Область применения капиллярных методов контроля и их характеристика

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Глава XI

КАПИЛЛЯРНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Основное назначение капиллярных методов контроля — эта выявление открытых нарушений сплошности поверхностных слоев деталей, изготовленных из металлов и неметаллов. Проведение контроля возможно как в процессе изготовления деталей, так и в процессе их эксплуатации и восстановления.

В настоящее время эти методы контроля нашли широкое применение во многих отраслях промышленности. Основная область применения капиллярных методов — контроль изделий из немагнитных материалов (неферромагнитных сталей, жаропрочных, титановых, алюминиевых, магниевых и других сплавов), а также изделий из керамики, стекла, металлокерамики, некоторых пластических и синтетических материалов.

Капиллярные методы позволяют выявлять шлифовочные, усталостные и термические трещины, волосовины, закаты, заковы, пористость материала и другие поверхностные дефекты на изделиях любой формы, а также применяются для выявления межкристаллитной коррозии, растрескивания поверхности изделия или хромового покрытия на нем.

При контроле качества сварных швов рентгеновский контроль или гамма-просвечивание могут сочетаться с капиллярными методами.

Капиллярные методы существенно облегчают контроль в тех случаях, когда размеры поверхностных дефектов таковы, что их невозможно выявить невооруженным глазом. Использование в этом случае оптических приборов незначительно повышает надежность контроля, так как незначительная контрастность изображения и малое поле зрения при больших увеличениях заметно затрудняют контроль. Применение же ультразвукового и электромагнитного методов контроля иногда бывает невозможно из-за сложности формы изделий и состояния их поверхности.

Контроль с помощью капиллярных методов контроля можно применять и для выявления сквозных несплошностей, например, для контроля сварных швов при изготовлении емкостей. В этом случае нанесение проявляющего вещества и осмотр производятся со стороны, противоположной той, на которую наносилась проникающая жидкость.

Капиллярные методы обладают достаточно высокой чувствительностью. В табл. 1 приведена их чувствительность к поверхностным несплошностям материала типа трещин.

Таблица 36

Высокая чувствительность капиллярных методов и просто­та контроля позволяют использовать их не только в качестве самостоятельного метода контроля, но и для подтверждения и уточнения размеров и местоположения дефектов, обнару­женных другими методами (например, ультразвуковым и электромагнитным)

Рассматриваемые методы позволяют лишь приблизительно судить о глубине и размере дефектов. Надежно оценивать глубину и размер дефекта могут лишь контролеры, имеющие большой опыт работы.

Капиллярные методы контроля могут применяться в лабораторных, цеховых и полевых условиях. Они обладают высокой чувствительностью к поверхностным дефектам с неболь­шим раскрытием у поверхности (типа трещин), достаточно производительны, технологически являются одними из наибо­лее простых, надежны и относительно недороги.

К капиллярным методам дефектоскопии относятся методы неразрушающего контроля материалов, деталей и изделий, основанные на использовании капиллярного проникновения хорошо смачивающей материал изделия жидкости в полости дефектов. Это возможно в том случае, если размеры полостей поверхностных дефектов таковы, что они обладают свойствам

капилляров.

Дефект будет четко виден только в том случае, если между ним и неповрежденным участком изделия будет значительный оптический (яркостный или цветовой) контраст. При капиллярных методах контроля контрастность искусственно увели­чивают для того, чтобы выявить поверхностные дефекты нево­оруженным глазом. В качестве жидкости, проникающей в по­лости дефектов, применяются цвето- или светоконтраствые жидкости.

Процесс контроля с помощью капиллярных методов состоит из простых операций.

Нанесенная на поверхность изделия проникающая жид­кость в течение некоторого времени выдерживается ига ней для того, чтобы жидкость успела проникнуть в полости открытых дефектов (рис. 60, а). Затем поверхность исследуемого изделия. очищают от излишков жидкости, которая остается только в полостях дефектов (рис. 60, 6). Последний этап — выявление сле­дов дефектов с помощью специальных проявляющих материалов, способствующих выходу проникающей жидкости из полости дефектов на поверхность изделия (рис. 60, в). Выход проникающей жидкости из полости дефекта осуществляется за счет ее адсорбции проникающим веществом или диффузии в него. Образующиеся при этом индикаторные следы дефектов значительно шире самих дефектов. Проявляющие вещества, как правило, обеспечивают видимый контраст дефектов ни фоне исследуемой поверхности. Благодаря проявляющим ве­ществам места выхода проникающей жидкости из полости дефектов становятся темными на светлом фоне, окрашенными на контрастирующем фоне или люминесцирующими на тем­ном фоне остальной поверхности. После этого изделие осмат­ривают либо при дневном (искусственном), либо при ультра­фиолетовом освещении, в зависимости от примененного пене­транта (проникающей жидкости).

Следует отметить, что для капиллярных методов, контроля существуют предельные размеры выявляемых дефектов. Ниж­ний предел определяется шириной раскрытия дефекта. Если она очень мала, то в полость дефекта не может попасть про­никающая жидкость. Верхний предел определяется тем, что при больших размерах дефектов при удалении излишков про­никающей жидкости с поверхности изделия  возможно ее уда­ление и из полости дефектов.

