Дефектоскоп — устройство для обнаружения дефектов в изделиях из различных металлических и неметаллических материалов методами неразрушающего контроля. К дефектам относят нарушения однородности или сплошности структуры, зоны коррозионного поражения, отклонения химического состава и размеров и др. Область техники и технологии, занимающаяся разработкой и использованием дефектоскопов называется дефектоскопия.

К дефектоскопам также относятся течеискатели (водородные течеискатели и гелиевые течеискатели), толщиномеры, твердомеры, структуроскоп, интроскопы, стилоскопы и др.

История создания

Первые дефектоскопы, работающие на непрерывном звуке, создали в 1928 г. С. Я. Соколов и в 1931 г. Мюльхойзер. 1937-1938 год - первый в мире дефектоскоп, использующий переменный ток для контроля конструкций железной дороги и колесных пар (компания MAGNAFLUX, США). Эхо-импульсные дефектоскопы (принцип действия и прибор) создали впервые в 1939— 1942 г. Файрстон в США, Спрулс в Великобритании и Крузе в Германии. Первые эхо-импульсные дефектоскопы были выпущены в 1943 г. почти одновременно фирмами «Сперри продактс инк.» (Ден-бери, США) и «Кельвин энд Хьюз лтд.» (Лондон).

Где применяются

Дефектоскопы используют в различных отраслях промышленности: машиностроение, энергетика, химическая и нефтегазовая промышленность, строительство, научно-исследовательская деятельность. С помощью этих приборов контролируется качество изготовления деталей и заготовок, прочность разных видов соединений (паяльных, клеевых, сварных) и др. Некоторые дефектоскопы способны исследовать деталь, двигаясь на большой скорости или пребывая в среде с очень высокой температурой.

Виды дефектоскопов

В зависимости от метода осуществления проверки изделия, дефектоскопы подразделяются на:

Акустические дефектоскопы . Ультразвуковая дефектоскопия осуществляется также несколькими способами:

• импульсная дефектоскопия.В изделие отправляются короткие ультразвуковые импульсы, а потом вымеривается время возврата и интенсивность отраженных от дефектов сигналов (эхо-метод). Есть еще теневой и зеркально-теневой методы. С их помощью можно обнаружить дефекты, находящиеся на поверхности и внутри изделия.
• импедансная дефектоскопия проводится с помощью прибора, который провоцирует частотные звуковые колебания в изделии, при этом сканируя его поверхность. Метод заключается в обнаружении разницы между импедансой (полным механическим сопротивлением) доброкачественного участка и импедансой дефекта.
• резонансная дефектоскопия позволяет измерять толщину стенок изделия и обнаруживать зоны, пораженные коррозией.
• акустико-эмиссионная дефектоскопия предполагает прием и анализ волн акустической эмиссии, которые возникают при образовании трещин.
• велосиметрическая дефектоскопия обнаруживает нарушения в сцеплениях между слоями металла.
• акустико-топографическая дефектоскопия позволяет обнаружить дефект с помощью картинки колебаний поверхности исследуемого объекта. На изделие наносится специальный порошок, который под воздействием мощных изгибных колебаний (могут быть заданной частоты или постоянно меняющейся) рисует изображение узловых линий на поверхности. Если изделие не имеет дефектов, то картинка будет точной и непрерывной, если есть дефект, картинка искажается.

Магнитно-порошковые дефектоскопы . Для обнаружения дефекта на поверхность контролируемого изделия наносят магнитный порошок. После намагничивания детали частички порошка соединяются в цепочку, а над дефектом они скапливаются под действием результирующей силы.

Вихретоковые дефектоскопы возбуждают в зоне исследования вихревые токи и вычисляют изменения их электромагнитного поля, которые обусловлены дефектом и свойствами самого изделия.

Феррозондовые дефектоскопы . Их применяют для обнаружения дефектов в литых деталях, металлопрокате и сварных соединениях. Эта дефектоскопия способна выявить дефект глубиной до 0,1мм и шириной в несколько микрометров.

Термоэлектрические дефектоскопы применяют для определения марки материала, из которого состоит изделие.

Радиационные дефектоскопы . Объект излучается нейтронами или рентгеновскими лучами. Радиационную картинку дефекта выводят на экран или преобразуют в снимок или сигнал.

Инфракрасные дефектоскопы . С помощью инфракрасных лучей формируют изображение дефекта. Тепловое излучение может быть собственным излучением самого объекта, а также отраженным или проходящим.

Радиоволновые дефектоскопы . С их помощью обнаруживают поверхностные дефекты неметаллических изделий.

Электронно-оптические дефектоскопы . Применяют для дистанционного исследования высоковольтного оборудования, которое находится под напряжением.

Методы с использованием проникающих сред.

Это - методы для контроля герметичности соединений в резервуарах, газгольдерах, трубопроводах и других подобных сооружениях. Различают методы течеискания и капиллярный.

Методы течеискания.

1. Испытание водой. Ёмкость наполняют водой до отметки, несколько превышающей эксплуатационную, и контролируют состояние швов. В закрытых сосудах давление жидкости можно повысить дополнительным нагнетанием воды или воздуха. Состояние шва можно также проверить сильной струей воды из брандбойта под давлением 1 ат, направленной нормально к поверхности шва.

2. Проба керосином. Благодаря малой вязкости и незначительному по сравнению с водой поверхностному натяжению керосин легко проникает через самые малые поры. Если поверхность шва с одной стороны обильно смочить керосином, а противоположную сторону заранее побелить водным раствором мела, то при наличии дефекта на светлом фоне проявятся характернвые ржавые пятна.

3. Проба сжатым воздухом. Шов с одной стороны обмазывают мыльной водой, а с противоположной обдувают сжатым воздухом под давлением 4 ат.

4. Проба вакуумом. Шов с одной стороны обмазывают мыльной водой. Затем к шву с этой же стороны приставляется металлическая кассета в виде плоской коробки без дна, но окаймленной снизу резиновой прокладкой, с прозрачным верхом. Вакуум-насосом в кассете создается небольшое разряжение.

Капиллярный метод.

На конструкцию наносят специальную жидкость (индикаторный пенетрант), которая под действием капиллярных сил заполняет полости поверхностных дефектов. Затем жидкость удаляют с поверхности конструкции. Если в жидкости был порошок, то он отфильтруется и скопится в дефектах; при использовании жидкости без порошка на конструкцию после удаления жидкости наносится проявитель - мел (в виде порошка или водной суспензии), который реагирует с жидкостью в дефектах и образует индикаторный рисунок высокой цветовой контрастности. При применении реактивов образуются даже рисунки, способные люминисцировать в ультрафиолетовых лучах и при дневном свете.

Акустические методы.

Ультразвуковой метод.

Контроль дефектов производится с помощью сквозного прозвучивания объекта. На участках без дефектов скорость ультразвуковой волны не падает, а на участке с дефектами, содержащими воздух, волна полностью затухает или скорость её заметно уменьшается.

Контроль качества сварных швов стыковых соединенийпроизводится следующим образом. Для обнаружения шлаковых включений, раковин, газовых пор, трещин, непроваров чаще всего применяют эхо-метод, когда источник и приёмник волн совмещены в одном преобразователе (поочередно происходит пуск волны и её приём). Преобразователь - призматический, позволяющий пускать и принимать волну под углом к вертикали. Перемещают преобразователь зигзагообразно вдоль сварного шва. Отражение волны от противоположной грани соединенных сваркой конструктивных элементов (скорость волны, на прямом и обратном пути которой, возможно, встретился дефект) сравнивают с эталонными отражениями (скоростями), полученными на предварительно сваренных эталонных фрагментах соединений с искусственно сделанными дефектами.

Метод акустической эмиссии основан на регистрации акустических волн в металле при его пластическом деформировании.

Регистрируя скорость движения волн, можно обнаружить накопление опасных разрушений (зоны концентрации напряжений) в процессе нагружения конструкций и их эксплуатации. Специальная аппаратура «слышит» треск металла.

Методы с использованием ионизирующих излучений.

Радиографический метод с использованиемрентгеновского или -излучения:

При просвечивании дефект спроецируется на пленку в виде затемненного пятна, по которому можно определить положение дефекта в плане и его величину в направлении, перпендикулярном направлению просвечивания. О величине дефекта в направлении просвечивания судят, сравнивая интенсивность затемнения пятна с интенсивностями затемнений, получившихся на фотопленке от прорезей разной глубины на эталоне чувствительности. Глубину залегания дефекта определяют смещением источника излучения параллельно пленке и пуском потока под новым углом к ней, как это уже описано для бетонных конструкций.

Пуск потока под новым углом преследует еще одну цель: выявить дефекты, вытянутые перпендикулярно первоначальному направлению потока, пересекаемые им по меньшему протяжению и вследствие этого оставшиеся «незамеченными».

Магнитные, электрические и электромагнитные методы.

Магнитные методы основаны на регистрации полей рассеяния над дефектами или на определении магнитных свойств контролируемых изделий. Различают методы: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, преобразователя Холла, индукционный и пондеромоторный.

Магнитопорошковый метод. Любая ферромагнитная деталь состоит из очень маленьких самопроизвольно намагниченных областей - доменов. В размагниченном состоянии магнитные поля доменов направлены произвольно и компенсируют друг друга, суммарное магнитное поле доменов равно нулю. Если деталь помещается в намагничивающее поле, то под его влиянием поля отдельных доменов устанавливаются по направлению внешнего поля, образуется результирующее магнитное поле доменов, деталь намагничивается.

Магнитный поток в бездефектной зоне распространяется прямолинейно по направлению результирующего магнитного поля. Если же магнитный поток наталкивается на открытый или скрытый дефект (прослойку воздуха или неферромагнитное включение), то он встречает большое магнитное сопротивление (участок с пониженной магнитной проницаемостью), линии магнитного потока искривляются и часть их выходит на поверхность конструкции. Там, где они выходят из конструкции и входят в неё, возникают местные полюса N, S и магнитное поле над дефектом.

Если намагничивающее поле снять, местные полюса и магнитное поле над дефектом всё равно останутся.

Наибольший возмущающий эффект и наибольшее местное магнитное поле вызовет дефект, ориентированный перпендикулярно направлению линий магнитного потока. Если через исследуемую конструкцию пропустить ток одновременно постоянный и переменный, это позволит создать переменное направление намагничивания и выявить различно ориентированные дефекты.

Для регистрации местных магнитных полей над дефектами применяют мелкоразмолотый железный сурик, окалину и т.п., выбирая цвет порошка контрастным по отношению к цвету предварительно зачищенной поверхности конструкции; порошок наносят сухим (напыление) или в виде суспензии - водной (что предпочтительнее для строительных конструкций) или керосино-масляной. Вследствие намагничивания и притягивания друг к другу частиц порошка, над дефектами он оседает в виде заметных скоплений.

Для регистрации местных магнитных полей (дефектов) в сварных швах используют магнитографический метод. Намагничивание производят соленоидом, витки которого располагают параллельно шву по обеим его сторонам; на шов накладывается магнитная лента (аналогичная применяемой в звукозаписи, но несколько большей ширины). Местное магнитное поле запишется на ленте. Прослушивают запись на звуковом индикаторе.

Феррозондовый метод основан на преобразовании напряженности магнитного поля в электрический сигнал. Перемещая два зонда по поверхности конструкции после её размагничивания, выискивают местные магнитные поля над дефектами; возникающая в этих местах электродвижущая сила зафиксируется прибором.

Эффект Холла заключается в том, что если прямоугольную пластину из полупроводника (германия, антимонита, арсенида индия) поместить в магнитное поле перпендикулярно вектору напряженности и пропустить по ней ток в направлении от одной грани к другой противоположной, то на двух других гранях возникнет электродвижущая сила, пропорциональная напряженности магнитного поля. Размеры пластины 0,7х0,7 мм, толщина 1 мм. Местные магнитные поля над дефектами выискивают, перемещая прибор по конструкции после её размагничивания.

Индукционный метод. Выискивание местных магнитных полей над дефектами в сварных швахпроизводится с помощью катушки с сердечником, которая питается переменным током и является элементом мостовой схемы. Возникающая над дефектом электродвижущая сила усиливается и преобразуется в звуковой сигнал или подаётся на самопишущий прибор или осциллограф.

Пондеромоторный метод. Через рамку прибора протекает электрический ток, образуя магнитное поле вокруг себя. Прибор устанавливают на железнодорожный рельс, подвергаемый намагничиванию внешним магнитным полем. Магнитные поля взаимодействуют друг с другом, рамка поворачивается и занимает какое-то положение. При перемещении по рельсу и обнаружении потока рассеяния над дефектом, рамка меняет первоначальное положение.

Неразрушающие методы контроля позволяют проверять качество поковок и деталей (на отсутствие наружных и внутренних дефектов) без нарушения их целостности и могут быть использованы в сплошном контроле. К таким методам контроля относятся рентгено- и гамма-дефектоскопия, а также ультразвуковая, магнитная, капиллярная и другие виды дефектоскопии.

Рентгенодефектоскопия

Рентгенодефектоскопия основана на способности рентгеновского излучения проходить через толщу материала и поглощаться последним в различной степени в зависимости от его плотности. Излучение, источником которого является рентгеновская трубка, направляют через контролируемую поковку на чувствительную фотопластинку или светящийся экран. Если в поковке имеется дефектное место (например, трещина), излучение, проходящее через него, поглощается слабее, а фотопленка засвечивается сильнее. Регулируя интенсивность рентгеновского излучения, получают изображение в виде ровного светлого фона в бездефектных местах поковки и отличительного темного участка - в месте нахождения дефекта.

Выпускаемые промышленностью рентгеновские установки позволяют просвечивать стальные поковки толщиной до 120 мм, а поковки из легких сплавов - до 250 мм.

Гамма-дефектоскопия

Контроль поковок гамма-дефектоскопией аналогичен контролю рент- генодефектоскопией. На определенном расстоянии от исследуемого объекта устанавливают источник гамма-излучения, например капсулу с радиоактивным кобальтом-60, а с противоположной стороны объекта - устройство для регистрации интенсивности излучения. На индикаторе интенсивности (фотопленке) проявляются дефектные участки, имеющиеся внутри заготовки или поковки. Толщина контролируемых заготовок (поковок, деталей) достигает 300 .. .500 мм.

Во избежание облучения при использовании в качестве методов контроля рентгено- и гамма- дефектоскопии необходимо строго соблюдать требования безопасности и быть предельно осторожным.

Рис. 9.7. Установка для ультразукового контроля металла: 1 - осциллограф, 2, 3, 4 - световые импульсы, 5 - блок, 6 -головка, 7 - поковка, 8 - дефект

Ультразвуковая дефектоскопия

Ультразвуковая дефектоскопия является наиболее распространенным методом контроля, позволяющим проверять поковки толщиной до 1 м. Установка для ультразвукового контроля эхо-методом (рис. 9.7) состоит из искательной головки 6 и блока 5, в котором размещены генератор ультразвуковых электрических колебаний (частота свыше 20 кГц) и осциллограф 1. Головка 6 представляет собой пьезоэлектрический преобразователь электрических колебаний в механические.

С помощью искательной головки на исследуемый участок поковки 7 направляют импульс ультразвуковых колебаний, который отразится сначала от поверхности поковки, затем (с некоторым опозданием) - от дефекта 8 и еще позже - от донной поверхности объекта. Отраженный импульс (эхо) вызывает колебание пьезокристалла искательной головки, который преобразует механические колебания в электрические.

Электрический сигнал усиливается в приемнике и регистрируется на экране осциллографа 1: расстояние между импульсами 2,3 и 4 определяет глубину нахождения дефекта, а форма кривых - величину и характер последнего.

Магнитная дефектоскопия

Наиболее распространенным видом магнитной дефектоскопии является магнитно-порошковый метод, применяемый для контроля магнитных сплавов железа, никеля и кобальта. Стальную деталь намагничивают электромагнитом, а затем покрывают суспензией из керосина и магнитного порошка. В местах наличия дефекта частицы магнитного порошка скапливаются, копируя форму и размеры не только поверхностных трещин, но и дефектов, расположенных на глубине до 6мм.

Магнитно-порошковый метод позволяет выявить крупные и очень мелкие дефекты шириной 0,001 ...0,03 и глубиной до 0,01 ... 0,04 мм.

Капиллярная дефектоскопия основана на свойстве жидкостей под действием капиллярных сил заполнять полости поверхностных дефектов (трещин). Используемые для контроля жидкости либо обладают способностью люминесцировать под действием ультрафиолетового излучения (люминесцентная дефектоскопия), либо имеют окраску, четко выделяющуюся на общем фоне поверхности. Например, при люминесцентной дефектоскопии поковки погружают в раствор минерального масла в керосине, промывают, просушивают, а затем опыляют порошком оксида магния. Если осматривать невооруженным глазом такую поверхность при свете ртутной лампы, на фоне темно-фиолетовой поверхности поковки ясно видны ярко-белые трещины. Метод позволяет определять наличие трещин шириной от 1 до 400 мкм.

Дефектоскопия это область знаний, охватывающая теорию, методы и технические средства определения дефектов в материале контролируемых объектов, в частности в материале деталей машин и элементов металлоконструкций.

Вследствие несовершенства технологии изготовления или в результате эксплуатации в тяжёлых условиях в изделиях появляются различные дефекты - нарушения сплошности или однородности материала, отклонения от заданного химического состава или структуры, а также от заданных размеров. Дефекты изменяют физические свойства материала (плотность, электропровоность, магнитные, упругие свойства и др.). В основе существующих методов Дефектоскопия лежит исследование физических свойств материалов при воздействии на них рентгеновских, инфракрасных, ультрафиолетовых и гамма-лучей, радиоволн, ультразвуковых колебаний, магнитного и электростатического полей и др.

Наиболее простым методом Дефектоскопия является визуальный - невооружённым глазом или с помощью оптических приборов (например, лупы). Для осмотра внутренних поверхностей, глубоких полостей и труднодоступных мест применяют специальные трубки с призмами и миниатюрными осветителями (диоптрийные трубки) и телевизионные трубки. Используют также лазеры для контроля, например качества поверхности тонкой проволоки и др. Визуальная Дефектоскопия позволяет обнаруживать только поверхностные дефекты (трещины, плёны и др.) в металлических изделиях и внутренние дефекты в изделиях из стекла или прозрачных для видимого света пластмасс. Минимальный размер дефектов, обнаруживаемых невооружённым глазом, составляет 0,1-0,2 мм, а при использовании оптических систем - десятки мкм.

Рентгенодефектоскопия основана на поглощении рентгеновских лучей, которое зависит от плотности среды и атомного номера элементов, образующих материал среды. Наличие таких дефектов, как трещины, раковины или включения инородного материала, приводит к тому, что проходящие через материал лучи (рис. 1 ) ослабляются в различной степени. Регистрируя распределение интенсивности проходящих лучей, можно определить наличие и расположение различных неоднородностей материала.

Рис. 1. Схема рентгеновского просвечивания: 1 - источник рентгеновского излучения; 2 - пучок рентгеновских лучей; 3 - деталь; 4 - внутренний дефект в детали; 5 - невидимое глазом рентгеновское изображение за деталью; 6 - регистратор рентгеновского изображения.

Гамма-дефектоскопия(радиоационная) имеет те же физические основы, что и рентгенодефектоскопия, но используется излучение гамма-лучей, испускаемых искусственными радиоактивными изотопами различных металлов (кобальта, иридия, европия и др.). Используют энергию излучения от нескольких десятков кэв до 1-2 Мэв для просвечивания деталей большой толщины. Этот метод имеет существенные преимущества перед рентгенодефектоскопией: аппаратура для гамма-дефектоскопии сравнительно проста, источник излучения компактный, что позволяет обследовать труднодоступные участки изделий. Кроме того, этим методом можно пользоваться, когда применение рентгенодефектоскопии затруднено (например, в полевых условиях). При работе с источниками рентгеновского и гамма-излучений должна быть обеспечена биологическая защита.

Радиодефектоскопия основана на проникающих свойствах радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов (микрорадиоволн), позволяет обнаруживать дефекты главным образом на поверхности изделий обычно из неметаллических материалов. Радиодефектоскопия металлических изделий из-за малой проникающей способности микрорадиоволн ограничена (см. Скин-эффект). Этим методом определяют дефекты в стальных листах, прутках, проволоке в процессе их изготовления, а также измеряют их толщину или диаметр, толщину диэлектрических покрытий и т.д. От генератора, работающего в непрерывном или импульсном режиме, микрорадиоволны черезрупорные антенны проникают в изделие и, пройдя усилитель принятых сигналов, регистрируются приёмным устройством.

Инфракрасная Дефектоскопия использует инфракрасные (тепловые) лучи (см. Инфракрасное излучение) для обнаружения непрозрачных для видимого света включений. Так называемое инфракрасное изображение дефекта получают в проходящем, отражённом или собственном излучении исследуемого изделия. Этим методом контролируют изделия, нагревающиеся в процессе работы. Дефектные участки в изделии изменяют тепловой поток. Поток инфракрасного излучения пропускают через изделие и регистрируют его распределение теплочувствительным приёмником. Неоднородность строения материалов можно исследовать также методом ультрафиолетовой Дефектоскопии

Магнитная Дефектоскопия основана на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов. Индикатором может служить магнитный порошок (закись-окись железа)или его суспензия в масле с дисперсностью частиц 5-10 мкм. При намагничивании изделия порошок оседает в местах расположения дефектов (метод магнитного порошка). Поле рассеяния можно фиксировать на магнитной ленте, которую накладывают на исследуемый участок намагниченного изделия (магнитографический метод). Используют также малогабаритные датчики (феррозонды), которые при движении по изделию в месте дефекта указывают на изменения импульса тока, регистрирующиеся на экране осциллоскопа (феррозондовый метод).

Электроиндуктивная (токовихревая) Дефектоскопия основана на возбуждении вихревых токов переменныммагнитным полем датчика дефектоскопа. Вихревые токи создают своё поле, противоположное по знаку возбуждающему. В результате взаимодействия этих полей изменяется полное сопротивление катушки датчика, что и отмечает индикатор. Показания индикатора зависят от электропроводности и магнитной проницаемости металла, размеров изделия, а также изменений электропроводности из-за структурных неоднородностей или нарушений сплошности металла.

Термоэлектрическая Дефектоскопия основана на измерении электродвижущей силы (термоэдс), возникающей в замкнутой цепи при нагреве места контакта двух разнородных материалов. Если один из этих материалов принять за эталон, то при заданной разности температур горячего и холодного контактов величина и знак термоэдс будут определяться химическим составом второго материала. Этот метод обычно применяют в тех случаях, когда требуется определить марку материала, из которого состоит полуфабрикат или элемент конструкции (в том числе и в готовой конструкции).

Электростатическая Дефектоскопия основана на использовании электростатического поля, в которое помещают изделие. Для обнаружения поверхностных трещин в изделиях из неэлектропроводных материалов (фарфора, стекла, пластмасс), а также из металлов, покрытых теми же материалами, изделие опыляют тонким порошком мела из пульверизатора с эбонитовым наконечником (порошковый метод). При этом частицы мела получают положительный заряд. В результате неоднородности электростатического поля частицы мела скапливаются у краёв трещин. Этот метод применяют также для контроля изделий из изоляционных материалов. Перед опылением их необходимо смочить ионогенной жидкостью.

Рис. 5. Блок-схема ультразвукового эходефектоскопа: 1 - генератор электрических импульсов; 2 - пьезоэлектрический преобразователь (искательная головка); 3 - приёмно-усилительный тракт; 4 - хронизатор; 5 - генератор развёртки; 6 - электроннолучевая трубка; Н - начальный сигнал; Д - донный эхосигнал; ДФ - эхосигнал от дефекта.

Ультразвуковая Дефектоскопия основана на использовании упругих колебаний (см. Упругие волны), главным образом ультразвукового диапазона частот. Нарушения сплошности или однородности среды влияют на распространение упругих волн в изделии или на режим колебаний изделия. Основные методы: эхометод, теневой, резонансный, велосимметрический (собственно ультразвуковые методы), импедансный и метод свободных колебаний (акустические методы).(рис. 5)

Резонансный метод основан на определении собственных резонансных частот упругих колебаний (частотой 1-10Мгц) при возбуждении их в изделии. Этим методом измеряют толщину стенок металлических и некоторых неметаллических изделий. При возможности измерения с одной стороны точность измерения около 1%. Кроме того, этим методом можно выявлять зоны коррозионного поражения. Резонансными дефектоскопами осуществляют контроль ручным способом и автоматизированным с записью показаний прибора.

Велосиметрический метод эходефектоскопии основан на измерении изменения скорости распространения упругих волн в зоне расположения дефектов в многослойных конструкциях, используется для обнаружения зон нарушения сцепления между слоями металла.

Импедансный метод основан на измерении механического сопротивления (импеданса) изделия датчиком, сканирующим поверхность и возбуждающим в изделии упругие колебания звуковой частоты. Этим методом можно выявлять дефекты в клеевых, паяных и др. соединениях, между тонкой обшивкой и элементами жёсткости или заполнителями в многослойных конструкциях. Обнаруживаемые дефекты площадью от 15 мм 2 и более отмечаются сигнализатором и могут записываться автоматически.

Метод свободных колебаний (см. Собственные колебания) основан на анализе спектра свободных колебаний контролируемого изделия, возбуждённого ударом; применяется для обнаружения зон нарушения соединений между элементами в многослойных клеёных конструкциях значительной толщины из металлических и неметаллических материалов.

Ультразвуковая Дефектоскопия , использующая несколько переменных параметров (частотный диапазон, типы волн, режимы излучения, способы осуществления контакта и др.), является одним из наиболее универсальных методов неразрушающего контроля.

Капиллярная Дефектоскопия основана на искусственном повышении свето- и цветоконтрастности дефектного участка относительно неповреждённого. Методы капиллярной Дефектоскопия позволяют обнаруживать невооружённым глазом тонкие поверхностные трещины и др. несплошности материала, образующиеся при изготовлении и эксплуатации деталей машин. Полости поверхностных трещин заполняют специальными индикаторными веществами (пенетрантами), проникающими в них под действием сил капиллярности. Для так называемого люминесцентного метода пенетранты составляют на основе люминофоров (керосин, нориол и др.). На очищенную от избытка пенетранта поверхность наносят тонкий порошок белого проявителя (окись магния, тальк и т.п.), обладающего сорбционными свойствами, за счёт чего частицы пенетранта извлекаются из полости трещины на поверхность, обрисовывают контуры трещины и ярко светятся в ультрафиолетовых лучах. При так называемом цветном методе контроля пенетранты составляют на основе керосина с добавлением бензола, скипидара и специальных красителей (например, красной краски). Для контроля изделий с тёмной поверхностью применяютмагнитный порошок, окрашенный люминофорами (магнитнолюминесцентный метод), что облегчает наблюдение тонких трещин.

Окончание сварных работ – это начало контроля качества сварных соединений. Ведь понятно, что от качества проведенных работ зависит долгосрочная эксплуатация сборной конструкции. Дефектоскопия сварных швов – это методы контроля сварных соединений. Их несколько, поэтому стоит разобраться в теме досконально.

Существует видимые дефекты сварочного шва и невидимые (скрытые). Первые легко можно увидеть глазами, некоторые из них не очень большие, но при помощи лупы обнаружить их не проблема. Вторая группа более обширная, и располагаются такие дефекты внутри тела сварного шва.

Обнаружить скрытые дефекты можно двумя способами. Способ первый – неразрушающий. Второй – разрушающий. Первый вариант, по понятным причинам, используется чаще всего.

Неразрушающий способ контроля качества сварных швов В этой категории несколько способов, использующихся для проверки качества сварных швов.

• Визуальный осмотр (внешний).
• Магнитный контроль.
• Дефектоскопия радиационная.
• Ультразвуковая.
• Капиллярная.
• Контроль сварных соединений на проницаемость.

Есть и другие способы, но используются они нечасто.

Визуальный осмотр

С помощью внешнего осмотра можно выявить не только видимые дефекты швов, но и невидимые. К примеру, неравномерность шва по высоте и ширине говорит о том, что в процессе сварки были прерывания дуги. А это гарантия, что шов внутри имеет непровары.

Как правильно проводится осмотр.

• Шов очищается от окалин, шлака и капель металла.
• Затем его обрабатывают техническим спиртом.
• После еще одна обработка десятипроцентным раствором азотной кислоты. Она называется травление.
• Поверхность шва получается чистой и матовой. На ней хорошо видны самые мелкие трещинки и поры.

Внимание! Азотная кислота – материал, разъедающий металл. Поэтому после осмотра металлический сварной шов надо обработать спиртом.

О лупе уже упоминалось. С помощью этого инструмента можно обнаружить мизерные изъяны в виде тонких трещин толщиною меньше волоса, пережоги, мелкие подрезы и прочие. К тому же при помощи лупы можно проконтролировать – растет ли трещина или нет.

При осмотре можно также пользоваться штангенциркулем, шаблонами, линейкой. Ими замеряют высоту и ширину шва, его ровное продольное месторасположение.

Магнитный контроль сварных швов

Магнитные методы дефектоскопии основаны на создании магнитного поля, которое пронизывает тело сварного шва. Для этого используется специальный аппарат, в принцип работы которого вложено явления электромагнетизма.

Есть два способа, как определить дефект внутри соединения.

1. С использованием ферромагнитного порошка, обычно это железо. Его можно использовать как в сухом виде, так и во влажном. Во втором случае железный порошок смешивают с маслом или керосином. Его посыпают на шов, а с другой стороны устанавливают магнит. В местах, где есть дефекты, порошок будет собираться.
2. С помощью ферромагнитной ленты. Ее укладывают на шов, а с другой стороны устанавливают прибор. Все дефекты, которые оказываются в стыке двух металлических заготовок, будут отображаться на этой пленке.

Этот вариант дефектоскопии сварных соединений можно использовать для контроля только ферромагнитных стыков. Цветные металлы, стали с хромникелевым покрытием и другие таким способом не контролируются.

Радиационный контроль

Это, по сути, рентгеноскопия. Здесь используются дорогие приборы, да и гамма-излучение вредно для человека. Хотя это самый верный вариант обнаружения дефектов в сварочном шве. Они четко видны на пленке.

Ультразвуковая дефектоскопия

Это еще один точный вариант обнаружения изъянов в сварочном шве. В его основе лежит свойство ультразвуковых волн отражаться от поверхности материалов или сред с разными плотностями. Если сварной шов не имеет внутри себя дефектов, то есть, его плотность однородна, то звуковые волны пройдут сквозь него без помех. Если внутри дефекты есть, а это полости, наполненные газом, то внутри получаются две разные среды: металл и газ.

Поэтому ультразвук будет отражаться от металлической плоскости поры или трещины, и вернется обратно, отображаясь на датчике. Необходимо отметить, что разные изъяны отражают волны по-разному. Поэтому можно итог дефектоскопии классифицировать.

Это самый удобный и быстрый способ контроля сварных соединений трубопроводов, сосудов и других конструкций. Единственный у него минус – сложность расшифровки полученных сигналов, поэтому с такими приборами работают только высококвалифицированные специалисты.

Капиллярный контроль

Методы контроля сварных швов капиллярным способом основаны на свойствах некоторых жидкостей проникать в тело материалов по самым мельчайшим трещинкам и порам, структурным каналам (капиллярам). Самое главное, что этим способом можно контролировать любые материалы, разной плотности, размеров и формы. Неважно, это металл (черный или цветной), пластик, стекло, керамика и так далее.

Проникающие жидкости просачиваются в любые изъяны поверхности, а некоторые из них, к примеру, керосин, могут проходить сквозь достаточно толстые изделия насквозь. И самое главное, чем меньше размер дефекта и выше впитываемость жидкости, тем быстрее протекает процесс обнаружения изъяна, тем глубже жидкость проникает.

Сегодня специалисты пользуются несколькими видами проникающих жидкостей.

Пенетранты

С английского это слово переводится, как впитывающий. В настоящее время существует более десятка составов пенетрантов (водные или на основе органических жидкостей: керосин, масла и так далее). Все они обладают малым поверхностным натяжением и сильной цветовой контрастностью, что позволяет их легко увидеть. То есть, суть метода такова: наносится пенетрант на поверхность сварочного шва, он проникает внутрь, если есть дефект, окрашивается с этой же стороны после очистки нанесенного слоя.

Сегодня производители предлагают разные проникающие жидкости с разным эффектом обнаружения изъяном.

• Люминесцентные. Из названия понятно, что в их состав входят люминесцентные добавки. После нанесения такой жидкости на шов нужно посветить на стык ультрафиолетовой лампой. Если дефект есть, то люминесцентные вещества будут отсвечивать, и это будет видно.
• Цветные. В состав жидкостей входят специальные светящиеся красители. Чаще всего это красители ярко-красные. Они хорошо видны даже при дневном свете. Наносите такую жидкость на шов, и если с другой стороны появились красные пятнышки, то дефект обнаружен.

Есть разделение пенетрантов по чувствительности. Первый класс – это жидкости, с помощью которых можно определить дефекты с поперечным размером от 0,1 до 1,0 микрона. Второй класс – до 0,5 микрон. При этом учитывается, что глубина изъяна должна превосходить его ширину в десять раз.

Наносить пенетранты можно любым способом, сегодня предлагаются баллончики с этой жидкостью. В комплект к ним прилагаются очистители для зачистки дефектуемой поверхности и проявитель, с помощью которого выявляется проникновение пенетранта и показывается рисунок.

Как это надо делать правильно.

• Шов и околошовные участки необходимо хорошо очистить. Нельзя использовать механические методы, они могут стать причиной занесения грязи в сами трещины и поры. Используют теплую воду или мыльный раствор, последний этап – очистка очистителем.
• Иногда появляется необходимость протравить поверхность шва. Главное после этого кислоту убрать.
• Вся поверхность высушивается.
• Если контроль качества сварных соединений металлоконструкций или трубопроводов проводится при минусовой температуре, то сам шов перед нанесением пенетрантов надо обработать этиловым спиртом.
• Наносится впитывающая жидкость, которую через 5-20 минут надо удалить.
• После чего наносится проявитель (индикатор), который из дефектов сварного шва вытягивает пенетрант. Если дефект небольшой, то придется вооружиться лупой. Если никаких изменений на поверхности шва нет, то и дефектов нет.

Керосин

Этот способ можно обозначить, как самый простой и дешевый, но от этого эффективность его не снижается. Его проводят по этой технологии.

• Очищают стык двух металлических заготовок от грязи и ржавчины с двух сторон шва.
• С одной стороны на шов наносится меловой раствор (400 г на 1 л воды). Необходимо дождаться, чтобы нанесенный слой просох.
• С обратной стороны наносится керосин. Смачивать надо обильно в несколько подходов в течение 15 минут.
• Теперь нужно наблюдать за стороной, где был нанесен меловой раствор. Если появились темные рисунки (пятна, линии), то значит, в сварочном шве присутствует дефект. Эти рисунки со временем будут только расширяться. Здесь важно точно определить места выхода керосина, поэтому после первого нанесения его на шов, нужно сразу проводить наблюдение. Кстати, точки и мелкие пятнышки будут говорить о наличие свищей, линии – о наличии трещин. Очень эффективен этот метод при стыковочных вариантах соединение, к примеру, труба к трубе. При сварке металлов, уложенных внахлест, он менее эффективен.

Методы контроля качества сварных соединений на проницаемость

В основном этот способ контроля используется для емкостей и резервуаров, которые изготовлены методом сварки. Для этого можно использовать газы или жидкости, которыми заполняется сосуд. После чего внутри создается избыточное давление, выталкивающее материалы наружу.

И если в местах сварки емкостей есть дефекты, то жидкость или газ тут же начнут через них проходить. В зависимости от того, какой контрольный компонент используется в проверочном процессе, различаются четыре варианта: гидравлический, пневматический, пневмогидравлический и вакуумный. В первом случае используется жидкость, во втором газ (даже воздух), третий – комбинированный. И четвертый – это создание внутри емкости вакуума, который через дефектные швы будет втягивать внутрь резервуара окрашивающие вещества, наносимые на внешнюю сторону шва.

При пневматическом способе внутрь сосуда закачивается газ, давление которого превышает номинальный в 1,5 раза. С внешней стороны на шов наносится мыльный раствор. Пузырьки покажут наличие дефектов. При гидравлической дефектоскопии в сосуд заливается жидкость под давлением в 1,5 раза превышающее рабочее, производится обстукивание околошовного участка. Появление жидкости говорит о наличии изъяна.

Вот такие варианты дефектоскопии трубопроводов, резервуаров и металлоконструкций сегодня используют для определения качества сварного шва. Некоторые из них достаточно сложные и дорогие. Но основные просты, поэтому и часто используемые.