Физические основы капиллярной дефектоскопии. Люминесцентная дефектоскопия (ЛД). Цветная дефектоскопия (ЦД).

Изменить соотношение контрастностей изображения дефекта и фона можно двумя способами. Первый способ заключается в полировке поверхности контролируемого изделия с последующим травлением ее кислотами. При такой обработке дефект забивается продуктами коррозии, чернеет и становится заметным на светлом фоне полированного материала. Этот способ имеет целый ряд ограничений. В частности, в производственных условиях совершенно нерентабельно полировать поверхность изделия, особенно сварных швов. К тому же способ неприменим при контроле прецизионных полированных деталей или неметаллических материалов. Способ травления чаще применяют для контроля каких-то локальных подозрительных участков металлических изделий.

Второй способ состоит в изменении светоотдачи дефектов заполнением их с поверхности специальными свето- и цветоконтрастными индикаторными жидкостями - пенетрантами. Если в состав пенетранта входят люминесцирующие вещества, т. е. вещества, дающие яркое свечение при облучении их ультрафиолетовым светом, то такие жидкости называют люминесцентными, а метод контроля соответственно - люминесцентным (люминесцентная дефектоскопия - ЛД). Если же основой пенетранта являются красители, видимые при дневном свете, то метод контроля называют цветным (цветная дефектоскопия - ЦД). В цветной дефектоскопии используют красители ярко-красного цвета.

Сущность капиллярной дефектоскопии заключается в следующем. Поверхность изделия очищают от грязи, пыли, жировых загрязнений, остатков флюса, лакокрасочных покрытий и т. п. После очистки на поверхность подготовленного изделия наносят слой пенетранта и некоторое время выдерживают, чтобы жидкость смогла проникнуть в открытые полости дефектов. Затем поверхность очищают от жидкости, часть которой остается в полостях дефектов.

В случае люминесцентной дефектоскопии изделие освещают ультрафиолетовым светом (ультрафиолетовый осветитель) в затемненном помещении и подвергают осмотру. Дефекты хорошо заметны в виде ярко светящихся полосок, точек и т. п.

При цветной дефектоскопии выявить дефекты на этой стадии не удается, так как разрешающая способность глаза слишком мала. Чтобы повысить выявляемость дефектов, на поверхность изделия после удаления с нее пенетранта наносят специальный проявляющий материал в виде быстро сохнущей суспензии (например, каолина, коллодия) или лаковые покрытия. Проявляющий материал (обычно белого цвета) вытягивает пенетрант из полости дефектов, что приводит к образованию на проявителе индикаторных следов. Индикаторные следы полностью повторяют конфигурацию дефектов в плане, но больше их по размерам. Такие индикаторные следы легко различимы глазом даже без использования оптических средств. Увеличение размеров индикаторного следа тем больше, чем глубже дефекты, т.е. чем больше объем пенетранта, заполнившего дефект, и чем больше времени прошло с момента нанесения проявляющего слоя.

Физической основой капиллярных методов дефектоскопии является явление капиллярной активности, т.е. способность жидкости втягиваться в мельчайшие сквозные отверстия и открытые с одного конца каналы.

Капиллярная активность зависит от смачивающей способности твердого тела жидкостью. В любом теле на каждую молекулу со стороны других молекул действуют молекулярные силы сцепления. В твердом теле они больше, чем в жидком. Поэтому жидкости в отличие от твердых тел не обладают упругостью формы, но обладают большой объемной упругостью. Молекулы, находящиеся на поверхности тела, взаимодействуют как с одноименными молекулами тела, стремящимися втянуть их внутрь объема, так и с молекулами окружающей тело среды и обладают наибольшей потенциальной энергией. По этой причине перпендикулярно к границе в направлении внутрь тела возникает нескомпенсированная сила, называемая силой поверхностного натяжения. Силы поверхностного натяжения пропорциональны длине контура смачивания и, естественно, стремятся его уменьшить. Жидкость на металле в зависимости от соотношения межмолекулярных сил будет растекаться по металлу или соберется в каплю. Жидкость смачивает твердое тело, если силы взаимодействия (притяжения) жидкости с молекулами твердого тела больше, чем силы поверхностного натяжения. В этом случае жидкость будет растекаться по твердому телу. Если же силы поверхностного натяжения больше, чем силы взаимодействия с молекулами твердого тела, то жидкость соберется в каплю.

При попадании жидкости в капиллярный канал ее поверхность искривляется, образуя так называемый мениск. Силы поверхностного натяжения стремятся уменьшить величину свободной границы мениска, и в капилляре начинает действовать дополнительная сила, приводящая к всасыванию смачивающей жидкости. Глубина, на которую жидкость проникает в капилляр, прямо пропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения жидкости и обратно пропорциональна радиусу капилляра. Иными словами, чем меньше радиус капилляра (дефекта) и лучше смачиваемость материала, тем жидкость быстрее и на большую глубину проникает в капилляр.