Способы заполнения дефектов индикаторным пенетрантом

Заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом называют также пропиткой. Способы заполнения дефектов индикаторными пенетрантами и их краткие технологические характеристики представлены ниже.

Капиллярный - самопроизвольное заполнение полостей несплошностей индикаторным пенетрантом, наносимым на контролируемую поверхность смачиванием, погружением, струей, распылением с помощью сжатого воздуха или газа.

Вакуумный - заполнение полостей несплошностей индикаторным пенетрантом при давлении и их полостях менее атмосферного.

Компрессионный - заполнение полостей несплошностей индикаторным пенетрантом при воздействии на него избыточного давления.

Ультразвуковой - заполнение полостей несплошностей индикаторным пенетрантом в ультразвуковом поле с использованием ультразвукового капиллярного эффекта.

Деформационный - заполнение полостей несплошностей индикаторным пенетрантом при воздействии на объект контроля упругих колебаний звуковой частоты или статического нагружения, увеличивающего раскрытие несплошности.

Электрический - заполнение капиллярных несплошностей в присутствии внешнего электрического поля.

Магнитный или электромагнитный - заполнение полостей несплошностей индикаторным пенетрантом, обладающим магнитными свойствами при воздействии магнитного или электромагнитного полей.

Как уже видно из названий способов, в их основе лежит заполнение несплошностей под действием капиллярных сил. Использование внешних физических полей (избыточное давление, вакуумирование, ультразвуковое, магнитное или электроманитное) и вызываемые этими полями эффекты интенсифицируют процесс и позволяют увеличить глубину проникновения пенетранта и тем самым повышают чувствительность и производительность метода.

5.2.1. Капиллярный способ. При капиллярной пропитке (заполнении дефекта пенетрантом) детали обычно погружают в емкость с индикаторным пенетрантом. Если изделия имеют большие размеры, то их поливают, смазывают индикаторной жидкостью или наносят жидкость кистью, губкой, пульверизатором-краскораспылителем или с помощью аэрозольного баллона.

Время пропитки при отсутствии внешних физических воздействий варьируется в зависимости от требуемой чувствительности и используемого материала в довольно широких пределах. В таблице 5.1 приведено рекомендуемое время капиллярного заполнения дефекта люминесцирующими пенетрантами, а в таблице 5.2 ориенти­ровочное время пропитки изделий цветными пенетрантами в двух температурных диапазонах (в обоих случаях без внешних физических воздействий).

Таблица 5.1. Рекомендуемое время заполнения дефекта люминесцирующими пенетрантами

Таблица 5.2. Ориентировочное время пропитки изделий цветными пенетрантами

5.2.2. Вакуумный способ. Сущность вакуумной пропитки состоит в том, что заполнение полостей дефектов осуществляется при давлении воздуха в полостях ниже атмосферного. Известны три способа пропитки под вакуумом. Первый состоит в том, что детали помещают в вакуумную камеру, а индикаторную жидкость заливают в емкость, соединенную с вакуумной камерой трубкой с вентилем. В камере создают разрежение (3 - 13)∙10² Па, а затем открывают вентиль. При этом жидкость заполняет емкость с деталями в камере.

Затем устанавливают атмосферное давление и выдерживают заданное время пропитки.

При втором способе детали в ванночке помещают на дно вакуумной камеры, а индикаторную жидкость - в резервуаре над деталями. Резервуар соединяют с ванночкой при помощи трубки с запорным вентилем, выведенным наружу. При вакуумировании газы, растворенные в индикаторной жидкости, интенсивно выделяются и вспенивают ее. Затем жидкость заливают в ванночку и осуществляют пропитку.

При третьем способе жидкость в ванночке ставят на дно ванной камеры, а детали подвешивают над ванночкой. С помощью наружного приспособления детали можно опускать в ванночку. Камера вакуумируется, детали опускаются в емкость и выдерживаются нужный промежуток времени.

5.2.3. Компрессионный способ. Он заключается в заполнении полостей дефектов индикаторным пенетрантом при воздействии на него избыточного давления. При этом способе на изделие наносится пенетрант и оно помещается в герметичную камеру, где создается избыточное давление. Пенетрант заходит в дефекты под действием сил капиллярного давления и избыточного давления.

Недостатком вакуумного, а также и компрессионного метода является использование сложных и громоздких установок. Кроме того, в вакууме неизбежно осуществляется откачка вместе с воздухом летучих компонентов индикаторных жидкостей, что, естественно, изменяет их физико-химические свойства и может сказаться на результатах контроля.

5.2.4. Ультразвуковой способ. При ультразвуковой пропитке в индикаторном пенетранте возбуждают ультразвуковые колебания промышленной частоты 20-40 кГц. Проникновение жидкости в капилляры интенсифицируется за счет переменных давлений, колебаний частиц жидкости и вторичных акустических явлений, (кавитация и др.). Наиболее эффективно применение ультразвука в режиме, обеспечивающем проявление ультразвукового капиллярного эффекта. При этом время озвучивания до момента достижения максимальной чувствительности сокращается. Скорость заполнения пенетрантами возрастает в несколько раз.

Отличительной особенностью ультразвукового способа заполнения дефектов является то, что поток жидкости, направленный в капилляр и образующийся под действием ультразвука, не сплошной, а состоит из отдельных высокоскоростных микроструй, образующихся при захлопывании кавитационных пузырьков, что обеспечивает интенсивное удаление воздуха и загрязнений из полостей дефектов и полное заполнение их пенетрантами.

Применение ультразвука при заполнении пенетрантом полостей чистых дефектов позволяет заметно увеличить выявляемость дефектов, особенно в случае, когда используются пенетранты с низкой проникающей способностью. В случае, например, загрязнения деталей алмазной полировочной пастой количество выявленных де­фектов возрастает на 70% при ультразвуковом способе заполнения дефектов индикаторной жидкостью (пенетрант ЛЖ-6А).

При использовании ультразвука желательно учитывать следующие рекомендации для достижения наибольшей чувствительности:

1. Оптимальный зазор между поверхностью контролируемой детали и излучателем ультразвука должен быть в пределах 1 - 2 мм. Уменьшение зазора затрудняет условие обмена индикаторной и моющей жидкости в зазоре, ухудшает удаление загрязнений и активность кавитации. Увеличение зазора допускается. Например, при очистке в воде или водных растворах загрязнения достаточно эффектно вытесняются на расстоянии до нескольких десятков сантиметров от излучателя. Однако для достижения высокой чувствительности хотя бы до образцового метода в этом случае требуется экспонирование в звуковом поле в течение 10 мин.

2. Амплитуда колебаний излучателя должна обеспечивать наличие развитой кавитационной области в озвучиваемом объеме.

Оптимальная амплитуда может быть установлена по максимуму воздействия ультразвука на подъем жидкости в капилляре. Для этой цели можно использовать простое устройство, состоящее из капилляра, погруженного в жидкость.

3. Положение детали относительно излучателя. При наличии кавитационной области на обрабатываемой поверхности положение этой поверхности относительно излучателя практически не имеет значения. Если размеры детали в плоскости, параллельной излучателю, порядка или больше длины звуковой волны в рабочей жидкости, то на тыльной стороне такой детали кавитация не возникает ни при каких интенсивностях. В связи с этим их необходимо либо переворачивать при обработке, либо озвучивать одновременно с разных сторон несколькими излучателями. Мелкие изделия также целесообразно озвучивать с двух сторон.

4. Температура жидкости. Оптимальная температура жидкости зависит в основном от таких ее свойств, как вязкость и упругость пара, и для ацетона составляет 10-15°С, воды - 50-60°С, 40%-й водно-глицериновой смеси - 80-85°С, керосина – 20 -30°С, пенетранта ЛЖ-6А – 30 - 40°С.

5. Время экспонирования в звуковом поле, необходимое для достижения требуемых показателей, существенно зависит от всех остальных параметров, определяющих режим (амплитуды, зазора, температуры). Если зазор не превышает 5 мм, то время озвучивания при оптимальной амплитуде составляет 2-3 мин, при зазорах больше 50 мм - до 5 мин. С ростом зазора время экспонирования увеличивается.

5.2.5. Деформационный способ. Сущность деформационной пропитки состоит в воздействии на объект упругих колебаний деформационных нагрузок. В результате деформации дефекты попеременно сужаются и расширяются, что облегчает проникновение пенетранта в их полости или же увеличивается минимальный размер дефекта.

5.2.6. Электрический способ. Перспективно нанесение пенетранта распылением в электрическом поле. Преимуществами способа нанесения жидких составов на поверхности изделий являются быстрота, возможность автоматизации, экономное расходование пенетранта.

5.2.7. Магнитный способ. Заполнение дефектов пенетрантом в магнитном или электромагнитном поле может применяться для ускорения проникновения пенетрантов, обладающих магнитными свойствами, например приготовленных на основе магнитной жидкости. Эти жидкости отличаются от обычных суспензий, во-первых, размерами магнитных частиц, которые по порядку величины приближаются к размерам молекул (2-10 нм), а во-вторых, тем, что частицы стабилизированы поверхностно-активными веществами. В результате такая жидкость ведет себя в магнитном поле как однофазная система, не выпадает в осадок и не разделяется под действием пондеромоторного взаимодействия. Проникновение пенетранта, приготовленного на магнитной жидкости, в полость дефекта ускоряется за счет взаимодействия магнитной жидкости с магнитным полем. При нанесении магнитного пенетранта изделие размещается в магнитном поле таким образом, чтобы градиент магнитного поля был направлен по внешней к контролируемой поверхности нормали, а при проявлении направление градиента магнитного поля меняют на противоположное, чем достигается полное извлечение индикаторной жидкости из дефекта и образование максимального размера следа.