Способы подготовки объекта к контролю

Подготовка объекта к контролю может осуществляться следующими способами очистки поверхности:

· механическая- очистка поверхности объекта контроля струей песка, дроби, косточковой крошки, другими абразивными материалами или резанием, в том числе обработка поверхности шлифованием, полированием, шабровкой;

· паровая - очистка в парах органических растворителей;

· растворяющая - очистка воздействием на объект контроля удаляющих загрязнения водяных или органических растворителей, в том числе, посредством струйной промывки, погружения, протирки;

· химическая - очистка водными растворами химических реагентов, взаимодействующих с удаляемыми загрязнениями, не повреждая объект контроля;

· электрохимическая - очистка водными растворами химических реагентов с одновременным воздействием электрического тока;

· ультразвуковая - очистка органическими растворителями, водой или водными растворами химических соединений в ультразвуковом поле с использованием режима ультразвукового капиллярного эффекта;

· анодно-ультразвуковая - очистка водными растворами химических реагентов с одновременным воздействием ультразвука и электрического тока;

· тепловая - очистка прогревом при температуре, не вызывающей недопустимых изменений материала объекта и окисления его поверхности;

· сорбционная - очистка смесью сорбента и быстросохнущего органического растворителя, наносимой на очищаемую поверхность, выдерживаемой и удаляемой после высыхания.

В заключение изделие сушится, если по техническим условиям влага не допускается на поверхности детали и в дефекте. Этот процесс можно классифицировать как очистку от влаги.

Способы очистки, их сочетание и требуемая очистка контролируемых поверхностей оговариваются в технической документации на контроль.

Для достижения высокого класса чувствительности предпочтительны не механические, а химические и электрохимические способы очистки, в том числе с воздействием на объект контроля ультразвука или электрического тока.

Гальванические покрытия, лаки, окисная пленка могут не удаляться, если они трескаются вместе с основным материалом, и не закрывают вход пенетранту в устье дефекта. Если покрытия наносят на детали, в которых уже могут быть дефекты, то контроль сле­дует предусмотреть до нанесения покрытия. Практически, при всех видах очистки очень важна температура среды, поэтому соблюдение термического режима - одно из необходимых условий успешной очистки.

5.1.1. Механическая очистка.Механические методы очистки являются самыми простыми и доступными и поэтому наиболее распространенными. Их используют, как правило, в тех случаях, когда механическая обработка не может сильно влиять на состояние рабочей поверхности или когда такое влияние допускается по условиям эксплуатации изделий и по условиям контроля. Механические методы позволяют удалять с поверхности продукты коррозии, окисные пленки, твердые углеродистые отложения, лаки, краски, силикаты и другие загрязнения, не удаляемые растворителями и моющими со­ставами.

При пескоструйной очистке песок подается струей сжатого воздуха на поверхность и в результате механического взаимодействия с загрязнениями отрывает их от нее. За счет ударов очищающего материала обрабатываемая поверхность деформируется и становится шероховатой. При этом происходит, кроме того, упрочнение поверхности, что также ограничивает область применения пескоструйной обработки. Возможен также ее гидроструйный (гидроабразивный) вариант, когда песок подается струей воды или водного раствора.

Пневматическая очистка косточковой крошкой, при которой вместо песка используется крошка. Крошка обладает меньшей твердостью, чем песок, и, следовательно, оказывает меньшее разрушающее действие, однако сохраняет недостатки пескоструйной очистки.

Очистка щетками сводится к тому, что деталь обрабатывается перемещающейся по ее поверхности щеткой (вручную или автоматически). На щетку может подаваться моющий раствор.

При очистке во вращающихся барабанах детали загружаются в специальные барабаны, заполняемые абразивным материалом (песок, дробь). Очистка осуществляется за счет трения абразива о поверхность металла.

Очистка шлифованием, полированием, шабровкой и резанием сводится к тому, что вместе с загрязнениями удаляется слой поверхности металла.

