СПОСОБ КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
METHOD FOR PENETRANT INSPECTION

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих объектов капиллярным методом.
Из уровня техники [патент RU 2033605 С1, опубл. 20.04.1995] известен способ капиллярной дефектоскопии, заключающийся в том, что на контролируемую поверхность наносят пенетрант, выдерживают, затем удаляют очищающей жидкостью, содержащей в равном соотношении живичный скипидар и изопропиловый спирт, наносят проявитель и после выдержки осматривают поверхность контроля в видимом или ультрафиолетовом свете.
Недостаток известного способа состоит в низкой чувствительности контроля металлических объектов при отрицательной температуре. Это связано с тем, что при отрицательных температурах окружающей среды все проводимые операции затруднены. Особая сложность состоит в проникновении пенетранта в полости дефектов из-за наличия в ней замершей влаги.
Наиболее близким к предложенному, принятым за прототип, является способ капиллярной дефектоскопии, заключающийся в выполнении операций по подготовке поверхности, сушке, нанесении пенетранта, пропитке пенетрантом контролируемого объекта, удалении излишков пенетранта путем протирки и промывания, а также нанесении проявителя при одновременном нагреве контролируемого объекта в процессе или перед выполнением одной или нескольких операций [Магилинский А.П. Контроль проникающими веществами // Учебное пособие - ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», 2006. - 47 с., с. 14-15]. Нагрев выполняется путем размещения контролируемого объекта в обогреваемой камере, или обдува теплым воздухом, или воздействием источника инфракрасного излучения до температуры, не вызывающей недопустимых изменений веществ, используемых при выполнении соответствующих операций.
Недостаток известного способа заключается в низкой эффективности контроля объектов большого объема при отрицательных температурах. Это связано со сложностью прогрева полости дефекта в металлоемких объектах, например, в трубопроводах, в бурильных трубах, в баках нефтехранилищ и т.п. Низкая эффективность связана с тем, что металл контролируемого объекта при нагреве за счет теплопередачи от источника более высокой температуры или излучения равномерно нагревается в большом объеме, начиная с поверхности. При этом для прогрева полости дефекта необходимо прогреть слой металла, соответствующий глубине дефекта на всем контролируемом участке. Для этого требуется длительное время воздействовать на контролируемый объект источником, нагревая всю контролируемую поверхность до высокой температуры.
Технический результат настоящего изобретения заключается в расширении области применения контроля путем обеспечения возможности применения при отрицательных и близких к ним температурах.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе капиллярной дефектоскопии, заключающемся в выполнении операций по подготовке поверхности, сушке, нанесении пенетранта, пропитке пенетрантом контролируемого объекта, удалении излишков пенетранта, а также нанесении проявителя с одновременным или последующим нагревом контролируемого объекта при выполнении одной или нескольких операций, для нагрева электропроводящих объектов на их контролируемый участок воздействуют переменным магнитным полем, индуцирующим в нем вихревые токи.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения в состав пенетранта добавляют необратимые термочувствительные пигменты.
На фиг. 1 показана схема для нагрева контролируемого участка за счет вихревых токов, создаваемых переменным магнитным потоком высокочастотного индуктора.
Схема для нагрева контролируемого участка состоит из индуктора 1, выполненного в виде плоской дисковой катушки, подключенного к высокочастотному генератору 2. Индуктор 1 размещается над поверхностью контролируемого участка металлического объекта 3. Генератор 2 выполняется с возможностью регулировки величины и частоты выходного тока.
Протекание переменного электрического тока сопровождается скин-эффектом, в результате которого основная часть тока протекает в поверхностном слое глубиной δ, уменьшающемся с увеличением частоты ƒ тока. За счет скин-эффекта в поверхностный слой металла поступает большая энергия и его температура быстро растет. В результате теплопередачи энергия от внешних слоев металла передается к внутренним. Процесс теплопередачи, со временем, снижает температуру поверхностных и повышает температуру глубинных слоев. При наличии поверхностных дефектов происходит их обтекание током. Как известно из [Лановая А.В. и др. Разрушение дефектных проводников с током в магнитном поле / Известия РАН. Сер. Физическая, 2008, Т. 72, №9, С. 1341-1343], плотность тока в зоне обтекания трещин резко возрастает. Так как выделяющаяся тепловая энергия пропорциональна квадрату плотности тока, за счет его концентрации в зоне дефекта происходит значительное повышение температуры. На этом, в частности, основана технология "лечения" трещин путем пропускания переменного тока через дефектный участок, что приводит к расплаву металла именно в зоне трещины [Борисов В.Т. и др. Влияние электрического тока на прочность стальных пластин с концентраторами напряжений / Проблемы прочности, 1984, №2, С. 42-45].
Для реализации заявляемого способа осуществляют следующие операции.
Нагревают контролируемый участок объекта 3, для чего создают с помощью индуктора 1, подключенного к высокочастотному генератору 2, переменное магнитное поле, индуцирующее в металле вихревые токи. Нагрев проводят в промежутке времени, обеспечивающем температуру поверхности объекта 3 в зоне контроля не менее 5°С. Время нагрева зависит от плотности возбуждаемых вихревых токов, зависящем, в свою очередь, от величины тока в индукторе 1 и его расстояния от поверхности объекта 3. Рекомендуется за величиной температуры на поверхности контролируемого участка следить, измеряя ее пирометром (на фиг. 1 не показан).
