Сударикова Е.В. Неразрушающий контроль в производстве. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Методы

1. По характеру взаимодействия с контролируемым объектом

основным способом радиационного (рентгеновского и гамма) конт

роля является метод прохождения. Он основан на разном поглоще

нии ионизирующего излучения материалом изделия и дефектом.

2. В зависимости от природы ионизирующего излучения выделя

ют: рентгеновский, гамма, бета (поток электронов), нейтронный

методы контроля. Находят применение потоки позитронов: по сте

пени их поглощения определяют участки объекта, обедненные или

обогащенные электронами.

3. По используемому приемнику излучения выделяют:

– радиографический метод (приемник излучения – рентгеновская

пленка),

– радиометрический метод (приемник излучения – сканирую

щий сцинтилляционный счетчик частиц и фотонов),

– радиоскопический метод (приемник излучения – флюоресциру

ющий экран с последующим преобразованием изображения в телеви

зионное).

Примечание. Все рассмотренные виды контроля (магнитный, элект

рический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиаци

онный) основаны на применении электромагнитного излучения. Частота

колебаний повышалась от метода к методу.

При контроле магнитными и электрическими методами использова

лись постоянные или медленно меняющиеся поля.

В вихретоковом контроле частоты достигали мегагерцевого диапазо

на.

В радиоволновом – частота увеличилась до СВЧдиапазона (10

÷10

Гц).

В тепловом – частота увеличилась до частоты инфракрасного излуче

ния (10

÷4•10

Гц).

В оптическом контроле – частота увеличилась до частоты оптического

излучения (частота видимого излучения 4•10

÷7,5•10

Гц).

Рентгеновское и гаммаизлучения являются наиболее коротковолно

выми из всех, рассмотренных ранее: частота рентгеновского излучения

3•10

÷3•10

Гц; гаммаизлучение имеет частоту 3•10

÷3•10

Гц (дли

на волны 10

–10

÷10

–13

м).

8. Акустический вид НК

Акустический вид НК основан на регистрации параметров упру

гих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте.

В отличие от всех ранее рассмотренных методов здесь применяют

и регистрируют не электромагнитные, а упругие волны, параметры

которых тесно связаны с такими свойствами материалов, как упру

гость, плотность, анизотропия (неравномерность свойств по различ

ным направлениям) и др. Акустические свойства твердых материа

лов и воздуха настолько сильно отличаются, что акустические вол

ны отражаются от тончайших зазоров (трещин, непроваров) шири

ной 10

–6

÷10

–4

мм.

Применяется ко всем материалам, достаточно хорошо проводя

щим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бето

ну и т.д.

Первичные информативные параметры – например, количе

ство сигналов в единицу времени, амплитудночастотный спектр сиг

нала, локация места возникновения упругих волн, время задержки

прихода отраженного импульса.

Методы

1. По используемой частоте различают:

– Ультразвуковые методы – используют упругие волны ультра

звукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 кГц). Эти вол

ны возбуждаются и принимаются, как правило, пьезопреобразова

телями. Учитывая сильное отражение ультразвука от тончайших

воздушных зазоров, для передачи волн от пьезопреобразователя к

изделию используют жидкостный контакт.

– Методы, использующие звуковые частоты. Для возбуждения

волн звукового диапазона кроме пьезопреобразователей применяют

ударное воздействие, а для приема – микрофоны.

2. По характеру взаимодействия с объектом различают:

1) пассивные методы – регистрируются упругие волны, возни

кающие в само

′

м объекте:

– Шумовибрационный – основан на том, что шумы работающего

механизма позволяют судить о его исправности и неисправности и

даже о характере неисправности.

– Вибрационный – регистрируется вибрация определенных узлов

механизма и оценивается работоспособность этих узлов.

– Акустической эмиссии – использует упругие волны ультразву

кового (реже – звукового) диапазона, появляющиеся в результате

перестройки структуры материала, вызываемой: движением групп

дислокаций, возникновением и развитием трещин, аллотропически

ми превращениями в кристаллической решетке.

2) активные методы:

– Ультразвуковой – основан на использовании результатов из

мерения интенсивности пропускаемого контролируемым образцом

или отраженного им ультразвукового сигнала. Для контроля исполь

зуют стоячие волны (вынужденные или свободные колебания объек

та контроля или его части) и бегущие волны по схемам прохождения

или отражения. Метод используется для обнаружения трещин, ра

ковин и других нарушений сплошности, а также для выявления нео

днородностей структуры, плотности и т. д. внутри или на поверхно

сти металлических, пластмассовых и др. деталей. Наилучшие резуль

таты – при обнаружении больших резко очерченных изменений плот

ности или структуры в исследуемом образце, например, при обнару

жении значительных по размерам трещин или пустот, определении

границ раздела материалов, существенно различающихся по плот

ности.

– Методы колебаний – для измерения толщин (при односторон

нем доступе) и контроля свойств материалов (модуля упругости, ко

эффициента затухания).

– Импедансный метод – основан на измерении режима колебаний

преобразователя, соприкасающегося с объектом. Определяют: твер

дость материала изделия, податливость его поверхности (податли

вость улучшается под влиянием дефектов, близких к поверхности

изделия).

– Эхо!метод, или метод отражения. Посланный ультразвуковой

импульс отражается от нижней поверхности объекта или от дефек

та, и по амплитуде и времени прихода отраженных импульсов судят

о дефекте. Метод очень широко применяется для дефектоскопии ме

таллических заготовок и сварных соединений, контроля структуры

металлов, измерения толщины труб и сосудов;

– Метод прохождения – им дефектоскопируют изделия простой

формы (листы), оценивают прочность бетона, дерева и др. материа

лов, в которых прочность коррелирует со скоростью звука.

Развитие акустического метода – по следующим направлени

ям:

1) разработка новых способов обработки информации: очень пер

спективна вычислительная ультразвуковая голография;

2) разработка бесконтактных преобразователей – лазерных воз

будителей и приемников, электромагнитноакустических преобра

зователей, основанных на возбуждении колебаний поверхности

объекта внешним электромагнитным полем;

3) отстройка от шумов, главным образом связанных с отражени

ем упругих волн от структурных неоднородностей, например, границ

кристаллов в поликристаллическом материале;

4) применение специфических типов упругих волн в твердом теле:

поверхностных волн, волн в пластинах и стержнях;

5) разработка средств высокоточного измерения скорости ультра

звуковых волн.

9. НК проникающими веществами

Неразрушающий контроль проникающими веществами основан

на проникновении пробных веществ в полость дефектов контролиру

емого объекта.

Применение: для обнаружения слабо видимых невооруженным

глазом поверхностных дефектов (капиллярные методы) и для выяв

ления сквозных дефектов в перегородках (методы течеискания).

Методы:

1. Капиллярные – основаны на капиллярном проникновении в

полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, скипидара), хо

рошо смачивающей материал изделия;

2. Течеискания – в полость дефекта пробное вещество проникает

либо под действием разности давлений, либо под действием капил

лярных сил.

К НК проникающими веществами относится люминесцентный ме!

тод. В его основе лежит возможность видеть свет от люминесцирующих

веществ, находящихся в полости дефектов. Метод обладает высокой чув

ствительностью и во многих случаях является единственно возможным

для дефектоскопии немагнитных материалов. При помощи люминесци

рующих веществ можно выявить поверхностные трещины шириной около

0,01 мм и глубиной до 0,02–0,03 мм. Если же наносить люминофор на

изделие, помещенное в вакуум, то можно обнаружить и более мелкие

дефекты, так как в вакууме из полости дефектов удаляется воздух, пре

пятствующий заполнению их люминофором. Люминесцентный метод

находит применение во многих отраслях производства, но особенно ус

пешно его используют для контроля качества поверхностей закаленных

и шлифованных изделий, например, режущего инструмента.

10. Сопоставление видов НК

1. Многие методы применимы для контроля только определенных

типов материалов. Так, радиоволновой и электроемкостный – для

неметаллических, плохо проводящих ток материалов; вихретоковый,

электропотенциальный – для хороших электропроводников; магнит

ный – для ферромагнетиков; акустический – для материалов, облада

ющих небольшим затуханием звука соответствующей частоты.

2. Модификации методов имеют различные области применения:

измерение геометрических размеров, исследование химического со

става и структуры, поиск несплошностей.

3. По опасности для обслуживающего персонала выделяются ра

диационные методы. Определенную токсичность имеют методы ка

пиллярные и течеискания при использовании некоторых типов проб

ных веществ и ультрафиолетовых осветителей. Считается, что для

остальных методов заметного влияния на здоровье обслуживающего

персонала не установлено. Однако длительная работа с микроско

пом (оптический вид контроля) приводит к ухудшению зрения; дли

тельная работа по контролю шумов, вибраций – к ухудшению слуха.

4. С точки зрения возможностей автоматизации контроля наибо

лее благоприятными являются:

вихретоковый вид контроля;

магнитные методы с феррозондовыми, индукционными и подоб

ными им типами преобразователей;

радиационный радиометрический метод;

некоторые виды тепловых методов.

Главные их преимущества заключаются в отсутствии необходи

мости прямого контакта преобразователя с изделием и представле

нии информации о дефектах в виде показаний приборов. Перечис

ленным методам уступает ультразвуковой метод, для которого необ

ходим акустический контакт преобразователей с изделием, напри

мер, через слой воды.

Трудность автоматизации других методов заключается в необхо

димости визуальной обработки информации о дефектах, которую эти

методы представляют.

5. По стоимости выполнения контроля к наиболее дорогим отно

сят методы радиографические и течеискания. Это связано с длитель

ностью операций контроля, а также необходимостью капитальных

затрат на оборудование и помещения. Низка производительность

также у капиллярного контроля.

Например, затраты на проведение контроля сварных соединений тол

щиной 10–20 мм ультразвуковым методом будут в 3–5 раз меньше, чем

радиационным. Преимущество будет возрастать с увеличением толщины

сварных соединений.

6. Сопоставлять различные методы контроля можно только в тех

условиях, когда для контроля данного типа дефекта в данном мате

риале возможно применение нескольких методов. Сопоставим мето

ды контроля, применяющиеся для дефектоскопии металлических

ферромагнитных материалов типа стали (здесь применимо большин

ство из рассмотренных методов). Проведем сравнение по глубине рас

положения дефектов, которые этими методами выявляются. Итак:

– контроль течеисканием – выявляются только сквозные де

фекты;

– визуальные и капиллярные методы – обнаруживаются только

дефекты, выходящие на поверхность (в том числе несквозные);

– магнитные и вихретоковые методы – обнаруживаются как по

верхностные, так и подповерхностные (залегающие на глубине в не

сколько мм) дефекты;

– радиационные и акустические методы – обнаруживаются дефек

ты как поверхностные, так и внутренние, но преимущественно их

используют для выявления внутренних.

7. Специфические особенности каждого метода делают необходи

мым применение всех рассмотренных видов контроля для нахожде

ния дефектов продукции. Для контроля ответственной продукции

используют несколько взаимно дополняющих и дублирующих мето

дов (например, тонкостенные трубы для электростанций проходят

вихретоковый, ультразвуковой и визуальный контроль).

1.7. Выбор метода неразрушающего контроля

Выбор метода НК проводят в зависимости от вида дефектов.

По своему расположению различают: поверхностные, подповерх

ностные и внутренние дефектынесплошности.

Макродефекты в материалах возникают:

– в процессе производства, например, для металлических матери

алов в процессе плавки и литья (окисные пленки, шлаковые включе

ния, «горячие» трещины, усадочные рыхлоты, поры и др.);

– в процессе формоизменения (трещины, расслоения, рванины,

закаты, утяжки, флокены, волосовины и др.);

– в процессе объемного и поверхностного упрочнения (закалочные

трещины, поверхностные трещины, поры, пузырьки, пережоги и др.);

– в процессе механической обработки (шлифовочные трещины,

прижоги, надиры, риски, надрезы, забоины и др.);

– в процессе правки и монтажа (рихтовочные трещины, надрезы,

риски и др.);

– в процессе сварки (сварочные трещины, непровары, поры шла

ковые и металлические включения и др.);

– в процессе эксплуатации (усталостные трещины, местный на

клеп, местная, общая и межкристаллическая коррозия и др.).

В табл. 1.3 приведены сравнительные данные о возможностях

методов НК для выявления различных видов дефектов в металле.

В табл. 1.4 приведены сравнительные данные по выявлению де

фектов типа нарушения сплошности различными видами НК.

В табл. 1.5 дана оценка применяемости методов НК при определе

нии размеров.

В табл. 1.6 дана оценка применяемости методов НК при определе

нии физикомеханических свойств материалов.

Таблица 1.3. Оценка выявляемости дефектов в металле различными

видами НК

аткефеддиВ

КНдиВ

итпо

еч

йикс

ар

аид

ноиц

йын

гам

тин

йын

ак

лип

рял

йын

хив

ер

окот

йыв

сука

ечит

йикс

,еиксечиллатеменяинечюлкВ

еывосюлф,еывокалш

040024

ынитямВ

400020

ынивосолоВ005030

йонвошолокоьтсотсинрезобурГ

ыноз

000024

ытакаЗ

200233

вокаЗ

202233

ынивилаЗ 400020

:яизорроК

яантиллатсиркжемяанрефсомта

яантсонхревопяанрефсомта

яанрутарепметокосывяавозаг

антиллатсиркжем

яантсонхревоп

ыткефедеиксечигруллатеМ

авшогонравс

043024

огонзуффидеинешураН

яине

лпецс

000004

еинавижорелгуаН 004040

раворпеН 033004

йелкорпеН 000004

йапорпеН 030004

ынитилсеН220023

йоннадазеивтстевтоосеН

еруткуртс

003040

ищлотйоннадаз

еивтстевтоосеН

арбоирпяолсогоннелаказен

ЧВТектоб

004044

ечанзумоннадазеивтстевтоосеН

оннаворитнемецынищлотюи

оридиско,огоннаворитоза,ог

веолсхигурдиогоннав

003043

аткефеддиВ

КНдиВ

итпо

еч

йикс

ар

аид

ноиц

йын

гам

тин

йын

ак

лип

рял

йын

хив

ер

окот

йыв

сука

ечит

йикс

огоксечинавьлагялд—ежоТ

яитыркоп

004040

еинавижорелгузебО

004040

икчорок,ынелп,ылсикО 000223

вергереП 003033

гожереП

003033

ынелП

300000

опяинедж

ервопеиксечинахеМ

итсонхрев

400000

ьтсотсиропяавозаГ

042243

ынижятуссерП

040005

игожирП

005030

еывозагирызуП 000003

еикгямантяП 000040

)вотсил(ьт

соннищлотонзаР033035

хыннавоссерпьтсоннетсонзаР

ввотакирбафулопхытунятили

иинечесмончерепоп

033035

ифорп,колоп,буртя

лд—ежоТ

иинелварпанмоньлодорпвйел

013035

еиннертунвывырзаР 010004

еынчодасуынивокаР

040004

яинеолссаР 000004

яанчодасуатолхыР040203

:яинеол

ссаР

111еынноицамрофед

111авшогоньлодорп

допеонноизоррокеинавиксертсаР

меинежярпан

003444

ииненархирпе

инавиксертсаР 304444

Продолжение табл. 1.3

аткефеддиВ

КНдиВ

итпо

еч

йикс

ар

аид

ноиц

йын

гам

тин

йын

ак

лип

рял

йын

хив

ер

окот

йыв

сука

ечит

йикс

ынинавР

500444

иксиР

400442

»икинчеровкС«240024

яатсинрезобургаруткуртС 003033

:ынищерТ

111еындородов

111еичярог

111йиненидеосхынапелк

1еынткатнок

111еынчоледто

111яинавиалсто

111еиннертунв,еынтсонхревоп

111итсечузлоп

111еынжатном,еынчовотхир

111еын

чоравс

111елсичмотв(еиксечимретаз

111)еынчолак

111итсолатсуйоксечимрет

111еынтсолатсу

111еындолох

111еынчовофилш

еынчолаказынищерторкиМ

000331

ынеко

лФ004004

111 еиначемирП овтелводу—3,яашорох—4,яанчилто—5:КНводивакнецО.

.яаньлетировтелводуен—0,КНдивйымеуднемоке

рен—2,яаньлетир

Окончание табл. 1.3

Таблица 1.4. Оценка выявляемости дефектов типа нарушения

сплошности различными видами НК

ялортнокткеъбО

КНдиВ

ар

аид

ноиц

йын

сука

ечит

йикс

хив

отер

ок

йыв

гам

тин

йын

ак

лип

рял

йын

пет

йовол

итп

еч

йикс

ар

оид

лов

йовон

еынтингаморрефеН

ылаиретам

темаидаколоворП

:мм,мор

1111–10,0то

11141–1

,мортемаидиктурП

:мм

104–3

111001–03

,мортемаидыбурТ

:мм

11103–3

111651–03

1110001–651

лотытилп,ытсиЛ

:мм,йонищ

1–10,0

9,3–1,0

еелоби01–4

такорпйовотроС

55404040

иквилтО

54305040

еиксечигруллатеМ

,ыбялс(иквотог

аз

)иктилс

54005340

еынтингаморреФ

ылаиретам

аколоворП

45550340

,мортемаидиктурП

:мм

11104–3

111001–03

еынравсыб

урТ

:мм,мортемаид

11103–3

111651–03

1110001–951