Механические методы очистки имеют следующие недостатки: неконтролируемое воздействие на состояние поверхности; невозможность очистки поверхности глухих отверстий, резьбы, полостей, невозможность очистки полостей капиллярных дефектов даже на доступных поверхностях; трудность полного удаления с поверхности очищающего материала (песка, косточковой крошки); большие затраты ручного труда.

Кроме того, при механической очистке полости дефектов заполняются металлической и абразивной пылью, частицами загрязнений. При обработке шлифованием изделий из мягких материалов (твердостью меньше или порядка 40HRC) полости дефектов могут частично или полностью перекрываться тонким слоем пластически деформированного материала. Такие дефекты не обнаруживаются капиллярными методами. В связи с этим после механической очистки детали целесообразно подвергнуть травлению и ультразвуковой очистке.

5.1.2. Очистка в моющих составах. Она заключается в удалении загрязнений с поверхности под воздействием специальных веществ, называемых моющими средствами. Процесс очистки при этом сопровождается диспергированием и эмульгированием загрязнений.

Очистке моющими средствами, как правило, подвергаются все контролируемые объекты, в том числе прошедшие механическую, химическую и другие очистки с целью удаления из дефектов полировальной пасты, абразивной пыли и других остатков предыдущих технологий.

В качестве моющих средств используются поверхностно-активные вещества: натуральные и синтетические мыла, порошки, щелочные соли, щелочные растворы и эмульсии.

В основе моющего действия этих составов лежат такие физико-химические явления, как смачивание, адсорбция, диффузия, эмульгирование и диспергирование. Необходимым условием эффективной очистки является смачивание загрязнения моющей средой. При отсутствии смачивания загрязнения с поверхности не могут быть удалены. Действительно, пленка масла при отсутствии внешних физических воздействий не смачивающей ее водой не смывается. Однако если в воду добавить поверхностно-активное вещество, то молекулы его скапливаются на поверхности несмачиваемого загрязнения. В результате происходит резкое усиление смачиваемости загрязнений и масло смывается. При этом жидкие загрязнения образуют эмульсии. Молекулы поверхностно-активного вещества, адсорбируясь на поверхности капелек загрязнений, препятствуют слиянию их и обеспечивают удержание загрязнений в массе моющего раствора.

Процессы диспергирования приобретают решающее значение, если загрязнения представляют собой твердое вещество. Моющий раствор проникает в зазоры и трещины между частицами загрязнений. Молекулы поверхностно-активного вещества адсорбируются на этих частицах и создают расклинивающее давление, которое размельчает загрязнения и отрывает их от поверхности.

В основе моющего действия растворов лежит адсорбция поверхностно-активных молекул на границе раздела фаз. Для достижения эффективного моющего действия необходимо, чтобы адсорбционный слой был достаточно прочным. Мыла и спирты, например, адсорбируются в поверхностных слоях. Однако раствор мыла обладает лучшим моющим действием, чем спирта. Обусловлено это тем, что адсорбционные слои мыла более устойчивы, чем спиртов.

Моющая способность различных составов определяется не только их физико-химическими свойствами, но и в значительной степени внешними условиями: температурой, длительностью обработки изделий, свойствами загрязнения и материала изделий, наличием внешних физических воздействий на жидкость.

Моющая способность жидкостей существенно возрастает с повышением температуры. Для каждой жидкости существует температура, ниже которой она полностью теряет свои моющие качества. Определенный вклад в температурную зависимость вносит в изменение состояния загрязнений при увеличении температуры. Так, маслянистые загрязнения и углеводородные осадки разжижаются при повышении температуры, что облегчает их эмульгирование и удаление с поверхности.

