Задачей неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики является определение характеристик материалов, деталей, узлов и изделий без разрушения с целью получения информации об их качестве и техническом состоянии.

В настоящее время широко применяют различные методы и средства неразрушающего контроля, позволяющие проверять качество продукции без нарушения ее пригодности к использованию по назначению. В основе НК лежат физические процессы взаимодействия различных полей, излучений или веществ с объектами контроля. Области неразрушающего контроля распределяются по следующим направлениям:

• дефектоскопия (обнаружение дефектов типа нарушений сплошности – трещин, раковин, расслоений и т.д.);
• контроль геометрических характеристик (наружных и внутренних диаметров; толщин стенок, покрытий и слоев; степени износа; ширины и длины изделий и т.д.);
• определение физико-механических и физико-химических характеристик (электрических, магнитных и структурных параметров, отклонений от заданного химического состава, твердости, пластичности, качества упрочненных слоев, содержания и распределения ферритной фазы и т.п.);
• техническое диагностирование (определение технического состояния объекта в период эксплуатации).

К достоинствам методов неразрушающего контроля относятся: сравнительно большая скорость контроля, высокая надежность (достоверность) контроля, возможность механизации и автоматизации процессов контроля, возможность применения в пооперационном контроле изделий сложной формы, возможность применения в условиях эксплуатации без разборки машин и сооружений и демонтажа их агрегатов, сравнительная дешевизна контроля и др.

Контроль - проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям

Контроль качества продукции - контроль количественных и (или) качественных характеристик свойств продукции

Метод контроля - правила применения определенных принципов и средств контроля.

Метод неразрушающего контроля - метод контроля, при котором не должна быть нарушена пригодность объекта к применению.

Средство контроля - техническое устройство, вещество и (или) материал для проведения контроля.

Средство неразрушающего контроля - техническое устройство, вещество и (или) материал для проведения контроля.

Система контроля - совокупность средств контроля, исполнителя, взаимодействующих по правилам, установленным соответствующей нормативной документацией.

Испытание - экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий.

Неразрушающие испытания - испытания с применением неразрушающих методов контроля

Техническая диагностика - область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов.

Неразрушающий контроль - контроль, при котором не должна быть нарушена пригодность технических устройств, зданий и сооружений к применению и эксплуатации.

Технологическая инструкция по неразрушающему контролю - документ, ориентированный на решение задачи неразрушающего контроля конкретного объекта с указанием операций контроля и их параметров.

Технологическая карта неразрушающего контроля - документ в виде карты (таблицы), содержащий основные данные технологической инструкции.

Заключение по результатам НК - документ, составленный по результатам НК, содержащий информацию о выполненном контроле и его результатах.

Все дефекты, как известно, вызывают изменение физических характеристик металлов и сплавов – плотности, электропроводности, магнитной проницаемости, упругих свойств и т. д. Исследование изменений характеристик материалов и обнаружение дефектов, являющихся причиной этих изменений, составляет физическую основу методов неразрушающего контроля.

Методы неразрушающего контроля классифицируются на виды. 

Вид неразрушающего контроля – условная группировка методов неразрушающего контроля, объединенная общностью физических характеристик: магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновый, тепловой, оптический, радиационный, акустический, проникающими веществами и др.

Магнитные методы основаны на регистрации магнитных полей рассеяния над дефектами или магнитных свойств контролируемого объекта.  К ним относятся магнитно–порошковый, магнитно–графический, феррозондовый, магнитно–индукционный и другие методы. При контроле используют специальные порошки, суспензии и пасты, которые наносят на предварительно намагниченные объекты контроля, и затем рассматривая картину их распределения на поверхности.

Электрические методы основаны на регистрации электростатических полей и электрических параметров контролируемого объекта.

Вихретоковые методы (электромагнитные) основаны на регистрации изменения взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте.

Радиоволновые методы основаны на регистрации изменения параметров электромагнитных колебаний, взаимодействующих с контролируемым объектом.

Тепловые методы основаны на регистрации тепловых полей, температуры или теплового контраста контролируемого объекта.

Оптические методы основаны на взаимодействии светового излучения с контролируемым объектом. Они предназначены для обнаружения различных поверхностных дефектов материала деталей в закрытых и труднодоступных местах конструкций, агрегатов и машин и измерения их параметров.

Радиационные методы основаны на взаимодействии проникающих излучений с контролируемым объектом.

Акустические методы основаны на регистрации параметров упругих колебаний, возбуждаемых в контролируемом объекте или среде.

К методам проникающих веществ относятся капиллярные методы и методы течеискания.

Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных дефектов, их извлечении проявителем из дефектов и последующей регистрации образовавшегося индикаторного рисунка.

Методы течеискания  основанны на регистрации пробных веществ, проникающих через сквозные дефекты контролируемого объекта. Контроль течеисканием (контроль герметичности) относится к числу испытаний, необходимых для нормального функционирования герметизированных объектов. Нарушение герметичности могут вызвать так называемые течи – каналы или пористые участки.

Следует отметить, что методы НК не являются универсальными. Каждый из них может быть использован наиболее эффективно для обнаружения определенных дефектов. Так, например, с помощью радиационных методов можно выявлять внутренние дефекты в виде пустот и пор в деталях, изготовленных из различных материалов, однако нельзя обнаружить весьма опасные тонкие усталостные трещины (скрытые дефекты). Для этой цели требуется применить другой, чувствительный к поверхностным трещинам метод, например капиллярный, магнитный или вихревых токов. Поэтому для контроля деталей ответственного назначения применяют сочетание  различных методов.

Ниже приведены общие сведения о дефектах.

Дефект - каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.

Брак - объект контроля, содержащий недопустимый дефект.

Недопустимый дефект - дефект, не соответствующий требованиям, установленным нормативной документацией.

Дефектный объект - изделие, имеющее хотя бы один дефект.

Явный дефект - дефект, для выявления которого в нормативной документации, обязательной для данного вида контроля, предусмотрены соответствующие правила, методы и средства.

Скрытый дефект - дефект, для выявления которого в нормативной документации, обязательной для данного вида контроля, не предусмотрены соответствующие правила, методы и средства.

Критический дефект - дефект, при наличии которого использование продукции по назначению практически невозможно или недопустимо.

Значительный дефект - дефект, который существенно влияет на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность, но не является критическим.

Малозначительный дефект - дефект, который существенно не влияет на использование продукции по назначению и ее долговечность.

Устранимый дефект - дефект, устранение которого технически возможно и экономически целесообразно.

Неустранимый дефект - дефект, устранение которого технически невозможно или экономически нецелесообразно.

Индикация дефекта - изображение или сигнал от дефекта в форме, типичной для используемого вида (метода) НК.

Обнаружение дефекта - определение наличия дефекта.

Оценка дефекта - оценка параметров дефекта, выявленного НК, в сравнении с установленным уровнем.

Несплошность - нарушение однородности материала, вызывающее скачкообразное изменение одной или нескольких физических характеристик - плотности, магнитной проницаемости, скорости звука, волнового сопротивления и т.п. Примеры несплошностей: трещины, шлаковые включения, непровары, раковины и т.п. К дефектам, не являющимся несплошностями, относятся, например, отклонения физико-механических свойств материалов от допустимых значений (например, пониженная прочность или твердость), изменение размеров и формы.

Трещина - дефект в виде разрыва материала. Различают сварные, горячие, холодные, межкристаллические трещины. Возникают вследствие охлаждения, усадки, внутренних напряжений.

Свищ - дефект в виде воронкообразного углубления в сварном шве.

Пора - дефект сварного шва в виде полости округлой формы.

Непровар - дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей валиков сварного шва.

Прожог - дефект в виде сквозного отверстия в сварном шве, образовавшийся в результате вытекания части металла из сварочной ванны.

 

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите виды неразрушающего контроля.
2. Что такое дефектоскопия.
3. Что такое испытание.
4. Как выявить скрытый дефект.
5. Что включает в себя технологическая инструкция.

Основные понятия, термины и определения по течеисканию

Контроль течеисканием конструкций и деталей проводится в целях выявления течей (сквозных дефектов), обусловленных наличием трещин, прожогов, межкристаллитной коррозии, коррозионного растрескивания и т.п. в сварных и паяных соединениях, в основных материалах изделия, в разъемных соединениях, а также определения места их расположения и величины.

Терминология течеискания лишь частично определена в нормативно-технической документации, и на практике существуют различия в некоторых терминах и их трактовке. Поэтому приведем основные термины, наиболее распространенные.

Сквозные дефекты в технике течеискания принято называть течами. Течь – это канал или пористый участок изделия, или его элементов, нарушающий их герметичность.

Под герметичностью понимают свойство изделия или его элементов исключающее проникновение через них газообразных и (или) жидких веществ. Проникновение вещества через течи внутрь изделия, под действие перепада полного или парциального давления, определяется термином натекание. Проникновение (истечение) вещества из герметизированного изделия через течи, под действие перепада полного или парциального давления, представляет собой утечку.

Абсолютная герметичность недостижима и неконтролируема. Даже при отсутствии течи проникновение пробных веществ через перегородки конструкции может быть обусловлено и чисто диффузными процессами. Поэтому герметичными принято считать изделия, газовый или жидкостный обмен через элементы которых достаточно мал для того, чтобы не мешать нормальному ходу рабочего процесса или сохранения требуемых характеристик герметизированного изделия в процессе всего срока его службы. Таким образом, герметичность следует рассматривать как понятие относительное и можно оценивать лишь степень герметичности изделия.

