Физические основы метода

Капиллярные методы контроля объектов проникающими веществами применяют для обнаружения дефектов (типа трещин), выходящих на поверхность. Полости реальных трещин, чаще всего являющихся тупиковыми, имеют форму узкого клина, вершина которого обращена внутрь материала. Попав в такую трещину, проникающая жидкость смачивает ее полость и продолжает проникать внутрь нее даже после полного удаления с поверхности объекта контроля. В этом случае проникающая жидкость образует в полости трещины два мениска с радиусами R₁ и R₂ кривизны, причем R₂ > R₁ (рис. 1.2, а). Эти мениски вызывают появление двух капиллярных давлений p₁ и p₂, равнодействующая которых Δ p направлена вглубь полости дефекта. Попав в полость дефекта, жидкость будет удерживаться там капиллярными силами.

Если на мениск, расположенный в устье трещины, наложить какое-либо пористое вещество, то он исчезнет и вместо него образуется система малых менисков различной формы и большой кривизны, каждый из которых создает свое капиллярное давление. Равнодействующая Δ p созданных менисками капиллярных давлений существенно превышает давление p₁ и действует в противоположном ему направлении.

а	б
Рис. 1.2. Схемы проникновения жидкостей вглубь тупиковой трещины (а) и проявления индикаторных следов дефектов (б)

Под действием суммы давлений пенетрант из полости трещины поднимается на поверхность контролируемого объекта, несколько расплываясь над дефектным участком, и образует индикаторный след, который можно наблюдать невооруженным глазом или в лупу с небольшим увеличением (рис. 2, б). Вещества, вытягивающие пенетранты из полостей дефектов, называют проявителями.

На процесс проявления индикаторного рисунка дефектов существенно влияют сорбционные процессы. Под сорбцией понимают процесс поглощения паров и растворенных веществ твердыми телами или жидкостями. Различают адсорбцию и абсорбцию веществ.

Адсорбция – поглощение веществ из растворов на поверхности раздела двух сред (фаз) – твердого тела и жидкости.

Абсорбция – поглощение вещества всем объемом жидкости.

Адсорбированные частицы вещества удерживаются на поверхности некоторое время, зависящее от природы вещества, температуры и давления. При использовании в качестве проявителей сухих порошков или суспензий на поверхности каждой частицы проявителя адсорбируются молекулы пенетранта, выделяющегося из полостей несплошности материала. При физической адсорбции эти молекулы сохраняют свое первоначальное строение, а при химической образуют на поверхности частиц проявителя химическое соединение с ним. В случае использования в качестве проявителей лаков или красок наблюдается абсорбция пенетрантов: весь проявитель, расположенный над полостью дефекта, равномерно поглощает находящийся в ней пенетрант, который при этом растворяет проявитель и сам растворяется в нем.

Если для проявления дефекта применяют пенетранты с высокой летучестью и проявитель быстро сохнет, то над дефектом образуется устойчивый индикаторный рисунок, неопределенно долго сохраняющий свои форму и цвет. При использовании малолетучих пенетрантов или медленно сохнущих проявителей на контролируемой поверхности образуется нестабильный, расплывающийся со временем индикаторный рисунок. Скорость сорбционных процессов в проявителе зависит главным образом от скорости диффузии проникающей жидкости и растворенных в ней веществ в слой проявителя. Количество – m – диффундирующего вещества, проходящего за время Δ через площадку площадью F, определяют из следующего выражения:

,

где: D – коэффициент диффузии; с₁ и с₂ – концентрации проникающей жидкости в двух слоях проявителя, отстоящих друг от друга на расстоянии l.

При повышении температуры коэффициент диффузии увеличивается, что приводит к ускорению проявления дефектов, если проникающая жидкость при этом не испаряется. Потеря массы летучей жидкости вследствие испарения может превышать прирост ее поступления в проявитель, что приводит к ухудшению выявляемости или даже невыявлению дефектов.

Индикаторные рисунки, образующиеся при взаимодействии пенетранта и проявителя, либо обладают способностью люминесцировать при воздействии ультрафиолетового излучения, либо имеют цветовую окраску вследствие избирательного поглощения (отражения) части падающих на них световых лучей. Линии индикаторных рисунков имеют ширину 0, 05...0, 3 мм и высокие яркостный и цветовой контрасты с фоном, поэтому рисунок дефекта обнаружить значительно легче, чем сам дефект. Причем обнаружение его тем проще, чем шире индикаторная линия и выше ее контраст с фоном.