Проявление

Проявление дефектов представляет собой процесс образования рисунка в местах наличия дефектов. Для образования этого рисунка необходимо извлечь из полости дефекта такое количество индикаторного вещества, чтобы оно пропитало всю толщину проявителя над дефектом и образовало различимый на общем фоне рисунок (след дефекта).

В дефектоскопии широко используются в основном три типа проявителей: сухой порошок; суспензия, например суспензия мела в воде или спирте; и проявитель типа краски. Очевидно, что они очень отличаются по физическому состоянию. При проявлении в процессе взаимодействия индикаторной жидкости с проявителем надо всячески создавать условия, способствующие быстрому и наиболее полному выходу пенетранта на поверхность слоя проявителя,

Порошковые проявители впитывают индикаторную жидкость из дефектов за счет капиллярных сил и обволакивания частиц порошка жидкостью вследствие растекания ее по смачиваемой поверхности частицы (сорбция). При нанесении водяной суспензии после ее высыхания деталь оказывается покрытой тонкой капиллярно-пористой структурой. В этом случае также преобладают сорбционные процессы и капиллярные явления.

При использовании проявителя типа краски преобладающую роль в формировании следов дефектов играют процессы диффузии и растворения пенетранта в проявителе. В зависимости от требуемой чувствительности и свойств проявителя время проявления может варьироваться в диапазоне от 5 до 45 мин. Для сокращения времени проявления используют различные методы интенсификации этого процесса: подогрев изделий при нормальном атмосферном давлении (тепловое проявление), вакууммирование объема над изделием с постоянным или изменяющимся разрежением (вакуумное проявление), воздействие вибрации, циклическими нагрузками или ультразвуковыми колебаниями.

5.4.1. Способы нанесения проявителя.Нанесение проявителя производится практически теми же способами, что и нанесение пенетранта. Важное требование и искусство дефектоскописта - наносить проявитель тонким равномерным слоем.

Распылением. Нанесение жидкого проявителя струей воздуха, инертного газа или безвоздушным методом.

Электрораспылением. Нанесение проявителя в электрическом поле обычно с распылением его струей воздуха, механическим путем.

Воздушной взвесью. Нанесение порошкообразного проявителя путем создания его воздушной взвеси в камере, где размещен объект контроля.

Кистевым способом. Нанесение жидкого проявителя кистью, щеткой или заменяющими их средствами.

Погружением. Нанесение жидкого проявителя кратковременным погружением в него объекта контроля.

Обливанием. Нанесение жидкого проявителя обливанием.

Электроосаждением. Нанесение проявителя погружением в него объекта контроля с одновременным воздействием электричес­кого тока.

Посыпанием. Нанесение порошкообразного проявителя припудриванием или обсыпанием объекта контроля.

Наклеиванием. Нанесение ленты пленочного проявителя прижатием липкого слоя к объекту контроля.

Распылением жидкий проявитель наносится струей воздуха, инертного газа или безвоздушным методом. Этот способ нанесения проявителя обеспечивает наиболее высокую равномерность слоя проявителя и, как следствие, высокую чувствительность. Недостаток распыления состоит в больших потерях проявителя (20 - 40%) и в загрязнении рабочих мест и окружающей среды. Для нанесения распылением используются специальные краскораспылители.

При пневматическом распылении через распылительную головку одновременно подаются сжатый воздух и жидкий материал с резко различающимися скоростями (скорость воздуха 450 м/с, скорость проявителя 0,1 м/с.). В результате взаимодействия струи проявителя и воздуха проявитель диспергируется на мельчайшие капельки, которые равномерно распределяются по расширяющейся струе воздуха. Такую струю, образованную воздухо-жидкостной смесью, принято называть факелом. Степень дисперсности распыляемого материала в факеле зависит от скоростей истечения воздуха и материала, его вязкости и поверхностного натяжения. При оптимальном выборе основных параметров размер капель колеблется в диапазоне 6-8 мк. Обычно краскораспылитель используется при работе с жидкостями, вязкость которых лежит в пределах (13-35)10 м²/с.

Сжатый воздух, подаваемый от компрессорной станции, на предприятиях, как правило, всегда содержит влагу, масла и другие включения. Попадание таких инородных частиц в проявитель снижает его качество и приводит к уменьшению надежности контроля. В связи с этим перед подачей воздуха в распылительную головку его необходимо очистить. Распространенный способ очистки воздуха - пропускание его через кокс и несколько прослоек войлока. Для контроля степени чистоты воздуха исследуют отпечаток струи на фильтровальной бумаге. Оптимальное рабочее давление для пневматических краскораспылителей составляет 0,4 МН/м².

В последнее время многие производители дефектоскопических материалов производят пенетрант в аэрозольных баллонах. Содержимым баллонов кроме дефектоскопических материалов являются сжиженные газы, так называемые пропелленты. Они служат для создания давления в упаковке и распыления дефектоскопического материала. Аэрозольные баллоны удобны при транспортировке и использовании, поэтому применяются в полевых, цеховых и лабораторных условиях эксплуатационно-ремонтных предприятий. Кроме того, из них невозможно испарение, обеспечивается одинаковый химсостав и размеры частиц при распылении соответствуют заданным. При нанесении на поверхность дефектоскопических материалов головка баллона должна находится на расстоянии 300 - 350 мм от контролируемого участка. Рекомендуется перед применением баллон встряхивать 2-3 мин с целью перемешивания содержимого. Перед нанесением проявителя на контролируемую поверхность следует убедиться в хорошем качестве распыления. Для этого необходимо нажать на распылительную головку и направить струю в сторону от детали. Не допускается закрывать клапан при направлении струи на деталь во избежание попадания крупных капель проявителя на контролируемую поверхность.

Однако при распылении пенетранта аэрозольная струя частично отражается от поверхности и происходит загрязнение частей, соседствующих с контролируемой. Это особенно заметно при применении люминесцентных пенетрантов, когда даже мельчайшие частицы аэрозоля, попавшие на бездефектные поверхности, дают яркое свечение и несут ложную информацию. При этом содержание мелкодисперсного аэрозоля в воздухе на рабочем месте дефектоскописта отрицательно сказывается на условиях его работы.

Другой способ распыления - гидродинамический. В этом способе диспергирование распыляемого материала осуществляется при выходе его из распылителя под давлением 25 МН/м². Вследствие дробления струи образуется направленный факел, содержащий кап­ли различного диаметра.

Гидродинамический способ распыления имеет ряд следующих преимуществ по сравнению с пневматическим: более высокую производительность при меньшем расходе сжатого воздуха, снижение потерь распыляемого материала на образование тумана, улучшенные условия труда благодаря уменьшенному туманообразованию. Однако область применения этого метода ограничена изделиями простой формы, и, кроме того, распылительное гидравлическое обо­рудование требует тщательного ухода, частой замены отдельных элементов диспергирующих устройств.

При нанесении проявителя распылением в электрическом поле высокого напряжения резко уменьшается запыленность рабочего места, достигается высокая равномерность нанесения проявителя. Однако этот способ требует специальных проявителей (красок или суспензий). Он основан на взаимодействии электрических зарядов и полей. В этом способе частицам распыляемого материала сообщается электрический заряд, а затем они перемещаются по силовым линиям электрического поля и осаждаются на изделии. При этом изделие либо заземляется, либо ему сообщается заряд, противопо­ложный заряду распыляемых частиц. Недостатком способа нанесения проявителя в электрическом поле является неравномерность его нанесения на сложнопрофилированные изделия, так как плотность силовых линий, по которым движутся частицы проявителя, выше у кромок и выступающих частей поверхности и близка к нулю на вогнутых участках и в углублениях.

Центробежное распыление с контактной зарядкой произво­ится грибковыми, дисковыми или чашечными распылителями. При подаче проявителя на эти элементы, приведенные во вращение, он будет растекаться тонким слоем. В результате действия центробежных сил и электрических зарядов проявитель будет диспергироваться и перемещаться к поверхности изделия.

При пневматическом электрораспылении с контактной зарядкой заряд сообщается частицам распыляемого материала во время прохождения его через распылители. Пневмоэлектрический способ распыления с контактной зарядкой характеризуется более высокой производительностью по сравнению с электромеханическим и элек­тростатическим распылением.

Пневмоэлектрический способ неэффективен ввиду низкого электросопротивления для проявителей типа ПР-1, ПР-4, ПР-5. Для такого нанесения разработаны специальные проявители на основе этилцеллюлозы и смолы БКМ с гораздо большим удельным сопротивлением.

Применение электрораспыления для нанесения проявителя позволяет при контроле неэлектропроводных изделий не только увеличить производительность, но и повысить чувствительность и достоверность контроля, в частности, путем использования специальных проявителей, содержащих отрицательные ионы. В качестве проявителя используется мел, распыляемый через резиновое сопло. При распылении проявитель электризуется положительно и притягивается к отрицательным ионам в дефекте.

В целом же распыление (особенно его пневмоэлектрический вариант) как метод нанесения дефектоскопических составов на контролируемые поверхности создает необходимые предпосылки для автоматизации процесса. При этом существенно повышается производительность, обеспечивается экономия материала.

При нанесении проявителя электроосаждением изделие помещается в ванну с проявителем на основе водорастворимого пленкообразователя и подключается к одному из полюсов источника постоянного тока, другой полюс подключается к электродам, размещенным в этой же ванне. Аналогичный процесс используется при нанесении лакокрасочных покрытий.

Наиболее широко распространен анодный вариант нанесения электроосаждением. При этом на аноде происходит электролиз воды и растворение металла с осаждением покрытия. Толщина осаждаемого слоя пропорциональна плотности тока. При достижении некоторой определенной толщины процесс практически прекращается. Электроосаждение отличается высокой адгезией покрытия, высокой производительностью, хорошей равномерностью покрытия на стенках отверстий и внутренних полостей изделий, возможностью автоматизации процесса. Основные недостатки этого способа следующие: использование только водорастворимых материалов, сложность обеспечения контакта мелких деталей с анодной шиной, применение сложного оборудования и большие производственные площади.

Способы нанесения погружением и обливанием более доступны, поэтому широко распространены, они поддаются автоматизации. Но равномерность нанесения проявителя невысокая за счет образования потеков.

Нанесение проявителя обливанием может быть также реализовано и в варианте с электрическим полем, когда в качестве анода используется изделие, а в качестве катода - устройство, подающее проявитель.

Недостатком струйного способа является также невысокая равномерность нанесения покрытия и невозможность обработки проявителем необтекаемых изделий и изделий с внутренними полостями. По сравнению с другими способами струйное нанесение проявителя более экономично по расходу его (25-30% по сравнению с пневматическим распылением, на 10-15% с окунанием) кроме того, значительно сокращается используемый объем проявителя.

Кистевой способ нанесения жидкого проявителя не обеспечи­вает равномерной толщины слоя проявителя, трудоемок и малопро­изводителен.

Порошковый проявитель наносится посыпанием, припудриванием и из воздушной взвеси.

Воздушная взвесь (кипящий слой) создается в камере, где размещен объект контроля. Конструкция камеры обычно такова, что сжатый воздух подается по каналам через дно камеры и порошок, находящийся в камере, как бы "кипит", равномерно обволакивания всю поверхность объекта контроля. Этот способ обеспечивает высокую чувствительность контроля, но осуществим только в стационарных условиях и для контроля сравнительно небольших изделий.

Сухой порошок на гладких вертикальных поверхностях удерживается плохо, что снижает надежность отыскания поверхностных дефектов. Недостатком сухого метода проявления дефектов является также частичная закупорка полости дефекта слипшимися частицами, что затрудняет дальнейшее распространение индикаторной жидкости в слое сорбента. Кроме того, сухой порошкообразный сорбент создает повышенное содержание пыли на рабочем участке, что при массовом контроле затрудняет создание надлежащих условий труда.

Наклеиванием наносят проявитель в виде липкой ленты. Неоспоримое достоинство этого способа - возможность документирования результата контроля. В качестве основы для документа используется лента, снимаемая с детали после проявления. Способу требуется высокая степень обработки поверхности контролируемого изделия для полного прилегания адсорбирующего слоя ленты. Пленку можно наносить и в жидком виде. Она полимеризуется на контролируемом изделии и после проявления снимается с поверхности. Такой проявитель может быть приготовлен, например, из синтетической смолы путем растворения ее в низкомолекулярном растворителе. Для уменьшения хрупкости получаемой пленки в раствор целесообразно ввести пластификатор.

5.4.2. Методы интенсификации процесса проявления.Процессы проявления интенсифицируют различными физическими полями, по названию которых получили наименование способы проявления:

Тепловой. Нормированное по продолжительности и температуре нагревание объекта контроля при нормальном атмосферном давлении.

Вакуумный. Выдержка в нормированном вакууме над поверхностью объекта контроля.

Вибрационный. Упруго-деформационное воздействие на объекты посредством вибрации, циклического или повторно статического его нагружения.

Ультразвуком. Выдержка объекта с одновременным воздействием на него ультразвуковых колебаний.

Магнитный или электромагнитный. Выдержка объекта в магнитном или электромагнитном полях при использовании пенетрантов, обладающих магнитными свойствами, например приготовленных на основе магнитной жидкости.

Из перечисленных методов тепловое проявление - наиболее доступный метод интенсификации этого процесса. Существенное ускорение путем нагрева достигается при использовании проявляющих покрытий типа краски. Например, горячий воздух с температу­рой 60°С ощутимо ускоряет процесс естественного испарения при контроле сварных швов атомных энергетических установок. При контроле в условиях низких температур дополнительно могут быть применены отражательные электронагревательные приборы.

Однако следует помнить об ограничениях при применении теплового проявления. Для наборов дефектоскопических материалов, в которых пенетрант содержит легколетучие компоненты, а проявитель - краска, в первые 15 - 20 мин. нагрев может оказать отрицательное влияние на процесс проявления вследствие испарения растворителей-компонентов краски, участвующих в образовании индикаторных рисунков за счет растворения пенетранта и перехода части пенетранта в паровую фазу, которая проходит через слой проявителя. В этом случае рекомендуется нагрев применять не ранее, чем через 20 - 30 мин. после нанесения проявителя. Для проявителей, содержащих эфиры целлюлозы, не рекомендуется температура выше 100°С из-за изменения структуры целлюлозы и ее разложения с образованием на детали плотной пленки проявителя, непроницаемой для пенетранта.

Наиболее эффективно применение инфракрасных излучателей, использование которых сокращает время сушки покрытий в 20 - 30 раз, снижает расход тепловой энергии и улучшает качество покрытия. При сушке теплым воздухом засыхающая верхняя корочка затрудняет испарение из нижних слоев. Инфракрасные лучи воздействуют на проявляющее покрытие иначе. Они проходят сквозь него так, что большая часть тепла поглощается подложкой (деталью). В результате сильнее нагретыми оказываются пары растворителя. Нагрев может осуществляться и в переменном электромагнитном поле. При этом сушка проявителя начинается также с нижних его слоев. При нагреве производительность и качество контроля повышаются не только за счет ускорения сушки проявителя, но также и вследствие того, что оставшийся в тупиковых полостях дефектов газ при нагревании будет расширяться и вытеснять пенетрант на поверхность изделия.

Вакуумный, вибрационный и ультразвуковой методы проявления широкого практического применения не находят. Обусловлено это, с одной стороны, техническими трудностями, стоящими на пути реализации этих методов, а с другой - отсутствием всестороннего практического обоснования данных методов и доказательств достигаемых при этом преимуществ.

Перспективными являются магнитная и электромагнитная интенсификация проявления, при контроле пенетрантами на магнитных жидкостях. За счет воздействия магнитного поля на такой пенетрант при извлечении его из дефектов может быть ускорен процесс проявления и увеличена полнота извлечения пенетранта.

5.4.3. Время проявления. Время проявления варьируется в зависимости от требуемого класса чувствительности от 5 - 20 мин до нескольких часов. Для цветных пенетрантов, которые применяются при контроле по второму классу чувствительности, проявление длится не менее 20 мин после высыхания проявителя. По первому классу чувствительности дефекты выявляют через 60 мин после нанесения проявителя, а в некоторых случаях проявление длится несколько часов.

Время проявления должно быть указано в методиках контроля, разработанных конкретно к деталям данного производства.

Рекомендации по времени проявления никоим образом не могут восприниматься отвлеченно. В обязательном порядке они должны точно соответствовать используемым дефектоскопическим материалам, способами их нанесения, материалом, температурой и состоянием поверхности контролируемого объекта.

Такой же широкий диапазон имеют рекомендации по температуре проявления, они колеблются от 4°С до 52° С.