Тема 13.Капиллярные методы контроля поверхностных трещин и пор в защитных покрытиях (из Мет.указаний)

Рис. 6 Модульная линия люминесцентного капиллярного контроля, включающая:
бак для пенетранта, бак для предварительной промывки, бак окончательной промывки, бак эмульгатора, устройство сушки горячим воздухом, камеру нанесения порошкового проявителя, смотровую кабину. Смотровая камера оборудована ультрафиолетовыми лампами. 
Рис. 7. Модульная линия капиллярного контроля включающая смотровые камеры, снабженные тест образцами; хромо-никелевыми испытательными панелями размерами от 10 до 50 микрон, прозрачными панелями для оценки размеров дефектов, алюминиевыми образцами для сравнения пенетрантов, систему УФ-освещения.
Все поставляемые в Россию системы капиллярного контроля соответствуют действующим стандартам ГОСТ 18442; 23349-84.















3. Капиллярный контроль изделий с защитными покрытиями.

3.1. Характеристика поверхностей с защитными покрытиями. Дефекты поверхностей с защитными

Защитные покрытия предназначены для защиты поверхности от воздействия агрессивных сред. Такой средой может быть окружающая среда в условиях эксплуатации объекта. В результате воздействия среды может происходить коррозия материала, способная приводить к разрушению изделий и конструкций. Покрытия обеспечивают придание поверхности физико-механических свойств, обеспечивающих более высокие эксплуатационные свойства изделий. Покрытия способствуют повышению твердости, износоустойчивости, коррозионной стойкости, термостойкости, электропроводности, получению определенных оптических свойств и т.д. Обычно защитные покрытия выполняют и защитные и декоративные функции.
Защитные свойства покрытий, способность их обеспечивать сплошность и плотность покрытия зависят от большого количества факторов. Основными свойствами являются стойкость к воздействующим средам и способностью образовывать прочные связи с покрываемой поверхностью. В зависимости от свойств соединяемых материалов для нанесения покрытий применяют различные методы.
Это метод плазменного напыления на воздухе или в вакууме, метод электронно-лучевого напыления, катодного распыления, метод лазерного осаждения, диффузионный метод. Все эти методы имеют свои достоинства и недостатки. Лучшим по плотности получаемого покрытия, возможностей получения регулируемой толщины покрытия и снижения напряжений в покрытии является метод пластического деформирования. Разработан также способ ионной имплантации покрытий. Этот способ обеспечивает значительное изменение свойств поверхности на глубину до 1-9 мкм и образование слоя с измененной дислокационной структурой до 100 мкм.
Считается, что нанесение защитных покрытий на турбинные лопатки из жаропрочных сплавов по способу ионной имплантации обеспечивает повышение жаростойкости, коррозионной стойкости и длительной прочности почти в 1,5-2 раза.


3.2. Основные поверхностные дефекты, причины их возникновения на изделиях с защитными покрытиями

Основные дефекты в материалах с покрытиями обусловлены трудностями получения хорошего соединения материала покрытия с основой металла. В промежуточном слое покрытие-основа могут возникать напряжения, приводящие в процессе изготовления или в ходе дальнейшей эксплуатации к растрескиванию. Учитывая, что упрочняющие покрытия обычно имеют незначительную толщину, визуально образующиеся трещины – дефекты обнаружить не удается. Кроме того, при нанесении покрытий возможно неравномерное распределение покрытия по толщине. Это также является причиной возникновения дефектов в виде трещин или пор.
Качество покрытия определяется такими параметрами как шероховатость поверхности, на которую наносится покрытие, смачиваемостью поверхности материалом покрытия, химическим сродством состава покрытия и основы [4].
При нанесении покрытий из-за каких-то неучтенных технологией факторов или даже из-за нарушения технологических режимов покрытие может быть неоднородным, в нем могут возникать напряжения, которые впоследствии становятся источником разрушения покрытия в процессе эксплуатации изделия с покрытием. В связи с эти для таких ответственных изделий с покрытиями как турбинные лопатки, специальные котлы для химической промышленности разрабатываются методы контроля качества покрытий.
Многолетний опыт контроля изделий с защитными покрытиями показал целесообразность применения для этих целей капиллярного метода. Для выработки критериев оценки качества изделий проведены, а для новых изделий проводятся отдельные исследования по изучению влияния дефектов на эксплуатационные свойства и надежность изделий, а также по установлению корреляции размеров дефектов и параметров, измеряемых неразрушающим методом контроля.