Моющая способность жидкости может быть существенно уве­личена за счет механического воздействия на жидкость (перемешивание, создание искусственных вибраций, перемещение деталей и т.д.). Механическое воздействие создает условия более тесного контакта жидкости и загрязнений, способствует отрыву частиц загрязнений от обрабатываемой поверхности. Применением механических воздействий обеспечивается возможность ускорения процесса и использования жидкостей с пониженной концентрацией активного компонента при более низких температурах и с более высокой производительностью.

Моющая способность жидкости, как уже отмечалось выше, зависит не только от свойств жидкости, но и в большой мере и от свойств загрязнений. Определенное влияние оказывают и свойства материалов проверяемых деталей. Это обусловлено тем, что адгезия одних и тех же загрязнений различна на разных материалах. Так, маслянистые отложения лучше удаляются с поверхности алюминия и его сплавов, чем с поверхности стали, цинка, никеля.

Весьма эффективным средством повышения моющей способности жидкостей является применение ультразвуковых колебаний, особенно в режиме кавитации. Под действием ударных волн и кумулятивных струй жидкости, образующихся при захлопывании кавитационных пузырьков, от обрабатываемой поверхности могут быть отделены загрязнения, даже довольно прочно связанные с поверхностью, например некоторые типы лакокрасочных покрытий. Важную роль при этом играет ультразвуковой капиллярный эффект, ускоряющий проникновение моющей жидко­сти под слой загрязнений и отделение их от поверхности. Интенсивное диспергирование загрязнений под действием ультразвука препятствует выпадению их в осадок и тем самым обеспечивает качественную очистку.

В заключение следует заметить, что перед применением моющих средств для очистки деталей перед капиллярным контролем целесообразно проверить эффективности их действия. Дело в том, что некоторые из них снижают смачиваемость деталей пенетрантами настолько, что трещины не обнаруживаются.

5.1.3. Очистка в растворителях. Она основана на растворении загрязнений. Перенос загрязнений из пограничного слоя в объем растворителя осуществляется за счет диффузии в растворитель и посредством вынужденной конвекции при перемешивании. Путем растворения с деталей удаляются консервационные составы, смазочные масла, некоторые типы паст, консистентные смазки.

Очистка в растворителях имеет следующие преимущества: возможность очистки крупных деталей без размещения их в емкостях; отсутствие коррозии благодаря быстрому испарению растворителя; отсутствие в большинстве случаев необходимости дополнительной промывки деталей, как это делают при щелочном обезжиривании; возможность регенерации растворителей.

Следует, однако, отметить, что маслянистые загрязнения полностью за один прием удалить не удается. Это обусловлено тем, что в органических растворителях образуется раствор масла. Поэтому обезжиривание осуществляется уже не собственно растворителем, а раствором масла в растворителе. При испарении последнего на поверхности детали остается тончайший слой масла. Это делает необходимой обработку растворителями выполнять в несколько этапов. С помощью растворителей удаляются не только загрязнения, но и лакокрасочные покрытия. При очистке изделий от покрытий, прежде всего необходимо установить тип покрытия, а затем выбрать со­ответствующий растворитель.

Для размягчения покрытий используют специальные смывки: АФТ-1, СДОБ, СДСП и др. Размягченное покрытие удаляют затем аце­тоном или растворителями 645, 648 с помощью щеток.

Для повышения эффективности действия растворителей целесообразно добавлять к ним кислоты, например фосфорную кислоту. Кислота взаимодействует с поверхностью металла, ускоряя распространение раствора по металлу, и облегчает удаление покрытий.

В основе действия растворителей лежит диффузия их через слой лакокрасочного покрытия. Поэтому эффективность растворителей тем больше, чем меньше размеры их молекул.

Эффективность действия растворителей существенно повышается в ультразвуковом поле, в частности, за счет ускорения диффузии и ультразвукового капиллярного эффекта.

5.1.4. Очистка в парах растворителей. Растворителем заполняют часть рабочей емкости и затем его доводят до кипения. Над кипящим растворителем образуется паровая зона, в которую подаются холодные детали. Пары конденсируются на очищаемых поверхностях, и загрязнения уносятся стекающим конденсатом.

Очистка в этом случае производится чистым растворителем, так как он конденсируется практически из пара. В результате достигает­ся высокая степень обезжиривания и очистки. Наиболее широко для очистки в парах используются хлорированные растворители. Для предотвращения утечек паров растворителя применяются специальные конденсаторы, например радиатор, расположенный в верхней части рабочей емкости и охлаждаемый проточной водой. Верхняя часть стенок бака также обычно охлаждается. Улетучившийся растворитель конденсируется на охлаждаемых частях системы и стекает на дно рабочей емкости.

Очистку в парах применяют для удаления таких трудносмываемых и прочных загрязнений, как антикоррозионные жировые покрытия, тяжелые масла, вязкие или полимеризованные смазки на жирной основе, воскообразные вещества и хлорированные смазочные масла с высоким молекулярным весом. Очистку в парах не рекомендуется применять для удаления загрязнений, содержащих воду и для удаления прочных загрязнений, например плотного нагара и др. Этот вид очистки используется, как правило, в комбинации с другими методами. Часто паровой очистке предшествует очистка в конденсированном растворителе под действием ультразвука. Попадание воды в хлорированный растворитель может приводить к гидролизу и образованию соляной кислоты.

5.1.5. Электрохимическая очистка. При электрохимической очистке деталь погружается в токопроводящий раствор щелочей или кислот и включается в цепь постоянного тока. При пропускании через раствор тока осуществляется электролиз воды с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. При этом деталь очищается благодаря механическому и эмульгирующему воздействию выделяющегося газа.

Очищаемая деталь может служить как катодом, так и анодом. Если деталь является катодом, то водорода выделяется вдвое больше, что повышает эффективность очистки. Однако при этом возникает опасность наводораживания металла и повышения за счет этого его хрупкости. Поэтому для ответственных деталей более приемлема анодная очистка. В частности, для очистки лопаток турбин (в том числе и алитированных) от нагара, коррозии и других, прочно связанных с основным материалом загрязнений, рекомендуют анодно-щелочную очистку с ультразвуковой интенсификацией.

Электрохимическая очистка позволяет достигать весьма высокой степени чистоты обрабатываемой поверхности, однако ей присущи следующие недостатки:

· возможность проникновения в металл водорода при катодной очистке и появления за счет этого так называемой водородной хрупкости: для уменьшения проникновения водорода необходимо проводить катодно-анодную или анодную очистку;

· неравномерность очистки деталей со сложным профилем в связи с неравномерным выделением газа.

В качестве электролитов для электрохимической очистки используются практически те же составы, что и при химической очистке. Разница в составах растворов состоит лишь в том, что в растворы для электрохимической очистки вводят незначительные количества поверхностно-активных веществ и добавляют противопенные присадки, например спирты, чтобы уменьшить пенообразование.

В качестве составов для электрохимической очистки могут использоваться растворы щелочей и кислот. В растворах кислот происходит химическое воздействие на металлическую поверхность кислоты, электрического тока и пузырьков выделяющегося газа. Это приводит к растворению и отслоению окалины, ржавчины, поверхностных окисных пленок и других загрязнений, находящихся на поверхности.

Очистка в растворах кислот имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, растворяются не только загрязнения, но и часть поверхности металла, что приводит к нарушению структуры поверхностного слоя и снижению его прочности. Во-вторых, сравнительно малая производительность очистки, цикл которой (включая операцию удаления шлама) может достигать 1-2 ч.

Способ очистки путем травления в расплавах щелочей основан на восстановлении окислов металла на очищаемой поверхности натрием. В качестве рабочей среды обычно используется расплав технического едкого натра. Натрий выделяется при электролизе щелочи.

Образующийся из окисла металл остается на обрабатываемой поверхности в виде плотного слоя порошка. Окислы и окалины восстанавливаются, а пригар растворяется в электролите под действи­ем постоянного тока.

Типовой технологический процесс электрохимической очистки в расплаве щелочей включает следующие операции:

1) катодное травление в расплавленной щелочи (480-500°С) -20-30 мин.

2) промывка в холодной воде (18-20°С) - 3-5 мин.

3) промывка в горячей воде (70-80°С) - 3-5 мин

Преимущество очистки путем электролитического травления в расплавах и растворах щелочей состоит в том, что основной металл при этом не взаимодействует с рабочей средой и не подвергается разрушению.

5.1.6. Химическая очистка. Она осуществляется за счет химического взаимодействия рабочей жидкости с загрязнениями. Так, продукты коррозии удаляются обычно растворами кислот, которые приготавливают в ваннах с кислотоупорной футеровкой (например, винипласт). При этом необходимо соблюдать меры предосторожно­сти. В частности, ванну следует заполнять вначале водой, а затем добавлять определенное количество кислоты.

Важную роль при химическом удалении коррозии и окалины играют пузырьки водорода, выделяющиеся из металла и отделяющие окалину за счет механического воздействия. При этом, однако, возможно наводораживание металла за счет диффузии водорода и появления водородной хрупкости.

Общим недостатком химических и электрохимических способов очистки является возможность перекрытия полостей дефектов продуктами коррозии, если после очистки деталь не сразу поступает на контроль. Однако с другой стороны, эти методы позволяют устранить наволакивание металла на устья дефектов, образующиеся при шлифовке, полировке и других методах механической обработки, а также очищать полости дефектов от нагара, продуктов коррозии, окисных пленок и т.д., которые практически не удаляются ни одним из других способов. Поэтому при наличии перечисленных загрязнений целесообразно использовать химические и электрохимические методы. Составы для травления должны содержать ингибиторы коррозии, а после обработки ими деталей необходимо вводить дополнительную очистку в инертных жидкостях. Ингибитор коррозии приготавливается отдельно и разводится в небольшом количестве кислоты. Рекомендуются следующие ингибиторы: в растворах соляной кислоты - уротропин, ингибитор ПБ-5, состав "Р"; в растворах серной кислоты - тиомочевина, а- и b - нафтиламин, регулятор травления (состав "Р")

Типичная технология очистки алюминиевых сплавов от коррозии выглядит следующим образом: очистка в растворе 720 мл воды, 20 мл фторофосфорной кислоты, 80 г хромового ангидрида в течение 15-30 мин; промывка водой; нейтрализация слабым щелочным раствором; окончательная промывка ацетоном; сушка. Детали из магниевых сплавов обрабатывают водным раствором хромового ангидрида при концентрации 15-25 мас.%, а затем промывают водой. При этом рекомендуется использовать ультразвуковые колебания. Применение ультразвука позволяет осуществлять более глубокую очистку дефектов от загрязнений, в том числе и от остатков травильных растворов, что предотвращает возможность коррозии, повышает чувствительность и надежность контроля.

5.1.7. Ультразвуковая очистка. Применение ультразвуковых колебаний позволяет существенно ускорить любой из перечисленных способов очистки и повысить ее качество. Осуществляется такое ускорение за счет переменных давлений, колебаний частиц жидкости в ультразвуковом поле, вторичных акустических явлений -радиационных сил, "звукового ветра", кавитации и ультразвукового капиллярного эффекта. Первостепенную роль при этом играет кавитация. При захлопывании кавитационных пузырьков образуются кумулятивные микроструи жидкости (скорость которых достигает сотен метров в секунду) и ударные волны. Под действием ударных волн и высокоскоростных микроструй происходит интенсивное раз­рушение пленки загрязнений (твердой или жидкой) и ее отделение от поверхности. Кавитация же обеспечивает интенсивное эмульгирование и диспергирование отделившихся частиц загрязнений.

За счет акустических течений обеспечивается удаление из пограничного слоя растворившихся или разрушенных под действием кавитации загрязнений в объем жидкости. Особенно большую роль играют акустические течения при удалении растворимых загрязнений.

Эффективность очистки увеличивается по мере приближения обрабатываемой поверхности к излучателю. Однако приближать изделия к излучателю на расстояние l < 1 - 2 мм нецелесообразно, так как при малых зазорах между излучателем и обрабатываемой по­верхностью ухудшаются условия удаления загрязнений из пограничного слоя и уменьшается активность кавитации вследствие изменения схемы захлопывания кавитационных пузырьков.

Ультразвуковая очистка обеспечивает возможность эффективного удаления загрязнений из полостей капиллярных дефектов за счет интенсивного заполнения полостей дефектов моющими жидкостями и вытеснения загрязнений.

Процесс заполнения капиллярных каналов жидкостями представляет собой целый ряд явлений:

· перемещение жидкой среды в канале капилляра под действием капиллярных сил или внешнего давления;

· диффузия газа, защемленного в тупике капилляра, в проникающую жидкость;

· диффузионное перемещение растворенного газа к устью дефекта;

· растворение загрязнений, имеющихся в полости дефекта;

· диффузионное перемещение загрязнений к его устью.

Ультразвуковые колебания оказывают интенсифицирующее действие на все перечисленные явления. Ускоряется процесс заполнения полостей дефектов в целом и увеличивается глубина проникновения рабочих жидкостей (моющих или пенетрантов) в тупиковые капилляры. Однако наиболее эффективно применение ультразвука в режиме, обеспечивающем проявление ультразвукового капиллярного эффекта, когда загрязнения вытесняются из полостей дефектов микроструями.

Применение ультразвука при очистке позволяет повысить качество контроля. При этом несплошности очищаются на большую глубину не только от жидкостей, но и от загрязнений типа полировальной пасты. В результате число выявленных следов приближается к общему числу дефектов. Использование в качестве моющих жидкостей воды и водных растворов глицерина и диспергирующего вещества (ОП-7) при очистке в ультразвуковом поле дает больший эффект, чем применение таких растворителей, как ацетон и бензин. Это обусловлено меньшей активностью акустической кавитации в ацетоне и бензине, чем в воде и водных растворах.

Применение ультразвука позволяет решить проблемы замены пожаро-, взрыво-, экологически опасных для человека и окружающей среды дефектоскопических материалов на воду и водные растворы

5.1.8. Сорбционная очистка. После подготовительной очистки изделий на их поверхности, особенно в полостях дефектов, остается некоторое количество очищающих веществ - растворителей, моющих составов, растворов для травления и электрохимической очистки. Сорбционная очистка применяется для удаления жидких загрязнений из полостей дефектов. Сущность сорбционной очистки состоит в том, что на поверхность изделия наносится сорбент, на­пример, в виде сухого порошка, который впитывает жидкие загрязнения из полостей дефектов, а затем удаляется с поверхности изделия сдуванием струей воздуха.

Эти вещества также могут быть удалены сушкой или нанесением сорбента на поверхность изделий с последующим его сдуванием струей сжатого воздуха.

5.1.9. Тепловая очистка и сушка. Тепловая очистка от жидкостей может осуществляться путем нагрева изделий до температуры выше температуры кипения жидкости или за счет ее испарения из дефектов при температуре ниже температуры кипения. В процессе нагрева жидкости и достижения температуры, равной температуре кипения в капилляре, образуются пузырьки пара, которые будут расти до размера, равного диаметру капилляра. При этом пузырек перестает перемещаться вследствие адгезии его со стенками дефекта. Дальнейшее повышение температуры должно приводить к разрыву пузырька и выбросу жидкости из капилляра.

В сушильных печах, в которых температуру 100°С нельзя поддерживать или не рекомендуется использовать по каким-либо причинам, продолжительность сушки необходимо увеличить.