Лекція №9: Фізичні методи дослідження і контролю якості металів

План

1. Рентгенівська дефектоскопія.

2. Люмінесцентний метод.

3. Ультразвукова дефектоскопія

Рентгенівська дефектоскопія

Одне з найпоширеніших застосувань рентгенівського випромінювання в промисловості - контроль якості матеріалів і дефектоскопія. Рентгенівський метод є неруйнуючим, так що перевіряється матеріал, якщо він знайдений задовольняє необхідним вимогам, може потім використовуватися за призначенням.
І рентгенівська, і гамма-дефектоскопія засновані на проникаючої здатності рентгенівського випромінювання і особливості його поглинання в матеріалах. Проникаюча здатність визначається енергією рентгенівських фотонів, яка залежить від ускоряющего напруги у рентгенівській трубці. Тому товсті зразки та зразки з важких металів, таких, наприклад, як золото та уран, вимагають для їх дослідження рентгенівського джерела з більш високою напругою, а для тонких зразків досить джерела і з більш низькою напругою. Для гамма-дефектоскопії дуже великих виливків і великого прокату застосовуються бетатрон і лінійні прискорювачі, що прискорюють частинки до енергій 25 МеВ і більше.

Поглинання рентгенівського випромінювання в матеріалі залежить від товщини поглинача d і коефіцієнта поглинання m і визначається формулою I = I0e-md, де I - інтенсивність випромінювання, що пройшов через поглинач, I0 - інтенсивність падаючого випромінювання, а e = 2,718 - основа натуральних логарифмів.

Для даного матеріалу при даній довжині хвилі (або енергії) рентгенівського випромінювання коефіцієнт поглинання є константою. Але випромінювання рентгенівського джерела не є монохроматичного, а містить широкий спектр довжин хвиль, внаслідок чого поглинання при одній і тій же товщині поглинача залежить від довжини хвилі (частоти) випромінювання.

Рентгенівське випромінювання широко застосовується в усіх галузях промисловості, пов'язаних з обробкою металів тиском. Воно також застосовується для контролю артилерійських стволів, харчових продуктів, пластмас, для перевірки складних пристроїв і систем в електронній техніці. (Для аналогічних цілей застосовується і Нейтронографія, в якій замість рентгенівського випромінювання використовуються нейтронні пучки.) Рентгенівське випромінювання застосовується і для інших завдань, наприклад, для дослідження полотен живопису з метою встановлення їх автентичності або для виявлення додаткових шарів фарби поверх основного шару.

Люмінесцентний метод.

Люмінесценція - особливий вид світіння речовин без підвищення температури - відома ще з глибокої старовини. Однак пройшло багато століть, перш ніж людині вдалось цілком розкрити її природу.

Люмінесценцією називають холодне світіння речовини (тобто без нагрівання до високої температури), зумовлене різними причинами: освітленням речовини, проходженням у ній електричного струму (у газах і парі), хімічними процесами.

Люмінесцентний метод використовує здатність флуоресцентних речовин світитися при опроміненні ультрафіолетовими променями.

Технологія люмінесцентного контролю складається із операцій очистки і знежирювання деталі; нанесення проникної рідини – люмінофору (гасу з додаванням мінеральної оливи, дефектолю тощо); витримки 5…10 хв.; видалення рідини (промиванням деталі у воді); висушування деталі струменем теплого повітря; нанесення (напилювання) проявного порошку (силікогелю, окису магнію) і огляду деталі у темноті, під ультрафіолетовими променями ртутно-кварцевої лампи (установки ЛЮМ-1, ЛД-4 тощо). Порошок поглинає рідину, що залишилася у тріщинах, і під час опромінення підсилює свічення, сприяючи надійнішому виявленню дефекту.

На здатності деяких органічних сполук флуоресценціювати, тобто світитись під дією ультрафіолетових променів, і ґрунтується люмінесцентий метод виявлення дефектів. Проте за цим методом можна знаходити лише відкриті поверхневі дефекти, типу мікротріщин. Порівняно з магнітним він дозволяє контролювати магнітні й немагнітні матеріали (алюміній, пластмаси тощо). Практично контроль люмінесцентним методом здійснюють так: деталь старанно очищують і занурюють у ванну з флуоресцентним розчином (суміш трансформаторного мастила, гасу та спеціального зелено-золотистого порошку) і витримують у ньому 10—15 хв. Розчин проникає у мікротріщини. Потім розчин зливають з поверхні, деталь висушують і опромінюють ультрафіолетовим світлом, виявляючи місця світіння. Джерелом ультрафіолетових променів" є ртутно-кварцева лампа з алюмінієвим відбивачем і світлофільтром (затримує промені видимого світла і пропускає ультрафіолетові промені).

