Применение методов неразрушающего контроля материалов и изделий

Чаще всего вблизи поверхности контролируемого изделия помещается возбуждающая вихревые токи катушка индуктивности с переменным током или комбинация несколькихкатушек. В свою очередь, электромагнитное поле вихревых токоввоздействует на катушки преобразователя, наводя в них электродвижущую силу или изменяя их полное сопротивление. Сигналможет формироваться в той же обмотке, по которой идет возбуждающий ток, или же используется дополнительная катушка иликатушки. Для контроля все изделие или его часть помещают в поледатчика (рисунок5.

1).Рисунок 5.1 — Линии напряженности магнитных полей Н0, Нви плотности вихревых токов при контроле накладным (а)и проходным (б) датчиком.

Вихревые токи возбуждают переменным магнитным потоком Ф0. Информацию о свойствах изделия датчик получает черезмагнитный поток Фв, созданный вихревыми токами с плотностью д. Векторы напряженности возбуждающего поля Н0 и поля вихревых токов Нв направлены навстречу друг другу; электродвижущаясила в обмотке датчика пропорциональна разности потоков Ф0 — Фв. Регистрируя напряжение на катушке или ее сопротивление, можно получить информацию о контролируемом объекте. Сопротивление и напряжение катушки зависят от большого числа параметров, чтообусловливает широкие возможности токовихревого контроля (структурометрия, толщинометрия, дефектоскопия, контроль состояния поверхности, сортировка металла по марками т.д.). С другой стороны, этообстоятельство затрудняет разделение данных о различныхпараметрах объекта и требует применения специальных методов для фильтрации шумов. Для анализа изменения электромагнитного поля, как правило, используют индуктивное и активное сопротивление катушки, амплитуду напряжения, сдвиг фаз опорного и измеряемого напряжений. Глубина проникновения вихревых токов зависит от магнитных и электрических характеристик металла, частотыэлектромагнитных колебаний, формы катушки и поверхности изделия. Она, как правило, варьируется от долей миллиметра до 1−3 мм. Чувствительность метода зависит от большого количества факторов; приблагоприятных условиях можно определить трещины глубиной0,1 мм протяженностью 1−2 мм, расположенные на глубине до1 мм. Токовихревой контрольможет проводиться без контакта между металлом и катушкой, зазор может составлять от долей до нескольких миллиметров. Это позволяет преобразователю свободно перемещаться, что является существенным для автоматизации процессов контроля. Выходной величиной токовихревого контроля является электрический сигнал, что позволяет автоматически регистрировать результаты контроля. Еще одним преимуществом метода является возможность проведенияконтроля с высокой скоростью, которая соизмерима со скоростью механической обработки контролируемого объекта.

6Метод радиационного контроля.

Радиационный контроль — это вид неразрушающего контроля, который основан навзаимодействии ионизирующего проникающегоизлучения с контролируемым объектом. В состав системы радиационного контроля входят четыре основных элемента (рисунок 5.1):источник излучения;

объект контроля;

детектор излучения;

средства длярасшифровки и анализа результатов. Свойства элементовсистемы контроля, оказывающие влияние на результаты, называютсяхарактеристиками системы контроля или ее параметрами. Рисунок5.

1 — Система радиационного контроля:

1 — источник излучения; 2 — объект контроля; 3 — детектор излучения;

4 — средства для расшифровки и анализа результатов контроля.

К характеристикам источника излучения относятся энергияи интенсивность излучения, размер активной части излучателя; характеристикиобъекта контроля — это плотность и толщина материала; детектор излучения характеризуется контрастностью, чувствительностью, эффективностью и т. п.Средства расшифровки и оценки результатов контролязависят от квалификации и опыта дефектоскописта и совершенства технической документации. К параметрам системы радиационного контроляотносятся также величины, которые характеризуют взаимное расположение элементов системы контроля во времени и пространстве, к примеру, время экспозиции, расстояние до детектора от источника излучения и т. п.Система радиационного контроля в целом также характеризуется величиной дефектов, определяемых с необходимой вероятностью и производительностью контроля. Классификация радиационных неразрушающих методов контроля. По используемому виду ионизирующего излучения радиационный контроль разделяют на: рентгеновский;

моноэнергетическим β-излучением;

тормозным излучением ускорителей электронов;

потоком тепловых нейтронов;

гамма-контроль;

потоком протонов;

немоноэнергетическимβ-излучением радиоактивных изотопов;

потокомпозитронов.В зависимости от задач, которые ставятся перед контролем, и видаобъекта, наиболее эффективнымбудет тот или иной вид излучения. Так, для контроля паяных и сварных соединений эффективно использование 1−7-го видов излучений, для контроля отливок и слитков, обнаружения в них трещин, ликваций, рыхлот, пор — 1,3,5-й виды;

неправильности формы внутренних закрытых полостей такжеуверенно обнаруживаются этими видами излучения. Микродетали, элементы электронной техники — дефекты пайки, обрывы иоплавление проводов обнаруживаются при применении 1,2,4,6-говидов, а усталость материала (контроль узлов и деталей, находившихсяв эксплуатации) — 8-м видом. Способы регистрации радиационных изображений разделяют на три группы:

радиографические (строборадиографический, ксеро-радиографический, фотографическийи т.п.);радиоскопические (способы радиационной интроскопии: визуальныерадиационные, т. е. видение радиационных изображений на экранепреобразователя, радиотелевизионные, стереорадиоинтроскопические);радиометрические (сцинцилляторный; спектрометрический; ионизационный).Самое большое распространение получили γ-контроль, рентгеноскопия и рентгенография. Для создания ионизирующего излучения используют рентгеновские аппараты; ускорители заряженных частиц; радиоактивные изотопы. Рентгеновские трубки (аппараты) являются источником характеристического и тормозного излучений в широком диапазоне энергий (от0,5 до 1000 кэB). Они используются для просвечивания стальныхлистов, деталей до 120−160 мм. Ускорители электронов служат источником высокоэнергетического тормозного излучения (до 35 MэB). Их используют для просвечивания стальных листов большой толщины (>450 мм). Они также являются источниками β-излучения большойэнергии и генераторами нейтронного потока. Радиоактивные изотопы служат источниками рентгеновского β- и γ-излучений, потоков позитронови нейтронов, ииспользуются для просвечивания стальных изделий толщиной до200 мм7Сравнение разрушающих и неразрушающих методов контроля.

Ниже приведены перечни недостатков и преимуществ разрушающих и неразрушающих методов контроля. Впервые такой перечень былсоставлен Мак-Мастером.Преимущества разрушающих методов контроля1. Испытания обычно имитируют одно или несколько рабочих условий. Следовательно, они непосредственно направлены наизмерение эксплуатационной надежности.

2. Испытания, как правило, представляют собой количественныеизмерения разрушающих нагрузок или срока службы до разрушения при данных условиях или нагружении. Таким образом, они позволяют получить числовые данные, полезные для конструированияили для разработки спецификаций или стандартов.

3. Связь между большинством измерений разрушающимконтролем и измеряемыми свойствами материалов (особенно поднагрузкой, имитирующей рабочие условия) обычно прямая. Следовательно, исключаются споры по результатам испытания и их значению для эксплуатационной надежности детали или материала. Недостатки разрушающих методов контроля1. Испытания не проводятся на объектах, фактически применяемых в эксплуатационных условиях. Следовательно, соответствие между испытываемыми объектами и объектами, применяемыми в эксплуатации (особенно в других условиях), должно бытьдоказано иным способом.

2. Испытания можно провести только на части изделийиз партии. Они, возможно, будут иметь небольшую ценность, когдасвойства изменяются от детали к детали.

3. Часто испытания невозможно проводить на целой детали. Испытания в этом случае ограничиваются образцом, вырезаннымиз детали или специального материала, обладающих свойствамиматериала детали, который будет применяться в рабочих условиях.

4. Единичное испытание с разрушением может определитьтолько одно или несколько свойств, которые могут влиять нанадежность изделия в рабочих условиях.

5. Разрушающие методы контроля затруднительно применять к детали в условиях эксплуатации. Обычно для этого работапрекращается, и данная деталь удаляется из рабочих условий.

6. Кумулятивные изменения в течение периода времени нельзяизмерить на одной отдельной детали. Если несколько деталей изодной и той же партии испытывается последовательно в течениекакого-то времени, то нужно доказать, что детали были одинаковыми. Если детали применяются в рабочих условиях и удаляютсяпосле различных периодов времени, необходимо доказать, чтокаждая была подвержена воздействию аналогичных рабочихусловий, прежде чеммогут быть получены обоснованныерезультаты.

7. Когда детали изготовлены из дорогостоящих материалов, стоимость замены вышедшей из строя детали может быть оченьвысокой. При этом невозможно выполнить необходимоеколичество и разновидности разрушающих методов испытаний.

8. Многие разрушающие методы контроля требуют механической или иной предварительной обработки контролируемого изделия. Зачастую требуются крупногабаритные, дающие оченьточный результат, машины. В результате, стоимость испытания можетбыть очень большой, а количество образцов для испытаний ограниченным. Помимоэтого, такие испытания достаточно трудоемки и их могут проводить только высококвалифицированныеработники.

9. Разрушающие испытания требуют большой затратычеловекочасов. Производство деталей является чрезвычайно дорогостоящим, если соответствующие длительные испытания применяют в качествеосновного метода контроля качества продукции. Преимущества неразрушающих методов контроля1. Испытания проводят непосредственно на изделии, которое будет применяться в рабочих условиях.

2. Испытания могут проводиться на любой детали, которая предназначена для работы в реальных условиях, если это является экономически обоснованным. Эти испытания могут проводиться даже тогда, когда имеются большие различия между деталямив партии.

3. Испытания могут проводиться на целой детали или на всехее опасных участках. Многие опасные с точки зрения эксплуатационной надежности участки детали могут быть исследованыпоследовательноили одновременно, в зависимости от целесообразности и удобства.