Затем выполняется подготовка поверхности для вывода на поверхность изделия устья дефектов, устранения возможности возникновения фона и ложных индикаций, очистки полости дефектов. Нагрев под воздействием протекающего по металлу вихревого тока позволяет очень быстро создать в полостях дефектов повышенную температуру, что обеспечивает удаление влаги, воды и других жидкостей в жидком или застывшем под воздействием отрицательной внешней температуры состоянии. В процессе нагрева жидкости и достижения температуры, равной температуре кипения в капилляре, образуются пузырьки пара, которые будут расти до размера, равного диаметру капилляра. При этом пузырек перестает перемещаться вследствие адгезии его со стенками дефекта. Дальнейшее повышение температуры приводить к разрыву пузырька и выбросу жидкости из капилляра (полости дефекта). Температура, необходимая для испарения жидкости из полости дефекта, требуется в короткий промежуток времени. Для ее достижения рекомендуется кратковременно (5-10 сек.) создать вихревые токи максимальной плотности, выведя генератор на максимально допустимую мощность, а индуктор 1 -максимально приблизить к поверхности контролируемого участка объекта 3.
После очистки выполняется сушка поверхности контролируемого участка для удаления остатков моющих жидкостей и растворителей из полостей возможных дефектов. При использовании нагрева под воздействием вихревого тока, концентрирующегося в поверхностном слое, сушка проходит наиболее интенсивно и может быть совмещена с предыдущей операцией очистки.
Далее следует операция нанесения пенетранта. Его наносят, например, из аэрозольного баллона. Минимальная температура поверхности не должна быть менее 5°С, что обеспечивается регулировкой тока в индукторе 1 в соответствии с результатами измерения температуры пирометром. Время, необходимое для пропитки полости дефекта нанесенным пенетрантом, существенно зависит от температуры в ней и прилегающей зоне. По существующим нормативам [Магилинский А.П. Контроль проникающими веществами // Учебное пособие - ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», 2006. - 47 с., с. 52-53, табл. 5.4] при температуре 5°С время пропитки трещин составляет 60 минут, а при температуре от 80°С - 5 минут.
При выделении тепловой энергии за счет обтекающего трещину вихревого тока температура 80°С в ее полости поддерживается без значительного потребления энергии источника и сравнительно небольшой температуре поверхности металла. О величине тока в полости трещины можно судить по связанной с ней величине тока на поверхности металла. Требуемая взаимосвязь может быть предварительно установлена экспериментально или путем компьютерного моделирования.
Операция, связанная с удалением излишков пенетранта с поверхности контролируемого участка необходима для исключения образования фона при сохранении пенетранта на отдельных участках, в углублениях. При выполнении этой операции важно сохранить пенетрант в полости дефектов. Удаление выполняют, например, протиркой сухими или влажными салфетками. Для эффективного выполнения этих операций важно поддерживать положительную температуру металла на поверхности контролируемого объекта. В связи с этим и данную операцию целесообразно проводить при нагреве поверхности металла индуцированными в металле вихревыми токами.
Затем выполняется операция проявления, связанная с извлечением пенетранта, оставшегося в полости дефектов, и образование индикаций. В качестве проявителя используют, например, суспензию. При температуре 25°С время проявления составляет около 15 мин, так как жидкие проявители обязательно должны высохнуть. Процесс проявления существенно сокращается при повышении температуры, достигаемой за счет протекающего по поверхностному слою металла вихревого тока.
Для уменьшения фона, создаваемого возможными остатками пенетранта в углублениях, рекомендуется в состав пенетранта добавлять необратимые термочувствительные пигменты. В этом случае, пенетрант, извлеченный из полости дефекта, будет иметь окраску, отличающуюся от окраски остатков пенетранта в углублениях, так как они не подвергались воздействию повышенной температуры, создаваемой в полости дефектов за счет концентрации плотности обтекающего их тока.
5
2
Для эффективного нагрева слоя металла целесообразно выбирать частоту переменного тока из условия ƒ>(2,5×10)/(h×σ×μ), где h - минимальная глубина дефекта, подлежащего выявлению, σ и μ - удельная электрическая проводимость и относительная магнитная проницаемость металла объекта контроля, соответственно. При выполнении этого условия будет иметь место скин-эффект, обеспечивающий нагрев на оптимальную глубину.
Для максимального нагрева полости трещин создаваемый в металле ток должен быть направлен перпендикулярно к их плоскости. Этим обусловлен выбор индуктора 1 в виде плоской круговой катушки. Для равномерного нагрева и создания токов разного направления через контролируемый участок рекомендуется в процессе нагрева перемещать индуктор 1 в двух взаимно перпендикулярных направлениях над поверхностью контролируемого участка объекта 3.
Предложенное техническое решение в совокупности заявленных признаков позволяет расширить область применения капиллярной дефектоскопии, путем обеспечения возможности применения при отрицательных и близких к ним температурах за счет высокочастотного вихретокового нагрева контролируемого участка. Кроме того, за счет включения в состав пенетранта необратимых термочувствительных пигментов, обеспечивается лучшее выявление дефектов на фоне, создаваемом остатками пенетранта в углублениях на поверхности контролируемого объекта. Это происходит за счет изменения цвета пигментов под действием повышенной температуры в полости дефекта.