Контрольные образцы для капиллярной дефектоскопии

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Качество капиллярной дефектоскопии в значительной мере зависит от чувствительности набора применяемых дефектоскопических материалов, которая по существующим отечественным и зарубежным стандартам определяется с использованием контрольных образцов. В настоящее время в зависимости от вида таких образцов существуют два различных способа определения чувствительности контроля.

Согласно первому способу, основанному на сравнении результатов капиллярного контроля испытуемых дефектоскопических материалов с эталонными [1], контрольные образцы изготавливают в виде латунных пластин, покрытых никельхромовыми гальваническими покрытиями с толщинами 10—50 мкм [2]. Дефекты на покрытиях в виде ряда трещин получают или путем деформации растяжения образцов (тип 1), или ударной нагрузкой (тип 2). Глубины трещин принимаются равными толщинам гальванических покрытий. Ширины раскрытия дефектов в стандарте [2] для образцов обоих типов непосредственно не нормируются. Для образцов типа 1 приводится только требование необходимого отношения ширин раскрытия дефектов к их глубинам, которое должно составлять 1:20 [2].

Существенным недостатком рассматриваемых образцов является то, что трещины в гальванических покрытиях на образцах типа 1 неподобны реальным дефектам изделий:

– такие трещины незамкнуты и выходят на края образцов, что приводит к легкому удалению воздуха из полостей дефектов при их пропитке пенетрантом и искажению результатов контроля по сравнению с использованием дефектов с замкнутыми полостями соответственно;

– ширины раскрытия и глубины полостей реальных дефектов на изделиях могут на 1—1,5 порядка и более превышать аналогичные параметры трещин на образцах с гальваническими покрытиями.

Кроме того, приводимые в стандарте [2] данные о геометрических размерах дефектов не могут относиться к метрологической аттестации образцов. В указанных стандартах также не указан обоснованный способ проверки качества самих эталонных дефектоскопических материалов.

Второй способ определения чувствительности дефектоскопических материалов основан на применении контрольных образцов, изготавливаемых обычно из нержавеющих сталей без применения покрытий и содержащих один замкнутый тупиковый дефект, невыходящий на края образца [3—7].

Несомненным достоинством таких образцов является полное подобие их дефектов, представляющих замкнутые, невыходящие на края образца полости, реальным трещинам на металлических изделиях.

Существенный недостаток образцов заключается в том, что требования вышеуказанных стандартов относятся только к аттестации ширин раскрытия дефектов. Аттестация дефектов по глубине стандартами не предусматривается, и фактически этому важному параметру не уделяют никакого внимания как производители образцов, так и потребители. Это связано с тем, что измерения и аттестация замкнутых дефектов по глубине методами неразрушающего контроля крайне затруднительна и не может быть выполнена на существующих контрольных образцах с необходимой точностью.

Данный факт приводит к неоднозначности и искажению результатов контроля при проверке качества дефектоскопических материалов на образцах разных производителей, в результате чего существенно снижаются чувствительность и качество контроля в целом. При этом необходимо отметить, что предположение о значительном влиянии глубины дефектов на чувствительность капиллярного контроля следует как из простого логического рассуждения и понимания сущности капиллярного контроля, так и из экспериментальных данных, полученных нами ранее [8]. Поэтому несомненна и актуальна задача разработки методики, которая позволила бы с достаточной точностью выполнять средствами неразрушающего контроля измерения и аттестацию глубин дефектов на контрольных образцах при условии сохранения замкнутости их полостей.

В Институте прикладной физики НАН Беларуси нами разработана технология получения дефектов на образцах для капиллярной дефектоскопии, которая эффективно решает вышеуказанную задачу. Технология позволяет получить на контрольных образцах ряд поперечных дефектов с одинаковыми глубинами, расположенных строго на одной линии.

Контрольный образец изготавливают из нержавеющей стали в виде прямоугольной металлической пластины с рядом исходных поперечных дефектов одинаковой глубины H, которые выходят на края образца (рис. 1) [9]. По длинам каждого из дефектов дополнительно выполняют перемычки 2 и 4, разделяя их на ряд других, более мелких дефектов необходимой длины. На таком контрольном образце обеспечиваются как замкнутость полостей основных дефектов 3 (их края не выходят на боковые поверхности образца), так и возможность точного измерения глубин на дополнительных боковых дефектах 1 и 5, выходящих на края образца, с помощью оптического микроскопа с точностью до ±0,01 мм.

Рис. 1. Контрольный образец для капиллярной дефектоскопии

С использованием разработанных контрольных образцов нами проведены комплексные исследования по определению влияния ширин раскрытия дефектов и их глубин на чувствительность капиллярного контроля.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

При проведении экспериментальных исследований нами использовалась автоматизированная система обработки и анализа видеоизображений [10], позволяющая проводить измерения площадей следов дефектов после их проявления.

Были изготовлены 20 образцов из нержавеющей стали AISI 430 (08Х17) в виде прямоугольных металлических пластин с размерами 100×30×6 мм (см. рис. 1). Каждый образец содержал по 5 исходных поперечных дефектов с одинаковыми раскрытиями и глубинами в его пределах, которые, как указано выше, дополнительно разделялись двумя перемычками на три дополнительные дефекта. Длины L основных дефектов 3 (см. рис. 1) принимались для первых десяти образцов 17 мм, для последующих десяти — 15 мм. Ширины раскрытия исходных дефектов варьировались на каждом образце в пределах 0,5—8,5 мкм, а глубины — в пределах 40—860 мкм. Результаты исследований подвергались корреляционному анализу средствами приложения Microsoft Excel.

Капиллярный контроль образцов осуществляли в соответствии с ГОСТ 18442—80 [3]. Применялись дефектоскопические материалы: люминесцентный пенетрант Bycotest FP42, цветные пенетранты U88 и Rot1001, а также аэрозольный проявитель U89.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

На рис. 2 приведены результаты люминесцентного капиллярного контроля одного из разработанных образцов.

Рис. 2. Результаты люминесцентного капиллярного контроля образца с 5 дефектами с одинаковыми раскрытиями 2—3 мкм и переменными глубинами 40—640 мкм (указаны сверху)

Результаты корреляционного анализа полученных данных представлены в табл. 1, а на рис. 3—5 — данные по влиянию геометрических характеристик дефектов на площади их следов после проявления.

Таблица 1. Результаты корреляционного анализа зависимости площади следов дефектов от их глубины и ширины

Рис. 3. Зависимости площадей следов дефектов от их глубин в диапазоне 40—850 мкм: а — длина дефектов L = 17 мм; б — L = 15 мм. Пенетрант — Bycotest FP42

Рис. 4. Зависимости площадей следов дефектов от их ширин раскрытия в диапазоне 0,5—8,5 мкм: а — длина дефектов L = 17 мм; б — L = 15 мм. Пенетрант — Bycotest FP42

Рис. 5. Зависимости площадей следов дефектов от их глубин (а) и ширин раскрытия (б). Пенетрант — U88; длина дефектов L = 17 мм

Как видно из табл. 1, коэффициенты множественной линейной корреляции Х1 (глубина) и Х2 (ширина) значимы и примерно равны между собой, что указывает на существенную значимость и равенство влияния рассматриваемых геометрических характеристик дефектов на чувствительность контроля. Данный факт дополнительно подтверждается значимостью статистического критерия R-квадрат (коэффициента детерминации), показывающего, какая доля дисперсии значений исследуемых площадей следов дефектов определяется переменными Х1 и Х2.

Характер и существенную значимость влияния ширин раскрытия и глубин дефектов на площади их следов после проявления и, следовательно, чувствительность капиллярного контроля также можно видеть из диаграмм, приведенных на рис. 3—5.

ВЫВОДЫ

Разработаны образцы для капиллярной дефектоскопии, на которых возможны измерения на оптическом микроскопе как ширин раскрытия поверхностных дефектов, так и их глубин при одновременном соблюдении условий невыхождения полостей дефектов на боковые грани образцов.

Экспериментально с использованием корреляционного анализа установлено существенное влияние ширин раскрытия и глубин дефектов в контрольных образцах на чувствительность капиллярного контроля.

Представляется обоснованной необходимость внесения в соответствующие стандарты дополнений по учету глубин дефектов на контрольных образцах для капиллярной дефектоскопии.

Об авторах

Н. В. Деленковский

Автор, ответственный за переписку.
Email: delenkovsky@iaph.bas-net.by
Белоруссия, 220072 Минск, ул. Академическая, 16

А. Б. Гнусин

Email: dubelxp@gmail.com
Белоруссия, 220072 Минск, ул. Академическая, 16

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Контрольный образец для капиллярной дефектоскопии

Скачать (374KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Результаты люминесцентного капиллярного контроля образца с 5 дефектами с одинаковыми раскрытиями 2—3 мкм и переменными глубинами 40—640 мкм (указаны сверху)

Скачать (592KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Зависимости площадей следов дефектов от их глубин в диапазоне 40—850 мкм: а — длина дефектов L = 17 мм; б — L = 15 мм. Пенетрант — Bycotest FP42

Скачать (486KB)

Метаданные

5. Рис. 4. Зависимости площадей следов дефектов от их ширин раскрытия в диапазоне 0,5—8,5 мкм: а — длина дефектов L = 17 мм; б — L = 15 мм. Пенетрант — Bycotest FP42

Скачать (478KB)

Метаданные

6. Рис. 5. Зависимости площадей следов дефектов от их глубин (а) и ширин раскрытия (б). Пенетрант — U88; длина дефектов L = 17 мм

Скачать (441KB)

Метаданные