3.3. Методика проведения капиллярного контроля изделий с защитными покрытиями
Определенные экспериментально корреляционные зависимости между реальными размерами дефектов и параметрами дефектов, определяемыми неразрушающим методом, легли в основу нормативной документации, в которой указывается область применения метода, материалы, аппаратура, порядок проведения анализа и способ обработки результатов, а также указаны размеры недопустимых дефектов, при обнаружении которых требуется замена либо покрытия, либо самого изделия.
Технология проведения капиллярного неразрушающего контроля является многооперационной. Температурно-временные параметры проведения капиллярного контроля устанавливают в зависимости от набора используемых дефектоскопических материалов и типа вероятных дефектов.
Типовая схема капиллярного метода контроля включает шесть основных этапов.
Типовая схема проведения капиллярного контроля















Первый этап состоит в подготовке контролируемого объекта к контролю. Этот этап включает очистку контролируемой поверхности, имеющей возможно полости и трещины, от возможных загрязнений в виде ржавчины, пыли, остатков масел. Цель этой операции – освобождение поверхности от всего, что может ухудшать условия смачивания поверхности образца пенетрантом, создавая условия для проникновения пенетранта в дефекты.
Второй этап проведения контроля заключается в нанесении пенетранта на поверхность с целью наиболее заполнения пенетрантом всех дефектов на максимальную глубину дефекта. Пенетрант, который заполняет дефекты поверхности, называется индикаторной жидкостью.
Для эффективного применения капиллярного метода разработаны технологии заполнения дефектов капиллярным, вакуумным, компрессионным, ультразвуковым и деформационным методами.
Третий этап контроля заключается в проведении промежуточной очистки, целью которой является удаление избытка пенетранта с контролируемой поверхности. Этот процесс проводят таким образом, чтобы все дефекты поверхности оказались заполненными пенетрантом. Тщательность и аккуратность проведения этой операции во многом определяет достоверность результатов контроля.
Избыток пенетранта удаляют или гасят несколькими способами, выбор которых производят с учетом свойств пенетранта и свойства контролируемой поверхности. Можно для промежуточной очистки использовать салфетки с применением при необходимости очищающего состава ли растворителя. Для некоторых случаев применяют промывание водой или очищающим раствором. Также известно, что для ряда объектов можно использовать обдувание струей песка или дроби, а также воздействовать на пенетрант гасителем люминисценции или цвета.
Четвертый этап заключается в сушке контролируемой поверхности.
На пятом этапе на высушенную поверхность наносят проявитель. Этот процесс называют проявлением и он заключается в извлечении пенетранта из дефекта с целью обнаружения того объема пенетранта, который заполнил дефект. При проявлении происходит образование на фоне неокрашенного проявителя образование контрастного рисунка вокруг выхода дефекта на поверхность. Образовавшийся окрашенный участок в ряде случаев называют следом. Чувствительность метода зависит от контраности цветного рисунка-следа.
Последним шестым этапом является проведение проверки контролируемой поверхности. Визуально обнаруживают дефекты, проводят замеры и документируют результаты контроля.
Последовательность операций при проведении капиллярного контроля с применением существующих на настоящее время устройств и способы проведения операций контроля турбинных лопаток с защитными покрытиями приведены в табл. 4.


Таблица 4.
Операция контроля Способ проведения Предварительная очистка Механически, щеткой Струйным методом Обезжиривание горячим паром Очистка растворителем Предварительная просушка Нанесение пенетранта Погружением в ванну Нанесение кистью Нанесение из распылителя, аэрозоли Нанесение электростатическим способом Промежуточная очистка Пропитанной водой, не ворсистой тканью или губкой Пропитанной водой губкой Сполоснуть водой Пропитанной специальным растворителем не ворсистой тканью или губкой. Сушка Высушить на воздухе Протереть не ворсистой тканью Обдуть чистым сухим воздухом Высушить теплым воздухом Нанесение проявителя Погружением (проявитель на водной основе) Нанесение аэрозоля из распылителя Электростатическое нанесение Нанесение сухого проявителя (при сильной пористости материала) Проверка поверхности и документирование Контроль при дневном или искусственном освещении Мин. 500 Lux (EN 571-1/EN 3059)
При использовании люминисцирующего пенетранта:
Освещение ≤ 20 Lux
Интенсивность УФ 1000 μ W /см2 Документация на прозрачной пленке Фотооптическое документирование Документирование с помощью фото или видео съемки
Последовательность операций (рис. 4) при капиллярном люминесцентном контроле несколько отличается от операций при контроле с красящими веществами. В основном для промывки используют воду и спирт. В качестве проявителей применяют сухие порошки. Операции просушки осуществляют только воздухом. Это объясняется различием в физико-химических свойствах красителей и люминофоров.


