Приборы для обнаружения внутренних дефектов

§ т. магнитная дефектоскопия

Для обнаружения поверхностных и скрытых дефектов в стали (трещин, волосовин, неметаллических включений, раковин, пузы­рей и др.) существуют методы магнитной дефектоскопии, просве­чивания рентгеновскими лучами и ^-лучами с помощью радио­активных изотопов, люминесцентный, ультразвуковой. Все эти методы не связаны с разрушением 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 262

(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.

\ СП

№1

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 + + СО_а в герметической ко­робке при температуре 500— 550° С с медленным охлаж­дением до температуры 80— 100° О. 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 а исследуемой детали, и демагнитизатора 4, размагничивающего деталь после

контроля. Ток из сети (рис. 165) поступает через пакетный вы­ключатель /, предохранители 2 и магнитный пускатель 3 на регулировочный автотрансформатор б. 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 понижающего трансформатор а б. 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.

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:

/ — цакетнын выключатель; 2 — предохранители; 3 — ыагнитнын 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 акода. 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), я 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 (lA = Ю^-8 см). Практически используемый диапазон длин волн рентгеновских лучей от 3 до 0,001А.

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

Рентгеновская пленка (экран)

а) 6}

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 после 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 266

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 (^-лучи) образуются при распаде естественных и искусственных радиоактивных веществ. Эти лучи сходны с рентгеновскими лучами, но отличаются боль­шей жесткостью (длины волн 1>-^лУ^чеи 0,2—0,0025 А). Каждое радиоактивное вещество испускает -улучи 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 искус­ственные радиоактивные изотопы кобальта Со⁶⁰ и иридия Ir"^s. 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 не­посредственно к детали. Кроме того, вокруг ампулы с источником излучения можно расположить несколько деталей и производить одновременную съемку.

Дефектоскопияс использованием бетатрона.С помощью рент­геновского излучения бетатрона получают рентгеновские лучи, значительно превосходящие жесткость у-пуче&. 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 использовании ко­
бальта. _и..

При съемке рентгеновскими лучами, у-лучами и сиспользо­ванием бетатрона должны соблюдаться меры защиты и правила техники безопасности как в процессе съемки, так и при хранении радиоактивных веществ 130].

Люминесцентная дефектоскопия.Этот метод применяется для обнаружения поверхностных трещин. Люминесцентная дефекто­скопия основана на способности некоторых материалов светиться 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; лучение производят кварцевой лампой, 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 к 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». 268

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 м/мин.

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

При другом методе испытания (рис. 167, б) резонатором улав­
ливается отраженный, от дефекта в металле 3 звук. Вибратор /
и резонатор 2 помещают с одной и той же стороны детали. Этот
метод может быть осуществлен в том случае, если подача коле­
баний будет производиться импульсами через некоторые интер­
валы времени, втечение которых ___ _

звук успеет отразиться от де- ______ Г~£ М

фектного места и будет обна- I L—Г^

Рис. 168. Электрическая схема ульт­развукового дефектоскопа

ружен 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, нетребуется 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 1 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 or rem ратора; запаздывание будет тем больше, чем глубже расположе дефект в детали, чем больше путь, проходимый ультразвуковым колебаниями. Затем импульсы попадают в электроннолучеву] трубку 7, в которую также подается напряжение от генератор развертки 8. На экране лучевой трубки будут видны пики а, и в в виде осциллограммы. Первый пик слева соответствует ил пульсу генератора, второй, расположенный правее, — сигнал отражения от дефекта и третий пик соответствует отраженш от задней стенки детали. Расстояние между первым пиком и втс рым соответствует расстоянию от передней стенки детали д дефекта в определенном масштабе.

Проверка деталей с помощью ультразвуковой дефектоскопи требует большой затраты времени. Кроме того, ультразвуковуь дефектоскопию нельзя применять для проверки деталей сложно; формы.

ГЛАВА XIV

ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ТВЕРДОСТИ И СТРУКТУРЫ

ДЕТАЛЕЙ ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ,