Контроль проникающими веществами

УДК 620.179.111

ВАКУУМНАЯ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ЗАПОЛНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ

ПЕНЕТРАНТАМИ ПРИ КАПИЛЛЯРНОМ КОНТРОЛЕ

¹Институт прикладной физики НАН Беларуси, Беларусь 220072 Минск, ул. Академическая, 16

^*Е-mail: delenkovsky@iaph.bas-net.by; ^**dubel@iaph.bas-net.by

Поступила в редакцию 18.04.2018; после доработки 09.07.2018;

принята к публикации 13.07.2018

Проведены экспериментальные исследования вакуумной интенсификации процесса заполнения дефектов в образ-

цах из нержавеющей стали и стекла проникающими жидкостями при капиллярном контроле. Полученные результаты по-

казали высокую эффективность применения вакуумной пропитки при малых объемах пенетрантов на контролируемых

поверхностях, особенно при выявлении дефектов с раскрытиями 1—3 мкм. Установлено, что чувствительность контроля

повышается на 30—100 % по сравнению с традиционной технологией.

Ключевые слова: капиллярная дефектоскопия, капиллярный контроль, пенетрант, проявитель, вакуум.

DOI:10.1134/S01303082190100093

ВВЕДЕНИЕ

Из технической литературы известен процесс вакуумной интенсификации заполнения поверх-

ностных дефектов пенетрантами в капиллярной дефектоскопии [1—3], при котором, как отмечает-

ся, значительно повышаются чувствительность и производительность контроля [1]. Также предла-

гаются схемы реализации такого процесса, основанные на использовании специальных вакуумных

камер. Такой способ предполагает введение в камеру значительных объемов пенетранта с полным

погружением в него контролируемых изделий или же обильным покрытием контролируемых по-

верхностей пенетрантом перед вакууммированием [1, 4, 5].

Существенным недостатком применения такого способа пропитки является необходимость ис-

пользования сложных и дорогостоящих вакуумных установок. Реализация каждой из вышеука-

занных схем пропитки не экономична из-за неизбежных процессов кипения и испарения легких

фракций пенетранта при пониженном давлении, что приводит к существенному ухудшению его

рабочих свойств. Пары испарившейся летучей фазы пенетранта попадают в масло вакуумного на-

соса, которое также быстро теряет свои свойства. Указанные факторы приводят к низкой практиче-

ской ценности вакуумной пропитки с использованием стационарных вакуумных камер, вследствие

чего данный способ интенсификации не получил широкого распространения на практике.

Учитывая вышеизложенное, представляется актуальной разработка нового экономичного спо-

соба бескамерной вакуумной пропитки изделий пенетрантами при капиллярном контроле. Основой

такого способа могут стать исследования процесса заполнения поверхностных дефектов изделий

в вакууме при предельно малых объемах пенетрантов на контролируемых поверхностях, что и яв-

ляется целью настоящей работы.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для выполнения работы была разработана и изготовлена экспериментальная вакуумная уста-

новка, схема и фотография которой представлены на рис. 1.

Установка состоит из цилиндрического корпуса 1 объемом 250 см³, в котором на кронштейне 2

закрепляется исследуемый образец 3 с искусственными дефектами. Корпус закрывается крышкой

4 с окном 5 из кварцевого стекла, которое обеспечивает эффективное пропускание ультрафиоле-

тового излучения при проведении люминесцентного капиллярного контроля. Вакуумный насос 6

обеспечивает степень разряжения до 10—20 Па. Измерение разряжения производится вакуумме-

тром 7. Введение пенетранта в камеру осуществляется с использованием вакуумного ввода 8.

При проведении экспериментальных исследований использовались автоматизированная систе-

ма обработки и анализа видеоизображений [6] и экспериментальные образцы из нержавеющей

стали AISI 430 с различными геометрическими характеристиками дефектов, описанные в [7], а

также контрольные образцы, соответствующие ГОСТ Р ИСО 3452-3—2009 [8]. С целью выявления

характера пропитки дефектов и обеспечения возможности визуального контроля данного процесса

Н.В. Деленковский, А.Б. Гнусин

Насос

Рис. 1. Схема (а) и фотография (б) экспериментальной установки для вакуумной интенсификации процесса заполнения

дефектов пенетрантами.

разработаны и изготовлены специальные образцы из стекла с щелевидными дефектами, имеющи-

ми глубину 3—40 мм, ширину раскрытия 20—40 мкм и длину 10—40 мм. Покадровая видеосъемка

процессов пропитки и проявления дефектов в образцах из стекла осуществлялась с использовани-

ем цифровой видеокамеры через интервалы времени 3 с.

Капиллярный контроль образцов осуществлялся в соответствии с ГОСТ 18442—80 [9]. В экс-

периментах использовались водосмываемые люминесцентный пенетрант Bycotest FP42 и цветной

пенетрант Sonapen VP-650, а также суспензионный проявитель MR-Chemie MR-70, наносимый на

контролируемую поверхность аэрозольным распылением.

Как известно, температура кипения жидкостей с уменьшением давления уменьшается, а ско-

рость испарения тонких слоев жидкости увеличивается. С целью исследования влияния этого про-

цесса на качество капиллярного контроля проведена серия экспериментов. Скорость испарения

(летучесть) жидкой фазы тонких слоев пенетрантов в вакууме и при атмосферном давлении иссле-

довалась по увеличению во времени площади растекания единичных капель объемом ~10 мм³ на

поверхностях образцов из стали AISI 430.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

На рис. 2 представлены данные по кинетике растекания единичных капель исследуемых пе-

нетрантов. Как видно из приведенных графиков, в течение интервала времени 500 с при вакууме

10—20 Па по сравнению с нормальным атмосферным давлением существенного ухудшения расте-

кания капель для обоих пенетрантов не наблюдалось. Средняя толщина слоев пенетрантов при на-

несении и растекании капель через 3—6 с в обоих случаях составляла ~0,1 мм. Кипение в вакууме

Площадь капли, пиксели

80 000

70 000

60 000

50 000

40 000

без вакуума (люм)

30 000

вакуум (люм)

без вакуума (цветной)

20 000

вакуум (цветной)

10 000

100

200

300

400

500

Время, с

Рис. 2. Кинетика растекания единичных капель пенетранта по поверхности образца из стали AISI 430.

Дефектоскопия

№ 1

2019

Вакуумная интенсификация процесса заполнения дефектов...

0 с

10 с

30 с

75 с

180 с

0 с

10 с

30 с

75 с

180 с

0 с

6 с

10 с

25 с

60 с

Рис. 3. Пропитка и проявление дефекта длиной 35 мм, глубиной 8 мм и раскрытием 15—25 мкм в образце из стекла

при атмосферном давлении:

а — пропитка при полном покрытии устья дефекта пенетрантом; б — пропитка при нанесении пенетранта в левой части дефекта;

в — проявление дефекта.

жидкой фазы пенетрантов в таких слоях не выявлено. В дальнейших экспериментах использовался

способ нанесения пенетрантов на контролируемую поверхность при помощи кисти. При этом обе-

спечивалась толщина слоя пенетранта, сравнимая с толщиной, получаемой при растекании еди-

ничной капли объемом ~10 мм³ через интервал времени 3—6 с.

На рис. 3 представлены фотографии процессов пропитки и проявления щелевидного дефек-

та в образце из стекла при атмосферном давлении. Как видно из рис. 3а, при покрытии пене-

трантом всего устья дефекта и исключении возможности удаления воздуха из его полости (стан-

дартные условия пропитки) объем заполненной пенетрантом полости через 180 с после начала

процесса впитывания не превышает 30—40 % от объема всей полости дефекта. При нанесении

пенетранта не по всей площади дефекта, а только у его края, когда обеспечиваются условия бес-

препятственного удаления воздуха из его полости, степень пропитки увеличивается до 90—95 %

(рис. 3б). На рис. 3в представлены кадры проявления полностью заполненного пенетрантом дефек-

та. Экспериментально установлена высокая скорость процесса проявления исследуемого дефекта

проявителем MR-70. В полости дефекта при этом формируются потоки воздуха, которые со сторо-

ны устья дефекта, проникая вглубь, достигают его дна. Полное извлечение пенетранта наблюдает-

ся уже через 60 с после начала процесса проявления.

Перед исследованием процесса вакуумирования устье дефекта в образце из стекла полностью

покрывалось по всей длине слоем пенетранта. Далее образец помещался в вакуумную камеру и

производилась откачка воздуха до 10—20 Па. При этом через 3—6 с наблюдалось формирование

газовых пузырей над полостью дефекта (рис. 4б, в), что связано со значительным поверхностным

0 с

3 с

6 с

0 с

6 с

20 с

Рис. 4. Пропитка дефекта длиной 35 мм, глубиной 8 мм и раскрытием 15—25 мкм в образце из стекла при использовании

вакуумирования:

а, б, в — вакуумирование до 10—20 Па (выдержка 0, 3 и 6 с); г, д, е — пропитка при атмосферном давлении после вакуумирования

(выдержка 0, 6 и 20 с).

Дефектоскопия

№ 1

2019

Н.В. Деленковский, А.Б. Гнусин

натяжением пенетранта. При разгерметизации камеры и воздействии атмосферного давления на-

чинался быстрый процесс пропитки полости дефекта, который через 15—20 с приводил к запол-

нению полости дефекта на 80—85 % (рис. 4е). Повторное проведение цикла вакуумирования и

пропитки незначительно увеличило степень заполнения полости дефекта (до ~90 %).

С учетом полученных данных в последующих исследованиях вакуумной пропитки дефектов

в образцах из стали AISI 430 принят однократный режим их пропитки при выдержке в вакууме в

течение 10—15 с, разгерметизации камеры и выдержки при атмосферном давлении в течение 120 с.

Площадь следа, пиксели

Глубина 550 мкм

Глубина 1000 мкм

1500

Стандарт

Вакуум

2000

Вакуум

1000

500

1,5

2,5

4,5

Раскрытие

дефекта, мкм

Площадь следа, пиксели

Глубина 350 мкм

Глубина 1000 мкм

600

Стандарт

2000

Вакуум

400

1000

200

4,5

2,5

4,5

Раскрытие

дефекта, мкм

Рис. 5. Сравнительные диаграммы по пропитке дефектов пенетрантами при использовании вакуумной интенсификации:

а — люминесцентный пенетрант Bycotest FP42; б — цветной пенетрант Sonapen VP-650.

На рис. 5 представлены характерные сравнительные диаграммы, из которых можно сделать

вывод о том, что после вакуумной пропитки образцов при проведении капиллярного контроля пло-

щадь следов дефектов увеличивается на 30—100 % (по сравнению с традиционной технологией

контроля) для обоих исследуемых пенетрантов.

Установлено, что для контрольных образцов с дефектами глубиной 30—50 мкм и раскрытием

1,5—3 мкм [8] аналогичное увеличение площади следов дефектов составляло 20—40 %.

ВЫВОДЫ

Проведены экспериментальные исследования вакуумной интенсификации процесса заполне-

ния дефектов в образцах из нержавеющей стали AISI 430 и стекла проникающими жидкостями при

проведении капиллярного контроля. Использование вакуумной пропитки существенно повышает

чувствительность капиллярного контроля (в 1,3—2 раза), особенно при выявлении дефектов с ма-

лыми раскрытиями 1—3 мкм.

Полученные результаты могут стать основой для разработки экономичной бескамерной ваку-

умной пропитки изделий пенетрантами при капиллярном контроле.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Неразрушающий контроль / Справочник в 8 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 4 в 3 кн. Кн. 3.

М.В. Филинов. Капиллярный контроль. 2-е изд., испр. М.: Машиностроение, 2006. 736 с.

Дефектоскопия

№ 1

2019

Вакуумная интенсификация процесса заполнения дефектов...

2. Богданов Е.А. Основы технической диагностики нефтегазового оборудования. М.: Высшая шко-

ла, 2006. 279 с.

3. Калиниченко Н.П., Калиниченко А.Н. Капиллярный контроль: учебное пособие для подготовки

специалистов I, II и III уровня. Томск: ТПУ, 2010. 292 с.

4. Michael Schröder, Christoph Biedermann, Reinhard Vilbrandt. On the applicability of dye penetrant

tests on vacuum components: Allowed or forbidden? // Fusion Engineering and Design. October 2013. V. 88

(9—10). P. 1947—1950.

5. Kevin M. DePetrillo. Dye penetrant test for semiconductor package assembly solder joints / Пат. 6342400

B1 США. Опубл. 29.01.2002.

6. Мигун Н.П., Гнусин А.Б., Волович И.В. Компьютеризированная система определяет качество де-

фектоскопических материалов // Промышленная безопасность. 2004. № 1. С. 34—36.

7. Деленковский Н.В., Гнусин А.Б. Оценка глубины поверхностных дефектов при капиллярном кон-

троле // Дефектоскопия. 2017. № 3. С. 74—78.

8. ГОСТ Р ИСО 3452-3—2009. Контроль неразрушающий. Проникающий контроль. Часть 3.

Испытательные образцы.

9. ГОСТ 18442—80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования.

Дефектоскопия

№ 1

2019