердость, влажность, напряжение, структура, химический состав, предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, плотность и др.
Эмиссия волн напряжения, развитие во времени трещин, увеличение напряжений, утонение стенки, увеличение зазора и т. д.
Разделение дефектов на явные и скрытые, а также критические, значительные и малозначительные проводят для последующего выбора вида контроля качества продукции (выборочный или сплошной). При любом методе контроля о дефектах судят по косвенным признакам (характеристикам), свойственным данному методу. Некоторые из этих признаков поддаются измерению. Результаты измерения характеризуют выявленные дефекты и используются для их классификации.
ЛЕКЦИЯ 3. Дефекты металлических изделий.
План лекции: Классификация дефектов литья. Виды дефектов поковок. Дефекты соединения материалов, Дефекты термической обработки.
ДЕФЕКТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Качество изделий зависит от параметров технологического процесса и определяется наличием дефектов. Установление причин и видов дефектов, позволяет правильно выбрать методы для их устранения.
Дефекты литья (отливки, слитки)
Согласно ГОСТ 19200-80 дефекты делятся на 5 основных групп.
1. Несоответствие по геометрии объединяет 14 видов дефектов, обусловленных, нарушением формы, неточности размеров и массы отливки.
а. Недолив- дефект виде неполного образца отливки вследствие незаполнения полости формы;
б. Перекос – смещение отверстия полости или части отливки;
в. Коробление – искажение конфигурации отливки возникающие в детали под влиянием напряжений
г. Незалив – не соответствует конфигурация отливки чертежу в следствие износа модели оснастки или дефекта формы.
2. Дефекты поверхности
а. Пригар – специфический слой на поверхности отливки возникающий при взаимодействии металла с материалом формы
б. Складчатость – дефект виде сморщенной поверхности образующейся вследствие тепловой деформации затвердевающего металла
в. Засор – внедрившийся в поверхность металла комочка материала формы
3. Несплошности в теле отливки
а. горячая трещина – дефект виде разрыва в теле отливки по границам кристаллов. Имеют извилистую форму и неровную окисленную поверхность.
б. усадочная рыхлость
в. вскипание – образуется при переувлажнении формы или стержня
4. Включения. В эту группу входят дефекты виде металлических и неметаллических частиц. Разновидностью Металлических включений является «королек» - это затвердевшие брызги металла при непрерывной заливке, которые не сплавились с заливкой. Неметаллические включения – окислы, силикаты, алюминаты, сульфиды и нитриды. Включения могут образовываться в результате процесса раскисления металла, размыва огнеупоров, окисления металлов и т. п.
Пластичные силикаты Нитриды циркония
Оксиды алюминия Сульфиды
5. Несоответствие по структуре
а. Отбел – характерен для тонких сечений отливок из серого чугуна. Образуется структура с большим количеством цементита
б. Флокен – тонкие трещины овальной формы или круглой формы размерами от долей миллиметра до 100 мм в поперечнике
Дефекты обработки давлением
1. Центральная пористость – т.е. поры незаварившиеся в процессе прокатки (горячая деформация)
2. Расслоение- вытянутое на значительную длину при прокатке усадочная раковина или ликвационная зона
3. Волосовины – вытянутые вдоль направления деформации нарушения сплошности металла. В тех случаях, когда волосовины имеют вид тонких нитей, они обычно являются строчками неметаллических включений. В поперечном сечении они имеют вид точек.
Дефекты образованные в результате ОМД
1. Рванины - грубые надрывы на поверхности металла вследствие недостаточной пластичности, а также вследствие неодинаковой скорости деформации разных сплавов металлов
2. Заковы и закаты вдавленные и раскатанные складки на поверхности металла т.е. металл при деформации заворачивается и вновь прижимается к поверхности.
Дефекты сварных соединений
Кратеры - незаполненное углубление шва.
Наплывы образуются при натекании жидкого металла на нерасплавленную поверхность изделия. Они появляются в результате быстрого плавления электрода.
Прожоги образуются при использовании тока большей силы, неравномерной скорости сварки.
Подрезы образуются при автоматической сварке. Причиной образования порезов может быть смещение электрода относительно оси шва или завышенное значение напряжения на дуге. При этом происходит более глубокое проплавление одной из кромок, что приводит к образованию канавки, которая остается после затвердевания металла сварочной ванны.
К внутренним дефектам сварных швов относятся поры, неметаллические включения, твердые включения шлака или инородного металла, непровары, внутренние горячие и холодные трещины.
Газовые поры возникают в сварном шве при пересыщении металла газами. Они возникают при недостаточной защите ванны от воздуха, наличии ржавчины, влаги.
Неметаллические включения в сварном шве образуются в результате различных физико-химических процессов или вносятся извне.
Непровары - это несплавление между отдельными валиками с основным и наплавленным металлом. Причинами непровара являются плохая подготовка кромок, малый ток сварочной дуги, большая скорость сварки.
Трещины возникают в сварном шве и околошовной зоне. Трещины, которые образовались в процессе сварки, называют горячими, а после охлаждения изделия - холодными. Причинами появления трещин служат внутренние напряжения при сварке и образование хрупких закалочных структур.
Дефекты термической обработки
Наиболее распространенными являются дефекты вызванные неправильными режимами нагрева или охлаждения
1. Внешние и внутренние трещины
2. Обезуглероженность поверхности – дефект вызванный выгоранием углерода в поверхностных слоях. Приводит к понижению твердости и усталостной прочности
3. Перегрев возникает при нагреве до температур значительно превышающих оптимальную. Характеризуется крупным зерном, низкими мех. свойствами.
4. Пережог окисление или оплавления границ зерен. Образуется при перегреве до температур близких к точке солидус. Металл теряет пластичность.
Дефекты возникающие при хранении и эксплуатации
Дефекты возникающие при хранении
1. Механические повреждения;
2. Растрескивание под влиянием внутренних напряжений;
3. Атмосферная коррозия: поверхностная и межкристаллитная
Дефекты эксплуатации
1. Различные виды коррозии;
2. Трещины усталостного типа возникающие в местах концентраций напряжений
Оценка выявляемоести дефектов в металле различными видами НК
ЛЕКЦИЯ 4. Оптический неразрушающий контроль.
План лекции: Физические основы оптического неразрушающего контроля. Приборы оптической дефектоскопии: визуально-оптические, для контроля внутренних поверхностей и обнаружения дефектов в труднодоступных местах, автоматического контроля дефектов поверхности.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
Оптический неразрушающий контроль (ОНК) основан на анализе взаимодействия оптического излучения (ОИ) с объектом контроля (ОК). Оптическое излучение или свет — электромагнитное излучение с длиной волны 10-5 – 10-3 мкм, в котором принято выделять ультрафиолетовую (УФ), видимую и инфракрасную (ИК) области спектра с длинами волн соответственно 10-3 ...0,38; 0,38 ... 0,78 и 0,78 ... 103 мкм.
Возникновение ОИ связано с движением электрически заряженных частиц (электроны, атомы, ионы, молекулы). Дискретные спонтанные или индуцированные переходы носителей зарядов с более высоких на более низкие уровни энергии сопровождаются испусканием световых квантов (фотонов) с энергией, равной разности энергий этих уровней.
Информационными параметрами ОИ являются пространственно-временные распределения его амплитуды, частоты, фазы, поляризации и степени когерентности. Для получения дефектоскопической информации используют изменение этих параметров при взаимодействии ОИ с ОК в соответствии с явлениями интерференции, дифракции, поляризации, преломления, отражения, поглощения, рассеяния, дисперсии света, а также изменение характеристик самого ОК под действием света в результате эффектов фотопроводимости, фотохромизма, люминесценции, электрооптических, механооптических (фотоупругость), магнитооптических, аку-стооптических и других явлений. ;
Основными информационными параметрами объектов оптического контроля являются их спектральные и интегральные фотометрические характеристики, которые в общем случае зависят от строения вещества, его температуры, физического (агрегатного) состояния, микрорельефа, угла падения излучения, степени его поляризации, длины волны.
К числу дефектов, обнаруживаемых неразрушающими оптическими методами, относятся пустоты (нарушения сплошности), расслоения, поры, трещины, включения инородных тел, внутренние напряжения, изменение структуры материалов и их физико-химических свойств, отклонения от заданной геометрической формы и т. д.
С помощью оптических методов внутренние дефекты выявляются только в изделиях из материалов, прозрачных в оптической области спектра.
Излучение преобразуется видимое изображение или в электрический сигнал. Для преобразования невидимого изображения в видимое используются индикаторы: пленки, пластинки которые под влиянием оптического излучения изменяют свою яркость или цвет (фотоаппаратура).
Для преобразования излучения в электрический сигнал используются измерительные преобразователи (фотодиоды, фоторезисторы и т. д.).
Оптические приборы НК делятся для контроля методом: прошедшего, отраженного, собственного излучения.
Приборы оптической дефектоскопии делятся на визуально-оптические, для контроля внутренних поверхностей и обнаружения дефектов в труднодоступных местах, автоматического контроля дефектов поверхности.
1. Визуально-оптические приборы
К приборам этого класса относятся проекторы различного типа, в том числе телевизионные, обычные и стереоскопические микроскопы, эндоскопы.
1.1. Телевизионные проекторы
Телевизионные проекторы широко применяют в дефектоскопии и обладают следующими преимуществами: возможностью усиления яркости, контраста изображения, сравнительно малыми световыми нагрузками на объект, равномерным распределением яркости экранов, высоким качеством изображения, наблюдения на большом удалении от объекта, широким спектральным диапазоном преобразования светового сигнала.
Наиболее распространена схема проектора с передающей телевизионной; трубкой. Она включает источник света, объектив, передающую трубку, видеотракт с блоками усиления и обработки сигнала и видеоконтрольное устройство.
1.2. Приборы для контроля внутренних поверхностей и обнаружения дефектов в труднодоступных местах
Приборы этого типа называют эндоскопами или бороскопами.
Принцип действия эндоскопов заключается в осмотре объекта с помощью специальной оптической системы, позволяющей передавать изображение на значительное расстояние; (до нескольких метров).
Существуют линзовые, волоконно-оптические и комбинированные эндоскопы.
1. - источника света; 3. - сменная призменной или зеркальная насадка; 4 - объектив изменяющей направление и размеры поля зрения прибора; 5. - основная передающая оптическая система; 6. – окуляра; 5' - сменная оптическая система служит для увеличения рабочей длины прибора или подключения телевизионной системы наблюдения; 9. – видикон; 10. - визуальное контролирующее устройство; 11. – зеркало; 8 – объектив; 7. - объекта контроля.
Линзовые эндоскопы обычно представляют собой жесткую конструкцию. Однако в последнее время созданы приборы (имеющие участки корпуса с гибкой оболочкой), изгибающиеся в пределах 5—10°.
Увеличение эндоскопов 0,5—5. Создан прибор, которым можно определить не только размер, но и глубину дефектов методом светового сечения с помощью специальной насадки (точность ±0,02 мм).
В качестве источников освещения применяют лампы накаливания различной мощности (до 100 Вт).
Линзовыми эндоскопами можно обнаруживать царапины, трещины, коррозионные пятна, выбоины и другие дефекты размерами 0,03—0,08 мм в изделиях длиной до 10 м и диаметром 5—100 мм и более.
Возможности технической эндоскопии существенно расширены благодаря созданию волоконно-оптических элементов.
Волоконные световоды представляют собой набор тонких стеклянных свето-проводящих нитей диаметром 10— 20 мкм, собранных в жгут. Каждый элементарный световод покрыт снаружи тонким слоем (1—2 мкм) стекла с более низким показателем преломления.
На границе световод — оболочка происходит полное внутреннее отражение света, входящего в основную нить, что обеспечивает его прохождение по световоду с минимальным ослаблением. При значительных размерах световода число отражений бывает более 106. Это приводит к ослаблению сигнала, которое связано с длиной световода экспоненциальной зависимостью.
Для работы в ультрафиолетовой области используют кварцевые волокна, прозрачные в диапазоне 0,20— 4 мкм.
В инфракрасном диапазоне (0,9— 10 мкм и более) применяют волокна из специальных халькогенидных бескислородных стекол.
Световоды для передачи световой энергии изготовляют из беспорядочно уложенных волокон.
