Основы технической диагностики

Введение

Под технической диагностикой следует понимать область знаний, охватывающую теорию, методы и средства определения технического состояния объекта.
Совокупность свойств объекта, характеризуемая определенными параметрами в данный момент времени, установленными технической и конструкторской документацией называется техническим состоянием объекта.
Существует огромное множество методов технической диагностики, такие как: капиллярный, магнитный, ультразвуковой, радиационный метод, акустический метод и другие.
Некоторые из этих методов диагностики будут рассмотрены в данной работе.
Целью работы является закрепление и углубление теоретических знаний по основам технической диагностики.
Основные задачи работы:
Поиск литературы по данной теме;
Изучение основных наружных дефектов и причин их возникновения;
Изучение капиллярного метода контроля;
Анализ основных видов преобразователей;
Рассмотрение основных ферримагнитных материалов и их подгрупп;
Изучение радиационной дефектоскопии, ее принципа действия.
Наружные дефекты сварных соединений

Наружные дефекты можно выявить визуально при внешнем осмотре сварного соединения.
К наружным дефектам сварных соединений можно отнести:
Трещины;
Подрезы;
Наплывы;
Кратеры;
Прожоги свариваемого металла;
Неравномерность формы сварного шва;
Поры и другие дефекты.
Эти дефекты могут быть связаны с множеством факторов, например:
с неисправностью сварного инструмента;
с неправильной обработкой свариваемой поверхности;
с нарушением технологического режима сварки;
с неточностью движения и направления электрода.
Подробнее рассмотрим некоторые из этих дефектов.
Трещины встречаются довольно часто и несут большую опасность в сварных соединениях.
Трещины бывают:
горячие или холодные;
радиальные, продольные или поперечные.
Холодные трещины образуются при температуре сварки около 200…300 ℃ во время остывания. Горячие трещины образуются при высоких температурах – от 900 ℃ и выше, в результате чего снижается пластичность, появляются деформации растяжения.
На рисунке 1 показана трещина в сварочном шве.

Рис. 1. Трещина в сварочном шве
Подрезом называют углубления в металле, идущие по краям шва. Подрез уменьшает толщину металла и вызывает колебания напряжений. Это приводит к разрушению сварочных швов. Подрезы могут располагаться в горизонтальном, в стыковом и угловом швах.

Рис. 2. Подрез в сварочном шве
Наплывы, как правило, возникают при натекании расплавленного металла на основной металл. Этому могут способствовать большая сила тока, неправильное положение электродов или большой скорости. Наплывы могут образовываться в горизонтальном, стыковом или нахлесточном швах.
Выносливость металла уменьшается, так как наплывы снижают прочность сварного шва.
Кратер представляет собой небольшое углубление, которое образуется в результате резкого обрыва дуги в конце.
Кратеры не только снижают прочность сварки, но и являются причиной образования трещин.
Однако, при выявлении кратеров из можно повторно заваривать.

Рис. 3. Кратер в сварочном шве


Гидравлические методы течеискания. Их чувствительность

Гидравлический (жидкостный) метод течеискания применяется как основной метод при контроле замкнутых систем, работающих под давлением.
Этот метод заключается в следующем. Изделие, подлежащие контролю, заполняют жидкостью (вода, спирт, масло), герметизируют и подают в него избыточное давление с помощью насоса. Через некоторое время проводят визуальный контроль. Если изделие имеет дефекты, то появляются струи воды, капельки или отпотевает поверхность.
Необходимо правильно выбрать избыточное давление. Обычно оно в 1,5 раза выше рабочего давления.
Также существует люминесцентно-гидравлический способ обнаружения дефектов. Он похож на гидравлический способ, но вместо воды, или масла изделие заполняют раствором люминофора. Тогда течи в изделии можно увидеть при УФ свете.
Иногда на наружную поверхность изделия могут наносить индикатор, в состав которого входит люминесцентное вещество, которое упрощает поиск течи (появляется зеленое свечение при УФ). Этот метод называют гидравлическим с люминесцентным покрытием.
Чувствительность такого метода контроля позволяет находить течь с диаметром около 10-3 мм.
Гидравлический метод может применяется не всегда. Например, когда изделие обладает низкой прочностью невозможно создавать большие давления в нем.


Механизм заполнения капилляров пенетрантом. Капиллярное давление

Заполнение капилляров пентрантом является одним из способов обнаружения дефектов.
Пенетрант представляет собой окрашенную жидкость или суспензию, которая предназначена для заполнения капилляров. Пенетрант может содержать или красящие вещества или люминесцирующие добавки, а также их комбинацию.
Пенетрант наносится на поверхность изделия с помощью распыления, кисти, обливания или погружения.
Существует несколько способов заполнения дефектов пенетрантом:
Капиллярный способ – заполнение полостей пенетрантом происходит с помощью смачивания, распыления или погружения;
Вакуумный способ – заполнение полостей пенетрантом осуществляется при давлении ниже атмосферного;
Ультразвуковой способ – заполнение полостей пенетрантом происходит в УЗ поле;
Электрический способ – заполнение пенетрантом осуществляется в присутствии электрического поля;
Электромагнитный способ – заполнение полостей пенетрантом происходит в присутствии ЭМ или магнитного полей;
Компрессионный способ – заполнение пенетрантом осуществляется при избыточном давлении;
Деформационный способ – заполнение полостей происходит при воздействии упругих колебаний.
Более подробно будет рассмотрен капиллярный метод дефектоскопии с использованием пенетрантом.
В основе капиллярной дефектоскопии лежит явление проникновения жидких веществ в дефекты изделия под действием капиллярного давления, в результате дефектный участок можно обнаружить по отличной окраске от всей поверхности изделия.
Этот метод контроля используется как для выявления невидимых или слабо видимых наружных дефектов (которые были подробно рассмотрены в разделе 1), так и для определения расположения дефектов, их протяженности и ориентации по поверхности изделия.
Процесс капиллярного контроля состоит из нескольких этапов:
Предварительная очистка поверхности

. На этой стадии поверхность изделия очищается водой или органическим очистителем от каких-либо загрязнений или покрытий, для того чтобы краситель мог проникнуть в дефекты на поверхности. После этого поверхность высушивается, чтобы внутри дефекта не оставалось воды или очистителя.
Нанесение пенетранта. На очищенную поверхность наносят слой индикатора путем распыления, кистью или погружением объекта контроля в ванну, для хорошей пропитки и полного покрытия пенетрантом. Как правило, при температуре 5…50°С, на время 5…30 мин.
Удаление излишков пенетранта. Избыток пенетранта удаляется через некоторое время салфеткой, водой или очистителем.
Нанесение проявителя. Сразу после просушки на поверхность изделия тонким ровным слоем наносится специальный проявитель (обычно белого цвета), который вытягивает индикаторную жидкость из полости.
Контроль. В результате предшествующих действий на поверхности изделия образуется рисунок дефекта. Интенсивность окраски рисунка определяет глубину и ширину дефекта. После проведения контроля проявитель удаляется водой или очистителем.
Основными недостатками капиллярного метода являются его трудоемкость, длительность процесса контроля, сложность автоматизации, ограниченный срок хранения дефектоскопических материалов, зависимость их свойств от условий хранения.
К достоинствам можно отнести:
простоту операций контроля;
несложность оборудования;
применимость к широкому спектру материалов, в том числе к немагнитным металлам;
можно получить информацию о характере дефекта и причинах его возникновения.
Метод обеспечивает обнаружение поверхностных трещин глубиной от 0,01мм и шириной раскрытия от 0,001мм.
Под капиллярным давлением следует понимать разность давлений, возникающих из-за искривления поверхности жидкости.
Иначе, капиллярное давление – это скачок давлений на границе двух фаз, разделенных поверхностью.
Величина капиллярного давления зависит от межфазного натяжения и степени кривизны поверхности раздела и определяется основным уравнением капиллярности:
Рс = р1 – р2 = γ ¹/r1+γ ¹/r2,
где р1 – р2 это разность давлений на вогнутой и выпуклой сторонах криволинейной поверхности раздела,
γ – межфазное натяжение,
r1 и r2 – главные радиусы кривизны под прямым углом друг к другу.


Классификация ферромагнитных материалов по их магнитным свойствам. Коэрцетивная сила

Ферромагнитные материалы или ферромагнетики – это вещества, которые находятся в твердом кристаллическом состоянии, обладающие намагниченностью при низкой температуре и отсутствии магнитного поля.
Свойства ферромагнетиков материалов зависят от их кристаллической структуры.
К ферромагнитным материалам относятся элементы:
Железо;
Кобальт;
Никель и их сплавы.
Эти элементы обладают большой магнитной проницаемостью, хорошо притягиваются к магнитам и электромагнитам. Способны сохранить намагниченное состояние. Иногда ферромагнетики обладают самопроизвольной намагниченностью.
Ферромагнитные материалы могут превращаться в парамагнетик теряя свои магнитные свойства. Это происходит при нагреве материала выше точки Кюри.
Ферромагнитные материалы делятся на две группы:
Магнитно-мягкие материалы – имеют небольшие показатели напряженности МП, обладают хорошей магнитной проницаемостью, малой остаточной индукцией и малой коэрцитивной силой (Hc)