Магнитная дефектоскопия

ПРИБОРЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ

Для обнаружения поверхностных и скрытых дефектов в стали (трещин, волосовин, неметаллических включений, раковин, пузы­рей и др.), существуют методы магнитной дефектоскопии, просве­чивания рентгеновскими лучами и уллучами с помощью радио­активных изотопов, люминесцентный- ультразвуковой. Все эти методы не связаны с разрушенйем'металла. 'Каждый из них имеет свои особенности и способы применения.

В промышленности наиболее широкое применение получили методы Магнитной дефектоскопии и просвечивания рентгеновскими лучами. В магнитной дефектоскопии имеются три способа опре­деления дефектов в стали (пондеромоторный, индукционный и магнитного порошка). Прибор пондеромоторного действия (рис. 163) состоит из рукоятки 1, связанной с магнитной стрел­кой 2, поворачивающейся вокруг оси 3. Стрелка удерживается в нулевом положении с помощью пружины., У верхнего конца стрелки имеется сигнальная цепь 4. Прибор устанавливают на деталь 5 так, чтобы магнитная стрелка была перпендикулярна магнитному потоку намагничиваемой детали, а затем прибор пере­двигается вдоль детали. Если в металле имеется дефект, то вслед­ствие неоднородности поля рассеяния вблизи дефекта стрелка отклонится и замкнет сигнальную цепь, в результате чего за­жжется сигнальная лампочка 6.

Индукционный метод магнитной дефектоскопии заключается в том, что искателем дефектов являются индукционные катушки. При перемещении катушки по дефектному месту детали, вслед­ствие изменения магнитного потока во всех витках, будет индук­тироваться электродвижущая сила. Этот метод используется главным образом для обнаружения раковин и пустот.

Для определения поверхностных дефектов (трещин, волосовин и др.) наиболее распространен метод магнитных порошков. Этот метод может быть использован также и для обнаружения внутрен­них дефектов металла.

Магнитные дефектоскопы представляют собой специальные аппараты. Искателем дефектов является магнитный порошок в виде суспензии. Испытываемую деталь устанавливают на де­фектоскопе и намагничивают, а затем покрывают порошком

(суспензией). Намагничивание можно производить, помещая деталь в поле соленоида или электромагнита, или же магнитным полем тока, проходящим непосредственно через деталь (циркулярное намагничивание). Ток может быть переменный или постоянный. Метод магнитных порошков можно использовать для массового контроля.

Рис. 163. Схема прибора пондеромотор­ного действия

Магнитный порошок состоит из мельчайших частиц ферромаг­нитного порошка с маслом, керосином, мыльной водой и др. Частицы порошка в смеси находятся во взвешенном со­стоянии. Ферромагнитный порошок обычно получается из немагнитной окиси желе­за (крокуса или железного сурика), которая восстанав­ливается в потоке газа СО + + С0₂ в герметической ко­робке при температуре 500— 550° С с медленным охлаж­дением до температуры 80— 100° С Послетакой обработки порошок становится магнит­ным. Магнитность порошка можно проверить, если под­нести к нему магнит: магнит­ный порошок хорошего каче­ства даст высокий «ерш», в то время как порошок пло­хого качества останется почти неподвижным. При составле­нии суспензии на мыльном растворе используют раствор ядрового или клеевого мыла с концентрацией 0,2—0,3%, в который вводят 20—30% порошка на 1 л раствора. При этом нужно следить за точным количеством мыла в растворе, так как при меньшем количестве мыла порошок осядет на дно, а при большей концентрации произойдет склеивание порошка. Для составления суспензии на керосине или масле используют 25— 35 г порошка на 1 л.

На рис. 164 дан общий вид универсального магнитного дефекто­скопа. Прибор состоит из силовой части 1 источника тока, с по­мощью которого создается магнитное поле; намагничивающего устройства — приспособления 2, позволяющего быстро намагни­чивать детали в любом направлении и в любом участке детали; ванны 3 с индуктором — железным порошком (крокусом), пока­зывающим распространение магнитного потока в исследуемой детали, и демагнитизатора 4, размагничивающего деталь после

контроля. Ток из сети (рис. 165) поступает через пакетный вы­ключатель 1, предохранители 2 и магнитный пускатель 3 на регулировочный автотрансформатор 5. Параллельно обмотке авто­трансформатора присоединяют сигнальную лампу 4.