Для передачи изображения используют волоконно-оптические элементы с упорядоченной структурой. При этом число элементарных волокон может превышать 106 на 1 см2. Торцы световодов полируют.
В целом волоконные световоды, используемые в эндоскопах, пока уступают по качеству изображения линзовым системам.
Волоконные световоды обладают преимуществами, делающими их незаменимыми при решении многих задач. Так, они позволяют передавать изображение без искажения при их изгибе по любому криволинейному профилю. Высокая световая эффективность световодов используется при создании осветительных систем эндоскопов. При этом источник света располагается вне прибора, что позволяет исключить нагрев изделия.
Конструктивно эндоскопы выполняют в виде блока осветителя с освеительным световодом длиной 1,5— 2,5 м и собственно эндоскопа. Многие модели имеют механизм дистанционной фокусировки объектива и изгиба передней части эндоскопа (обычно длиной до 100мм) в пределах ±1009 (радиус изгиба достигает 25 мм при диаметре эндоскопа 5—10 мм). Корпус эндоскопа обычно заключен в герметичный металлорукав гибкой или полужесткой конструкции.
1.3. Приборы автоматического контроля дефектов поверхностей
Принцип определения поверхностных дефектов заключается в следующем. Если неровности поверхности намного меньше, чем длина волны излучения, то падающий лучистый поток отражается только в одном направлении, т. е. поверхность выступает в качестве зеркала. Если размеры неровностей того же порядка, что и длина волны излучения, то в рассеянии его главную роль играют дифракционные эффекты, если же неровности поверхности намного больше, чем длина волны излучения, то оно зеркально рассеивается на неровностях.
Дефекты поверхности изменяют вид распределения рассеяния излучения. Причем можно выделить два вида дефектов: рассеивающие излучение и поглощающие его.
Рассеивающие дефекты, например царапины, вызывают зеркальное отражение излучения в различных направлениях, индивидуальных для каждого дефекта. Обычно при этом наблюдается значительное дифракционное рассеяние из-за острых концов царапин, размеры которых намного превышают длину волны излучения. Если дефект представляет собой включение чужеродного материала, то увеличивается поглощение падающего пучка, т. е. уменьшается интенсивность отраженного света.
Таким образом, задачу определения различных видов дефектов можно свести к определению соответствующих изменений плотности распределения пучка рассеянного излучения путем так называемой пространственной фильтрации. Рассеянное излучение пропускается через фильтр с различной по сечению пропускающей способностью. Он задерживает или ослабляет большую часть лучистого потока, отраженного от нормальной поверхности, а лучи, отраженные от поверхности дефектов, пропускает на приемник излучения. Фильтр может также использоваться для определения вида дефектов, так как позволяет подавлять лучи, отраженные от дефектов, дающих одну плотность распределения рассеянного излучения, и усиливать лучи, идущие от дефектов, дающих другую плотность распределения. Можно также подавлять лучи от дефектов, поглощающих излучение, и усиливать лучи от дефектов, рассеивающих излучение, или наоборот.
ЛЕКЦИЯ 5. ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ
План лекции: Физические основы и элементная база ТНК. Общие сведения. Физические основы теплового излучения. Средства контроля температуры. Термометры. Приборы для неконтактного измерения температуры.
ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ
Физические основы и элементная база ТНК
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, наличие мест локального перегрева (охлаждения) и т. п.
Основной характеристикой температурного поля, являющейся индикатором дефектности, служит величина локального температурного перепада. Координаты места перепада, его рельеф или, иными словами, топология температурного поля и его величина в градусах являются функцией большого количества факторов. Эти факторы можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние факторы определяются теплофизическими свойствами контролируемого объекта и дефекта, а также их геометрическими параметрами. Эти же факторы определяют временные параметры процесса теплопередачи, в основном, процесса развития температурного перепада. Внешними факторами являются характеристики процесса теплообмена на поверхности объекта контроля (чаще всего величина коэффициента конвективной теплоотдачи), мощность источника нагрева и скорость его перемещения вдоль объекта контроля.
Основным информационным параметром при ТНК является локальная разность температур между дефектной ТА и бездефектной ТВ областями объекта ∆Т= = та — tВ. Знак перепада зависит от соотношения теплофизических свойств дефекта и изделия и исследуемой поверхности. При нагреве изделий, содержащих дефекты, плохо проводящие тепло (типа газовых включений), перепад положителен для поверхности, подвергнутой нагреву (т. е. место дефекта характеризуется локальным повышением температуры), и отрицателен для противоположной стороны. В случае дефекта, проводящего тепло лучше основного изделия (металлические вкрапления), знак перепада изменяется на обратный.
Увеличение мощности нагревателя и уменьшение интенсивности теплообмена приводит к росту уровня нагрева d изделия и лучшему выявлению дефектов.
В основе аналитического решения задач активного теплового контроля лежит уравнение теплопроводности.
Существуют следующие способы активного теплового контроля изделий:
1. Кратковременный локальный нагрев изделия с последующей регистрацией температуры той же (при одностороннем контроле) или 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.
2. 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.
3. Одновременный нагрев поверхности образца вдоль некоторой линии с последующей регистрацией температуры вдоль этой же линии (при одностороннем контроле) или вдоль аналогичной линии с противоположной поверхности образца (при двустороннем контроле).
4. Одновременный нагрев всей поверхности образца и последующая одновременная регистрация температурного распределения на этой же или на противоположной поверхности.
Эффективность выявления дефектов каждым из описанных способов теплового контроля уменьшается от первого к четвертому, а производительность - возрастает.
Физические основы теплового излучения
Бесконтактные методы теплового контроля основаны на использовании инфракрасного излучения, испускаемого всеми нагретыми телами. Инфракрасное излучение занимает широкий диапазон длин волн от 0,76 до 1000 мкм. Спектр, мощность и пространственные характеристики этого излучения зависят от температуры тела и его излучательной способности, обусловленной, в основном, его материалом и микроструктурными характеристиками излучающей поверхности. Например, шероховатые поверхности излучают сильнее, чем зеркальные. При повышении температуры мощность излучения быстро растет, а ее максимум сдвигается в область более коротких длин волн.
СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Термометры
Эти приборы можно разделить на жидкостные манометрические термометры, термопары, термометры сопротивления, термоиндикаторы.
Действие жидкостных термометров основано на термическом расширении жидкости, заключенной в капилляре термометра.
Наиболее точными являются лабораторные ртутные термометры.
Действие манометрических термометров основано на зависимости между температурой и давлением рабочего вещества (обычно газа), заключенного в замкнутом объеме.
При погружении датчика термометра (термобаллона) в измеряемую среду его рабочее вещество изменяет объем и с помощью чувствительной манометрической пружины перемещает стрелку индикатора.
Газовые манометрические термометры предназначены для измерения температур в пределах от —160 до + 600 °С. Рабочим веществом обычно является азот.
Конденсационные (парожидкоcтные) манометрические термометры работают в диапазоне от —60 до +320 °С. Рабочие вещества — метилхлорид, спирт, этиловый эфир.
Жидкостные манометрические термометры используют для измерений температур в области от —160 до + 320 °С (ртутные от —25 до +600 °С). Рабочая жидкость — ртуть, метаксилол, силиконовые жидкости, металлы с низкой точкой плавления. Длина гибкого капилляра, соединяющего термобаллон с корпусом прибора, может достигать 60 м.
Действие термометров сопротивления основано на изменении электрического сопротивления вещества (металлов и их окислов, солей и т. д.) в зависимости от температуры.
Чувствительный элемент термометра сопротивления (обычно металлическая проволока) закреплен на каркасе из слюды или кварца и помещается в баллон для защиты датчика от окружающей среды. Термометры сопротивления изготовляют из платины (ТСП), меди (ТСМ) или полупроводников. Рабочий интервал температур ТСП от —200 до + 650 °С, ТСМ — от —50 до + 180 °С.
Наиболее чувствительными являются полупроводниковые термометры сопротивления (ММТ-1, КМТ-4). Их изготовляют в форме пластинок и сфер малого диаметра. Как правило, чувствительный элемент остеклован для защиты or влияния среды.
Работа термоэлектрических термометров основана на термоэлектрическом эффекте, возникающем в термопаре. Термопарой или термоэлементом называют цепь из двух разнородных электрических проводников (термоэлектродов), концы которых соединены (сваркой, пайкой и т. п.). При наличии разности температур в местах соединения термоэлектродов в цепи генерируется термо-ЭДС.
Значение ЭДС зависит только от температуры спаев и материала термоэлектродов, но не зависит от диаметра и длины проводников и распределения - температуры по их длине. ЭДС зависит только от температуры ее рабочего конца. Часто рабочие концы помещают в защитные оболочки из фарфора или другого материала.
Основные требования к термопарам определены ГОСТ 6616—74. Различают термопары со стандартными и нестандартными градуировками. Данные некоторых термопар первой группы приведены в табл. 5.
Технические характеристики термопар
Термопара
Градуировка по ГОСТ6616-74
Верхний температурный предел измерения
Чувстви-
тельность, мВ/°С
ЭДС, мВ
1800
—
0,015 - 0,04
20
К термопарам с нестандартными градуировками относятся медьконстанта-новые, вольфрамрениевые, вольфрам-молибденовые и др. В основном их используют для специальных измерений, например, в диапазоне высоких температур (2500 °С для термопар типа карбид титана—графит).
Преимущества термоэлектрических термометров — линейность в широком диапазоне температур, чувствительность и стабильность показаний, простота измерения. Недостаток – сравнительно большая постоянная времени (1-10 с).
Приборы для неконтактного измерения температуры
Их действие основано на регистрации теплового излучения нагретых объектов. По характеру получения информации различают пирометры для локального измерения температуры в данной точке объекта и пирометры для анализа температурных полей (тепловизоры).
По принципу действия различают яркостные, цветовые и радиационные пирометры.
Яркостные визуальные пирометры применяют для измерения яркостных температур выше 600 °С. Принцип их действия основан на зависимости спектральной яркости нагретых тел от температуры, описываемой законами Планка и Вина. Схема яркостного пирометра показана на рис. 1.
Объектив 2 проектирует объект 1 через диафрагму 3 и нейтральный фильтр 4 на плоскость 5. В этой плоскости находится нить специальной пирометрической лампы, которая рассматривается через красный фильтр 7 с помощью окуляра 6. Наблюдатель видит одновременно изображение лампы и объекта.
Потенциометром меняют яркость лампы до исчезновения ее изображения на фоне объекта (см. рис. 1, а - в), затем определяют соответствующий этому моменту ток лампы и по градуировочной шкале прибора температуру объекта.
Применяя красный фильтр 7, можно вести измерения в узком спектральном интервале. При высоких яркостях объекта вводят фильтр 4.
Недостатком метода является субъективность измерения, преимуществом — простота и удобство в работе.
Серийно выпускают следующие визуальные яркостные пирометры: 1. ОППИР-09 и ОППИР-017 со встроенными показывающими приборами — портативные технические пирометры с автономным питанием от аккумулятора НКМ-10. Фокусировка от 0,7 до бесконечности, пределы измерения от 800 до 6000 °С,, точность ±20 °С.
2. Пирометр повышенной точности ОПК-57. Пределы измерения 700— 6000 °С, погрешность не более ±10 °С.
3. Микрометры МОП-48 для измерения температуры малых объектов.
4. Образцовые пирометры ОП-48
Лекція 6 .
Тема. Неразрушающий контроль проникающими веществами.
Краткое содержание. Физические основы метода. Технология и средства контроля. Чувствительность капиллярного метода и ее проверка. Объекты контроля.
СРЕДСТВА КАПИЛЯРНОГО КОНТРОЛЯ
Осровные положения, область применения и методы капиллярного неразрушающего контроля
Методы контроля основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетрантов) 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 по ГОСТ 21105—75 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.
Изображение, образованное пенетрантом, в месте расположения несплошности и подобное форме ее сечения у выхода на поверхность объекта контроля называют индикаторным рисунком (след).
Капиллярные методы подразделяют на основные, использующие капиллярные явления, и комбинированные.
Основные капиллярные методы контроля подразделяют в зависимости от типа проникающего вещества:
1. Метод проникающих растворов - жидкостный метод - основанный на использовании в качестве проникающего вещества жидкого индикаторного раствора.
2. Метод фильтрующихся суспензий - жидкостный метод, основанный на использовании в качестве жидкого проникающего вещества индикаторной суспензии, которая образует индикаторный рисунок из отфильтрованных частиц дисперсной фазы.
В зависимости от способа выявления индикаторного рисунка подразделяют на люминисцентные, основанный на регистрации контраста люминесци-рующсго в длинноволновом ультрафиолетовом излучении видимого индикаторного рисунка на фоне поверхностиобъекта контроля,
цветной, основанный на регистрации контраста цветного в видимом излучении индикаторного рисунка па фоне поверхности объекта контроля;
люминесцентно - цветной, основанный на регистрации контраста цветного или люминесцирующего индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля в видимом или длинноволновом ультрафиолетовом излучении;
яркостный, 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.
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, образованного 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.
Рис. 1. - деталь, 2 – дефект заполненный пенетрантом, 3. – слой проявителя, 4. – индикаторный след, 5. – источник ультрофиолетового излучения, Вн - свечение индекаторного следа, Вф – свечение фона, Xи – размер индикаторного следа, Xд – размер дефекта на поверхности
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 остатков с целью получения первичной информации о наличии несплошности в объекте контроля.
Набор дефектоскопических материалов — взаимозависимое целевое сочетание дефектоскопических материалов: индикаторного пенетранта, проявителя, очистителя и гасителя.
Индикаторный 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.
Аппаратура 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.
Характеристика рабочей жидкости для люминесцентного контроля. Обычно в качестве рабочей жидкости применяется смесь, состоящая из 15% (объемн.) минерального масла и 85% керосина.
Эта смесь дает синевато-белое свечение удовлетворительной яркости.
Значительно лучшей рабочей жидкостью, дающей яркое желто-зеленое свечение, обладающей оптимальной вязкостью и способностью легко образовывать эмульсию с водой (что необходимо для смывания жидкости с поверхности и, следовательно, для получения четкой и контрастной картины), является смесь следующего состава, % (объемн.):
Керосин .............. 74
Вазелиновое масло (медицинское) 15
Бензол 11
На 1 л указанного раствора добавляется:
флуороль, г. 0,2
эмульгатор ОП-7, мл 2
В качестве проявляющего порошка наилучшие результаты дает окись магния в смеси с углекислым магнием.
Проведение капиллярного НК
Основные операции капиллярного НК
Подготовка объекта к контролю;
Обработка объекта дефектоскопическими материалами;
Проявление дефектов;
Обнаружение дефектов и расшифровка результатов контроля;
Окончательная очистка объекта.
Подготовка объектов к контролю включает очистку контролируемой поверхности от всевозможных загрязнений. Для предварительной очистки по-верхности применяют механическую очистку объекта контроля струей песка дроби, косточковой крошки и т.д. Для окончательной очистки контролируемых объектов используют пар, химические реативы,ультрозвуковую, тепловую очистку.
Этап обработки объекта дефектоскопическими материалами заключается в заполнении полостей дефектов индикаторным пенетрантом, удалении его избытка и нанесении проявителя.
Для заполнения дефектов индикаторным пенетрантом применяют следующие способы: капиллярное - наносим на контролируемую поверхность смачиванием, погружением, и т.д.;вакуумное заполнение; компрессионное при воздействии на него избыточного давления; ультразвуковое с использованием ультразвукового капиллярного эффекта; деформационное при воздействии на объект контроля упругих колебаний звуковой частоты или статического нагружения, увеличивающего раскрытие несплошности.
Избыток индикаторного пенетранта удаляют или гасят на контролируемой поверхности одним из следующих способов: протиранием салфетками с применением в необходимых случаях очищающего состава или растворителя; промыванием водой; обдуванием струей песка; воздействием на пенетрант гасителями люминесценции или цвета. і
Поверхность подвергают естественно сушке или сушке в потоке воздухе •
Проявитель наносят указанными способами: распылением; электрораспылением в электрическом поле струей воздуха; нанесением кистью; погружением; обливаним; электроосаждением проявителя путем погружения в него объекта кон троля с одновременным воздействием электрического тока; посыпанием порошкообразного проявителя; наклеиванием ленты пленочного проявителя.
Проявление следов дефектов представляет собой процесс образования рисунка в местах наличия дефектов, для чего используют один из способов проявления индикаторных следов: выдержку объекта контроля на воздухе до момента появления индикаторного рисунка, с применением вакуума, нагрева.
Способы Обнаружения индикаторного следа: Визуальное, фотоэлектрическое, телевизионное, инструментальное.
Окончательную очистку объектов контроля осуществляют одним или несколькими технологическими приемами удаления проявителя, а при необходимости и остатков индикаторного пенетранта: протиранием; промыванием, ультразвуковой обработкой объекта в воде или органических растворителях с необходимыми добавками; и т.д.
Чувствительность и оценка результатов контроля
Чувствительностью капиллярного НК называют качество капиллярного неразрушающего контроля, характеризуемое порогом, классом и дифференциальной чувствительностью средства контроля в отдельности, либо целесообразным их сочетанием. Порог чувствительности капиллярного НК — раскрытие несплошности типа единичной трещины определенной длины, выявляемое с заданной вероятностью по заданным геометрическому или оптическому параметрам следа. Верхнему порогу чувствительности соответствует наименьшее выявляемое раскрытие, а нижнему — наибольшее.
Геометрический параметр индикаторного рисунка — отношение среднего значения ширины индикаторного следа к раскрытию выявленной несплошности.
Оптический параметр индикаторного рисунка — отношение среднего значения яркости индикаторного следа к среднему значению яркости фона.
Фон поверхности — бездефектная поверхность объекта контроля, обработанная дефектоскопическими материалами. Дифференциальная чувствительность средства капиллярного ПК — отношение изменения оптического и (или) геометрического параметра индикаторного следа к вызывающему его изменению раскрытия при неизменной глубине и длине несплошности типа единичной трещины.
Класс чувствительности капиллярного НК - диапазон значений преимущественного раскрытия несплошпости типа единичной трещины определенной длины при заданных условиях вероятности выявления, геометрическом и (или) оптическом параметрах следа.
Требуемый класс чувствительности, объем, периодичность и нормы оценки качества устанавливает разработчики объекта контроля.
Лекція 7.
Тема. Методы и средства течеискания.
Краткое содержание. Общие сведения. Промышленная аппаратура течеискания. Автоматизация контроля герметичных изделий.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ТЕЧЕИСКАНИЯ
Техника течеискания - область науки и техники, обеспечивающая создание и применение комплекса аппаратуры и методов контроля качества герметизации разнородных систем и изделий.
В общем случае нарушение герметичности определяется наличием в оболочке сквозных капиллярных каналов (течей) или проницаемостью основного материала с ненарушенной структурой.
Проницаемость носит избирательный характер и обнаруживает себя только по отношению к определенным проникающим веществам, в то время как через каналы течей могут проходить все проникающие вещества. При наличии течей обнаруживается прямая связь между составами газовой среды по обе стороны оболочки, а при подаче жидкости на одну поверхность оболочки выявляется ее присутствие на противоположной поверхности.
Течь - это канал или пористый участок изделия или его элементов, нарушающий их герметичность. Как правило, малые характерные размеры течей исключают возможность их визуального наблюдения или обнаружения всеми другими методами дефектоскопии, кроме методов проникающих веществ.
Требования к порогу чувствительности испытаний изделий устанавливают исходя из требований к их герметичности. Абсолютная герметичность недостижима и неконтролируема. Герметичными принято считать конструкции, если перетекание через них проникающих веществ достаточно мало для того, чтобы его влиянием можно было бы пренебречь в условиях эксплуатации и хранения.
Метод
Принципиальные основы метода
Способы проведения испытаний
Области применения
Масс-спектро-метри-ческий
•.
Выделение и регистрация проникающего через течи пробного вещества путем разделения ионов разных газов по отношению их массы к заряду
•
Испытания под откачкой с подачей пробного вещества на противоположную поверхность изделия: а) обдувом
б) методом гелиевых чехлов и камер
в) методом вакуумных камер
Испытания вакуумных систем и всех видов откачиваемых изделий; испытания газонаполненных изделий, размещаемых в вакуумируемых камерах Поиск мест течей. Определение общей и локальной герметичности, выделение негерметичных участков вакуумируемого изделия. Определение суммарной герметичности газонаполненных изделий.
Накоплением пробного вещества в вакууме
Контроль герметичности малогабаритных вакуумируемых изделий Контроль герметичности малогабаритных, газонаполненных изделий, размещаемых в вакуумной камере
С использованием вакуумных присосок
С накоплением в чехлах пробного газа
Определение негерметичного участка в оболочках газонаполненных изделий Испытания изделий, находящихся под избыточном давлением - определение общей и локальной герметичности
Щупом
Определение мест течей в изделиях с избыточным давлением
Галогенный
Регистрация проникновения пробного вещества через течи по увеличению эмиссии положительных ионов с накаленной металлической поверхности при попадании на нее галогенов
Щупом
Испытания изделий, спрессованных изнутри галогеносодержащим веществом
Обдувом
Испытания вакуумных систем
Манометрический
Регистрация изменения полного давления Р в системе испытаний в результате перетекания проникающих веществ через течи
Камерный
Проверка герметичности изделий, находящихся под избыточным давлением
Бескамерный
Предварительная оценка степени герметичности перед контролем высокочувствительными течеискателями
Ваку-умметри-чєский
Регистрация изменения давления Р или состава газовой среды в вакуумированной полости в результате натеканий
Обдувом
Камерный
Испытания вакуумных систем и вакуумируе-мых изделий
Катаро-метрический
Регистрация проникающих через течи веществ, теплопроводность которых отличается от теплопроводности воздуха
Щупом
Камерный
Проверка герметичности изделий, заполненных газом, отличающимся по теплопроводности от воздуха
Электроннозахватный
Регистрация перетекания через течи электроотрицательных пробных веществ, склонных к образованию отрицательных ионов, по изменению тока разряда
Щупом
Изделия, находящиеся под избыточным давлением электроотрицательных пробных веществ
Обдувом
Испытания вакуумных систем
Акустический
Регистрация акустических волн, возбуждаемых при вытекании пробных веществ через течи
Щупом
Проверка изделий, находящихся под избыточным давлением при невысоких требованиях к порогу чувствительности
Химический
Регистрация проникающих через течи веществ по эффекту химических реакций с индикаторным покрытием
С использованием индикаторных покрытий
Контроль герметичности оборудования замкнутых и незамкнутых конструкций
Пузырьковы
Регистрация пузырьков пробного газа, проникающего через течи в изделии, погруженном в жидкость или покрытом мыльной или другой пленкой, способной образовывать пузыри
Погружением в жидкость Вакуумированием С использованием мыльной пены
Контроль герметичности малогабаритных изделий под избыточным давлением
Люмине-сцентно-цьетной
Регистрация контраста цветного или люминесцирующего следа, образуемого проникающим веществом на фоне поверхности контролируемого объекта в видимом или длинноволновом ультрафиолетовом излучении
Визуальный осмотр поверхности Фотоэлектрический контроль
Контроль герметичности крупногабаритного оборудования
Яркостный (ахромати ческий) метод
Регистрация контраста ахроматического следа, образуемого проникающим веществом, на фоне поверхности контролируемого объекта в видимом излучении
С использованием различных покрытий
Контроль герметичности сварных конструкций
ПРОМЫШЛЕННАЯ АППАРАТУРА ТЕЧЕИСКАНИЯ
Чем выше избирательная способность течеискателя или метода течеискания, тем резче реакция на пробное вещество, тем больше чувствительность. Острота реакции зависит и от свойств пробных веществ. Она тем резче, чем сильнее выбранное вещество отличается от воздуха по электрическим, тепловым или другим свойствам, определяющим избирательную реакцию.
Наивысшей чувствительностью обладают промышленные массоспектро-метрические течеискатели, реагирующие только на пробное вещество, вне зависимости от присутствия посторонних паров и газов. Практически не чувствительны к присутствию воздуха и многих других веществ галогенные течеискатели, но пары растворителей и других галогеносодержащих соединений могут вызывать' их фоновые сигналы. С увеличением фонового сигнала и его нестабильности возрастает наименьший достоверно регистрируемый сигнал о течи и порог чувствительности.
Macс-спектрометрические течеискатели основаны на принципе ионизации газов и паров с последующим разделением образовавшихся ионов по отношениям их массы к заряду в магнитных и электрических полях. Этот метод наиболее универсален. Среди пробных веществ предпочтение отдается гелию.
Галогенные течеискатели построены на свойстве накаленной платины ионизировать на своей поверхности атомы щелочных металлов, обладающие низким потенциалом ионизации, и резко увеличивать эмиссию регистрируемых течеискателем положительных ионов в присутствии галогенов.
Чувствительный элемент последних моделей галогенных течеискателей ГТИ-6 и БГТИ-7 представляет собой диод, состоящий из спирального платинового анода, навитого на керамическую трубку, и коаксиального с ним охватывающего платинового коллектора. Прямым накалом анод разогревается до 800-900 °С. С нагреваемого при этом керамического основания анода испаряются входящие в его состав щелочные металлы. До начала испытаний фиксируется фоновый ионный ток. Возрастание ионного тока в ходе испытаний свидетельствует о поступлении к чувствительному элементу галогеносодержащих веществ, проникших через течи.
Процесс высокопроизводительных испытаний изделий на герметичность слагается из размещения контролируемого изделия в испытательной камере, герметизации камеры и изделия (если оно не герметично), создания относительно контролируемой поверхности определенного перепада давления пробного газа, регистрации потока газа через сквозные дефекты и разделения (разбраковки) контролируем партии изделий на герметичные и герметичные по результатам регистрации.
Лекція 8.
Тема. Магнитный неразрушающий контроль.
Краткое содержание. Основные магнитные характеристики сплавов: намагниченность, магнитная проницаемость, магнитная индукция, магнитная восприимчивость и. т. д. Физические основы магнитной дефектоскопии. Методы магнитной дефектоскопии: магнитопорошковый.
МАГНИТНЫЙ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ
Для обнаружения в изделиях из ферромагнитных материалов различных дефектов: нарушений сплошности, отклонений от заданных геометрических размеров, несоответствия структурного состояния техническим условиям, а также для физического анализа при исследовании фазовых превращений в сплавах применяются магнитные методы.
Магнитные методы контроля основаны на измерении различных магнитных характеристик, являющихся достаточно чувствительными индикаторами для обнаружения указанных выше дефектов. Магнитные методы высокопроизводительны, не требуют нарушения целостности изделия и с успехом применяются в промышленной и эффективно заменяя контроль по механическим свойствам или проверку химического состава и т. п.
Важнейшими методами магнитного конт роля являются магнитная дефектоскопия магнитная толщеметрия и магнитоструктур ный анализ.
Магнитная дефектоскопия
Основы метода. В намагниченное изделии магнитный поток, встречая препятствия с малой магнитной проницаемостыс (трещины, неметаллические включения), рассеивается, и, если эти препятствия (дефекты) расположены неглубоко, на поверхности изделия в месте выхода силовых линий потока рассеивания создается магнитная поляризация, которая может быть обнаружена специальными магнитными индикаторами (например, частицы ферромагнитных веществ и, в частности, окислы железа). Наиболее интенсивное рассеивание силовых линий происходит при направлении магнитного потока перпендикулярно направлению дефекта, что необходимо учитывать при намагничивании изделия. В зависимости от магнитных свойств материала контролируемого изделия применяются два метода контроля.
А. Контроль на остаточной намагниченности, заключающийся в том, что подлежащую контролю деталь предварительно намагничивают и уже после прекращения действия намагничивающего поля поливают магнитной суспензией, т. е. взвесью ферромагнитных частиц в жидкости.
Этот метод применяется для контроля деталей из материалов, обладающих коэрцитивной силой не ниже 10—12 эрст, т. е. большинства конструкционных и инструментальных сталей после закалки или закалки и отпуска.
Б. Контроль в приложенном магнитном поле, заключающийся в том, что поливка магнитной суспензией производится во время намагничивания. Этот метод применяется для контроля деталей из материалов, имеющих коэрцитивную силу меньше 10 эрст (малоуглеродистые стали, конструкционные стали после отжига), а также в ряде случаев для контроля деталей сложной формы и значительных сечений.
Способы намагничивания. Намагничивание деталей осуществляется следующими способами:
а) в поле постоянного или переменного тока большой силы, пропускаемого через деталь (рис. 1, А') или через медный проводник (стержень), вставленный внутрь пустотелой детали (рис. 1, А); при этом деталь намагничивается циркулярным потоком магнитных силовых линий, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению тока, и имеющих вид замкнутых контуров (рис. 2, а);
б) в поле соленоида (рис. 1. Б') при этом достигается продольное или поперечное намагничивание;
в) в поле электромагнита — продольное или поперечное намагничивание (рис. 1, Б).
Возможно также комбинированное намагничивание (рис. 1, В и В') путем одновременного воздействия продольного и поперечного или циркулярного и поперечного намагничивающего поля, создаваемого постоянным и переменным током.
Циркулярное намагничивание имеет существенное преимущество благодаря отсутствию полюсности на концах детали, что позволяет контролировать и эти концы.
α1, α2 – Углы входа и выхода магитных силовых линий. МПР – магнитное поле рассеивания, Ф – магнитный поток, Н – напряженность магнитного поля.
Порядок проведения магнитной дефектоскопии
1. Очистка
2. Намагничевание для получения поля рассеивания
3. Операция регистрации МПР, т.е. выявление дефектов
4. Размагничевание, обязательная операция
Аппаратура для намагничивания. Для циркулярного намагничивания необходимо иметь: а) источник постоянного или переменного тока низкого напряжения (4 - 12 в) и большой силы (до 10000 а и больше) и б) контактное устройство идя подвода тока к детали.
Источником постоянного тока могут служить аккумуляторы, или выпрямители соответствующей мощности.
Для намагничивания особо крупных изделий применяются тороидные и соленоидные обмотки из гибкого провода (кабеля) большого сечения, наматываемые непосредственно на деталь и питаемые от дефектоскопов или непосредственно от соответствующего трансформатора.
Магнитный порошок и суспензия. Магнитный порошок представляет собой магнитную закись — окись железа (Fe3O4)> измельченную до величины частиц порядка 5—10 мк. Магнитная суспензия составляется из расчета 50 г порошка на 1 л трансформаторного масла.
Чувствительность метода магнитного порошка. Чувствительность зависит от свойств порошка, магнитных характеристик металлов, режимов намагничивания и геометрических размеров дефектов.
Чувствительность метода в случае контроля конструкционной стали после закалки и отпуска характеризуется следующими размерами и расположением дефектов:
а) крупные, вытянутые в глубь металла дефекты — непровары, трещины с большой высотой (3—4 мм) и малой шириной (0,01— 0,2 мм) четко выявляются при глубине залегания от поверхности до 2,5 мм при контроле в приложенном постоянном поле электромагнита, до 1,5 мм при контроле в приложенном поле переменного тока и до 1 мм в случае контроля на остаточной намагниченности;
б) волосовины шириной 0,04—0,3 мм, высотой 0,05—0,7 мм обнаруживаются соответственно на глубине до 1; 0,5 и 0,3 мм.
Область применения метода магнитного порошка. Метод применяется для выявления волосовин, крупных шлаковых включений, флокенов, закатов, заковов, расслоев, трещин (закалочных, ковочных, штамповочных, сварочных, шлифовочных, усталостных) и непроваров (в стыкокромочных соединениях), залегающих неглубоко от поверхности детали.
Контроль может быть проведен на деталях, покрытых тонкими слоями (до 20 мк) защитных (немагнитных) покрытий лака, краски, хрома, кадмия, цинка.
Лекція 9.
Тема. Магнитный неразрушающий контроль.
Краткое содержание. Методы магнитной дефектоскопии: магнитографический, с использованием магнитных преобразователей. Магнитный контроль фазового состава сплавов: термографический метод и метод магнитной феррометрии.
Магнитнографический метод
Заключается в намагничивании контролируемого изделия и записи магнитного поля рассеивания на магнитную ленту
Рис. С- свариваемые детали, МЛ – магнитная лента, МГ – магнитная головка, ЭМ – электромагнит, Р – ролики
На магнитной ленте образуется рельеф преобразованный в электрические сигналы, которые изображаются на экране электроннолучевой трубке, либо записываются в виде магнитограммы.
Магнитограммы дефектов
Изображение на экране электроннолучевой трубки может быть виде импульсной яркостной индикации. При импульсной индикации регистрация и распространение по виду импульсов на экране. При яркостной индикации дефекты появляются виде темных изображений на светящемся экране характер которой, соответствует форме и размерам.
Магнитный отрывной метод измерения толщины покрытий (магнитная толщенометрия)
Магнитным методом может быть измерена толщина немагнитных (хром, медь, цинк, кадмий, лаки, краски) или сравнительно слабомагнитных (никель) покрытий на ферромагнитных стальных деталях.
Основы магнитного отрывного метода. Метод основан на измерении силы притяжения или, вернее, силы, необходимой для отрыва постоянного магнитика .от поверхности испытуемой ферромагнитной детали и убывающей с увеличением толщины покрытия.
Приборы и методика работы. Конструкция магнитного толщемера МТ-2.
Отличительная особенность этого прибора — его большая универсальность при сохранении высокой точности.
В приборе магнит укрепляется на конце длинного рычага или на специальной подвеске. К короткому плечу рычага присоединены силоизмерительная пружина. Для измерения толщины покрытия магнит приводится в соприкосновение с поверхностью изделия и притягивается к ней. Далее вращением рукоятки микрометрического винта пружина растягивается, и в момент отрыва магнита фиксируется величина этого растяжения пружины по шкале микрометрического винта. С помощью специальных градуировочных графиков эти показания микрометрического винта переводятся в толщину покрытия.
Универсальность прибора достигается применением специальных насадочных приспособлений, дающих возможность измерять покрытия не только на наружных, но и на внутренних поверхностях деталей. Толщемер позволяет проводить измерения на внутренних боковых поверхностях цилиндрических отверстий, удаляясь от края на глубину до 220 мм, и на дне несквозных отверстий, расположенных на глубине до 130 мм. Прибор дает возможность проводить измерения толщины покрытий в довольно широком диапазоне с одинаковой относительной точностью.
Тарировка прибора производится по эталонам с заранее определенными толщинами покрытий.
Точность измерения толщин покрытий на поверхностях, обработанных не ниже 6-го класса, составляет:
Толщина 0-50 мк 50 мк-2мм
Точность измерения 1 - 2мк 4% от толщины
Магнитоструктурный анализ
При магнитоструктурном анализе используется связь основных магнитных характеристик (индукция, намагниченность, коэрцитивная сила) ферромагнитных сплавов со структурным состоянием их после различных видов термической обработки. Все магнитные характеристики делятся на две группы: 1. - чувствительные к изменению фазового состава. 2. - чувствительная к структурным изменениям.
Некоторые магнитные характеристики фаз резко отличаются друг от друга, что позволяет достаточно точно определять фазовый состав по их величине.
μ – магнитная проницаемость Ф – 500-1000, Ц – 35-80
Основными методами магнитоструктурного анализа являются реманентоскопия, коэрцитиметрия, пермеаметрия и феррометрия.
При реманентоскопии измеряется кажущаяся остаточная намагниченность изделия, которая всегда меньше истинной остаточной намагниченности материала изделия, что объясняется влиянием коэффициента размагничивания или так называемого размагничивающего фактора, зависящего от формы и размеров изделия. В данном случае измерения производятся баллистическим методом, при котором измеряется величина, пропорциональная остаточному потоку вектора намагниченности, или магнитометрическим, определяющим величину, пропорциональную остаточному магнитному моменту. В обоих случаях результаты магнитных измерений зависят от размеров и формы изделия, и поэтому наибольшая точность достигается при контроле однородных изделий.
При коэрцитиметрии измеряется коэрцитивная сила изделия, имеющая непосредственную связь с твердостью стали (коэрцитивная сила возрастает с увеличением твердости) и не зависящая от формы и размеров изделия.
С помощью специальных приборов — коэрцитиметров — можно рассортировать однородные изделия по их твердости (например, после отпуска при различных температурах), а также контролировать толщину цементованного, азотированного или закаленного слоя (при поверхностной закалке) на изделии. Можно также оценить свойства глубинных слоев изделия, исключив при этом влияние тонкого поверхностного (например, обезуглероженного) слоя.
