Обнаружение дефектов методом технической дефектоскопии отливок, сварных швов, проката

 

Цель работы: Практическое изучение принципов и методов акустического контроля отливок. Изучение устройства и принципа работы импульсного ультразвукового эходефектоскопа УДМ-1М.

Акустические методы контроля отливок относятся к группе методов неразрушающего контроля (МНК). К этим методам относят: 1) капиллярный метод; 2) магнитная дефектоскопия; 3) акустический метод.

Согласно ГОСТ 18353-79, МНК подразделяют: на акустические, капиллярные, магнитные, оптические, радиационные, радиоволновые, тепловые, течеискания, электрические и электромагнитные. Акустические методы неразрушающего контроля основаны на способности упругих волн распространяться в однородном твердом теле и на его поверхностях и отражаться от границ тела или нарушений сплошности, обладающих другими акустическими свойствами.

Акустический контроль отливок используют для решения следующих задач: обнаружения дефектов отливок типа нарушения сплошности или локальной структурной неоднородности сплава; контроля размеров отливок; оценки параметров структуры отливок и физических свойств сплавов (скорости распространения упругих колебаний, модуля упругости, модуля сдвига и др.).

Основными преимуществами акустического контроля являются: большая проникающая способность, позволяющая обнаруживать дефекты, залегающие на большой глубине; достаточно высокая чувствительность к выявлению мелких дефектов; возможность определения размеров и координат залегания дефектов; мгновенная индикация дефектов; практически полная безопасность проведения работ по контролю.

При неразрушающем контроле обычно используют акустические волны в звуковом (от 20 Гц до 2^. 10⁴ Гц) и ультразвуковом (от 2^. 10⁴ Гц до 1^. 10⁹ Гц) диапазонах. Из числа известных методов акустического контроля в настоящее время для контроля отливок применяют в основном эхоимпульсный и теневой.

Эхоимпульсный метод основан на посылке в контролируемое изделие коротких импульсов ультразвуковых колебаний и на регистрации интенсивности и времени прихода эхосигналов, отраженных от дефектов или границ изделия. Преобразователь посылает короткие импульсы ультразвуковых колебаний через определенные промежутки времени. В периоды между посылкой импульсов преобразователь работает в режиме приемника отраженных эхосигналов.

Индикаторным устройством эходефектоскопа служит электронно-лучевая трубка 7, на экране которой с помощью генератора развертки вычерчивается горизонтальная линия. Работа генератора импульсов и генератора развертки синхронизируется так, что в момент возбуждения зондирующего импульса на начальном участке линии развертки появляется пик.

Блок-схема импульсного эходефектоскопа:

1 –пьезоэлектрический преобразователь; 2 – отливка; 3 – генератор импульсов;
4 – синхронизатор; 5 – генератор развертки; 6 – усилитель; 7 – электронно-лучевая трубка;
8 – зондирующий сигнал; 9 – импульс от дефекта; 10 – донный импульс

 

Схема теневого контроля: 1 – генератор; 2 – излучатель; 3 – приемник; 4 – усилитель; 5 – индикатор; 6 – отливка; 7 – дефект

Дойдя до дефекта или противоположной грани (дна) отливки, импульсы ультразвуковых колебаний отражаются от них. Таким образом, на линии развертки появляются импульсы от дефектов и донный импульс. Поскольку скорость распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом сплаве постоянна, а расстояние между пиками на линии развертки пропорционально времени прихода эхосигналов на преобразователь, то можно измерить глубину залегания дефекта l или толщину стенки отливки при одностороннем доступе к ней, используя формулу: l = c^. t/2, где: l – расстояние от преобразователя до противоположной грани отливки или до дефекта; t - время распространения импульса до дефекта или противоположной грани и обратно.

Теневой метод акустического контроля (или метод сквозного прозвучивания) основан на оценке свойств контролируемого изделия по изменению энергии упругих волн, прошедших через контролируемый участок изделия.

Акустические колебания обычно вводят с одной стороны контролируемого изделия, а принимают с другой. Вследствие затухания и рассеяния интенсивность акустических колебаний, проходящих сквозь изделие, уменьшается. При постоянной толщине изделия, однородном материале и параллельности передней и противоположной поверхностей, интенсивность прошедших колебаний будет иметь вполне определенное значение, которое пронимают за исходное. Если на пути акустической волны встретится дефект, то он как бы отбросит «акустическую тень» на приемный преобразователь, и показания индикатора уменьшатся. Если дефект полностью перекроет фронт акустической волны, то индикатор дефектоскопа покажет ноль.