В момент включения пакетного выключателя лампа загорается. Это указывает на то, что дефектоскоп находится под током и готов к работе. С автотрансформатора ток подается на первичную

Рис. 164. Магнитный дефектоскоп

обмотку понижающеготрансформатораб. Под действием вторичной обмотки трансформатора в детали индуктируется ток. Между зажимными контактами 7 помещают соленоид, который исполь­зуют для продольного намагничивания деталей; он же служит и для размагничивания их. Испытываемые детали помещают между полюсными наконечниками электромагнита и намагничи­ваются; после этого их опускают в ванну, в которой находится взвешенный в керосине железный порошок. Магнитный поток, проходя по детали у трещин или другого дефекта, выходит на поверхность и образует на краях дефекта полюсы. Железный по­рошок притягивается и очерчивает фигуру дефекта. Для размаг­ничивания детали соленоид зажимают между подвижными кон­тактами и пускают через его обмотку ток, а деталь протягивается через окно соленоида.

~220в

Этот прибор может быть использован для контроля пружин, рессор и различных деталей машин. Дефектоскоп снабжен вынос­ными контактами, в результате чего можно производить проверку

Рис. 165. Электрическая схема магнитного дефектоскопа:

/ — пакетный выключатель; 2 — предохранители; 3 — магнитный пускатель; 4 — лампа сигнальная; 5 — автотрансформатор; 6 —■ силовой трансформатор; 7 — трансфор­матор тока; 8 — контактные зажимы; 9 — намагничиваемая деталь; 10 — педаль; // — управляемый выключатель; 12 — пусковая кнопка; 13 — ручные контакты

узлов и механизмов в собранном виде. В этом случае используют сухой порошок, который наносится на испытываемую поверхность при помощи распылителя. Габаритные размеры дефектоскопа 2000X780X1500 мм.

§ 61. ПРОСВЕЧИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ

Рентгенодефектоскопия. Для выявления внутренних пороков металла: трещин, раковин, пор, шлаковых включений, неодно­родности строения получил распространение метод просвечивания деталей рентгеновскими лучами. Этот метод называется рентгено-дефектоскопией. Рентгеновские лучи получают в специальных трубках, представляющих собой высоковакуумный стеклянный баллон с двумя впаянными электродами — анодом и катодом (рис. 166, а). Рентгеновские лучи возникают там, где электроны, движущиеся с большими скоростями, ударяются о какое-нибудь препятствие. Источником электронов в трубке служит накаливае­мая нить катода в виде спирали из вольфрамовой проволоки. Спираль катода нагревается током 3—4 а при напряжении 4—9 в. Препятствием потоку электронов служит второй электрод — анод. Анод трубки представляет собой охлаждаемый водой пустотелый медный стержень, у которого в торцу припаяна под некоторым углом специальная пластинка — зеркало анода. Пластинка анода тормозит электроны катодных лучей и меняет их направление. Для создания необходимой скорости и направленности движения

электронов к электродам трубки подводят высокое напряжение (200 000 в и выше), в силовом поле которого электроны разго­няются до огромных скоростей. Электроны устремляются на анод и при торможении возникают рентгеновские лучи.

Длина волны рентгеновских лучей измеряется в ангстремах (1А = 10"⁸ см). Практически используемый диапазон длин волн рентгеновских лучей от 3 до 0,001 А.

Различают «мягкие» рентгеновские лучи — с большими дли­нами волн, сильно поглощаемые деталью, и «жесткие» лучи — с малыми длинами волн, более проникаемые через детали.

Рис. 166. Просвечивание рентгеновскими лучами:

а — схема получения рентгеновских лучей в электронной трубке; б — схема

просвечивания

При наличии указанных выше дефектов или посторонних включений в металле при просвечивании получается различие в поглощении лучей. Это различие проявляется в том, что на общем фоне изображения просвечиваемой детали появляются светлые или темные пятна. Если подвергнуть просвечиванию детали с внутренней раковиной, то лучи, пронизывающие всю толщу металла, будут поглощаться сильнее, чем лучи, которые встречают на своем пути раковину и проходят, следовательно, через меньшую толщу металла. Если поместить на пути выходя­щих лучей кассету с фотопленкой, то лучи, прошедшие через раковину, дадут порле проявления на снимке темное пятно на более светлом фоне отлива, и раковина будет определена. Рентге­новские лучи пропускают через деталь (рис. 166, б) на фотопленку (фотографическая дефектоскопия) или на флуоресцирующий экран (визуальная дефектоскопия). Первый метод более чувствитель­ный, чем визуальный. Он позволяет выявлять дефекты толщин от 1% при малой толщине и 2—2,5% при толщинах деталей более

50—70 мм. При этом целостность детали не нарушается. Приме­нение метода просвечивания деталей ограничено их толщиной и недостаточной чувствительностью к мелким дефектам и вклю­чениям.

Обычные стандартные рентгеновские установки, рассчитанные на напряжение до 200 кв, могут быть использованы для просве­чивания сталей толщиной до 90 мм. Более жесткое излучение на сверхвысоком напряжении до 2 000 000 в и выше при повы­шенной экспозиции (—1,5 ч) позволяет просвечивать сталь тол­щиной до 300 мм.

Гамма-дефектоскопия. Гамма-лучи (у-лучи) образуются при распаде естественных и искусственных радиоактивных веществ. Эти лучи сходны с рентгеновскими лучами, но отличаются боль­шей жесткостью (длины волн у-лучей 0,2—0,0025 А). Каждое радиоактивное вещество испускает у-лучи определенных длин волн. Продолжительность действия такого вещества характери­зуется периодом полураспада, т. е. временем, в течение которого распадается половина вещества и соответственно вдвое умень­шается интенсивность его излучения.

Для гамма-дефектоскопии применяют главным образом. искус -ственные радиоактивные изотопы кобальта Со⁶⁰ и иридия 1г¹⁹². Периоды полураспада их соответственно равны 5,3 года и 75 дней.

Иридий обеспечивает большую чувствительность, чем кобальт, вследствие меньшей жесткости излучения. Предельная толщина' просвечиваемой стали для кобальта 250—300 мм, для иридия 50—60 мм.

В связи с небольшими размерами радиоактивных препаратов и небольшой интенсивностью время экспозиции при гамма-про­свечивании значительно больше, чем при рентгеновской дефекто­скопии.

Для уменьшения времени экспозиции применяют усиливаю­щие экраны в виде свинцовых фолы толщиной 0,1—0,2 мм. В кассету рекомендуется закладывать сразу две пленки, а свин­цовую фольгу между ними. Такая съемка позволяет точнее решить вопрос о наличии дефектов и облегчает их расшифровку.

По сравнению со съемкой рентгеновскими лучами съемка
гамма-лучами, несмотря на увеличение экспозиции, обладает
рядом преимуществ. Небольшие размеры источника излучения
позволяют просветить любое место детали и приблизить его не­
посредственно к детали. Кроме того, вокруг ампулы с^источником
излучения можно расположить несколько деталей и производить
одновременную съемку. ^---^

Дефектоскопия с использованием бетатрона. С поадощью рент- ^ геновского излучения бетатрона получают рентгеновские лучи, 'значительно превосходящие жесткость у-лучей. Использование бетатрона позволяет просвечивать стальные детали толщиной 500—600. мм. При этом повышается четкость изображения и чув­ствительность просвечивания. Экспозиция при съемке бетатро-

ном в десятки и сотни раз меньше, чем при использований ко­бальта.

При съемке рентгеновскими лучами, ^-лучами"и с использо­ванием бетатрона должны соблюдаться меры защиты и правила техники безопасности как в процессе съемки, так и при хранении радиоактивных веществ [30].

Люминесцентная дефектоскопия. Этот метод применяется для обнаружения поверхностных трещин. Люминесцентная дефекто-скопияоснована на способности некоторых материалов сзетиться под действием ультрафиолетовых лучей (люминесценция).

Люминесцентная дефектоскопия применяется для обнаруже­ния трещин в стальных деталях и на пластинках твердых сплавов как до напайки, так и после напайки.

При испытании деталь тщательно очищают от грязи, затем ее опускают на несколько минут в трансформаторное масло или смесь керосина (90%) и автола (10%) и после этого вытирают и просушивают над вентилятором. Высушенную деталь посыпают пудрой, состоящей из смеси окиси магния с углекислым магнием, затем деталь облучают ультрафиолетовыми лучами. Обычно об-_v лучение производят кварцевой лампбй, перед которой устанавли­вают фильтр из темного никелевого стекла, задерживающего видимую Часть спектра,и пропускающего только ультрафиолето­вые лучи. В результате масло, оставшееся в трещинах и смочившее порошок, начинает светиться зеленоватым светом, обрисовывая форму трещин. Этот способ выявляет трещины шириной до 0,005 мм. Глубокие риски могут также светиться и иногда их можно принять за трещины.

Для люминесцентной дефектоскопии используют ртутно-квар-цевые лампы высокого и сверхвысокого давления и ультрафиоле­товые стеклянные светофильтры.

Ультразвуковая дефектоскопия. Ультразвуковые колебания обладают свойством проникать в металл на большую глубину и отражаться от встречающихся в металле дефектов (волосовин, раковин, пористости, трещин, расслоений и т. п.). Это свойство используют в большинстве ультразвуковых дефектоскопов. Схема выявления дефектов ультразвуковым методом показана на рис. 167, а. По этой схеме ультразвуковые колебания создаются вибратором 1, состоящим из кварцевой пластины толщиной 1 мм и диаметром 20 мм. Вибратор устанавливают с одной стороны исследуемой детали, а с другой находится такая же кварцевая пластинка — резонатор 2, служащая для улавливания коле­баний.

Если в металле нет внутренних дефектов, то колебания про­ходят через металл, достигают резонатора и создают напряжение, которое подается через усилитель на индикатор.

При наличии внутренних дефектов в металле 3 колебания, достигнув дефекта, будут отражаться, и тогда резонатор не сможет уловить колебания и покажет «звуковую тень».

Передача энергии ультразвуковых колебаний для уменьшения потерь производится в специальной среде, в которую помещаются вибратор, резонатор и деталь. Такой средой может служить транс­форматорное масло. Нахождение дефектов осуществляется пере­движением ультразвука по детали со скоростью 1 mImuh.

Рис. 167. Схема выявления дефектов в изделии с помощью ультра­звуковых колебаний

Рис. 168. Электрическая схема ульт­развукового дефектоскопа

При другом методе испытания (рис. 167, б) резонатором улав­ливается отраженный от дефекта в металле 3 звук. Вибратор 1 и резонатор 2 помещают с одной и той же стороны детали. Этот метод может быть осуществлен в том случае, если подача коле­баний будет производиться импульсами через некоторые интер­валы времени, в течение которых звук успеет отразиться от де­фектного места и будет обна­ружен резонатором. При не­прерывной подаче ультразвуко­вых колебаний отраженные ко­лебания будут интерферировать с подающимся от вибратора. Этот метод имеет следующие преимущества: для испытания нужна только одна чисто обра­ботанная поверхность, в то вре­мя как при первом методе тре-

буется, чтобы чисто отработаны были две противоположные сто­роны; кроме того, не требуется погружения установки в масло, так как мощность импульса может быть значительной. Второй ме­тод дает возможность определить, на каком расстоянии от поверх­ности находится дефект.

Схема импульсного ультразвукового.дефектоскопа представ­лена на рис. 168. Генератор / подает- импульс на усилитель 2 и одновременно к излучающему вибратору 3. Ультразвуковые колебания попадают на деталь 4 и, отразившись от внутренних дефектов 5, воспринимаются резонатором 6, напряжение с кото­рого подается также на усилитель. Этот импульс запаздывает

по отношению к импульсу, поданному непосредственно от гене­ратора; запаздывание будет тем больше, чем глубже расположен дефект в детали, чем больше путь, проходимый ультразвуковыми колебаниями. Затем импульсы попадают в электроннолучевую трубку 7, в которую также подается напряжение от генератора развертки 8. На экране лучевой трубки будут видны пики а, б и в в виде осциллограммы. Первый пик слева соответствует им­пульсу генератора, второй, расположенный правее, — сигналу отражения от дефекта и третий пик соответствует отражению от задней стенки детали. Расстояние между первым пиком и вто­рым соответствует расстоянию от передней стенки детали до дефекта в определенном масштабе.

Проверка деталей с помощью ультразвуковой дефектоскопии требует большой затраты времени. Кроме того, ультразвуковую дефектоскопию нельзя применять для проверки деталей сложной формы.

ГЛАВА XIV

Дата добавления: 2015-06-27