Степень герметичности изделия – характеристика герметизированного изделия, определяемая суммарным расходом вещества через его течи. Если, например, утечки не выявлены при испытаниях, проведенных с помощью какого–либо конкретного течеискательного устройства, то можно говорить только о герметичности в пределах порога чувствительности этого устройства.

Степень герметичности  определяется потоком вещества через единичную или все течи изделия, падением давления за единицу времени, размером индикаторного пятна пробного вещества и тому подобными величинами.

Норма герметичности изделия– наибольший суммарный расход вещества через течи герметизированного изделия, обеспечивающий его работоспособное состояние и установленный нормативно–технической документацией. По норме герметичности устанавливают методы и средства испытаний с учетом их чувствительности, надежности, производительности.

Метод течеискания – совокупность приемов использования принципов, положенных в основу обнаружения пробного вещества, проникающего через течи, и средств его обнаружения.

Способ течеискания – технологический прием реализации метода течеискания с использованием специальных приборов и оснастки.

Испытания на герметичность– испытания в целях оценки характеристик герметичности изделия как результата воздействия на него при его функционировании или при моделировании воздействий на него.

Контроль герметичности – технический контроль с целью установления соответствия изделия норме герметичности. Контроль герметичности является одним из видов неразрушающего контроля изделий, заключающийся в измерении или оценке потока пробного вещества, проникающего через течи, с целью сравнения с допускаемой по техническим условиям нормой герметичности.

Течеискание – процесс обнаружения течей.

Область техники, обеспечивающую выявление нарушений герметичности, связанных с наличием течей принято называть техникой течеискания. Она включает в себя комплекс методов, аппаратуры и способов контроля герметичности.

При контроле герметичности изделий и объектов применяют различную аппаратуру и оборудование. Основным прибором для аппаратурных методов течеискания является течеискатель – прибор или устройство для обнаружения течей. В настоящее время используют различные течеискатели, отличающиеся областью применения, принципом действия, габаритными размерами, чувствительностью.

Основной характеристикой определяющей возможности метода контроля при поиске течи, является чувствительность и порог чувствительности. Необходимо различать порог чувствительности течеискания (как метода и процесса обнаружения течей в целом) от порога чувствительности течеискателя (технического средства, реализующего этот метод).

Порог чувствительности течеискания – наименьший расход пробного вещества или наименьшее давление, регистрируемое при течеискании. Он зависит от порога чувствительности течеискателя, скорости перемещения рабочего органа течеискателя и расстояния от его поверхности до контролируемого изделия, физических свойств и концентрации пробного вещества, рабочих и испытательных давлений в изделии и т.д. Если же при испытаниях, позволяющих одновременно зарегистрировать все течи, могущие быть в изделии, обнаружена суммарная течь, то ее можно считать мерой степени герметичности.

Порог чувствительности течеискателя характеризуется наименьшим расходом (концентрацией) пробного вещества или наименьшим изменением давления, регистрируемым течеискателем.

Чувствительность течеискателя – отношение изменения сигнала течеискателя к вызывающему его изменению расхода пробного вещества через течи.

Течеискание базируется на регистрации проникающих через течи веществ. В большинстве случаев это специально подобранное пробное вещество – газ или жидкость, которое может быть избирательно обнаружено выбранным методом течеискания.

Контрольная среда – среда, содержащая установленное количество пробного вещества. Она, как правило, представляет собой смесь пробного вещества с балластным.

Балластное вещество – вещество, используемое для повышения полного давления в целях увеличения расхода пробного вещества через течь. Это может быть воздух, азот, вода и пр.

Вещество–носитель – вещество, используемое для транспортирования пробного вещества к индикаторному средству.

Индикаторное вещество – вещество, в результате взаимодействия которого с пробным веществом формируется сигнал о наличии течи.

Индикаторное средство – индикатор, содержащий индикаторное вещество, его носитель и (или) технологические добавки.

Для определения чувствительности течеискателя и настройки средств контроля герметичности применяют контрольную течь – устройство, воспроизводящее определенный расход вещества через течь. С помощью контрольной течи получают известный по величине поток пробного вещества, постоянный в течение определенного промежутка времени.