В практике акустического контроля отливок наиболее широко применяют универсальные ультразвуковые дефектоскопы, такие, как УД-11ПУ,
УД-23УМ, УД-10П и др. Они позволяют контролировать отливки эхоимпульсным и теневым методами. Современные дефектоскопы снабжены рядом вспомогательных устройств, упрощающих труд операторов и способствующих повышению достоверности результатов контроля.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

КАПИЛлЯРНЫЕ МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО
КОНТРОЛЯ ОТЛИВОК

 

Цель работы: Изучить методы капиллярного контроля отливок. Научиться выполнять керосиновую пробу.

Сущность всех методов капиллярной дефектоскопии состоит в том, что на очищенную очистителем поверхность отливки 1 наносят тонкий слой индикаторной жидкости или суспензии – пенетранта, который под действием капиллярных сил проникает в мелкие поверхностные дефекты 2. Избыток пенетранта смывается очистителем, а на высушенную поверхность наносят слой проявителя 3, способного адсорбировать пенетрант, оставшийся в микродефектах. После выдержки, а при необходимости и тепловой сушки, на поверхности изделия образуется так называемый индикаторный след 4 шириной Х_и>Х_д (Х_д – раскрытие дефекта).

Схема капиллярного метода

 

Индикаторный след можно наблюдать невооруженным глазом или с помощью лупы небольшого увеличения. Обнаружение этого следа, повторяющего характер дефекта, обусловлено либо его способностью люминесцировать под действием ультрафиолетового излучения, для чего используют источник ультрафиолетового излучения 5, либо его цветовым контрастом в видимом световом излучении.

Простейшей методикой капиллярного контроля является мыльная проба, предполагающая очистку и обезжиривание контролируемой поверхности с последующим нанесением на нее мыльного раствора. Проникая в капиллярные каналы поверхностных дефектов, мыльный раствор вытесняет из них воздух, который в виде пузырьков выходит на поверхность и очерчивает дефект. Мыльная проба не обеспечивает высокой чувствительности контроля, однако, может оказаться полезной при отсутствии специальных дефектоскопических материалов.

Керосиновую пробу также применяют при отсутствии специальных дефектоскопических материалов. На предварительно очищенную и обезжиренную поверхность отливки наносят слой керосина, обладающего хорошей проникающей способностью. В дальнейшем после протирки ветошью, на поверхность наносят меловое покрытие. Через некоторое время керосин, оставшийся в полостях дефектов впитывается в меловое покрытие и образует на нем хорошо видимые индикаторные следы. Керосиновую пробу применяют также как способ течеискания. При этом поверхность проверяемой отливки со стороны, доступной осмотру, покрывают слоем меловой краски. После ее высыхания поверхность отливки с противоположной стороны обильно смачивают керосином. Через 15 – 60 минут производят осмотр мелового покрытия, на котором в местах сквозных дефектов появляются полосы и пятна.

Цветной метод капиллярного контроля является одним из наиболее чувствительных. Его широко применяют для контроля особо ответственных отливок, например, лопаток газовых турбин.

Поверхность контролируемой отливки тщательно очищают от загрязнений, обезжиривают ацетоном или бензином, а затем сушат в струе теплого воздуха (60-80⁰С). Пенетрант представляет собой насыщенный раствор жирорастворимых красителей («Судан III», «Судан IV» и др.) в смеси керосина, бензина, бензола или скипидара. Через некоторое время после нанесения пенетранта его удаляют с поверхности отливки протиркой сухой или смоченной в смеси керосина и трансформаторного масла ветошью. В качестве проявителя используют разнообразные составы, например, коллодий на ацетоне – 60%; бензол – 40%; цинковые белила – 50 г/л.

Осмотр отливок производят при естественном или искусственном освещении через 1 – 30 мин после нанесения проявителя. Индикаторный след имеет ярко-красную или оранжевую окраску на фоне проявителя.

С целью повышения контрастности индикаторного следа используют явление люминесценции, т.е. свечения некоторых веществ под действием электромагнитного излучения с длиной волны 0,2 – 0,4 мкм. Одним из простых пенетрантов, способных люминесцировать, является смесь 85% керосина и 15% трансформаторного масла.

В качестве проявителей, применяемых при люминесцентно-порошковом контроле, используют мелкодисперсные порошки MgO, CaCO₃ или MgCO₃.

Через 20-30 минут поверхность осматривают при ультрафиолетовом излучении. Под действием ультрафиолетового излучения в местах расположения дефектов мигрировавший на поверхность пенетрант будет светиться. При отсутствии поверхностных дефектов поверхность отливки останется темной.