Имитаторы дефектов

Имитаторы дефектов применяются в настоящее время в основном при создании новых дефектоскопических материалов для исследовательских целей, таких как изучение смачивающей способности пенетранта по отношению к конкретному конструкционному материалу, проверка технологической эффективности и отработка технологических приемов использования новых материалов и т.д., а также для количественных оценок (глубина проникновения и т.п.).

С одной стороны, на имитаторе дефектов легко повторить эксперимент, так как многие имитаторы являются разборными и материалы легко полностью удалить, с другой стороны, – моделируемые имитаторами дефекты далеки от реальных, и поэтому поведение пенетранта можно проследить лишь с некоторым приближением. Последний фактор привел к тому, что на практике в настоящее время используют в основном тест-объекты с максимально приближенными к натурным дефектами, такие, например, как никель-хромовые компараторы или мониторы пенетрантных систем
типа PSM-5.

Для количественного анализа и сравнения заполнения индикаторными жидкостями капиллярных щелей в СССР А.С. Боровиковым применялся имитатор капиллярной щели, как показано на рис 6.3. На нем исследовалось распространение фронта жидкости вдоль глубины полости.

Изучалась также связь заполняемости капиллярных полостей с величиной поперечного размера индикаторной полосы, либо определялась геометрическая составляющая коэффициента чувствительности капиллярных методов дефектоскопии в статических условиях при воздействии вакуума и ультразвука.

 

Рис. 6.3. Схема приспособления для получения клиновидной щели

 

Имитатор состоял из закрепленных под углом друг к другу металлической и стеклянной пластин. На торце стеклянной пластины были нанесены деления.

Изготавливают плоскокольцевые, цилиндрические и плоские разборные эталоны.

Натурные образцы используются преимущественно с трещинами шлифовочного, термического, усталостного и хрупкого происхождения. Последние обычно образуются в хромовом и железном гальванических покрытиях или азотированном слое определенной толщины на пластичной основе, деформируемой для образования трещин нужного раскрытия.

На рис. 6.4 показана конструкция плоскокольцевого имитатора несплошностей, состоящего из болта с гайкой и двух втулок, между которыми с целью имитации полости закладывается тонкая шайба со срезанным сегментом. Втулки стягиваются моментом от 40 до 400 Н∙ м (4...40 кг∙ м).

Рис. 6.4. Разборный плоскопараллельный имитатор несплошности Миллера

 

В целях получения одинакового усилия сжатия втулок при сравнительных исследованиях за критерий принят не момент затяжки гайки, а вытяжка стяжного болта, измеряемая микрометром через шаровые наконечники (рис. 6.5).

 

Рис. 6.5. Схема и общий вид плоскокольцевого эталона с приспособлением для определения величины упругой вытяжки стяжного болта: 1, 2 – втулки, образующие между торцами капиллярную щель; 3 – стяжной болт; 4, 6 - шайбы; 5 – гайка; а – капиллярная щель

Возможно использование плиток Иогансона в качестве элементов для имитации капиллярных несплошностей (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Общий вид имитатора несплошностей, собранного из плиток Иогансона

 

На рис. 6.7 показана конструкция разборного имитатора несплошности из двух плиток Иогансона размером 20...25 мм, прошлифованных с одной из сторон плоскостей (со стороны, обращенной к наблюдателю) для полного снятия скругленных кромок. Направление шлифовочных рисок должно совпадать с направлением разъема.

Рис. 6.7. Разборный имитатор несплошеностей с плоской капиллярной полостью: а – схема сравнительного определения предела чувствительности; б – схема зажима: 1 – струбцина; 2 – болт; 3 – шаровая пята; 4 – башмак зажима; 5, 8 – прокладки; 6, 7 – плитки Иогансона

 

Подготовка эталона состоит в тщательной промывке эталонных плиток, защемлении листка фольги толщиной 0, 1...0, 005 мм и сжатии их в струбцине винтом. Особенное внимание следует обращать на то, чтобы шлифованные поверхности плиток лежали в одной плоскости и линия стыка не была слишком заметной.

В описанном выше виде эталон используется для имитации сквозных трещин. Для имитации тупиковых трещин стыки плиток (кроме лицевого, прошлифованного) промазываются клеем типа БФ и просушиваются по соответствующей технологии склеивания.

На рис.6.8 показана схема сравнительного определения верхнего предела чувствительности с помощью описанного разборного эталона, где: С_{1 max}, С_{2 max}, С_{n max} – нижние пределы чувствительности (предельно большие раскрытия дефектов), соответствующие длинам индикаторных полос у_1, у_2,...у_n и определяемые из соотношения:

C/у = C_n/у_n. (6.2)

Рис. 6.8. Схема и общий вид цилиндрических эталонов с кольцевой щелью: С = 2…3 мкм и Н = 0, 5…8 мм

 

Нижний предел чувствительности определяется аналогичным образом.

Чувствительность, установленная с помощью разборного эталона, является относительной, что объясняется «идеальным» строением стенок капиллярной полости по сравнению с реальным дефектом.

В целях изучения влияния глубины капиллярной полости на ее индикацию применяются цилиндрические разборные имитаторы (рис. 6.8) несплошностей, создающие замкнутую кольцевую полость, что исключает специфическое влияние на индикаторный след эффекта концов трещины.

В качестве имитаторов несплошностей естественного происхождения и размеров используются образцы типа усталостных.

Так, использовался цилиндрический образец с весьма незначительной конусностью и рядом диаметральных сверлений различного размера и с переменным шагом (рис. 6.9). На нем путем циклического нагружения удавалось получить большое количество усталостных трещин протяженностью от 11 до 0, 2 мм.

Неудобство образца со сверлениями состоит в затруднительности очистки полостей отверстий от индикаторных жидкостей.

Удобнее пользоваться набором плоских образцов из соответствующего неферромагнитного сплава (например, никелевого), подвергшихся знакопеременному вибронагружению при напряжениях, несколько превышающих предел усталости. Ряд таких образцов подвергается нагружению различным числом циклов с тем, чтобы иметь на каждом образце различную поврежденность трещинами вплоть до разрушения.

 

а	б
Рис. 6.9. Усталостный образец, применявшийся в качестве эталона чувствительности: а – форма и размеры образца; б – характер расположения трещин у отверстий в образце

 

Количество и относительная контрастность выявленных трещин на образцах, имеющих различную степень поврежденности, служит мерой чувствительности не только статистически, но и по размерам протяженности и раскрытия несплошностей. Для измерения раскрытия и протяженности несплошностей образцы полируют и рассматривают как плоские шлифы под микроскопом.

Использование наборов из плоских образцов целесообразно не только в капиллярной дефектоскопии, на таких образцах могут быть сопоставлены предельные чувствительности различных методов дефектоскопии: капиллярных, вихретоковых, ультразвуковых (поверхностные волны), рентгеновских и др.

В качестве имитаторов искусственных закалочных трещин фирмой «Magnaflux» предложено использовать образец из алюминиевого сплава размером 50 x 75 x 3, 2 мм. Образец нагревают газовой горелкой в центральной части до 510 º С и затем быстро охлаждают в воде, что ведет к образованию закалочных трещин.

С.И. Калашниковым предложено изготавливать имитаторы искусственных шлифовочных трещин из стали У10 (У12) в виде стержней диаметром 25 мм и длиной до 250 мм. Образцы закаливают до возможно большей твердости и прошлифовывают до диаметра 24 мм. На их поверхности наносят электролитический хром толщиной 0, 3...0, 4 мм, а затем засаленным твердым шлифовальным кругом шлифуют без охлаждения (поперечная подача не менее 0, 03 мм на один двойной ход, продольная – не менее 20 мм на один оборот образца).

Особый интерес представляет имитатор трещин, получаемых в слое хрупкого электролитического железа, нанесенного на пластичную основу, или в азотированном слое. Регулируя толщину хрупкого покрытия и деформацию основы, можно легко получить сетку трещин заданных глубины и раскрытия. Ферромагнитные свойства таких имитаторов позволяют использовать их также и для оценки чувствительности порошкового магнитного метода.

Ширина раскрытия полости может тарировано меняться в плоском и плоскокольцевом эталонах. Основное назначение цилиндрического эталона – изучение зависимости размеров индикаторных полос от глубины полости при неизменной ширине. Плоскокольцевой эталон в основном предназначен для исследования капиллярных полостей, совершенно незаметных невооруженным глазом. Эталон благодаря своей форме легко заполировывается, а в случае нужды и перешлифовывается. Плоский эталон, будучи собран из плоскопараллельных концевых мер, имеет «идеальные» рабочие поверхности и при выбранной конструкции позволяет полностью ликвидировать зазор в полости капилляра либо создать клиновидную щель заданных размеров при одностороннем расклинивании тонкой фольгой.