Герметичность изделия может быть нарушена вследствие возникновения дефектов. Дефект, выходящий на поверхность объекта контроля только с одной стороны, называют поверхностным дефектом или несплошностью, а соединяющий противоположные стенки объекта контроля, - сквозным дефектом. При течеискании (в отличии от капиллярных методов контроля) определяют только сквозные дефекты (несплошности). Истинная геометрия течи определению не поддается. Течи могут иметь характер одиночных каналов, сколь угодно извилистых и неоднородных по сечению, пересекающих стенку изделия под любым углом. При пористой структуре оболочки или ее участка они могут также представлять собой совокупность большого числа каналов. Лишь при оценочных расчетах характерных размеров каналов и при пересчете потоков от одних условий к другим течь принято моделировать в виде  канала определенного сечения (в виде щели или круглого отверстия).

Глубина дефекта - размер дефекта в направлении внутрь объекта контроля от его поверхности. Длина дефекта - продольный размер дефекта. Ширина дефекта - поперечный размер дефекта. Раскрытие дефекта - поперечный размер дефекта у его выхода на поверхность объекта контроля.

Дефекты, в зависимости от причин появления, можно разделить на четыре группы:

1 группа – дефекты, возникающие в процессе первичного производства сырья, материалов, металлов и т.д.;

2 группа – дефекты неразъемных соединений и дефекты, возникающие при обработке материалов и изделий;

3 группа–  дефекты разъемных соединений;

4 группа – эксплуатационные дефекты.

К дефектам первой группы относятся дефекты, возникающие на металлургической стадии производства. Включение шлака, газовые пузыри, усадочные раковины, поры, расслоения, трещины, которые образуются в процессе обработки заготовок, и другие несплошности могут быть сквозными дефектами. Характерным дефектом такого рода являются продольные микроканалы в прокате, образованные раскаткой газовых пузырей заготовок.

Наиболее распространенная причина негерметичности изделий – сквозные дефекты второй группы, возникающие при сборке изделий с помощью неразъемных соединений (сварка, пайка, склеивание и т.п.).

Дефекты сварного шва имеют металлургическую природу: пористость, оксидные плены, газовые включения, рекристаллизацию основного металла в зоне термического воздействия, трещины, вызванные термическими напряжениями. Вероятная зона их появления ограничена собственно сварным швом с прилегающими участками сплошного материала, подвергающимися нагреву.

При этом возникающие течи могут быть самых различных размеров и форм.

Особое место в ряду дефектов сварного шва занимают дефекты в многослойных швах, в которых возможно образование внутренних течей с промежуточным объемом.

Внутренние течи являются источником длительного поступления воздуха в вакуумную систему, что препятствует получению необходимого вакуума. Обнаружение таких течей - достаточно сложная и трудоемкая процедура, требующая специальной оснастки.

Основными дефектами штамповки являются: разностенность, трещины, обрывы, складки, царапины, поры и др.

Сквозные дефекты третьей группы (разъемные соединения) вызваны, как правило, нарушениями технологии изготовления и сборки деталей, образующих сопрягаемые элементы соединений. Причиной негерметичности могут быть отклонения от заданной геометрической формы деталей, дефекты уплотнителей, инородные предметы на уплотнительных поверхностях, неправильная затяжка силовых элементов соединения, релаксация напряжении и т.д.

Потеря герметичности разъемных соединений может быть связана с недостатками в конструкции изделия. К ним относятся низкая жесткость силовых элементов соединения и неправильный выбор материалов сопрягаемых элементов (например, без учета термических деформаций при изменении температуры эксплуатации или испытаний).

Сквозные дефекты четвертой группы (эксплуатационные) могут возникать вследствие механических повреждений, коррозии, износа уплотняющих материалов и трущихся частей под действием агрессивных сред и напряжений от механических или термических нагрузок.

Помимо приведенных причин образования дефектов, нарушение герметичности изделий и объектов может происходить вследствие проницаемости газов через материалы, из которых изготовляются эти изделия. Проницаемость - это свойство материала пропускать через себя различные газообразные или жидкие вещества за счет растворения и диффузии.

Через течи газ обычно проникает гораздо быстрее, чем через основной материал за счет диффузии. Задачей техники течеискания является обнаружение течей, поскольку проницаемость как свойство материала должна исключаться правильным его выбором при конструировании изделия.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение норме герметичности изделия.
2. В чем отличие порога чувствительности течеискания от порога чувствительности течеискателя.
3. Дайте определение чувствительности течеискателя и порога чувствительности течеискателя.
4. Отличие натекания от утечки.
5. Могут ли быть в герметичном изделии течи.
6. Может ли контрольная среда включать в себя воздух.
7. Что такое пробное вещество, индикаторное вещество, балластное вещество.
8. Основные причины негерметичности изделий.
9. Может ли дефект в виде риски быть течью.
10. Может ли степень герметичности определяться падением давления за один час.
11. В чем отличие контроля герметичности от течеискания.
12. Перечислите основные сквозные дефекты пайки.

 

Термины и определения по алфавиту