Капиллярные методы
УДК 620.179
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ
ИЗ НЕМЕТАЛЛОВ ДЛЯ КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
Н.П. Калиниченко, А.Н. Калиниченко, И. С. Лобанова, С. С. Борисов
Рассмотрены способы изготовления контрольных образцов для капиллярной дефектоскопии из неметаллического материала, позволяющих реализовать дефекты с раскрытием до 1 мкм.
Ключевые слова: контрольный образец, дефектоскопические материалы, капиллярный контроль, трещина, класс чувствительности, неметаллы.
Качество дефектоскопических материалов, применяемых при капиллярной дефектоскопии, оценивают или по их отдельным свойствам, или комплексно по эффективности выявления дефектов. Оценка отдельных свойств более проста, хотя и не полностью характеризует дефектоскопические качества материалов. Комплексная оценка отражает конечные результаты контроля, т. к. позволяет оценить как проникающую способность пенетрантов, так и выявляемость дефектов. При комплексной проверке материалов одновременно исследуют свойства пенетранта, очистителя и проявителя в условиях, приближенных к условиям дефектоскопии реальных изделий.
Способность наборов дефектоскопических материалов к выявлению дефектов проверяют на контрольных образцах. Разновидности образцов, используемых в разных странах, примерно одинаковы. В качестве образцов служат забракованные детали с естественными трещинами либо блоки, цилиндры, пластины, диски и другие специализированные изделия с преднамеренно образованными трещинами [1]. Действие образцов, имитирующих трещины, основано на том, что между двумя соприкасающимися поверхностями вкладывается промежуточный материал, который имеет малую толщину (например, фольга) и, следовательно, раскрытие дефекта будет определяться толщиной вкладываемого материала [2].
Форму, материал и технологию изготовления образцов выбирают таким образом, чтобы обеспечить стабильность размеров трещин и свойств материалов в течение установленного срока их службы, а также стойкость образцов против коррозии при воздействии дефектоскопических материалов. Образцы должны иметь чистую поверхность, полости трещин также должны быть свободными от загрязнений.
Наибольшее распространение получили стальные азотированные образцы, характеризующиеся высокой устойчивостью против коррозии и стабильностью размеров трещин в течение длительного времени. Трещины в стандартных образцах получают, подвергая последние гальванической или термической обработке, шлифованию, деформированию (изгиб и растяжение).
Кроме указанных в [3] недостатков в вышеописанных контрольных образцах затруднена оценка качества очистки полостей дефектов от полимери-зующихся остатков многократно применяемых дефектоскопических материалов, отсутствует возможность визуализации физических процессов, происходящих при реализации технологии капиллярного контроля.
Так как капиллярные методы позволяют диагностировать изделия, изготовленные из любых материалов, в том числе из стекла, керамики, пласт-
Николай Петрович Калиниченко, канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник ТПУ, ИНК, кафедра ФМПК. Тел. 8-913-855-39-78. E-mail: nikol_k112@mail.ru
Алексей Николаевич Калиниченко, канд. техн. наук, доцент ТПУ, ИНК, кафедра ФМПК. Тел. 8-906-950-86-63. E-mail: lex-k@tpu.ru
Ирина Сергеевна Лобанова, инженер, ТПУ, ИНК, кафедра ФМПК. Тел. 8-906-950-66-80. факс (3822) 41-73-07. E-mail: konarevai007@tpu.ru
Станислав Сергеевич Борисов, студент ТПУ, ИНК, кафедра ФМПК. Тел. 8-952-881-9725. E-mail: nikol_k112@mail.ru
Технология изготовления контрольных образцов...
73
масс, целесообразно было бы иметь контрольные образцы, выполненные на базе данных материалов, которые были бы свободны от вышеуказанных недостатков [4, 5].
Контрольные образцы, рассмотренные в [4, 5] изготавливают следующим образом. Подготовленные полоски фольги устанавливают в пазы заранее приготовленной формы, которую заполняют эпоксидным клеем таким образом, чтобы полоски фольги были погружены в клей на определенную глубину. После затвердевания эпоксидного клея полученный образец шлифуют до получения определенных параметров шероховатости поверхности и остающейся ширины полосок фольги. Затем для получения дефекта проводят вытравливание фольги. В [6] для реализации контрольных образцов предложено использовать поталь — сусальное серебро.
Такие образцы просты и дешевы в изготовлении, дефекты получаются с заданными параметрами, отсутствует коррозия материала при очистке образцов, а остатки дефектоскопических материалов, оставшиеся в полости дефекта, легко заметны. Последнее обстоятельство позволяет более качественно проводить очистку образцов, что, в свою очередь, продлевает срок их эксплуатации.
Однако существуют определенные трудности в технологическом процессе: изготовление контрольных образцов с раскрытием до 1 мкм, а также образование пузырьков воздуха в эпоксидном клее, которое в итоге ухудшает качество рабочей поверхности контрольного образца. Частично устранить пузырьки из эпоксидного клея можно путем вакуумирования, воздействием ультразвука или нагреванием.