Рис. 4. Последовательность операций при проведении капиллярного контроля с применением люминесцирующих пенетрантов.
Приводимые в литературе описания последовательности проведения капиллярного определения дефектов, несколько разнятся в деталях проведения, в устройствах для проведения операций. Кроме того, рекомендации по применению пенетрантов, очистителей, проявителей также заметно различаются и отличаются от рекомендаций, изложенных стандартах [1, 2, 6, 9]. Это свидетельствует о том, что капиллярный метод широко применяется в разных областях промышленности для контроля изделий из различающихся по свойствам материалов и применяют капиллярный метод для контроля единичных изделий и для контроля серийно выпускаемых изделий. Известно, что турбинные лопатки с покрытием подвергают 100 % капиллярному контролю. Для контроля используют как отечественное, так и импортное оборудование и дефектоскопические материалы.
Описание операций при капиллярном контроле дает основания говорить о том, что результаты контроля во многом зависят от качества выполнения операций подготовки, от квалификации исполнителей и возможностей соблюдения постоянства условий проведения операций контроля. При проведении осмотра поверхностей необходимо учитывать психофизиологические особенности зрения оператора.
Капиллярный контроль на предприятиях, выпускающих серийно продукцию, контроль выполняют в соответствии с технологическими инструкциями или технологическими картами, разрабатываемыми для конкретных технических устройств, сооружений или их элементов и учитывающих положения ГОСТа, а также конкретные условия производства.
К помещениям, в которых проводят капиллярный контроль, предъявляют требования, изложенные ГОСТе, они учитывают особенности капиллярного метода и выполнение их позволяет создать условия для получения достоверных результатов.
Участок проведения капиллярного контроля размещается в изолированном сухом отапливаемом помещении, стены и пол которого покрыты легко моющимися материалами, и оснащается:
- холодным и горячим водоснабжением;
- сжатым воздухом, поступающим через влагомаслоотделитель;
- ваннами и приспособлениями для смыва индикаторного пенетранта;
- поддонами для сбора воды и составов, используемых для контроля;
- приточно-вытяжной вентиляцией с кратностью воздухообмена не менее трехкратной;
- вытяжными зонтами над рабочими местами;
- грузоподъемными средствами при контроле крупногабаритных объектов контроля;
- лесами, подмостями, люльками или передвижными вышками, обеспечивающими удобный доступ осуществляющего контроль персонала к контролируемой поверхности.
Места проведения контроля должны иметь как общее освещение, естественное или искусственное, так и местное, создаваемое переносными светильниками местного освещения. При люминесцентном контроле должна быть предусмотрена возможность затемнения места проведения контроля.
При проведении контроля в условиях низких температур (от -40 до +8 °С) для сушки контролируемых поверхностей используются отражательные электронагревательные приборы или подогреватели (воздушные, инфракрасные или др.). Температура дефектоскопических материалов при их нанесении не должна быть ниже температуры контролируемой поверхности.


Заключение

Капиллярные методы неразрушающего контроля предназначены для контроля поверхностных трещин в ряде ответственных изделий, в том числе в сварных швах. Широкое применение капиллярный метод находит в производстве изделий из немагнитных материалов, керамики, стекла, пластмасс и изделий с защитными покрытиями Важнейшей областью применения этого метода контроля является контроль турбинных лопаток с покрытиями.
Для контроля турбинных лопаток разработаны специальные контрольно-измерительные установки, оснащенные программным обеспечением, позволяющих проводить 100 % контроль изделий на наличие поверхностных дефектов в материале.
Изучение капиллярного метода контроля показало, что капиллярный метод является многоступенчатой процедурой, а результаты контроля зависят от характера проведения всех его операций. Поэтому важнейшим направлением развития капиллярного метода является автоматизация процесса. Проведение первых пяти этапов автоматизировано уже на ряде предприятий, выпускающих турбинные лопатки, для этого используются роботы манипуляторы и разработаны собственные или приобретены стандартные системы оборудования для проведения контроля.
Самым сложным этапом контроля является сама дефектоскопия, т.е. оценка размера трещин и пор, требующая предварительной стандартизации и унификации требований к изделиям. Процесс осмотра поверхности изделий и принятие решение о наличии дефектов крайне сложно и дорого автоматизировать. Одной из причин этого является то, что процесс формирования индикаторного следа является динамическим процессом. Однако в настоящее время известно, что разрабатывают телевизионные системы слежения и документирования результатов.
Важным направлением развития капиллярного метода контроля является поиск новых дефектоскопических материалов, характеризующихся повышенной безопасностью, и разработка экономичной технологии их производства.





Использованная литература
1. Неразрушающий контроль и диагностика. /Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2003 - 458 с.
2. Неразрушающие испытания. Справ. /Под ред. Р. Мак-Мастера. КН.1- М.-Л.: Энергия, 1965. – 504 с.
3. Неразрушающий контроль. Справочник/В.В. Клюев, Ф.Ф. Сосник, С.В. Румянцев и др./ Под ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 2001. – 616 с.
4. Неразрушающий контроль: Справочник в 8 т./Под ред. Клюева В.В. т. 4. кн.3 -2006.- 736 с.
5. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии Поверхностные явления и дисперсные системы. М. Химия 1989, - 463 с.
6. Контроль неразрушающий капиллярный. Термины и определения: ГОСТ 24522-80 – М.: Изд-во стандартов, 1980.
7. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы контроля: ГОСТ 18442-86 – М.: Изд-во стандартов, 1986.
8. Каневский И.Н. Неразрушающие методы контроля, Владивосток, изд. ДВГТУ, -2007, -243 с.
9. Сайт компании Прометей, СПб http://prometeyndt.ru












24


6










Контроль поверхности, замер дефектов, регистрация результатов

Нанесение проявителя

Сушка поверхности

Промежуточная очистка (удаление избытка пенетранта)

Нанесение пенетранта

Подготовка объекта к контролю