Пермеаметрия основана на измерении в полях средней напряженности индукции или намагниченности в открытой магнитной цепи (контроль труб, прутков); или в замкнутой цепи (контроль колец шарико- и роликоподшипников на различных стадиях механической и термической обработки, заготовок чугунных поршневых колец). Зависимость результатов измерений от формы и размеров изделия при пермеаметрии весьма значительна.
Феррометрия позволяет выявить наличие небольших количеств ферромагнитных составляющих в изделиях из сплавов на неферромагнитной основе и в других случаях неферромагнитных составляющих в сплавах на ферромагнитной основе.
Небольшие (недопустимые по техническим условиям) количества мартенсита, феррита, сложных карбидов в изделиях из специальных аустенитных сталей или остаточный аустенит в закаленных на мартенсит изделиях обычно не могут быть выявлены при испытаниях на твердость. Определение индукции или намагниченности в полях большой напряженности в первом случае или определение намагниченности в полях средней напряженности во втором может дать больший эффект.
Магнитоструктурный анализ может применяться лишь после тщательной проверки его на изделиях определенного типа из заданных сплавов. Наиболее надежные результаты магнитоструктурный анализ может дать только при разумном сочетании его с другими видами контроля.
Наиболее точным методом определения объемной доли фаз является термографический, заключается в определении температурной зависимости, намагниченности на специальных установках магнитометрах оборудованных печью для нагрева. На первом этапе строятся эталонные кривые необходимые для градуировки прибора. Сплав Ф+Ц.
»
Лекція 10-11.
Тема. Вихретоковый и электрический неразрушающий контроль.
Краткое содержание. Электроиндуктивный метод контроля. Основы электроиндуктивного метода. Физические основы и классификация методов электромагнитного контроля. Электромагнитные методы контроля поверхностных дефектов и контроля структуры и свойств сплавов.
ЭЛЕКТРОИНДУКТИВНЫЙ МЕТОД (МЕТОД ВИХРЕВЫХ ТОКОВ)
Для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов в изделиях из сплавов, не обладающих ферромагнитными свойствами, в последнее время успешно применяют электроиндуктивный метод.
Основы электроиндуктивного метода. Метод основан на замере изменений возбуждаемых в металле вихревых токов под влиянием неоднородностей металла. Если некоторый объем металла пронизывается переменным магнитным полем, то это поле возбуждает в металле вихревые токи. В зависимости от изменения частоты изменяется величина вихревых токов и глубина их проникновения.
Вихревые токи создают свое поле, противоположное по знаку намагничивающему. Взаимодействие этих полей приводит к изменению полного сопротивления катушки, что в свою очередь вызывает изменение силы тока в цепях генератора, питающего эту катушку. Изменения силы тока могут быть отмечены различными индикаторами, причем на показаниях индикатора будут оказываться электропроводность металла и размеры сечения контролируемого изделия.
Максимальная чувствительность электрических параметров катушек к изменению электрических и магнитных свойств материалов достигается в области наибольших вносимых активных сопротивлений. Для получения высокой чувствительности выдерживают определенное соотношение между частотой, удельной электрической проводимостью и магнитной проницаемостью, а также диаметром датчика D. Обычно это соотношение устанавливается через обобщенный параметр контроля
где — постоянная вихревых токов.
Для цилиндра и сферы радиуса г имеем =6-8. Чувствительность преобразователя к дефектам определяется параметрами дефекта и его расположением, значениями обобщенного параметра контроля, формой дефекта, параметрами преобразователя, током возбуждения, расположением преобразователя и объекта.
Основной трудностью является необходимость разделения влияния каждого из этих факторов. Если это условие не выполнено, то изменение сечения изделия в пределах, допускаемых техническими условиями, может оказаться более значительным, чем изменение электропроводности, вызванное наличием трещины или изменением состава структуры и т. д.
Приращение электрических параметров катушки преобразователя зависит от характеристик электромагнитного поля, а оно, в свою очередь, зависит от формы, размеров и конструкции возбуждающих катушек. Для анализа работы вихретоковых преобразователей изучают поля в ближней зоне, ограниченной расстоянием, значительно меньшим, чем длина волны электромагнитного поля в воздухе.
Важной характеристикой является глубина проникновения вихретоковых токов:
По взаиморасположению преобразователя и объекта различают проходные, накладные и экранные преобразователи.
Электроиндуктивные приборы (один из них изображен на рис) позволяют не только обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты, но и бесконтактным методом измерять электропроводность в широком диапазоне температур; устанавливать зоны поражения поверхностной и -межкристаллитной коррозией; фиксировать начало возникновения трещин в результате коррозии под напряжением и наблюдать процесс развития этих трещин; измерять толщину листов, фольги и т. д.
Рис. Прибор для определения дефектов в стальных прутках, основанный на использовании вихревых токов
Область применения электроиндуктивного метода. Метод может быть с наибольшим успехом применен для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов в изделиях несложной формы и постоянного сечения (трубы, профили, прутки, полосы) из чистых металлов и из сплавов, не имеющих грубой структурной неоднородности (однофазные системы).
Кроме того, метод позволяет производить анализ структуры металлов, контролировать состояние термической обработки, определять твердость, внутренние механические напряжения. Электроиндуктивный метод позволяет легко осуществить автоматизацию контроля (взаимное перемещении преобразователя и объекта с большой скоростью) и при этом получить огромную производительность (например, при разбраковке стальных деталей средних размеров по твердости производительность достигает 3-4 деталей в секунду).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
Электрический контроль основан на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующей с контролируемым объектом или возникающего в контролируемом объекте в результате внешнего воздействия. По характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом методы электрического контроля разделяются на электрические, трибоэлектрические и термоэлектрические.
Электрический метод контроля основан на использовании электрических полей. Напряженность применяемых полей изменяется в зависимости от метода контроля в очень широких пределах. Электропотенциальный метод основан на регистрации падения потенциала. При приложении к металлическому телу, например к цилиндрическому образцу (рис.) электрического напряжения, в нем образуется электрическое поле. Геометрическое место точек с одинаковым потенциалом составляв эквипотенциальные линии.
Рис. Схема электрического контроля
1 — трещина; 2 — линии тока;3 — эквипотенциальные линии
Разность потенциалов на достаточном расстоянии от токовых электродов зависит от трех факторов; электропроводности, геометрических размеров токонесущего изделия и трещин (особенно тех, которые находятся на поверхности). Причины изменения электрического потенциала, например зондовым методом, заключаются в следующем. С помощью токовых электродов, установленных вдоль измеряемой длины, достигается равномерное прохождение тока, затем с помощью электродов напряжения измеряют падение напряжения на этом участке поверхности. При равномерном прохождении тока это падение напряжения может быть определено по закону Ома:
где /о - длина линии тока между двумя электродами напряжения; А — площадь поперечного сечения, занятая линиями тока; I — сила тока; σ — удельная электрическая проводность.
При контроле влажности и сплошности неэлектропроводящих покрытий на электропроводной подложке в некоторых случаях при контроле термической обработки металла используют метод электрического сопротивления. Он заключается в изменении удельного электрического сопротивления участка среды (материала) или сопротивления между электродом и основой покрытия.
Электроемкостный метод контроля основан на регистрации емкости участка контролируемого объекта, взаимодействующего с электрическим полем.
Рассмотрим измерительный преобразователь, состоящий из двух плоских металлических электродов площадью S, расположенных в вакууме на расстоянии Н друг от друга. Если к электродам приложить разность потенциалов U, то каждый электрод зарядится и примет заряд q0. При емкость С0 выражается через геометрические размеры преобразователя:
где — диэлектрическая проницаемость, ε0= 8,854 х 10-12 Ф/м. Величина заряда на электродах q0 = ε0SU /Н. При заполнении преобразователя диэлектрическим материалом на каждый электрод от источника питания перейдет дополнительный заряд qm и следовательно, емкость увеличится. Степень увеличения емкости зависит от вида и свойств материала и характеризуется величиной относительной диэлектрической проницаемости
По способу получения первичной информации методы электрического контроля подразделяются на электростатические порошковые, электропараметрические, электроискровые.
Электростатический порошковый метод основан на регистрации электростатических полей рассеяния с использованием в качестве индикатора наэлектризованного порошка.
Электропараметрический метод основан на регистрации электрического поля по вольт-фарадным, вольт-амперным и другим характеристикам контролируемом объекта.
Электроискровый метод основан на регистрации возникновения электрического пробоя и изменении его параметров в окружающей среде или на участке контролируемого объекта.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ
Термоэлектрический метод обычно применяют для контроля сплавов по составу (разделения по маркам).
Основы термоэлектрического метода. Как известно, сила тока, возникающего в замкнутой цепи, составленной из двух разнородных металлов, определяется величиной термоэлектродвижущей силы (т. э. д. с.) зависящей от природы обоих металлов и от разности температур между спаями. Первопричиной возникновения ЭДС в месте соприкосновения двух разноименных металлов является контактная разность потенциалов. Так например каждый впереди стоящий металл положителен по отношению к последующим: (+) Al, Zn, Sn, Cd, Pb, Sb, Bi, латунь, Hg, Fe сталь, Cu, Ag, Au, V, Те, Pt, MnO2, P6O2 (—). Если один из металлов выбрать в качестве постоянного эталона и задаться определенной разностью температур, то величина т. э. д. с. будет определяться только природой второго металла. При изменении состава или свойств второго металла будет получаться различная величина т. э. д. с.
Аппаратура и методика контроля. Принципиальная схема прибора для анализа металлов по т. э. д. с. приведена на рис
Рис. 2. Принципиальная схема термоэлектрического метода
Прибор оформлен в виде компактной вилки (рис. 3), несущей горячий и холодный контакты, концы которых имеют форму призматических ножей. Нож горячего контакта нагревается с помощью небольшой печи, работающей от понижающего трансформатора. Температура горячего контакта может регулироваться реостатом в цепи нагревателя.
К клемме К (рис. 4.) присоединен конец провода из константана (показано пунктирам), другой конец которого введен в отверстие ножа горячего контакта. Таким образом, термопарой «константан — материал контакта» можно измерять температуру горячего контакта. Для этого к клеммам А и К подключается гальванометр.
Когда нужная температура установится,гальванометр переключается на клеммы А и Б; в этом положении он измеряет т. э. д. с. между эталоном (материал контактов) и испытуемым изделием. Контакт с изделием осуществляется прикладыванием ножей к его слегка зачищенной поверхности.
Если изделие изготовлено из того же материала, что и контакты, то т. э. д. с. будет равна нулю или близка к нему. Если же материал изделия отличается от контакта, то величина и знак т. э. д. с. могут быть различными.
Рис. 4. Контроль материала трубы термоэлектрическим методом
Для разделения небольшого числа (3— 4) марок материала температурный режим прибора и материал контактов удобно подбирать так, чтобы различные марки материала давали т. э, д. с. различного знака.
Например, при испытании труб из хромо-молибденовой стали ЗОХМА, стали ЗОХГСА и стали 20 на приборе с контактами из стали 20 получаются следующие показания нуль-гальванометра (деления шкалы):
Сталь 20 ........ От—З до +4
Сталь ЗОХГСА ..... »—10 > —15,6
(т. е. влево) Сталь ЗОХМА . ..... От+2 до +10
(т. е. вправо)
* Вследствие различного содержания примесей.
Таким образом, разделение небольшого числа сплавов в ряде случаев весьма удобно производить методом т. э. д. с.
Можно также отбраковывать латунные изделия по содержанию в них железа.
Хорошо разделяются электротехнические (кремнистые) стали по содержанию кремния.
Наиболее сильное влияние на т. э. д. с. железных сплавов оказывают кремний и алюминий. Марганец, никель и кобальт влияют слабо, еще слабее — хром и молибден.
Область применения термоэлектрического метода. Метод т. э. д. с. позволяет быстро установить соответствие материала детали требованиям технических условий, что представляет большую ценность для производства.
Следует также отметить удачные попытки (применения метода т. э. д. с. для определения глубины поверхностного слоя на изделии, прошедшем химико-термическую обработку (например, цементованного или обезуглероженного).
В последние годы весьма удачные конструкции приборов, основанных на термоэлектрическом методе, выпускаются под маркой «Термосортер». Эти приборы с помощью несложного приспособления позволяют производить рассортировку большого количества сплавов также и по трибоэлектрическому методу.
Трибоэлектрический метод основан на регистрации величины электрических зарядов, возникающих в контролируемом объекте при трении разнородных материалов. Этот эффект интересен тем, что разность потенциалов не зависит от таких параметров, как величина зерна, текстура, конфигурация, масса и т. д.
Трибоэлектричество можно наблюдать при взаимном трении двух диэлектриков, полупроводников, проводников, одинакового или разного состава по разной плотности, при трении жидких диэлектриков друг о друга или о поверхность твердого тела и т. д. При этом всегда электризуются оба тела.
Существуют определенные закономерности, свойственные этому физическому явлению. В случае двух химически однородных тел положительные заряды получает более плотное из них. Металлы при трении о диэлектрик электризуются отрицательно, но если поверхность окислена, то на ней могут возникать и положительные заряды. Явления трибоэлектричества зависят и от внешних факторов: от влаги на поверхности, загрязнения, нагрева при трении и др.
В основе трибоэлектрических явлений лежат контактные явления. В момент контакта электроны и ионы переходят от одного тела к другому. На границе контакта двух металлов образуется скачок потенциала, который равен разности энергетических уровней Ферми (Е1— Е2) двух металлов до их контакта и препятствует переходу электронов проводимости из одного тела в другое. В результате этого между свободными поверхностями этих тел возникает контактная разность потенциалов Uк, равная разности работ выхода электронов из этих металлов.
По величине разности потенциалов металлы можно расположить в ряд Вольты: Al, Zn, Sn, Cd, Pd, Sb, Bi, Hg, Fe, Ag, Pt. Этот ряд характеризуется тем, что каждый предыдущий металл при контакте с одним из последующих приобретает положительный потенциал. Если цепь контактируемых металлов состоит из нескольких сплавов, различающихся по химическому составу, разность потенциалов не зависит от промежуточных звеньев и равна разности работ выхода крайних металлов. Следовательно, если цепь состоит из однородных металлов, ЭДС равна нулю.
Лекція 12 – 13.
Тема. Акустический неразрушающий контроль.
Краткое содержание. Физические основы и основные параметры: частота упругих волн, скорость распространения упругих волн, удельное волновое сопротивление и т. д. Классификация методов упругого ультразвукового и упругого звукового контроля. Ультразвуковая дефектоскопия: Эхо импульсный и теневой методы.
АКУСТИЧЕСКИЙ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ
Физические основы акустического метода контроля
Основаны на свойстве упругих колебаний распространяться и взаимодействовать на нарушения сплошности контролируемой среды. Для ввода (и приема) упругих колебаний в изделии (из изделия) используют специальные электроакустические преобразователи. Акустические методы позволяют обнаружить и определять расположение внутренних дефектов, являющихся нарушением сплошности (раковины, расслои, зоны рыхлоты, некоторые типы трещин), в различных деталях и полуфабрикатах преимущественно больших сечений и несложной формы из металлов и некоторых неметаллических материалов. Таким образом, с помощью этих методов можно установить наличие именно тех дефектов, которые нельзя выявить магнитным или люминесцентным методами и не всегда можно обнаружить просвечиванием рентгеновыми или γ-лучами.
Кроме того, методы позволяют измерять толщину стенки изделий, доступных с одной стороны, определить поверхностные дефекты, физико-механические свойства материалов.
Упругие волны как и всякие другие волны характеризуются длинной волны λ, частотой f и с-скоростью распространения
Частота колебаний определяется конструкцией генератора колебаний и акустических преобразователей. Скорость распространения колебаний является физической величиной.
Свозд = 330 м/с
Свод = 1500 м/с
СFe = 5280 м/с
Волны делятся на две группы
- продольные;
- поперечные.
Продольными называются волны когда направление колебаний, частиц среды совпадают с направлением акустических волн и в среде возникают упругие деформации сжатия.
где –Е – модуль Юнга;
ρ – плотность среды.
Поперечными называются волны когда колебания частиц среды происходят перпендикулярно к направлению акустической волны и в среде возникают и распространяются упругие деформации сдвига – G.
Важнейшей акустической характеристикой является упругое волновое сопротивление – акустический импеданс.
Классификация методов акустического контроля
АНК основан
Источниками УЗК является генераторы импульсов. Получаемые от них высокочастотные электрические колебания преобразуются в ультразвук. С помощью специальных электроакустических преобразователей которые осуществляют и обратные преобразования (Уз – электрические сигналы).
Схема электрического преобразователя
Протектор – (защитник) служит для защиты пьезопластины от механических повреждений и воздействия контактной жидкости.
Пьезопластина – изготавливается из материала в которых под действием электрического поля возникает деформация кристаллов – кварц, титанат бария.
Демфер – (глушитель) для ослабления колебаний пластины.
Контактная жидкость предназначена для улучшения акустического контакта между преобразователем и контролируемым изделием.
Ультразвуковой метод контроля
Основы ультразвукового метода. Метод основан на способности ультразвуковых колебаний отражаться от поверхности внутренних неоднородностей среды.
Ультразвуковые колебания (УЗК) представляют собой упругие колебания с частотой, лежащей выше предела слышимости.
Обладая всеми свойствами звуковых колебаний, УЗК благодаря повышенной частоте имеют и некоторые специфические свойства: с повышением частоты увеличивается направленность УЗК и при частотах порядка мегагерц угол раскрытия пучка УЗК столь мал, что к нему можно применить понятие «ультразвуковой луч». Это оправдывается и тем, что законы распространения УЗК (преломление, отражение, дифракция) аналогичны законам геометрической оптики.
Благодаря своей направленности, способности проникать в металл на большую глубину и высокому коэффициенту отражения от границы металл — воздух УЗК могут быть применены для выявления дефектов в металлах.
Методика контроля импульсным эхо-методом. Контролю удобнее подвергать полуфабрикаты и детали несложной формы (плоскопараллельные и тела вращения). Поверхности детали, с которых предполагается проводить прозву-чивание, следует обработать со степенью чистоты, соответствующей чистовой обточке на токарном станке, и смазать тонким слоем минерального масла.
Выбор рабочей частоты УЗК зависит в основном от следующих факторов: а) чистоты обработки поверхности; б) величины зерна; в) наличия в металле мелкой рассеянной пористости; г) наличия в сплаве структурных составляющих, резко отличающихся по упругим свойствам и плотности от основы, например графит в чугуне, свинец в свинцовистой бронзе и др.
Чем выше частота, тем более мелкие дефекты и неоднородности могут быть обнаружены; однако с повышением частоты затрудняются ввод УЗК в металл и расшифровка показаний, поскольку мелкие неоднородности металла, не являющиеся достаточно серьезными дефектами, при высоких частотах дают свои эхо-сигналы.
Практика показывает, что большая часть задач, возникающих в производственных условиях, решается .при пользовании частотами от 0,5 до 5,0 Мгц.
Для проведения контроля искательные головки прикладывают к поверхности изделия и, постепенно перемещая их, наблюдают за экране. При этом можно осуществить надежный контроль изделия на наличие дефектов и определить их координаты.
Одним из наиболее универсальных дефектоскопов является прибор типа В4-7И. Он работает на частотах 0,7; 1,5; 2,5 и 4,0 Мгц с одной совмещенной или с двумя раздельными головками с пьезоэлементами из кварца и титаната бария. Прибор позволяет с помощью специального электронного устройства «69лубинномера» определять расстояние от поверхности ввода УЗК до отражающей поверхности.
Контроль внутренних дефектов осуществляется путем ввода УЗК в изделие и регистрации отраженных волн.
1. дефект; 2. изделие; 3. акустический преобразователь; 4. генератор импульсов; 5. блок усиления и развертки; 6. электроннолучевая трубка.
Импульс: А – зондирующий импульс; В – донный эхо импульс; С – эхо импульс дефекта; X – толщина изделия; XД – глубина залегания дефекта.
Электрический сигнал от генератора импульса 4 поступает на электроакустический преобразователь 3, где он преобразуется в УЗК и электронно лучевую трубку на которой формируется начальный зондирующий импульс А УЗК – пройдя расстояние X (толщина изделия) отражается от противоположной стороны поверхности изделия и вновь воспринимаются преобразователем в котором преобразуются в электрический сигнал. Сигнал проходя через блок усилителя и развертки поступает на экран т. е. где формируется донный эхо импульс В. Отраженный от дефекта УЗК формируют эхо импульс С.
Чувствительность и область применения. Импульсным ультразвуковым методом удается выявлять дефекты весьма малых размеров (площадью в несколько квадратных миллиметров) на глубине до нескольких метров в изделиях не-сложной формы. В ряде случаев могут быть выявлены дефекты сварного шва.
Контролю могут подвергаться детали значительных габаритов — порядка нескольких метров. При этом, однако, следует помнить, что чувствительность метода быстро падает с увеличением глубины залегания дефекта — при прочих равных условиях глубоколежащие дефекты обнаруживаются лишь в случае, если отражающая поверхность их достаточно велика. Кроме того, чувствительность метода ограничена также и по минимуму — в непосредственной близости от поверхности ввода УЗК (на глубине 3—6 мм) дефекты не могут быть обнаружены из-за наложения отраженного от дефекта эхо-сигнала на посылаемый («мертвая зона»).
Применение метода затруднительно также при сложности формы изделия (фасонное литье), грубой поверхности, резкой гетерогенности сплава.
Контроль поверхностных и подповерхностных дефектов возможен благодаря возбуждению в неконтролируемом изделии.
Схема эхоимпульсного контроля.
1-1.́ – поверхностные дефекты; 2. – изделие; 3. – электроакустический преобразователь; А – зондирование импульса; В – торцовой импульс; С – эхоимпульс от дефекта 1; С́ – эхоимпульс от дефекта 1́
Поверхностная волна проходит вдоль всего изделия, отражается и возвращается в виде эхосигнала на преобразователь. При эхо методе в изделии имеется часть объема в котором дефекты не выявляются. Это так называемая мертвая зона. Если на этом участке расположен дефект выявить его практически невозможно т. к. сигнал от него С́ сливается с зондирующим сигналом А.
Автоматизация контроля при контактном способе ввода УЗК в изделие (через тонкий слой контактной смазки) может быть осуществлена с помощью автоматических сигнализаторов дефекта. Однако наибольший эффект .автоматизация дает при работе по иммерсионному варианту импульсного эхо-метода, который к тому же позволяет в значительной степени преодолеть затруднения, связанные со сложностью формы и наличием грубой поверхности.
При работе по этому варианту искательные головки и контролируемое изделие полностью погружены в жидкость (большей частью — вода, иногда масло), причем зазор между искательной головкой и поверхностью изделия составляет несколько сантиметров.
Использование такого погружения представляет особые выгоды. Это связано прежде всего с тем, что отпадают проблемы акустического контакта и износоустойчивости искательных головок; контакт получается постоянным и весьма надежным, в результате чего теряет свое значение донный сигнал как основной индикатор надежности акустического контакта и появляется возможность ввода УЗК в изделие под любым углам к поверхности. Вследствие этого можно снизить требования к чистоте обработки поверхности изделия, так как колебания вводятся достаточно эффективно в изделие с грубой поверхностью (например, в необработанную поковку). При достаточной мощности зондирующего импульса можно поэтому использовать УЗК значительно более высоких частот — порядка 20—25 Мгц, что в свою очередь приводит к повышению чувствительности и разрешающей способности метода. При иммерсионном варианте значительно облегчается запись показаний дефектоскопа, а применение в осциллоскопическом индикаторе электронно-лучевой трубки с большой длительностью послесвечения и развертки позволяет видеть на экране изображение контуров контролируемого изделия и дефектов в прозвучиваемом сечении.
Теневой метод
Основан на уменьшении амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта осуществляется путем ввода УЗК в деталь и регистрации прошедших через нее ультразвуковых волн с противоположной стороны строго против места ввода.
Рис. 1. Схема УЗК теневым методом 1. – дефект; 2 – тело; 3. – электроакустические преобразователи; 4 – генератор импульса; 5 – блок усиления и развертки
А – зондирующий импульс; Аx – импульс после выхода из изделия; Ад – импульс при наличие дефекта.
На контролируемое изделие с двух сторон устанавливается электроакустические преобразователи. К верхнему зондирующему преобразователю от генератора подается электрический сигнал, который преобразуется вУЗКолебания. При прохождении УЗК через изделие интенсивность колебания из-за рассеивания и поглощения будет уменьшаться. Поэтому на экране ЭЛТ будут видны 2 импульса. Слева зондирующий, ас права с амплитудой Аx соответствующий интенсивности УЗК после выхода из изделия.
Для контроля требуется доступ к изделию с обеих сторон. Ввод УЗК в изделие обычно осуществляется через жидкость, т. е. иммерсионным методом.
В настоящее время теневой метод используется главным образом для контроля качества металлических изделий простей формы (листы, многослойные диски, трубы, подшипники).
Контроль структуры и свойств сплава
Импульсный эхо-дефектоскоп основан на том же принципе, что и гидроакустические приборы — эхолот и дальномер. Излучатель посылает в исследуемую среду короткие (т=0,5—10 мксек) импульсы упругих колебаний, разделенные относительно продолжительными (t = 1—5 мсек) паузами. Отраженные от поверхности дефекта эхо-сигналы попадают на приемное устройство, находящееся вблизи от излучателя или совмещенное с ним, и отмечаются индикатором.
Измеряя время от момента посылки импульса до момента приема эхо-сигнала, можно определить расстояние до дефекта.
Акустический контроль структуры и физико-механических свойств основан на связи этих характеристик с акустическими свойствами металлов. Определяют размер зерна, контролируют содержание неметаллических включений, количества графита в чугунах, плотность структуры и т. д.
Рис. Зависимость скорости данного эхосигнала от СЕ – углеродного эквивалента серого чугуна
Рис. Осциллограмма отраженных эхо импульсов используется для оценки плотности отливок из легких сплавов АС – провал (микродефекты)
Звуковой метод контроля
Низкочастотный метод акустического контроля основан на возбуждении и регистрации в контролируемом изделии упругих колебаний в диапазоне звуковых частот 0,5-20 КГц. В зависимости от способа возбуждения колебаний различают методы свободных и вынужденных колебаний
Метод свободных колебаний заключается в ударно динамическом возбуждении силы которая возбуждает в ней звуковые колебания.
Метод вынужденных колебаний заключается в возбуждении в изделии таких колебаний, частоты которых совпадают с собственной частотой изделий.
Рис. Зависимость резонансной частоты от твердости чугуна
Рис. Блок схема установки для измерения резонансной частоты 1. – изделие; 2. – резиновые опоры; 3. – излучатель колебаний; 4. – генератор электромагнитных колебаний; 5 – частотомер; 6. – вольтметр; 7. – осциллограф; 8. – приемник колебаний.
При достижении резонанса, который фиксируется по максимальной амплитуде осциллографом 7 и максимальному напряжению на вольтметре 6 с помощью частотомера 5 измеряют значения резонансной частоты fp.
Лекция 14
Тема. Радиационный неразрушающий контроль.
Краткое содержание. Физические основы. Классификация методов в зависимости от вида и источника ионизирующего излучения и способа регистрации дефектоскопической информации. Радиографическая дефектоскопия: методика проведения, приборы, характеристики, рентгеновских пленок. Радиоскопическая дефектоскопия. Радиометрический метод контроля. Дефектоскопия и контроль внутреннего строения.
Радиационный контроль
Физические основы
Радиационная дефектоскопия является наиболее распространенным методом, неразрушающего контроля. Она предназначена для выявления внутренних дефектов в различных по массе и размерам и сложности изделий из любых сплавов. Радиационный контроль основан на просвечивании изделий ионизирующим излучением при прохождении излучения через контролируемое изделие происходит процесс поглощения и рассеивания излучения материалов и изделий.
1. – источник ионизирующего излучения; 2. – дефект; 3. – изделие; 4. – детектор, индикатор; Iо – начальная интенсивность излучения на бездефектном участке; Ixд – интенсивность излучения на участке с дефектом
На выходе из изделия интенсивность излучения уменьшается.
где μ – линейный коэффициент ослабления =0,017ρλ³z³
ρ – плотность материала изделия;
λ – длина волны излучения;
z – порядковый номер элемента основы сплава.
Для различных металлов и их сплавов коэффициент ослабления может колебаться в очень широких пределах.
λ=0,15 Нм
W, Мо μ=1700-3200 см-1
Fe, Ni μ=570-900 см-1
Для выявления дефектов радиационными методами необходимо получить достаточную радиационную контрастность т.е. разницу интенсивности Ix и Ixg в зависимости от типа дефектов распределения интенсивности просвечивающего излучения на выходе из изделия имеет различный характер.
Дефекты
Интенсивность
а – раковины, пористость; б – трещины; в – неметаллические включения или ликвационная неоднородность
Методы радиационного контроля классифицируют в зависимости от вида ионизирующего излучения и способа регистрации дифектоскопической информации.
Основные виды излучения:
- тормозное х;
- гамма γ;
нейтронное n.
Источники излучения:
- рентгеновские аппараты;
- ускорители;
- радиоактивные источники β- излучения с мишенью;
- ядерные реакторы.
Фотопленка – используется фотохимический эффект взаимодействия излучения с веществом
Ксеропластина – используется электрический эффект при взаимодействии излучения.
Изображение появляется при проведении следующей операции. Перед ионизацией фотослой пластины заряжается до напряжения 0,6-1кВ. затем ее размещают относительно объекта слоем силена к объекту. Во время экспозиции ионизирующие излучение от контролируемого объекта попадает на материал фотослоем пластины частично разряжая его тем больше, чем больше интенсивность излучения. В результате на пластине образуется электростатический рельеф. Изображение четко видно при нанесении на этот рельеф дисперсного порошка.
Усиливающие металлические и флюоресцентные экраны применяют для сокращения времени просвечивания. Усиливающее действие экранов характеризуется коэффициентом усиления, определяемым отношением времен просвечивания без экрана и с экраном.
Усиливающее действие металлических экранов, используемых при контроле методом прямой экспозиции, определяется вторичными электронами, образующимися в экране при прохождении через него ионизирующего излучения. Экраны изготовляют из фольги тяжелых металлов (свинец, вольфрам, олово и др.), так как она обеспечивает высокие коэффициенты усиления. Для каждого источника ионизирующего излучения материал экрана следует выбирать в зависимости от его энергии, в частности, для рентгеновского излучения целесообразно использовать олово, вольфрам, свинец, для -γ-излучения —вольфрам, свинец. Толщина экрана должна быть равна максимальной длине пробега вторичных электронов в экране.
Усиливающее действие флюоресцентных экранов определяется действием фотонов видимой, сине-фиолетовой, ультрафиолетовой и инфракрасной областей спектра, высвечиваемых из люминофоров при прохождении через них ионизирующего излучения. В качестве люминофоров используют ZnS, CdS, BaSO4, PbSO4 CaWО4и др.
Флюоресцентные экраны изготовляют в виде пластмассовых или картонных подложек, на которые наносят слой люминофора. Эти экраны рекомендуется использовать с экранными радиографическими пленками, поскольку спектральная чувствительность эмульсии пленки и спектр свечения экранов хорошо согласуются.
При радиографии применяют флюорометаллические усиливающие экраны в виде свинцовой подложки с нанесенным па нее слоем люминофора. Они имеют больший коэффициент усиления, чем металлические, и обеспечивают лучшую чувствительность, чем флюоресцентные экраны.
Усиливающие экраны используют в виде заднего и переднего экранов, между которыми размещены радиографические пленки. При этом увеличивается коэффициент усиления и уменьшается влияние рассеянного излучения на пленку. Толщину металлических экранов, а также материал люминофора и его количество в составе флюоресцентпых экранов выбирают в зависимости от типа источника излучения.
Электрические свойства рентгеновской трубки характеризуются ускоряющим напряжением U, анодным током і и током накала ія.І
Оптические свойства рентгеновской трубки определяются формой и размерами оптического фокуса трубки. В настоящее время применяют трубки с круглым или прямоугольным (линейным) фокусом. Импульсные рентгеновские трубки предназначены для исследования быстропротекающих процессов. Длительность импульсов ~20 нс. В этих трубках за короткий промежуток времени создается ток 103—105 А. Анод в таких трубках выполняется в виде вольфрамовой иглы, а катод — в виде кольца или диска. Трубки работают при разряжении 10-5—10-6 мм рт. ст.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
ВЫЯВЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ТЕПЛОВЫМ МЕТОДОМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ДИАГНОСТИКА И ДЕФЕКТОСКОПИЯ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ»
(для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203)
Луганск 2007
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
ВЫЯВЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ТЕПЛОВЫМ МЕТОДОМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ДИАГНОСТИКА И ДЕФЕКТОСКОПИЯ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ»
(для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203)
УТВЕРЖДЕНО
на заседании кафедры
прикладного материаловедения.
Протокол № от 2008
Луганск 2008
УДК 681.2
Методические указания к лабораторной работе «Выявление дефектов тепловым методом неразрушающего контроля» по дисциплине «Диагностика и дефектоскопия материалов и изделий» (для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203) / Сост.: Л.А. Рябичева, Ю.Н. Никитин - Луганск: изд-во Восточноукр. нац. ун-та им. В. Даля, 2008. - с.
Приведен порядок выполнения лабораторной работы, содержание отчета, необходимые сведения из теории, вопросы для контроля и список рекомендуемой литературы.
2.1. При подготовке к лабораторной работе опишите:
- физические основы тепловых методов неразрушающего контроля;
- устройство и принцип работы визуального яркостного пирометра;
2.2. Произведите контроль качества образца с помощью визуального пирометра:
- металлический образец, подлежащий контролю, очистите от ржавчины;
- поместите образец в печь и нагрейте до температуры 800°С;
- произведите выдержку образца в печи при температуре 800°С в течении 10 минут для равномерного прогрева образца;
- через отверстие в заслонке печи с помощью пирометра исследуйте поверхность образцов на наличие дефектов;
- сделайте вывод о качестве образца.
3. СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
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, наличие мест локального перегрева (охлаждения) и т. п.
Основной характеристикой температурного поля, являющейся индикатором дефектности, служит величина локального температурного перепада. Координаты места перепада, его рельеф или, иными словами, топология температурного поля и его величина в градусах являются функцией большого количества факторов. Эти факторы можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние факторы определяются теплофизическими свойствами контролируемого объекта и дефекта, а также их геометрическими параметрами. Эти же факторы определяют временные параметры процесса теплопередачи, в основном, процесса развития температурного перепада. Внешними факторами являются характеристики процесса теплообмена на поверхности объекта контроля (чаще всего величина коэффициента конвективной теплоотдачи), мощность источника нагрева и скорость его перемещения вдоль объекта контроля.
Основным информационным параметром при ТНК является локальная разность температур между дефектной ТА и бездефектной ТВ областями объекта ∆Т= = та — tВ. Знак перепада зависит от соотношения теплофизических свойств дефекта и изделия и исследуемой поверхности. При нагреве изделий, содержащих дефекты, плохо проводящие тепло (типа газовых включений), перепад положителен для поверхности, подвергнутой нагреву (т. е. место дефекта характеризуется локальным повышением температуры), и отрицателен для противоположной стороны. В случае дефекта, проводящего тепло лучше основного изделия (металлические вкрапления), знак перепада изменяется на обратный.
Увеличение мощности нагревателя и уменьшение интенсивности теплообмена приводит к росту уровня нагрева d изделия и лучшему выявлению дефектов.
Для неконтактного измерения температуры применяются на равнее с радиационными, яркостные пирометры. Их принцип действия основан на регистрации теплового излучения нагретых объектов. Тепловая энергия излучается телами в виде электромагнитных волн. Пирометры излучения используют наиболее широко видимую область спектра, примерно, 0.40 - 0.72 мкм и часть инфракрасной области, которая простирается от 0.72 до 1000 мкм. Яркостные визуальные пирометры применяют для измерения яркостных температур выше 6000С. Принцип их действия основан на зависимости спектральной яркости нагретых тел от температуры, описываемой законами Планка и Вина.
Схема яркостного пирометра показана на рис.1.
Рис. 1. Визуальный яркостный пирометр
а- схема пирометра, б- определение температуры тела;
1 - температура нити на 10° С ниже температуры источника излучения, 2 - равенство температур, 3- температура нити на 10° С выше температуры источника излучения:
Человек может измерить температуру по яркости излучения лишь очень приближенно. На темном фоне раскаленные предметы кажутся более яркими, на светлом - более темными. Однако сравнивать яркость излучения человеческий глаз может очень точно, его контрастная чувствительность равна 0.4-0.6 град. На этом свойстве глаза и построено измерение яркостной температуры оптическими пирометрами с исчезающей нитью.
Изображение источника излучения объективом 3 проецируется на плоскость, в которой расположена нить пирометрической лампы 1. В окуляр 4 наблюдатель видит одновременно в одной плоскости изображение объекта визирования и нагретой нити пирометрической лампы. Потенциометром 2 меняют яркость лампы до исчезновения ее изображения на фоне объекта, затем определяют соответствующий этому моменту ток лампы и по градуировочной шкале прибора температуру объекта.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что выступает в качестве пробной энергии в тепловых методах неразрушающего контроля?
2. Что является источником информации об особенностях процесса теплопередачи в материале?
3. Что понимают под дефектом?
4. Что является индикатором дефектности при исследовании нагретого материала?
5. Какие факторы определяют температурное поле?
6. Как зависит локальная разность температур между дефектной и бездефектной областями от теплофизических свойств дефектов?
7. Что способствует улучшению выявления дефектов?
8. На чем основан принцип действия яркостных пирометров?
9. Принцип работы яркостного пирометра?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Под ред. В. В. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1986. 488 с., ил.
2. Методы неразрушающих испытаний / Под ред. Р. Шарпа. М.: Мир, 1972.494с.
3. Волченко В.Н. Контроль качества сварных конструкций: -М.: Машиностроение, 1986.-152 с.
4. Неразрушающий контроль материалов и элементов конструкций/ Под общ. ред. Гузя А.Н. - Киев: Наук. думка, 1981. - 276 с.
5. Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов.- М.: Высш. шк., 1988.-386 с.: ил.
6. ГОСТ 23483-79 Классификация тепловых методов неразрушающего контроля.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД ДЕФЕКТОСКОПИИ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ДИАГНОСТИКА И ДЕФЕКТОСКОПИЯ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ»
(для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203)
Луганск 2007
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД ДЕФЕКТОСКОПИИ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ДИАГНОСТИКА И ДЕФЕКТОСКОПИЯ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ»
(для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203)
УТВЕРЖДЕНО
на заседании кафедры
прикладного материаловедения.
Протокол № от 2008
Луганск 2008
УДК 681.2
Методические указания к лабораторной работе «Ультразвуковой метод дефектоскопии» по дисциплине «Диагностика и дефектоскопия материалов и изделий» (для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203) / Сост.: Л.И. Карташова Ю.Н. Никитин - Луганск: изд-во Восточноукр. нац. ун-та им. В. Даля, 2008. - с.
Приведен порядок выполнения лабораторной работы, содержание отчета, необходимые сведения из теории, вопросы для контроля и список рекомендуемой литературы.
Цель работы: Ознакомиться с контролем деталей методом ультразвуковой дефектоскопии.
1. МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
- ультразвуковой дефектоскоп ДУК-66ПМ;
- образцы для контроля;
- щуп.
2. Сущность ультразвукового контроля
Ультразвуковой метод дефектоскопии основан на принципе приема ультразвуковых импульсов, отраженных от дефекта внутри металла. Принцип действия импульсного ультразвукового дефектоскопа заключается в следующем.
На поверхности детали устанавливают пьезоэлектрический вибратор (щуп) с пластинкой титаната бария (или кварца), электрически связанной с прибором (рис. 1). Пластинка титаната бария (кварца) возбуждается электрическими импульсами высокой частоты на короткий промежуток времени (1—3 мкс). Вследствие явления обратного пьезоэффекта пластинка титаната бария (кварца) излучает ультразвуковой импульс, который проходит в металл. Отраженный от дефекта и от дна ультразвуковой импульс частично возвращается обратном направлении и попадает на пьезоэлектрический вибратор, который теперь служит приемником. Вследствие явления прямого пьезоэффекта титаната бария (кварца) пластинка преобразует ультразвуковые (т. е. механические импульсы в электрические которые усиливаются и регистрируются на экране индикатора.
Индикатором в дефектоскопе служит электроннолучевая трубка, на экран которой с помощью специального развертывающего устройства возникает временная диаграмма, соответствующая распространинию ультразвукового импульса в металле. Горизонтальная линия на экране индикатора представляє собой ось времени. Ее начало совпадает с временем посылки импульса в металл, а конец — с временем возвращения к вибратору ультразвукового импульса отраженного от дна образца, так как ультразвук распространяется в данном металле с постоянной скоростью
,
где v — скорость звука; S — расстояние; τ — время.
Время распространения прямо пропорционально пройденному пути, т. е. длина горизонтальной оси времени на экране индикатора представляет масштабно изображение контролируемой длины. Очевидно, что время, необходимое для распространения ультразвукового импульса, отраженного от дефекта, будет меньше времени распространения импульса, отраженного от дна детали, поэтому дефект, находящийся внутри металла и отразившийся ультразвук, будет зарегистрирован на экране индикатора в виде четко выраженного всплеска импульса (рис. 2). Расстояние между начальным импульсом и импульсом, отраженным от дефекта, соответствует глубине залегания дефекта. Посылка ультразвукового импульса в металл производится периодически (много раз в секунду). Развертывающее устройство работает синхронно с передающим, так что каждая последующая картина на экране индикатора точно совпадает с предыдущей.
Рис. 2. Картина распределения импульсов на электронно-лучевой трубе при обнаружения дефекта:
1 — начальный импульс; 2 — импульс, отраженный от дефекта; 3 — импульс, отраженный от дна образца (донный импульс)
Назначение и устройство ультразвукового дефектоскопа
Дефектоскоп предназначен для выявления внутренних дефектов в деталях, поковках и отливках любых металлов при следующих основных характеристиках:
Максимальная глубина, подлежащая проверке, мм 3000
Минимальная глубина под поверхностью, на которой обнаруживаются дефекты (при работе на один щуп), мм 5
Минимальная площадь (в мм2) обнаруживаемого дефекта на глубине 100 мм:
при частоте тока 2,5 МГц 0,7
при частоте тока 1,25 МГц 4
Точность указания места расположения дефекта, % 3
Питание:
напряжение, В 110—127—220
частота тока, Гц 50
потребляемая мощность, Вт 120
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
ВЫЯВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВКАХ ТЕПЛОВЫМ МЕТОДОМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ДИАГНОСТИКА И ДЕФЕКТОСКОПИЯ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ»
(для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203)
Луганск 2007
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
ВЫЯВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВКАХ ТЕПЛОВЫМ МЕТОДОМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ДИАГНОСТИКА И ДЕФЕКТОСКОПИЯ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ»
(для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203)
УТВЕРЖДЕНО
на заседании кафедры
прикладного материаловедения.
Протокол № от 2008
Луганск 2008
УДК 681.2
Методические указания к лабораторной работе «Выявление поверхностных дефектов в металлических заготовках тепловым методом неразрушающего контроля» по дисциплине «Диагностика и дефектоскопия материалов и изделий» (для студентов, обучающихся по направлению «Инженерное материаловедение», специальности 7.090201, 7.090203) / Сост.: Л.А. Рябичева, Ю. Н.Никитин - Луганск: изд-во Восточноукр. нац. ун-та им. В. Даля, 2008. - с.
Приведен порядок выполнения лабораторной работы, содержание отчета, необходимые сведения из теории, вопросы для контроля и список рекомендуемой литературы.
2.1. При подготовке к лабораторной работе опишите:
- физические основы тепловых методов неразрушающего контроля;
- устройство и принцип работы визуального яркостного пирометра;
2.2. Произведите контроль качества образца с помощью визуального пирометра:
- металлический образец, подлежащий контролю, очистите от ржавчины;
- поместите образец в печь и нагрейте до температуры 800°С;
- произведите выдержку образца в печи при температуре 800°С в течении 10 минут для равномерного прогрева образца;
- через отверстие в заслонке печи с помощью пирометра исследуйте поверхность образцов на наличие дефектов;
- сделайте вывод о качестве образца.
3. СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
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, наличие мест локального перегрева (охлаждения) и т. п.
Основной характеристикой температурного поля, являющейся индикатором дефектности, служитвеличина локального температурного перепада. Координаты места перепада, его рельеф или, иными словами, топология температурного поля и его величина в градусах являются функцией большого количества факторов. Эти факторы можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние факторы определяются теплофизическими свойствами контролируемого объекта и дефекта, а также их геометрическими параметрами. Эти же факторы определяют временные параметры процесса теплопередачи, в основном, процесса развития температурного перепада. Внешними факторами являются характеристики процесса теплообмена на поверхности объекта контроля (чаще всего величина коэффициента конвективной теплоотдачи), мощность источника нагрева и скорость его перемещения вдоль объекта контроля.
Основным информационным параметром при ТНК является локальная разность температур между дефектной ТА и бездефектной ТВ областями объекта ∆Т= = та — tВ. Знак перепада зависит от соотношения теплофизических свойств дефекта и изделия и исследуемой поверхности. При нагреве изделий, содержащих дефекты, плохо проводящие тепло (типа газовых включений), перепад положителен для поверхности, подвергнутой нагреву (т. е. место дефекта характеризуется локальным повышением температуры), и отрицателен для противоположной стороны. В случае дефекта, проводящего тепло лучше основного изделия (металлические вкрапления), знак перепада изменяется на обратный.
Увеличение мощности нагревателя и уменьшение интенсивности теплообмена приводит к росту уровня нагрева d изделия и лучшему выявлению дефектов.
Для неконтактного измерения температуры применяются на равнее с радиационными, яркостные пирометры. Их принцип действия основан на регистрации теплового излучения нагретых объектов. Тепловая энергия излучается телами в виде электромагнитных волн. Пирометры излучения используют наиболее широко видимую область спектра, примерно, 0.40 - 0.72 мкм и часть инфракрасной области, которая простирается от 0.72 до 1000 мкм. Яркостные визуальные пирометры применяют для измерения яркостных температур выше 6000С. Принцип их действия основан на зависимости спектральной яркости нагретых тел от температуры, описываемой законами Планка и Вина.
Человек может измерить температуру по яркости излучения лишь очень приближенно. На темном фоне раскаленные предметы кажутся более яркими, на светлом - более темными. Однако сравнивать яркость излучения человеческий глаз может очень точно, его контрастная чувствительность равна 0.4-0.6 град. На этом свойстве глаза и построено измерение яркостной температуры оптическими пирометрами с исчезающей нитью.
Схема яркостного пирометра показана на рис.1.
Рис. 1. Визуальный яркостный пирометр
а- схема пирометра, б- определение температуры тела;
1 - температура нити на 10° С ниже температуры источника излучения, 2 - равенство температур, 3- температура нити на 10° С выше температуры источника излучения
Изображение источника излучения объективом 3 проецируется на плоскость, в которой расположена нить пирометрической лампы 1. В окуляр 4 наблюдатель видит одновременно в одной плоскости изображение объекта визирования и нагретой нити пирометрической лампы. Потенциометром 2 меняют яркость лампы до исчезновения ее изображения на фоне объекта, затем определяют соответствующий этому моменту ток лампы и по градуировочной шкале прибора температуру объекта.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что выступает в качестве пробной энергии в тепловых методах неразрушающего контроля?
2. Что является источником информации об особенностях процесса теплопередачи в материале?
3. Что понимают под дефектом?
4. Что является индикатором дефектности при исследовании нагретого материала?
5. Какие факторы определяют температурное поле?
6. Как зависит локальная разность температур между дефектной и бездефектной областями от теплофизических свойств дефектов?
7. Что способствует улучшению выявления дефектов?
8. На чем основан принцип действия яркостных пирометров?
9. Принцип работы яркостного пирометра?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Под ред. В. В. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1986. 488 с., ил.
2. Методы неразрушающих испытаний / Под ред. Р. Шарпа. М.: Мир, 1972.494с.
3. Волченко В.Н. Контроль качества сварных конструкций: -М.: Машиностроение, 1986.-152 с.
4. Неразрушающий контроль материалов и элементов конструкций/ Под общ. ред. Гузя А.Н. - Киев: Наук. думка, 1981. - 276 с.
5. Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов.- М.: Высш. шк., 1988.-386 с.: ил.
6. ГОСТ 23483-79 Классификация тепловых методов неразрушающего контроля.