Получить более ощутимый эффект избавления от пузырьков на рабочей поверхности позволяет вариант изготовления контрольных образцов, рассмотренный ниже. Первоначальные стадии изготовления контрольных образцов в данном варианте ничем не отличаются от способа, приведенного в [4], то есть сначала идет подготовка фольги (покрытие фольги тонким слоем эпоксидного клея). Однако конечный вид заготовки отличается от предыдущего варианта и представлен на рис. 1 и 2. Фольгу обрабатывают до размеров, указанных на рис. 2.
Затем аналогично предыдущему варианту в заранее подготовленную форму для изготовления контрольных образцов заливают эпоксидный клей, устанавливают пластинку с прорезями для полосок. В прорези вертикально вставляются подготовленные полоски таким образом, чтобы сторона с фольгой касалась дна формы. Применяя рассмотренные выше приемы уменьше-
Рис. 1. Алюминиевая фольга, покрытая эпоксидным клеем.
Рис. 2. Алюминиевая фольга, покрытая эпоксидным клеем после обработки.
ния количества пузырьков в объеме эпоксидного клея, добиваются подъема оставшихся пузырьков в верхний слой клея. При последующей обработке затвердевшего бруска произойдет окончательная ликвидация пузырьков, которые будут расположены в верхней части бруска. Рабочей поверхностью будущего контрольного образца становится донная поверхность бруска (после ее механической обработки шлифовальной бумагой, а также травления).
Ниже предложены варианты реализации контрольных образцов из неметаллического материала, позволяющие получить дефекты с раскрытием менее 1 мкм.
Сначала заготавливают брусок из эпоксидного клея, длина которого будет определять длину будущего дефекта. Вариант бруска с размерами приведен на рис. 3. Затем на боковую поверхность данного бруска наносят слой металла, например меди, необходимой толщины (0,1—1,0 мкм), шириной около 2 мм. Подготовленный брусок закрепляют на дне формы будущего контрольного образца и заливают жидким эпоксидным клеем. После затвердевания сначала обрабатывают контрольный образец до необходимых размеров, а затем вытравливают оставшуюся медную полоску, которая будет определять параметры дефекта.
Полоска осажденной меди
Рис. 3. Промежуточный этап изготовления контрольного образца из неметалла с использованием подготовительного бруска с нанесенной полоской меди.
Также данная реализация позволяет при использовании нескольких подготовительных брусков с разной толщиной осажденной (напыленной) меди реализовать на одном контрольном образце несколько дефектов с разными классами чувствительности или одного класса с близкими значениями ширины раскрытий дефектов.
Рассмотрим еще один вариант получения дефектов с малой шириной раскрытия. Воспользуемся идеей реализации схемы приспособления для получения клиновидной щели (рис. 4) [7]. Напрямую применить данное реше-
_5£_
136
У
и
20
V
Рис. 4. Контрольные образцы для проверки чувствительности дефектоскопических материалов: 1 — рамка; 2 — эталонные пластины (2 шт.); 5 — щуп (ГОСТ 882);
I
I
Технология изготовления контрольных образцов.
75
ние в качестве контрольных образцов не позволяет нетехнологичная конструкция устройства (рамка, зажимной винт, эталонные пластины, щуп).
Сначала следует подготовить два вспомогательных бруска из эпоксидного клея, ширина которых будет определять длину дефекта, тщательно подготовить прилегающие поверхности и соединить их, предварительно установив фольгу необходимой толщины С, как показано на рис. 5.
С
Рис. 5. Промежуточный этап изготовления контрольного образца из неметалла с использованием подготовительных брусков для образования клиновидной щели.
Затем указанную конструкцию располагают в форме для будущего контрольного образца и заливают форму эпоксидным клеем таким образом, чтобы узкая часть клина на несколько мм была погружена в клей (см. рис. 5). После затвердевания клея проводят обработку поверхностей контрольного образца до необходимой шероховатости, а рабочую сторону — до получения необходимых размеров дефекта (глубины и раскрытия). Получение требуемых параметров дефекта нетрудно контролировать с помощью измерительных микроскопов.
ВЫВОДЫ
Использование донной поверхности формы будущего контрольного образца в качестве рабочей, а также подготовительного эпоксидного бруска из неметаллического материала с нанесенной полоской меди позволяет: реализовать дефекты в контрольных образцах по первому классу чувствительности; реализовать на одном контрольном образце несколько дефектов с разными классами чувствительности или одного класса с близкими значениями раскрытий; значительно увеличить ресурс (многократность использования) контрольных образцов из неметаллических материалов по сравнению с образцами из металлов из-за возможности более качественной очистки образцов из неметаллов ввиду их прозрачности и отсутствия окисных образований.
Использование подготовительных брусков для образования клиновидной щели при изготовлении контрольных образцов из неметаллов позволяет отказаться от применения металлическо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.