Ультразвуковий метод.

До основним методам неруйнівного контролю належить ультразвуковий метод контролю. Суть методу полягає у випромінюванні у виріб і надалі прийнятті відбитих ультразвукових коливань за допомогою спеціального обладнання - ультразвукового дефектоскопа і пьезоэлектропреобразователя і наступному аналізі отриманих даних з метою виявлення наявності дефектів та їх еквівалентного розміру, форми, виду і глибини знаходження.

Параметри виявлених дефектів визначаються за допомогою ультразвукової дефектоскопії. Наприклад, з часу поширення ультразвуку у виробі визначають відстань до дефекту, а по амплітуді відбивного імпульсу - відносний розмір.

Для проведення ультразвукового контролю в залежності від конкретних умов наданий широкий асортимент засобів контролю.
На сьогодні існує п'ять основних методів ультразвукового контролю:

1. тіньовий;

2. дзеркально-тіньового;

3. дзеркальна;

4. ехо-метод;

5. дельта-метод.

У промисловості УЗК металу проводять зазвичай в діапазоні ультразвукових хвиль від 0,5 МГц до 10 МГц. В окремих випадках ультразвукової неруйнівний контроль зварювальних швів проводять ультразвуковими хвилями з частотою до 20 МГц, що дає можливість виявляти невеликі дефекти.

Ультразвук низьких частот застосовують при:

1. роботі з об'єктами великої товщини;

2. контроль виливків, зварних з'єднань;

3. контроль металів, які мають грубозернисту структуру.

Переваги ультразвукового контролю якості металів і зварних з'єднань:

1. безпека для людини;

2. висока швидкість і точність дослідження;

3. низька вартість;

4. висока мобільність;

5. можливість проведення ультразвукового контролю на діючому об'єкті;

6. при проведенні ультразвукового контролю досліджуваний об'єкт не пошкоджується.

Недоліки УЗК:

1. неможливо визначити реальний розмір дефекту;

2. труднощі при ультразвуковому контролі металів з крупнозернистою структурою з-за великого розсіювання і сильного загасання ультразвуку;

3. підготовка поверхні до контролю для введення ультразвукових хвиль в метал;

4. необхідність нанесення на контрольовану поверхню після зачищення контактних рідин для забезпечення стабільного акустичного контакту.

Ультразвукова дефектоскопія - метод запропонований С. Я. Соколовим в 1928 році і заснований на дослідженні процесу поширення ультразвукових коливань з частотою 0,5 - 25 МГц у контрольованих виробах з допомогою спеціального обладнання - ультразвукового дефектоскопа. Є одним з найпоширеніших методів неруйнівного контролю.

Ультразвуковий контроль поряд з іншими фізичними методами є надійним і високоефективним.Дефекти у виробах можна знайти і за допомогою звуку. Наприклад, якщо стукати нігтем по чашці, тарілці, то за звуком легко можна встановити наявність або відсутність у них тріщин; стукаючи молотком по бандажу колеса вагона за звуком визначають, є в ньому дефект чи ні. Але за звуком, який сприймає людське вухо, можна визначити лише дефекти великих розмірів. Пояснюється це тим, що людське вухо чує звуки, що утворюються тілами з частотою від 16 до 20 тисяч коливань на секунду. Якщо тіло коливається з більшою частотою, то такий звук вухо не сприймає. Нечутні звуки називають ультразвуковими.

За допомогою ультразвуку можна виявити дуже малі дефекти (розміром 1—2 мм), розташовані досить глибоко (на відстані кількох метрів від поверхні).

Питання для самоконтролю

1. Які методи застосовують для виявлення критичних точок в сталі?

2. На якому явищі базується дилатометричний аналіз?

3. Які методи застосовують для виявлення поверхневих дефектів в сталі?

4. Які методи застосовують для виявлення внутрішніх дефектів в сталі?

5. На якому явищі базується люмінесцентний метод?

6. Яким методом можливо виявити дуже малі дефекти, глибоко розташовані?

Дата добавления: 2015-06-25