4. Могут быть проведены испытания многими неразрушающими методами контроля, каждыйиз которых чувствителен к различным частям или свойствам детали или материала. Следовательно, имеется возможность измерить столько разных свойств, связанных с рабочими условиями, сколько необходимо.

5. Неразрушающие методы контроля зачастуюмогут применятьсяк детали в рабочих условиях, без прекращения работы, кроме обычного ремонта или периодов простоя. Они не изменяют и не нарушают характеристик рабочей детали.

6. Неразрушающие методы контроля дают возможность применятьповторный контроль данных деталей в течение любого периодавремени. Следовательно, степень повреждений в процессе эксплуатации, если ее можно обнаружить, и ее связь с разрушениемв процессе эксплуатации могут быть точно установлены.

7. При неразрушающих методах контроля детали, которые изготовлены из дорогостоящих материалов, не выходят из строя прииспытании. Возможно проведение повторных испытаний во время эксплуатации или производства, когда они практически и экономически оправданы.

8. При неразрушающих методах контроля требуетсянебольшая (или вовсе не требуется) предварительная обработкаобразцов. Некоторыеустройства для испытаний являются портативными, обладают высоким быстродействием, в некоторых случаях контроль может быть полностью автоматизированным. Стоимость неразрушающих методов контроляниже, чем соответствующая стоимость разрушающих методовконтроля.

9. Большинство неразрушающих методов испытаниякратковременны и требуют меньшей затраты человекочасов, чемтипичные разрушающие методы испытаний. Эти методы можноиспользовать для контроля всех деталей при меньшей стоимостиили стоимости, сопоставимой со стоимостью разрушающих методов испытаний лишь небольшого процента деталей в целой партии. Недостатки неразрушающих методов контроля1. Испытания обычно включают в себя косвенные измерениясвойств, не имеющих непосредственного значения при эксплуатации. Связь между этими измерениями и эксплуатационной надежностью необходимо доказать другими способами.

2. Испытания обычно качественные и редко — количественные. Как правило, они не дают возможности измерения разрушающихнагрузок и срока службы до разрушения даже косвенно. Они могут, тем не менее, выявить дефект или проследить процесс разрушения.

3. Обычно требуются исследования на специальных образцах и исследование рабочих условий для интерпретации результатов испытания. Там, где соответствующая связь не была доказана, и в случаях, когда возможности методики ограничены, наблюдатели могут не согласиться в оценке результатов испытаний.

Заключение

.

Важными критериями высокого качества деталей приборов, механизмов, машинявляются функциональные, геометрические ифизические показатели, а также технологические признакикачества, к примеру, отсутствие недопустимых дефектов; соответствие физико-механических свойств и структуры основногоматериала и покрытия; соответствие геометрических размеров ичистоты обработки поверхности требуемым нормативам и т. п.Неразрушающие методы контроля или дефектоскопия — это обобщающее название методов контроля изделий (материалов), которые используются для обнаружения нарушения сплошностиили однородности макроструктуры, отклонений химического состава и других целей, не требующих разрушения образцов материала или в целомизделия. Широкое применение неразрушающих методов контроля, не требующих вырезки образцов или разрушения готовых изделий, позволяет избежать больших потерь времени и материальныхзатрат, обеспечить частичную или полную автоматизацию операций контроля при одновременном значительном повышении надежности и качества изделий. В настоящее время ни один технологический процесс получения ответственной продукции не внедряется в промышленность без соответствующей системы неразрушающего контроля.

Список литературы

Методы неразрушающего контроля. Неразрушающие методы контроля материалов и изделий [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие / H. B. Кашубский, A. A. Сельский, A. Ю. Смолин и др. — Красноярск: ИПK СФУ, 2009.

Алешин H.П., Щербинский B.Г. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий. — М.: Высш. шк., 1991. — 271 c. Каневский И.H. Неразрушающие методы контроля: учеб. пособие /.

И.H. Каневский, E.H. Сальникова. — Владивосток: Изд-во ДBГTУ, 2007. — 243 c. Белокур И. П. Дефектология и неразрушающий контроль. — Киев: Вища шк., 1990. -.

207c.Неразрушающий контроль. Россия. 1999;2000 гг.: Справ. / B.B. Клюев, Ф.P.Соснин, C.B. Румянцев и др.; Под ред. B.B. Клюева. — M.:

Машиностроение, 2001. — 616 c. Розина M.B. и др. Неразрушающий контроль в судостроении: Справ. дефектоскописта / M.B. Розина, Л.M. Яблоник, B.Д. Васильев.

— Л.: Судостроение, 1982. — 152 c. Яковлев CГ. Методы и аппаратура магнитного и вихретокового контроля: Учеб. пособие. — СПб.: Изд-во СПБГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. -.

88 c. Неразрушающие испытания: Справ. / Под ред. P. Мак Мастера.

Кн.

1. — М. — Л.: Энергия, 1965. — 504 с. Паврос С. К. Неразрушающий контроль изделий радиографическим методом. — СПб.: Изд-во СПБГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. — 25 с.