Дефектоскоп і я (від лат. Defectus - недолік і ... скопия ), Комплекс методів і засобів неруйнівного контролю матеріалів і виробів з метою виявлення дефектів. Д. включає: розробку методів і апаратуру (дефектоскопи та ін.); складання методик контролю; обробку показань дефектоскопів.
Внаслідок недосконалості технології виготовлення або в результаті експлуатації в важких умовах у виробах з'являються різні дефекти - порушення цілісності або однорідності матеріалу, відхилення від заданого хімічного складу або структури, а також від заданих розмірів. Дефекти змінюють фізичні властивості матеріалу (щільність, електропровідність, магнітні, пружні властивості і ін.). В основі існуючих методів Д. лежить дослідження фізичних властивостей матеріалів при впливі на них рентгенівських, інфрачервоних, ультрафіолетових і гамма-променів, радіохвиль, ультразвукових коливань, магнітного і електростатичного полів та ін.
Найбільш простим методом Д. є візуальний - неозброєним оком або за допомогою оптичних приладів (наприклад, лупи). Для огляду внутрішніх поверхонь, глибоких порожнин і важкодоступних місць застосовують спеціальні трубки з призмами і мініатюрними освітлювачами (діоптрійної трубки) і телевізійні трубки. використовують також лазери для контролю, наприклад якості поверхні тонкого дроту та ін. Візуальна Д. дозволяє виявляти лише поверхневі дефекти (тріщини, плени і ін.) в металевих виробах і внутрішні дефекти у виробах зі скла або прозорих для видимого світла пластмас. Мінімальний розмір дефектів, що виявляються неозброєним оком, становить 0,1-0,2 мм, а при використанні оптичних систем - десятки мкм.
Рентгенодефектоскопія заснована на поглинанні рентгенівських променів , Яке залежить від щільності середовища і атомного номера елементів, що утворюють матеріал середовища. Наявність таких дефектів, як тріщини, раковини або включення чужорідного матеріалу, призводить до того, що проходять через матеріал промені (рис. 1) послаблюються в різного ступеня. Реєструючи розподіл інтенсивності проходять променів, можна визначити наявність і розташування різних неоднорідностей матеріалу.
Інтенсивність променів реєструють декількома методами. Фотографічними методами отримують знімок деталі на плівці. Візуальний метод заснований на спостереженні зображення деталі на флуоресціюючому екрані. Більш ефективним є цей метод при використанні електронно-оптичних перетворювачів . При ксерографії методі отримують зображення на металевих пластинках, покритих шаром речовини, поверхні якого повідомлений електростатичний заряд. На пластинах, які можуть бути використані багаторазово, отримують контрастні знімки. Іонізаційний метод заснований на вимірюванні інтенсивності електромагнітного випромінювання по його іонізуючого дії, наприклад на газ. У цьому випадку індикатор можна встановлювати на достатній відстані від вироби, що дозволяє контролювати вироби, нагріті до високої температури.
Чутливість методів рентгенодефектоскопії визначається відношенням довжини дефекту в напрямку просвічування до товщини деталі в цьому перерізі і для різних матеріалів становить 1-10%. Застосування рентгенодефектоскопії ефективно для деталей порівняно невеликої товщини, тому що проникаюча здатність рентгенівських променів із збільшенням їх енергії зростає незначно. Рентгенодефектоскопія застосовують для визначення раковин, грубих тріщин, ліквационних включень в литих і зварних сталевих виробах товщиною до 80 мм і у виробах з легких сплавів товщиною до 250 мм. Для цього використовують промислові рентгенівські установки з енергією випромінювання від 5-10 до 200-400 кев (1 ев = 1,60210 · 10-19 дж). Вироби великої товщини (до 500 мм) просвічують сверхжёсткім електромагнітним випромінюванням з енергією в десятки МеВ, отриманим в бетатроні .
Гамма-дефектоскопія має ті ж фізичні основи, що і Рентгенодефектоскопія, але використовується випромінювання гамма-променів, що випускаються штучними радіоактивними ізотопами різних металів (кобальту, іридію, европия і ін.). Використовують енергію випромінювання від декількох десятків кев до 1-2 МеВ для просвічування деталей великої товщини (рис. 2). Цей метод має суттєві переваги перед Рентгенодефектоскопія: апаратура для гамма-дефектоскопії порівняно проста, джерело випромінювання компактний, що дозволяє обстежити важкодоступні ділянки виробів. Крім того, цим методом можна користуватися, коли застосування рентгенодефектоскопії утруднено (наприклад, в польових умовах). При роботі з джерелами рентгенівського і гамма-випромінювань має бути забезпечена біологічний захист.
Радіодефектоскопія заснована на проникаючих властивостях радіохвиль сантиметрового і міліметрового діапазонів (мікрорадіохвиль), дозволяє виявляти дефекти головним чином на поверхні виробів зазвичай з неметалічних матеріалів. Радіодефектоскопія металевих виробів через малу проникаючу здатність мікрорадіохвиль обмежена (див. Скін-ефект ). Цим методом визначають дефекти в сталевих листах, прутках, дроті в процесі їх виготовлення, а також вимірюють їх товщину або діаметр, товщину діелектричних покриттів і т.д. Від генератора, що працює в безперервному або імпульсному режимі, мікрорадіоволни через рупорні антени проникають у виріб і, пройшовши підсилювач прийнятих сигналів, реєструються прийомним пристроєм.
Інфрачервона Д. використовує інфрачервоні (теплові) промені (див. Інфрачервоне випромінювання ) Для виявлення непрозорих для видимого світла включень. Так зване інфрачервоне зображення дефекту отримують в прохідному, відбитому або власному випромінюванні досліджуваного виробу. Цим методом контролюють вироби, що нагріваються в процесі роботи. Дефектні ділянки у виробі змінюють тепловий потік. Потік інфрачервоного випромінювання пропускають через виріб і реєструють його розподіл теплочутливим приймачем. Неоднорідність будови матеріалів можна досліджувати також методом ультрафіолетової Д.
Магнітна Д. заснована на дослідженні спотворень магнітного поля , Що виникають в місцях дефектів у виробах з феромагнітних матеріалів. Індикатором може служити магнітний порошок (закис-окис заліза) або його суспензія в маслі з дисперсністю часток 5-10 мкм. При намагнічуванні вироби порошок осідає в місцях розташування дефектів (метод магнітного порошку). Поле розсіювання можна фіксувати на магнітній стрічці, яку накладають на досліджувану ділянку намагніченого вироби (магнітографіческіе метод). Використовують також малогабаритні датчики (феррозонди), які при русі по виробу в місці дефекту вказують на зміни імпульсу струму, що реєструються на екрані осцилоскопа (ферозондовий метод).
Чутливість методу магнітної Д. залежить від магнітних характеристик матеріалів, що застосовуються індикаторів, режимів намагнічення виробів і ін. Методом магнітного порошку можна виявляти тріщини і ін. Дефекти на глибині до 2 мм (рис. 3), магнітографічним методом контролюють головним чином зварні шви трубопроводів завтовшки до 10-12 мм і виявляють тонкі тріщини і непровар. Ферозондовий метод найбільш доцільний для виявлення дефектів на глибині до 10 мм і в окремих випадках до 20 мм у виробах правильної форми. Цей метод дозволяє повністю автоматизувати контроль і розбракування. Намагнічення виробів проводиться магнітними дефектоскопами (рис. 4), що створюють магнітні поля достатньої напруженості. Після проведення контролю вироби ретельно розмагнічують.
Методи магнітної Д. застосовують для дослідження структури матеріалів (магнітна структурометрія) і вимірювання товщини (магнітна товщинометрія). Магнітна структурометрія заснована на визначенні основних магнітних характеристик матеріалу (коерцитивної сили, індукції, залишкової намагніченості, магнітної проникності). Ці характеристики, як правило, залежать від структурного стану сплаву, що піддається різної термічній обробці. Магнітну структурометрія застосовують для визначення структурних складових сплаву, що знаходяться в ньому в невеликій кількості і по своїх магнітних характеристиках значно відрізняються від основи сплаву, для вимірювання глибини цементації, поверхневого гарту і т.п. Магнітна толщинометрія заснована на вимірі сили тяжіння постійного магніту або електромагніту до поверхні виробу з феромагнітного матеріалу, на яку нанесений шар немагнітного покриття, і дозволяє визначати товщину покриття.
Електроіндуктівная (струмовихровий) Д. заснована на збудженні вихрових струмів змінним магнітним полем датчика дефектоскопа. Вихрові струми створюють своє поле, протилежне за знаком збудливій. В результаті взаємодії цих полів змінюється повний опір котушки датчика, що і відзначає індикатор. Показання індикатора залежать від електропровідності і магнітної проникності металу, розмірів виробу, а також змін електропровідності через структурні неоднорідностей або порушень суцільності металу.
Датчики струмовихровий дефектоскопів виконують у вигляді котушок індуктивності, усередині яких поміщають виріб (прохідні датчики), або які накладають на виріб (накладні датчики). Застосування струмовихровий Д. дозволяє автоматизувати контроль якості дроту, прутків, труб, профілів, рухомих в процесі їх виготовлення зі значними швидкостями, вести безперервний вимір розмірів. Струмовихровими дефектоскопами можна контролювати якість термічної обробки, оцінювати забрудненість високоелектропроводних металів (міді, алюмінію), визначати глибину шарів хіміко-термічної обробки з точністю до 3%, розсортовувати деякі матеріали по маркам, вимірювати електропровідність неферомагнітних матеріалів з точністю до 1%, виявляти поверхневі тріщини глибиною в кілька мкм при протяжності їх в декілька десятих доль мм.
Термоелектрична Д. заснована на вимірі електрорушійної сили (Термо), що виникає в замкнутому ланцюзі при нагріванні місця контакту двох різнорідних матеріалів. Якщо один з цих матеріалів прийняти за еталон, то при заданій різниці температур гарячого і холодного контактів величина і знак термоЕРС будуть визначатися хімічним складом другого матеріалу. Цей метод зазвичай застосовують в тих випадках, коли потрібно визначити марку матеріалу, з якого складається напівфабрикат або елемент конструкції (в тому числі і в готовій конструкції).
Трибоелектричних Д. заснована на вимірі електрорушійної сили, що виникає при терті різнорідних матеріалів (див. трибометр ). Вимірюючи різницю потенціалів між еталонними і випробовуваними матеріалами, можна розрізнити марки деяких сплавів.
Електростатична Д. заснована на використанні електростатичного поля , В яке поміщають виріб. Для виявлення поверхневих тріщин у виробах з неелектропровідних матеріалів (фарфору, скла, пластмас), а також з металів, покритих тими ж матеріалами, виріб запилюють тонким порошком крейди з пульверизатора з ебонітовим наконечником (порошковий метод). При цьому частинки крейди отримують позитивний заряд. В результаті неоднорідності електростатичного поля частинки крейди скупчуються біля країв тріщин. Цей метод застосовують також для контролю виробів з ізоляційних матеріалів. Перед запиленням їх необхідно змочити ионогенной рідиною.
Ультразвукова Д. заснована на використанні пружних коливань (див. пружні хвилі ), Головним чином ультразвукового діапазону частот. Порушення цілісності або однорідності середовища впливають на поширення пружних хвиль у виробі або на режим коливань виробу. Основні методи: ехометод, тіньовий, резонансний, велосімметріческій (власне ультразвукові методи), імпедансний і метод вільних коливань (акустичні методи).
Найбільш універсальний ехометод заснований на посилці у виріб коротких імпульсів ультразвукових коливань (рис. 5) і реєстрації інтенсивності і часу приходу ехосигналів, відбитих від дефектів. Для контролю виробу датчик еходефектоськопа сканує його поверхню. Метод дозволяє виявляти поверхневі і глибинні дефекти з різною орієнтуванням. Створені промислові установки (рис. 6) для контролю різних виробів. Ехосигнали можна спостерігати на екрані осцилоскопа або реєструвати самозапісивающім приладом. В останньому випадку підвищуються надійність, об'єктивність оцінки, продуктивність і відтворюваність контролю. Чутливість ехометодом вельми висока: в оптимальних умовах контролю на частоті 2-4 Мгц можна виявляти дефекти, що відображає поверхню яких має площу близько 1 мм 2.
При тіньовому методі ультразвукові коливання, зустрівши на своєму шляху дефект, відбиваються в зворотному напрямку. Про наявність дефекту судять по зменшенню енергії ультразвукових коливань або по зміні фази ультразвукових коливань, що огинають дефект. Метод широко застосовують для контролю зварних швів, рейок та ін.
Резонансний метод заснований на визначенні власних резонансних частот пружних коливань (частотою 1-10 Мгц) при порушенні їх у виробі. Цим методом вимірюють товщину стінок металевих і деяких неметалічних виробів. При можливості вимірювання з одного боку точність виміру близько 1%. Крім того, цим методом можна виявляти зони корозійного ураження. Резонансними дефектоскопами здійснюють контроль ручним способом і автоматизованим із записом показань приладу.
Велосіметріческій метод еходефектоськопа заснований на вимірюванні зміни швидкості поширення пружних хвиль в зоні розташування дефектів в багатошарових конструкціях, використовується для виявлення зон порушення зчеплення між шарами металу.
Імпедансний метод заснований на вимірюванні механічного опору (імпедансу) вироби датчиком, скануючим поверхню і збудливим в виробі пружні коливання звукової частоти. Цим методом можна виявляти дефекти в клейових, паяних і ін. З'єднаннях, між тонкою обшивкою і елементами жорсткості або заповнювачами в багатошарових конструкціях. Виявлені дефекти площею від 15 мм 2 і більше відзначаються сигналізатором і можуть записуватися автоматично.
Метод вільних коливань (див. власні коливання ) Заснований на аналізі спектру вільних коливань контрольованого виробу, порушеної ударом; застосовується для виявлення зон порушення з'єднань між елементами в багатошарових клеєних конструкціях значної товщини з металевих і неметалевих матеріалів.
Ультразвукова Д., що використовує кілька змінних параметрів (частотний діапазон, типи хвиль, режими випромінювання, способи здійснення контакту і ін.), Є одним з найбільш універсальних методів неруйнівного контролю.
Капілярна Д. заснована на штучному підвищенні світло- і кольороконтрастної дефектної ділянки відносно неушкодженого. Методи капілярної Д. дозволяють виявляти неозброєним оком тонкі поверхневі тріщини і ін. Несплошності матеріалу, що утворюються при виготовленні і експлуатації деталей машин. Порожнини поверхневих тріщин заповнюють спеціальними індикаторними речовинами (пенетранта), проникаючими в них під дією сил капілярності. Для так званого люмінесцентного методу пенетранти складають на основі люмінофорів (гас, норіол і ін.). На очищену від надлишку пенетранта поверхню наносять тонкий порошок білого проявника (окис магнію, тальк і т.п.), що відзначається сорбційними властивостями, за рахунок чого частки пенетранта витягуються з порожнини тріщини на поверхню, описують контури тріщини і яскраво світяться в ультрафіолетових променях. При так званому кольоровому методі контролю пенетранти складають на основі гасу з додаванням бензолу, скипидару і спеціальних барвників (наприклад, червоної фарби). Для контролю виробів з темною поверхнею застосовують магнітний порошок, забарвлений люминофорами (магнітнолюмінесцентний метод), що полегшує спостереження тонких тріщин.
Чутливість капілярної Д. дозволяє виявляти поверхневі тріщини з розкриттям менше 0,02 мм. Однак широке застосування цих методів обмежено через високу токсичність пенетрантов і проявителей.
Д. - рівноправне и невід'ємна ланка технологічних процесів, что дозволяє підвіщіті Надійність продукції, что віпускається. Однако методи Д. НЕ є абсолютними, тому что на результати контролю впліває безліч Випадкове факторів. Про Відсутність дефектів у віробі можна Говорити только з тім або іншім ступені ймовірності. Надійності контролю спріяє его автоматизація, Вдосконалення методик, а такоже раціональне поєднання декількох методів. Придатність виробів візначається на підставі норм бракування, что розробляються при їх конструюванні и складанні технології виготовлення. Норми бракування різні для різних типів виробів, для однотипних виробів, що працюють в різних умовах, і навіть для різних зон одного виробу, якщо вони піддаються різному механічному, термічному або хімічного впливу.
Застосування Д. в процесі виробництва і експлуатації виробів дає великий економічний ефект за рахунок скорочення часу, що витрачається на обробку заготовок з внутрішніми дефектами, економії металу і ін. Крім того, Д. грає значну роль в запобіганні руйнувань конструкцій, сприяючи збільшенню їх надійності та довговічності .
Літ.: Трапезников А. К., Рентгенодефектоскопія, М., 1948; Жигадло А. В., Контроль деталей методом магнітного порошку, М., 1951; Таточенко Л. К., Медведєв С. В., Промислова гамма-дефектоскопія, М., 1955; Послуги з дефектоскопії металів. Зб. ст., під ред. Д. С. Шрайбера, М., 1959; Сучасні методи контролю матеріалів без руйнування, під ред. С. Т. Назарова, М., 1961; Кіфер І. І., Випробування феромагнітних матеріалів, 2 видавництва., М. - Л., 1962; Гурвич А. К., Ультразвукова дефектоскопія зварних з'єднань, К., 1963; Шрайбер Д. С., Ультразвукова дефектоскопія, М., 1965; Неруйнівні випробування. Довідник, під ред. Р. Мак-Мастера, пров. з англ., кн. 1-2, М. - Л., 1965; Дорофєєв А. Л., Електроіндуктівная (індукційна) дефектоскопія, М., 1967.
Д. С. Шрайбер.
Мал. 6. Ультразвукова багатоканальна установка для автоматизованого контролю злитків ехометодом: 1 - ванна для занурення виробів; 2 - маніпулятор для юстування запобігливо головки; 3 - самозапісивающій реєстратор дефектів; 4 - ультразвукові дефектоскопи; 5 - прилади для контролю кроку і швидкості сканування; 6 - пульт управління; 7 - контрольований злиток; 8 - приводний валок.
Мал. 3. Осад магнітного порошку (з суспензії) на невидимих оком гартівних тріщинах в сталевій деталі.
Мал. 4. Універсальний магнітний дефектоскоп з електронним управлінням. Контрольована деталь (вал) встановлена в бабках дефектоскопа.
Мал. 2. Знімок в гамма-випромінюванні (зліва) і фотографія розрізу прибутку (праворуч) злитка масою близько 500 кг; видна усадочная раковина.
Мал. 5. Блок-схема ультразвукового еходефектоськопа: 1 - генератор електричних імпульсів; 2 - п'єзоелектричний перетворювач (запобігливо головка); 3 - приймально-підсилювальний тракт; 4 - хронізатора; 5 - генератор розгортки; 6 - електронно-променева трубка; Н - початковий сигнал; Д - донний ехосигнал; ДФ - ехосигнал від дефекту.
Мал. 1. Схема рентгенівського просвічування: 1 - джерело рентгенівського випромінювання; 2 - пучок рентгенівських променів; 3 - деталь; 4 - внутрішній дефект в деталі; 5 - невидиме оком рентгенівське зображення за деталлю; 6 - реєстратор рентгенівського зображення.
