Способ капиллярного неразрушающего контроля наличия дефектов в изделиях из кварцевой керамики
METHOD FOR CAPILLARY NON-DESTRUCTIVE TESTING OF DEFECTS IN PRODUCTS MADE OF QUARTZ CERAMICS

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий из пористой кварцевой керамики, а именно цветной капиллярной дефектоскопии, и служит для обнаружения наличия поверхностных и сквозных дефектов, а также для обнаружения наличия кристобалита в изделиях, предназначенных для изготовления элементов конструкций летательных аппаратов.
Материалы с пористой структурой обладают специфическими свойствами. Для пористых материалов характерны значительная проницаемость, малое гидродинамическое сопротивление, фильтрующая способность, высокие адсорбционные свойства. Данные свойства не позволяют использовать известные методы капиллярной дефектоскопии, при которых бы сохранялись исходные характеристики изделий.
Кристобалит в изделиях из кварцевой керамики создает внутренние напряжения из-за значительно большего, чем у других составляющих изделия, коэффициента температурного расширения, понижая этим термостойкость изделий. Наличие такого дефекта как кристобалит может служить причиной возникновения трещин и других несплошностей в изделиях из кварцевой керамики на границе кристобалит-основной материал. Поверхностные (трещины, раковины) и сквозные дефекты (трещины) в таких изделиях могут увеличиваться при вибрациях и эксплуатационных нагрузках, что, в свою очередь, сказывается на эксплуатационных характеристиках изделий из кварцевой керамики.
Существует необходимость проведения неразрушающего контроля изделий из пористой кварцевой керамики на наличие в них дефектов, которые приводят к потере работоспособности изделий и всей конструкции, в состав которой они входят.
Известен способ капиллярного контроля материалов, предназначенный для обнаружения невидимых или слабо видимых невооруженным глазом дефектов типа несплошностей, выходящих на контролируемую поверхность (ГОСТ 18442-80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования). Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объектов контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуальным способом. Обработка объекта дефектоскопическими материалам заключается в: заполнении полостей дефектов индикаторным пенетрантом; удалении избытка индикаторного пенетранта; нанесении проявителя. Недостатками данного способа неразрушающего контроля пористых материалов является изменение исходных характеристик (цвета и т.д.) за счет глубокого проникновения пенетранта в материал.
Известен способ капиллярного контроля поверхностных дефектов изделий с грубой поверхностью (SU 1265560 А2, МПК G01N 21/16, 23.10.1986). На поверхность контролируемого изделия с грубой поверхностью наносится сорбент вместе с добавками поверхностно-активных или моющих веществ, затем изделие выдерживают в течение некоторого времени, далее без удаления сорбента наносят избыток пенетранта, заполняющий полости дефектов, и специальный проявитель, жидкая фаза которого не растворяет краситель или люминофор пенетранта. Недостатком указанного способа является неполное удаление сорбента с добавками поверхностно-активных или моющих веществ, а также индикаторного пенетранта из пористой кварцевой керамики из-за их глубокого проникновения, что приводит к ухудшению исходных свойств контролируемых изделий.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ капиллярной дефектоскопии (SU 1300351 A2, МПК G01N 29/00, 30.03.1987), включающий очистку изделия, сушку, пропитку жидкостью, не растворяющейся в пенетранте, которую затем удаляют с поверхности изделия, и пропитывают его пенетрантом под действием ультразвука. Недостатком указанного способа является сложность полного удаления из пористой кварцевой керамики 20%-ого раствора глицерина в воде, выступающего в качестве пропитывающей жидкости, а также пенетранта в виде люминесцентной жидкости ЛЖ-6А. Также процесс пропитки изделия пенетрантом под действием ультразвука достаточно трудоемок и требует использования соответствующего ультразвукового оборудования.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение качества изделий из кварцевой керамики, предназначенных для изготовления элементов конструкций летательных аппаратов, а также сохранение исходных характеристик контролируемых изделий.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен:
1. Способ капиллярного неразрушающего контроля наличия дефектов в изделиях из кварцевой керамики, заключающийся в том, что изделие после очистки пропитывают жидкостью, удаляют ее с поверхности изделия, наносят на поверхность изделия индикаторный пенетрант, удаляют его излишки с поверхности изделия и выявляют дефекты, отличающийся тем, что в качестве пропитывающей жидкости используют воду, в которую погружают изделие и выдерживают его до полной пропитки, а в качестве индикаторного пенетранта наносят цветной пенетрант на водной основе, который выдерживают в течение 3-10 минут, затем излишки пенетранта удаляют с поверхности изделия посредством смывки водой и по характеру индикаторного рисунка судят о наличии дефектов, после чего изделие сушат при температуре 400-450°С в течение 2-4 часов для восстановления исходных характеристик изделия.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по характеру индикаторного рисунка выявляют дефекты в виде наличия кристобалита в изделии и/или наличия трещин на поверхности изделия.