Кратко рассмотрим физические явления, которые исполь­зуются в капиллярных методах контроля.

1. Поверхностное натяжение. Жидкости не обладают упругостью формы, но обладают большой объемной упругостью. Потенциальная энергия молекулы, находящейся на поверхно­сти, больше, чем находящейся внутри объема жидкости. Это объясняется тем, что молекула, находящаяся на поверхности, только со стороны жидкости окружена ее молекулами. Поэтому молекулы на поверхности, чтобы занять положение с мини­мальной потенциальной энергией, стремятся втянуться внутрь объема жидкости. Иначе говоря, жидкость при том же объеме стремится уменьшить свою свободную поверхность.

На границу свободной поверхности действует сила поверх­ностного натяжения, лежащая в плоскости, касательной к по­верхности, и перпендикулярная к контуру, ограничивающему поверхность жидкости:

где  — коэффициент поверхностного натяжения, н/м;

 — длина контура границы свободной поверхности;

Но с другой стороны, работа увеличения свободной поверхности на  равна

где  — коэффициент поверхностного натяжения, Дж/м².

Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен силе поверхностного натяжения, действующей на еди­ницу длины контура, ограничивающего поверхность жидко­сти. Он же равен работе увеличения поверхности жидкости на единицу поверхности ( - свободная энергия единицы площади поверхности жидкости).

Коэффициент поверхностного натяжения для большинства жидкостей линейно убывает с температурой:

где  — критическая температура данной жидкости.

2. Смачивание и капиллярные явления. Жидкость смачи­вает твердое тело, если молекулы жидкости взаимодействуют с молекулами твердого тела сильнее, чем между собой. В этом случае жидкость будет растекаться по твердому телу и стре­миться увеличить поверхность соприкосновения с ним.

Если же силы взаимодействия молекул жидкости между собой больше, чем с молекулами твердого тела, то жидкость несмачивающая. При этом жидкость стремится сократить поверхность соприкосновения с твердым телом.

Процесс растекания смачивающей жидкости на поверхно­сти твердого тела или стягивания несмачивающей жидкости прекращается, когда угол между свободной поверхностью жидкости и твердым телом достигнет предельного значения (называемого краевым углом), характерного для пары жид­кость — твердое тело. Краевой угол острый для случая сма­чивания, тупой — для несмачивания.

В узких сосудах и тонких пленках проявляются капилляр­ные явления, которые вызываются тем, что давление внутри жидкости на некоторую величину ∆p_доп отличается от внешне­го давления газа. Это дополнительное давление в случае произвольной. поверхности жидкости двойной кривизны определяется формулой Лапласа

где  — коэффициент поверхностного натяжения;

 и  – главные радиусы кривизна поверхности (R > 0 в случае выпуклой поверхности, R < 0 в случае вогну­той поверхности).

Для сферической поверхности радиуса R

Для плоской поверхности дополнительного давления не

возникает, так как силы поверхностного натяжения направлены  вдоль поверхности:

Если жидкость расположена между двумя близкими параллельными поверхностями, то поверхность жидкости будет иметь форму части боковой поверхности цилиндра радиу­са R. Дополнительное давление в этом случае будет равно

Рис. 61. Схема капиллярных явлений

В капиллярах кривизна поверхности жидкости (мениск) становится значительной. За счет возникающего дополнительного давления жидкость в капилляре или поднимается, или опускается (рис. 61). Высота, на которую поднимается жид­кость в капилляре, определяется из выражения

где        - коэффициент поверхностного натяжения;

 - плотность жидкости;

- ускорение силы тяжести;

r — радиус капилляра.

Капиллярные явления используются при выявлении дефектов. Для проникновения жидкости в полость дефекта необходимо, чтобы размеры полости обеспечивали образование мениска жидкости без плоских участков, а жидкость хорошо сма­чивала материал контролируемого изделия.

3. Люминесценция. Люминесценция - свечение вещества, возбуждаемое внешним источником возбуждения. Это может быть фотолюминесценция, возбуждаемая светом, ренгенолюминесценция, возбуждаемая рентгеновскими лучами, и т. п.

В люминесцентном методе контроля используется фотолюминесценция. Многие вещества (как органические, так и неорганические) способны превращать поглощенную ими свето­вую энергию как видимую, так и ультрафиолетовую в свето­вую энергию другого спектрального состава. При этом спект­ральный состав излучения, как правило, не зависит от спект­рального состава возбуждающей энергии, а свойствен дан­ному веществу.

Люминесценция подразделяется на флуоресценцию - кратковременное свечение, прекращающееся почти сразу же после прекращения облучения, и фосфоресценцию - свечение, про­должающееся в течение сравнительно длительного промежутка времени после прекращения облучения.

При люминесцентном контроле используется в основном явление флуоресценции, для возбуждения которой использует­ся обычно ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,2-0,4 мкм. Излучение с длиной волны менее 0,2 мкм значительно поглощается воздухом, а с длиной волны 0,2-0,35 мкм поглощается обычным силикатным стеклом, поэтому для полу­чения ультрафиолетового излучения применяют кварцевое или увиолевое стекло.

При люминесцентном методе контроля помимо естествен­ных веществ применяются искусственно приготовленные веще­ства с яркой люминесценцией - люминофоры.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии