Обнаружение трещин

Для обнаружения трещин не видимых глазом в стальных деталях применяют магнитную дефектоскопию, просвечивание рентгеновыми лучами, гамма-дефектоскопию, ультразвуковой контроль, люминесцентный контроль и другие методы.

При магнитной дефектоскопии в стальной детали создают сильное магнитное поле. При наличии трещины на дефектном участке происходит искажение магнитных силовых линий, которое можно обнаружить, облив деталь магнитной суспензией. Обычно применяют минеральное масло или дизельное топливо и магнитную пудру в количестве 50 г на 1 л жидкости.

Просвечивание деталей рентгеновыми и гамма-лучами позволяет выявить внутренние пороки в металле. Эти лучи проникают через сталь, чугун и цветные сплавы. Проходя сквозь металл, рентгеновы  и гамма-лучи ионизируют их. Эти лучи вызывают также засвечивание фотоэмульсии и люминесценцию некоторых веществ. Рентгеновы и гамма-лучи, обладающие большой энергией, мало поглощаются металлом, сквозь который они проходят. Поэтому их называют жесткими излучениями.

В практике дефектоскопии обычно используют действие рентгеновых и гамма-лучей на зерно фотоэмульсии. Лучи, проходя через слой эмульсин рентгенопленки, ионизируют атомы бромистого серебра, и поэтому на пленке образуется скрытое изображение. При проявлении пленки химическими реактивами скрытое изображение преобразуется в видимое. При прохождении рентгеновых и гамма-лучей через слой люминесцирующего вещества часть энергии фотоэлектронов переходит в световую энергию люминесценции. Люминесценция, вызываемая рентгеновыми и гамма-лучами, используется для непосредственной дефектоскопии. Люминесценция улавливается специальными приемниками и превращается в электрические импульсы, которые подаются на электрические индикаторы.

Чувствительность (минимальный выявляемый дефект) фотографического способа просвечивания зависит от многих факторов.

Исследованиями установлено, что чувствительность просвечивание регистрацией на рентгенопленке при однородной энергии излучения практически не зависит от толщины просвечиваемого материала.

Энергия излучения источника оказывает существенное влияние на чувствительность просвечивания. При мягком (0,5—0,6 мэв) излучении обнаруживают дефекты в 1,5—2 раза меньшей величины по сравнению с жестким (1,25 мэв) излучением. Поэтому для выявления дефектов на деталях лучше использовать мягкое излучение.

Чувствительность просвечивания также зависит от правильного выбора фокусного расстояния. При неправильном выборе фокусного расстояния дефект, имеющий размеры меньше источника излучения, на пленке может быть не обнаружен.  Для получения более чётких снимков увеличивают фокусное расстояние.

Более четко выявляются нa пленке дефекты, имеющие  прямоугольные или острые грани и расположенные параллельно направлению пучка излучения. При расположении дефекта под некоторым углом к направлению пучка излучения четкость его изображения на рентгенопленке ухудшается. Это объясняется тем, что лучи проходят только на некотором участке длины дефекта. Время экспозиции, зависящее от интенсивности излучения, толщины детали, фокусного расстояния и чувствительности пленки, определяют опытным путем. Для рентгенового контроля применяют подвижные установки, состоящие из рентгеновской трубки, закрепленной на подвижном штативе, трансформатора и пульта управления.

На рис. 28 показана принципиальная схема наиболее распространенного цехового рентгеновского аппарата РУИ-1 с напряжением на трубке 200 кв. Аппарат питается от сети 220/380 в и потребляет мощность 7 квт. Рис. 28. Схема рентгеновского аппарата РУП-1: 1 — трансформатор; 2 — кенотрон; 3 — рентгеновская трубка; C1 и C2 — конденсаторы. За последние годы освоен выпуск более мощной (400 кв) установки РУП-400-5-1, снабженной рентгеновской трубкой типа БПВ400. Аппарат позволяет просвечивать стальные детали толщиной до 100 мм. В качестве источников гамма-излучения используют искусственные радиоактивные изотопы, удовлетворяющие следующим требованиям необходимой жесткости излучения, высокой активности препарата, длительному периоду полураспада и малой стоимости.