Полости реальных трещин, чаще всего, являются тупиковыми, имеют форму узкого клина, вершина которого обращена вглубь материала. Попав в такую трещину, пенетрант смачивает ее полость и продолжает проникать внутрь нее даже после полного удаления с поверхности объекта контроля. Попав в полость трещины пенетрант будет удерживаться там капиллярными силами. Попав на кристобалит, пенетрант не проникает в него, из-за плотной структуры. Если пенетрант попадает на пористый материал - образуется система малых менисков различной формы и большой кривизны, каждый из которых создает свое капиллярное давление. В результате поверхность контроля приобретает однородный фоновый рисунок, в котором не различаются дефекты. Изделие из кварцевой керамики пропитывается водой путем погружения изделия в воду, для заполнения пор, что не позволяет проникать пенетранту в толщу пористой кварцевой керамики, заполняя поры. Время пропитки водой изделия из кварцевой керамики зависит от толщины изделия. На фиг. 1 представлен график зависимости времени пропитки от толщины изделия, полученный экспериментально. После пропитки водой поверхность изделия высушивается, при этом вода остается в подповерхностных слоях материала изделия, не давая возможности пенетранту под действием капиллярных сил заполнять поры материала.
После сушки поверхности изделия из кварцевой керамики наносится пенетрант на водной основе. Время выдержки пенетранта составляет от 3 до 10 минут и определяется проникающей способностью пенетранта конкретной марки. Пенетрант применяется на водной основе, что обеспечивает его хорошее удаление с поверхности изделия при смывке водой.
Индикаторные рисунки, после удаления пенетранта с поверхности изделия, определяются видами дефектов, которые они отображают. Вид индикаторного рисунка может быть использован для оценки типа дефекта и причины его образования. При наличии нарушения сплошности поверхности изделия (например, трещины) - пенетрант проникает в полость, образуя индикаторные следы в виде линий. При наличии кристобалита, пенетрант не проникает в него, из-за плотной структуры. В то же время пенетрант проникает в окружающий кристобалит материал - пористую кварцевую керамику и окрашивает ее.
Пенетрант может впоследствии оказать вредное воздействие на эксплуатационные свойства изделий. Его необходимо удалить с поверхности изделий. Температура при которой происходит сушка поверхности проконтролированного изделия зависит от температуры деструкции применяемого пенетранта (его марки), а время высушивания зависит от времени деструкции применяемого материала при заданной температуре и составляет от 2 до 4 часов. Кроме того, температура сушки зависит от прочностных характеристик кварцевой керамики и составляет 400-450°С.
На фиг. 2-6 показаны фрагменты изделий из кварцевой керамики после реализации способа по изобретению, при этом на фрагментах видны индикаторные следы от кристобалитов в изделиях в виде ярко выраженных светлых пятен или отдельных точек на фоне контролируемой поверхности.
На фиг. 7, 8 представлены фрагменты изделий из кварцевой керамики после нанесения пенетранта и его удаления с поверхности изделий. На фигурах видны индикаторные следы от трещин на поверхности изделий в виде ярко выраженных линий на фоне контролируемой поверхности.
На фиг. 9-11 изображены фрагменты изделий из кварцевой керамики после проведения контроля по предложенному способу, при этом индикаторный рисунок в виде светлого пятна и ярко выраженных линий свидетельствует о наличии дефектов в виде кристобалита и трещин.
На фиг. 12 приведен внешний вид фрагмента образца поверхности изделия из кварцевой керамики после проведения сушки. Поверхность изделия приобрела первоначальный цвет - белый.
Осуществление заявленного способа подтверждается следующими примерами.
Пример 1
2
Кварцевое керамическое изделие толщиной 25 мм очищают тканевой хлопчатобумажной салфеткой. Далее с целью пропитки изделие погружают в воду и выдерживают его в течении не менее 20 минут. Для удаления воды контролируемую поверхность изделия протирают тканевой хлопчатобумажной салфеткой и обдувают продувочным пистолетом сухим сжатым воздухом в течение около 60 секунд давлением 2 кгс/см до полного удаления влаги с контролируемой поверхности. Затем на поверхность изделия в качестве цветного пенетранта на водной основе наносят раствор эозина натрия (состав: эозин натрия - 5 массовых частей, глицерин дистиллированный - 20 массовых частей, вода дистиллированная - 75 массовых частей) при помощи пневмопистолета с последующей выдержкой в  течение 3 минут при комнатной температуре. В труднодоступных местах раствор эозина на контролируемую поверхность допускается наносить плоской кистью. Затем избыток раствора эозина с контролируемой поверхности удаляется проточной водой. После контролируемая поверхность просушивается на воздухе до полного ее высыхания и проводится визуальный осмотр контролируемого изделия при естественном освещении. По индикаторному рисунку в виде ярко выраженных светлых пятен и отдельных точек на фоне контролируемой поверхности визуально выявляют наличие кристобалита на поверхности контролируемого изделия (фиг. 2-6). Далее для удаления из пористой кварцевой керамики воды и остатков пенетранта и восстановления исходных характеристик поверхности изделия применяется сушка при температуре около 400°С в течение 2 часов. После проведения сушки поверхность изделия приобретает первоначальный цвет - белый (фиг. 12).
Пример 2
Эксперимент проводят при указанных в примере 1 условиях и параметрах. Отличие состоит в том, что контролируют кварцевое керамическое изделие толщиной 40 мм, которое пропитывают водой в течение 1 часа. Пенетрант наносят на поверхность изделия с помощью кисти с последующей выдержкой в течение 8 минут. Проводят визуальный осмотр контролируемого изделия при искусственном освещении с применением переносного светильника. По индикаторному рисунку в виде ярко выраженных линий на фоне контролируемой поверхности выявляют наличие трещин на поверхности контролируемого изделия (фиг. 7, 8). Далее для удаления из пористой кварцевой керамики воды и остатков пенетранта и восстановления исходных характеристик поверхности изделия применяется сушка при температуре около 400°С в течение 2 часов.
Пример 3
Эксперимент проводят при указанных в примере 1 условиях и параметрах. Отличие составляет в том, что в качестве цветного пенетранта на водной основе наносят пенетрант SKL-SP2, изготовленной фирмой MAGNAFLUX. После нанесения пенетранта изделие выдерживают в течение 10 минут. При проведении контроля на поверхности изделия обнаруживают индикаторный рисунок в виде светлого пятна и ярко выраженных линий, что свидетельствует о наличии дефектов в виде кристобалита и трещин. (фиг. 9-11). Далее для удаления из пористой кварцевой керамики воды и остатков пенетранта и восстановления исходных характеристик поверхности изделия применяется сушка при температуре около 450°С в течение 4 часов.
Таким образом, использование предложенного способа позволяет качественно повысить выявление наличия дефектов в изделиях из кварцевой керамики, применяемых для элементов конструкций летательных аппаратов, и, как следствие, повышает надежность и прочность данных конструкций.