Ультразвуковыми методами четко обнаруживаются дефекты, но часто возникают серьезные трудности при определении их размеров и характера, что имеет решающее значение для оценки результатов контроля.
Ультразвуковой контроль требует специальных навыков и может применяться только обученным персоналом. При ультразвуковом контроле важно учитывать, что упругие волны, отражаясь от элементов конструкции сложной формы (деталей с выточками, шпоночных канавок, фланцев и т. п.), создают множество импульсов. В этом случае тщательно изучают конструкцию, определяют возможность появления эхосигналов, проверяют их на эталонной детали. Затем выбирают рациональное направление озвучивания. Его желательно проводить при шероховатости поверхности 5-6-го классов. При более грубой поверхности дальность распространения поверхностных и нормальных волн снижается, поскольку происходит рассеивающее отражение от выступов шероховатости [28].
Различные конструкции дефектоскопов допускают наличие определенных размеров мертвых зон, т. е. неконтролируемых участков.
Размер мертвой зоны зависит от многих факторов, в том числе от характеристик дефектоскопа, акустических характеристик материала и других причин. Конкретные параметры указываются в документации на дефектоскоп.
С помощью акустических методов можно не только находить несплошности, но и контролировать структуру и физико-механические свойства материалов, измерять толщину деталей и защитных покрытий, а также проводить исследования усталостной повреждаемости материалов. Перед началом акустического контроля поверхность детали очищают от грязи, отслаивающегося лакокрасочного покрытия, окалины, продуктов коррозии, чтобы улучшить условия прохождения волн и устранить возможность появления сигналов помех. На основе регистрации импульсов могут быть построены автоматизированные системы контроля при массовом производстве.
Акустические методы контроля непрерывно развиваются, появляются новые высокопроизводительные приборы, позволяющие расширить область их применения при ремонте конструкций и изделий.
3.2 Магнитный неразрушающий контроль
Этот метод неразрушающего контроля основан на обнаружении и регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих в намагниченном изделии над дефектами или магнитных свойств контролируемого изделия. Его применяют в основном для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов, находящихся в намагниченном состоянии. Рассмотрим физические причины этого явления.
Известно, что если через проводник пропустить ток, то в пространстве вокруг него, а также между полюсами электромагнита и в пространстве, окружающем соленоид, возникает магнитное поле, направление которого определяется по правилу буравчика. Если испытываемую деталь из ферромагнитного сплава поместить в магнитное поле, то в ней появляются магнитные силовые линии. При отсутствии дефектов магнитные линии не исключаются. При наличии несплошности, находящейся на пути магнитного потока, часть магнитных линий выходит из детали и затем снова входит в нее. В местах выхода магнитных линий образуются местные полосы N и S, между которыми помещается магнитное поле рассеяния, расположенное над дефектом. После снятия намагничивающего поля местные полюсы и поле рассеяния остаются вследствие наличия остаточной индукции [8].
В намагниченной детали (рисунок 3.5) магнитные силовые линии направлены от полюса N к полюсу S. Вокруг трещины, определяющей несплошность, создается поле рассеяния, которое может быть обнаружено и зарегистрировано. После удаления детали из магнитного поля и регистрации дефекта такую деталь необходимо размагнитить. Остаточная намагниченность влияет на показания приборов, вызывает притяжение посторонних частиц, что способствует интенсификации процессов изнашивания.
Для намагничивания деталей применяют постоянный (двухполупериодный выпрямленный, трехфазный выпрямленный), переменный, однополупериодный выпрямленный и импульсный токи. Дефекты оптимально обнаруживаются в случае, когда направление намагничивания контролируемой детали перпендикулярно направлению дефекта, поэтому простые детали намагничивают в двух направлениях, а детали сложной формы – в нескольких.
Для создания оптимальных условий контроля применяют три способа намагничивания: циркулярное, продольное (или полюсное) и комбинированное.
Циркулярное намагничивание осуществляется при пропускании тока по контролируемой детали или через проводник стержень, помещенный в отверстие детали. Наиболее эффективно циркулярное намагничивание деталей в форме тел вращения. При пропускании тока по деталям сложной формы выступы и другие неровности могут быть ненамагничены до требуемой степени. В этих местах необходимо измерять напряженность намагничивающего поля и специально следить, чтобы она достигла требуемых для контроля значений. При циркулярном намагничивании направление магнитного потока перпендикулярно направлению тока, поэтому оптимально обнаруживаются дефекты, направление которых совпадает с направлением тока. Одной из разновидностей циркулярного намагничивания является намагничивание путем индуцирования тока в контролируемой детали. Устройства для такого намагничивания представляют собой трансформатор, вторичной обмоткой которого (или частью сердечника) служит контролируемая деталь.
Рисунок 3.5 – Искажение силовых линий магнитного поля в детали с трещиной:
1 – намагниченная деталь; 2 – поле рассеяния; 3 – трещина
Продольное намагничивание происходит с помощью электромагнитов (постоянных магнитов) или соленоидов. При этом обычно деталь намагничивается вдоль своего наибольшего размера. На ее краях образуются полюсы, создающие поле обратного направления. К разновидности полюсного намагничивания относится поперечное намагничивание, когда деталь намагничивается в направлении меньшего размера.
Комбинированное намагничивание возникает при одновременном намагничивании детали двумя или несколькими изменяющимися магнитными полями. При этом можно применять любое сочетание видов тока. При комбинированном намагничивании необходимо, чтобы суммарный вектор намагниченности поворачивался относительно детали хотя бы на 90° (или вращался на 360°). Это достигается в результате применения совместно продольного и циркулярного намагничиваний и использования для них токов одного вида, различающихся по фазе (или времени включения, например, для импульсных токов), или токов разного вида с соответствующими моментами включения или изменения их величины и направления.
Существуют различные способы и схемы намагничивания деталей, использующие постоянные магниты, электромагниты, соленоиды, виды и сочетания токов, применяемые при неразрушающем контроле магнитными методами.
Наиболее широко используются методы обнаружения и регистрации полей рассеяния: магнитопорошковый, магнитографический и феррозондовый, последний в аэрокосмической промышленности распространения не получил.
Магнитопорошковый метод. Способствует обнаружению поверхностных и подповерхностных дефектов типа волосовин, трещин (закалочных, усталостных, шлифовочных, сварочных, литейных, штамповочных и т. п.), расслоений, флокенов, заковов, непроваров стыковых сварных соединений, надрывов и т. п. Подповерхностные дефекты на глубине примерно до 100 мкм могут быть обнаружены практически при такой же высокой чувствительности, что и поверхностные.
При большем расстоянии от поверхности до дефекта (2–3 мм) выявляются более грубые дефекты, чем при поверхностных нарушениях сплошности. Чувствительность метода высока, позволяет обнаруживать трещины с шириной раскрытия более 0,001 мм и глубиной более 0,01 мм.
Магнитографический метод. С его помощью обнаруживают как поверхностные дефекты (типа трещин, непроваров, шлаковых включений, цепочек и скоплений пор, подрезов, прижогов и т. п.) при примерно равной с магнитопорошковым методом чувствительности, так и глубинные при расстояниях от поверхности до 20–25 мм. Он более универсален и пригоден для контроля деталей практически любых форм и размеров, в то время как магнитографический наиболее пригоден для проверки деталей относительно простой формы (цилиндров, труб, листов, брусков и т. п.). При магнитопорошковом методе на диагностируемые участки детали наносят ферромагнитные частицы либо мокрым методом, либо сухим. В первом случае частицы находятся во взвешенном состоянии в воде, керосине или минеральном масле, во втором они взвешены в воздухе. При попадании на намагниченную деталь над дефектом вследствие неоднородности магнитного поля, наличия местных магнитных полюсов намагниченные частички притягиваются к месту наибольшей концентрации магнитных линий. Ширина валика скопившихся частиц больше фактической ширины дефекта, что позволяет рельефно выявить форму и протяженность дефекта.