Для просвечивания стальных деталей этим условиям отвечает изотоп кобальта с массовым числом 60. Период полураспада равен 3—5 годам. Энергия гамма-излучения составляет 1,17 мэв. Используя радиоактивный изотоп кобальта весом в несколько граммов, просвечивают металл толщиной до 300 мм.

Для просвечивания тонких (до 60 мм) деталей целесообразно применять иридий-192, обладающий меньшей энергией гамма-излучения, чем кобальт-60. Энергия гамма-излучения иридия-102 coставляот 0,137—0,651 мэв. Период полураспада этого вещества равен 75 суткам.

Простейшим способом проверки деталей с помощью гамма-лучей является просвечивание детали с последующей фиксацией на фотопленке прошедших через металл лучен. Гамма-лучи засвечивают пленку, на пленке ясно вырисовываются внутренние пороки металла.

Гамма-лучи радиоактивных препаратов излучаются непрерывно, поэтому требуется надежная защита окружающих от вредного действия излучения. Радиоактивный препарат помещают в защитный кожух из свинца.

Гамма-аппарат ГУП-Со-0,5—1 для фотографической регистрации дефектов металла с препаратом эквивалентов радия активностью 0,5 г предназначен для просвечивания стали толщиной до 40—50 мм. Препарат 4 (рис. 29), вложенный в пенал 3 и защищенный свинцовым цилиндром .5, установлен в защитный кожух 6. Препарат имеет два рабочих положения: для просвечивания через окно и для кругового просвечивания.

Препарат из положения хранения в положение просвечивания через окно или в положение кругового просвечивания перемещают посредством троса 2, заключенного и гибкой оболочке 1. Рис. 29. Гаммааппарат ГУП-Со-0,5-1.

Защитный кожух закрепляется на штативе, перемещающемся на колесах. Под просвечиваемую деталь 7 устанавливают кассету 8 с фотопленкой.

Для просвечивания стали толщиной до 100 мл применяют аппарат ГУП-Со-5-1 с препаратом эквивалента радия активностью 5 г.

За последние соды на ряде заводов начали осваивать ультразвуковой метод контроля деталей, который позволяет обнаруживать внутренние пороки (трещины и раковины) на валах и других деталях. Метод определения пороков в металле основан на озвучивании детали импульсами ультразвуковых колебаний и регистрации отражений этих импульсов, возникающих в результате наличия трещин, раковин и посторонних включений. Ультразвуковым методом контроля можно определить глубину залегания пороков в металле.

Ультразвуковой дефектоскоп может работать как по однощуповой, так и по двухщуповой схемам. При ультразвуковом контроле детали 1 дефектоскопом типа УЗД-711 (рис. 30) пьезоэлектрический щуп 2 получает возбуждение от задающего генератора 4 и генеpaтopa импульсов. Энергию электрических колебаний пьезоэлектрический щуп преобразует в энергию ультразвуковых колебаний.

Импульс ультразвуковых колебаний от пьезоэлектрического щупа, отражаясь от дефекта, воздействует на щуп и вызывает его возбуждение. В результате электрический сигнал поступает в приемный усилитель 7, а затем подается на электронно-лучевую трубку 6. Отклоняющие пластинки последней соединены с генератором горизонтальной развертки луча 5. Электрический сигнал вызывает смещение луча на экране вверх. Рис. 30. Схема ультразвукового контроля деталей.

Конструкции щупов могут быть разнообразны. Плоский пьезощуп работает при частоте 2,5—0,8мггц. Он позволяет выявлять лишь горизонтально расположенные трещины. В качестве пьезоизлучателя применяется пластина из титаната бария толщиной 1,0—3,0 мм. Титанат бария обладает высоким пьезоэлектрическим модулем и обеспечивает нормальную работу дефектоскопа при малом коэффициенте усиления приемного усилителя.

Пластина из кварца обладает значительно меньшим коэффициентом полезного действия, и поэтому требуется приемный усилитель значительно большей мощности.

Призматический щуп имеет более широкое применение. Oн позволяет контролировать сварные швы и выявлять вертикальные трещины. Призму такого щупа изготовляют из органического стекла.

Для контроля деталей из цветных сплавов и чугуна применяют также люминесцентную дефектоскопию, которая основана на способности ряда веществ поглощать световую энергию ультрафиолетовых лучей и излучать ее постепенно в течение некоторого времени. Известно, что сернистый цинк, активизированный медью, продолжает светиться несколько минут после облучения ультрафиолетовыми лучами (явление фосфоресценции).

Скрытые поверхностные дефекты деталей определяют по свечению облученного ультрафиолетовыми лучами флуоресцирующего раствора, проникающего в трещину или в раковину металла.

При контроле деталей рекомендуется применять флуоресцирующий раствор следующего состава: керосин 50% и кориол 50%. Применяют также флуоресцирующий раствор, состоящий из 85% керосина, 15% трансформаторного масла и из эмульгатора ОП-7 в количестве 3 г на 1 л раствора.

Первый раствор имеет желто-зеленое свечение и более эффективен для люминесцентной дефектоскопии.

Деталь тщательно очищают от грязи и обезжиривают бензином. На поверхность детали кистью наносят флуоресцирующий раствор. По истечении 10—15 мин. раствор с поверхности детали смывают сильной струей воды или специальной смывкой СД. При полном удалении раствора поверхность детали хорошо смачивается водой.

За время выдержки (10—15 мин.) флуоресцирующий раствор, обладающий высокой смачивающей способностью, проникает в трещины, поры и раковины металла. 2 Просушив деталь в струе подогретого воздуха, ее поверхность посыпают слоем сухого порошка селикагеля. Сухой силикагель способствует вытягиванию раствора из трещин и раковин в металле на поверхность детали. После 5—10-минутной выдержки силикагель счищают с поверхности и деталь рассматривают в фильтрованном ультрафиолетовом свете. При осмотре деталь должна быть изолирована от солнечного света.

Через несколько минут после облучения на темной поверхности детали появляются светлые полоски, показывающие картину расположения трещин и других пороков. Для возбуждения свечения флуоресцирующих растворов при люминесцентной дефектоскопии используется ультрафиолетовый свет ртутно-кварцевых ламп высокого давления ПРК-4 (200 вт) со стеклянным ультрафиолетовым светофильтром УФС-3. Для люминесцентного контроля деталей выпускается установка ЛЮМ-2 (фиг. 31). Рис. 31. Схема люминесцентной установки ЛЮМ-2: 1 — ртутно-кварцевая лампа; 2 — высоковольтный трансформатор (бобина); 3 — силовой трансформатор.

Контроль наличия трещин на деталях из алюминиевых сплавов и чугуна производят также методом окрашивания. На обезжиренную бензином поверхность детали кистью наносят специальную жидкость, окрашенную в ярко-красный цвет (раствор анилинового красителя в смеси керосина с бензином). Жидкость, обладая хорошей смачивающей способностью, проникает в трещины и раковины металла; через 5—10 мин. жидкость красного цвета удаляют с поверхности детали смывкой РДВ и наносят белую нитроэмаль, которая впитывает красную краску, проникшую в трещины металла. Через несколько минут выдержки красные линии на белом фоне укажут расположение трещин на детали.

Ряд ответственных деталей, в которых наиболее вероятно образование трещин, для обнаружения дефекта подвергают опрессовке горячей водой (60—70° С) под давлением 3 кг/см2.

На рис. 32 изображен стенд для опрессовки головок блока. Деталь при помощи шести струбцин 3 крепят к рамке 5 подставки 2. Отверстия в нижней плоскости головки уплотняют резиновой прокладкой 4, устанавливаемой под испытуемую деталь. Вода в полость головки поступает от центробежного насоса 1 по рукаву 6. Перед испытанием головку нагревают до температуры 50—60° С. Для этого через деталь в течение 20 мин. пропускают горячую воду. Затем создают давление 3 кг/см2 и тщательно осматривают деталь. Для удобства осмотра детали рамку 5 стенда поворачивают вокруг горизонтальной оси. При появлении через 5 мин. течи из-под заглушек головку направляют на ремонт. Если обнаружены трещины, то независимо от их размера и расположения головку бракуют.

Рис. 32. Стенд для опрессовки головок блока.