CC BY
26
УДК 620.179.111.2
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО НАБОРА ДЛЯ КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ И.О. Богачев, М.Н. Давыдов, Ю.С. Ткаченко
Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия
Аннотация: рассмотрен метод капиллярного контроля и проведено сравнение распространённых наборов для его проведения. Изложены преимущества капиллярного контроля по сравнению с другими методами неразрушающего контроля. Сформулированы основные задачи соответствия заявленного класса чувствительности и критерии оптимальности. Описаны применяемые наборы, вспомогательное оборудование и объект контроля. Реализован метод проверки классов чувствительности используемых пенетрантов на контрольном образце. Рассмотрены этапы проведения капиллярного контроля, выделены особенности и недостатки применяемых наборов. Показаны преимущества очистителя, проявителя и пенетранта одного производителя перед его конкурентом. По полученным результатам проведен анализ дефектов на контролируемом изделии. Рассмотрены дефекты следующих типов: «одиночные поры», «скопления пор», «цепочки пор», «рыхлоты» и «ложные индикации». Найдены размеры индикаций, их ориентированность на поверхности и сопоставлены получившиеся значения. Для каждого набора рассчитана ширина раскрытия этих дефектов. Проведена разбраковка в соответствии с нормативно-технической документацией. Практическим путем выделена зависимость расхода от контролируемой площади и составлена таблица для каждого компонента выбранных наборов. По полученным данным рассмотрен риск перебраковки изделия и причины отличия цен исследуемых наборов для капиллярного метода контроля
Ключевые слова: неразрушающий контроль, капиллярный контроль, класс чувствительности, шероховатость поверхности, HELLING, SHERWIN
Введение
Капиллярный контроль является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля (НК). Это связано с совокупностью его качеств: возможности выявления микроскопических дефектов на поверхности, недоступных другим методам НК, стоимости контроля, простоте, отсутствию сложного и многочисленного оборудования.
Сегодня на рынке существует около двух десятков фирм, поставляющих расходные материалы для капиллярного контроля. Подав ля-ющее большинство таких наборов иностранного производства. Они аттестованы по Российским стандартам чувствительности, имеют единый экологический класс, но сильно различаются в ценовом диапазоне. Исходя из этого возникает несколько вопросов: соответствуют ли наборы заявленному классу чувствительности и как подобрать оптимальный?
К сожалению, теоретически невозможно показать преимущества одного набора перед другим. Поэтому сравнение будет производиться только на практической основе.
Целью данной статьи является сравнение двух распространенных наборов для капиллярной дефектоскопии, при одинаковых условиях на объекте. Обнаружение особенностей и различий в ходе проведения контроля.
© Богачев И.О., Давыдов М.Н., Ткаченко Ю.С., 2018
Оборудование и объект контроля
Объектом контроля является рабочее колесо нефтяного насоса (рис. 1). Способ изготовления: литье по выплавляемым моделям. Марка материала - сталь 20ГЛ. Шероховатость поверхности равна
Контроль будет производиться на произвольных участках, так как это не является определяющим фактором и не повлияет на последующие сравнения.
Рис. 1. Рабочее колесо нефтяного насоса (с нанесенным пенетрантом)
Из всего многообразия представленных на рынке наборов для капиллярной дефектоскопии были выбраны Helling Nord Test (рис. 2) и Sherwin Dubl Chek (рис. 3) по II классу чувствительности. Состав обоих состоит из пене-транта, очистителя и проявителя в аэрозольных баллонах. Производятся фирмами «HELLING» гмбх, Германия и «Sherwin Babb Co», Франция [7,8]. Эти наборы имеют схожие характеристики и класс чувствительности, что соответствует необходимым условиям для детального сравнения и требованиям нормативно-технических документов на данное изделие.
Рис. 2. Набор для капиллярной дефектоскопии Helling Nord Test (пенетрант U88, очиститель U87 и проявитель U89)
Информация о химическом составе наборов является собственностью производителя и не может быть разглашена.
Проведение сравнения
В самом начале следует указать на то, что контрольный образец для капиллярной дефектоскопии (рис. 4) не подходит для детального сравнения. Это связано со слабым раскрытием искусственных дефектов и невозможностью произвести глубокий анализ полученных результатов.
1 мкм 3 мкм 4 мкм 7 мкм 10 мкм
Рис. 4. Контрольный образец для капиллярной дефектоскопии по II классу чувствительности
Однако в результате проверки наборов на контрольном образце можно увидеть, что пенетрант Helling U88 имеет раскрытие дефектов в 1 мкм, а пенетрант Sherwin DP-55 раскрытие в 3 мкм.
Рис. 5. Результаты проверки наборов на контрольном образце. (Helling Nord Test сверху, Sherwin Dubl Chek снизу)
Рис. 3. Набор для капиллярной дефектоскопии Sherwin Dubl Chek (пенетрант DP-55, очиститель DR-60 и проявитель D-100)
Таблица 1 Классы чувствительности пенетрантов
Класс чувствительности Ширина раскрытия дефекта, мкм
I менее 1
II от 1 до 10
III от 10 до 100
В соответствии с ГОСТ 18442-80 (табл. 1) пенетрант Helling U88 при проверке находится близко к I классу, так как без проблем раскрывает дефект в 1 мкм [3].
Проведение капиллярного контроля делится на 4 этапа:
Этап 1. Предварительная очистка. Поверхность контроля необходимо предварительно очистить с помощью очистителя. Загрязняющие вещества и любые покрытия должны быть удалены. После этого поверхность контроля нужно высушить, для того чтобы в полости дефектов не осталось очистителя.
В ходе проведения этого этапа очиститель Helling U87 показал лучшие результаты по удалению загрязнений и быстрому высыханию. Это связано с его спиртовой основой в отличие Sherwin DR-60.
Этап 2. Нанесение пенетранта. Пенетрант наносится на поверхность путем распыления, чтобы контролируемый участок был полностью покрыт. Далее его следует выдержать необходимое время, не допуская высыхания.
Пенетрант Helling U88 имеет темно- вишневый оттенок, а Sherwin DP-55 светло- красный. В процессе нанесения распылители у пе-нетрантов имеют различия. Helling U88 имеет широкий и сильный факел, что позволяет покрывать контролируемую поверхность за один проход. У Sherwin DP-55 факел узкий и более слабый. Это приводит к частичному перекрытию нанесенных слоев при дополнительном подкрашивании, что, в свою очередь, влияет на расход.
Этап 3. Удаление избытка пенетранта. Избыток удаляется безворсовой ветошью, смоченной очистителем. Категорически запрещаются распыление очистителя на контролируемую поверхность и продувка сильной струей воздуха. Это связано с высокой вероятностью выбить пенетрант из полости дефектов.
При удалении пенетранта с поверхности детали лучше показал себя очиститель Sherwin DR-60. Благодаря своей структуре он плохо впитывается в ветошь, что позволяет эффективнее удалять избыток пенетранта. Очисти-
тель Helling U87 наоборот обладает высокой проникающей способностью в волокна ветоши. В результате очистки это приводит к ее негодности и влияет на расход. При этом в ходе удаления пенетранта он втирается вместе с микроскопическим ворсом ветоши в поверхность детали и при проявлении создает розовый фон.
Этап 4. Нанесение проявителя. Проявитель наносится на контролируемую поверхность несколькими тонкими слоями без потеков и проблесков непокрытого металла. Для этого начинать нужно в стороне от контролируемого участка и равномерно распылять по поверхности. Запрещается наносить толстый слой, так как он будет маскировать дефекты и затруднять их идентификацию. После нанесения проявитель следует выдержать необходимое время, чтобы достичь максимальной визуализации индикаций дефектов.
Проявитель U89 имеет более жидкую структуру, в отличие от Sherwin D-100. Это сказывается при контроле деталей сферической формы. При нанесении последующего слоя образуются небольшие потеки. Проявитель Sher-win D-100 при начальном этапе высыхания обладает порошкообразной формой, что влияет на равномерное высыхание нескольких слоев.
При детальном сравнении температура в помещении равна 20-25 0 С, время выдержки пенетранта на изделии 20 мин, время проявления 15мин [4].
Анализ полученных результатов
Самыми распространенными дефектами в рассматриваемом изделии являются одиночные поры, их скопления и цепочки, а также рыхлоты.
«Скоплением пор» называется дефект, состоящий из 3-х и более индикаций, отделенных встык, расстояние между которыми менее 2 мм. «Цепочкой пор» является дефект, состоящий более чем из 3-х индикаций, расположенных на одной линии, расстояние между которыми менее 2 мм [5]. Признаком дефекта является наличие индикаторного рисунка, максимальный размер которого превышает 2 мм [5]. «Рыхлота» — это дефект отливки в виде скопления мелких усадочных раковин [6].
При осмотре контрольной поверхности можно заметить различия индикаторных рисунков наборов Helling Nord Test и Sherwin Dubl Chek (рис. 6). В соответствии с нормативно-технической документацией, при контроле пенетрантом Sherwin DP-55 обнаружено 2 де-
фекта, а пенетраном Helling U88 6 дефектов. Эти дополнительные 4 дефекта имеют раскрытие в 3 мкм с размером 3-3.5 мм.
Рис. 6. Индикации дефектов типа «одиночные поры» (Helling Nord Test сверху, Sherwin Dubl Chek снизу)
При замерах дефектов с шириной раскрытия более 10 мкм результаты имеют минимальные различия, которые сводятся к частичному объединению индикаций (рис. 7, 8).
Рис. 7. Индикации дефекта типа «рыхлота» (Helling Nord Test сверху, Sherwin Dubl Chek снизу)
При капиллярном контроле возможно наличие «ложных индикаций». Основные причины их появления — это изменение микрорельефа поверхности, ее загрязнение или повреждение (риски, заусенцы, забоины) [4]. Благодаря большей ширине раскрытия дефектов пенетрант Helling U88 показал сильную индикацию от заусенцев на кромке поверхности (рис. 8). В свою очередь, у пенетранта Sherwin DP-55 выявлены только отдельные индикации. В процессе разбраковки эти различия могут привести
к недостоверным результатам и стать поводом для повторного контроля данного участка.
Рис. 8. Индикации ложных дефектов (Helling Nord Test сверху, Sherwin Dubl Chek снизу)
Рис. 9. Индикации дефекта типа «одиночные поры» и «скопление пор» (Helling Nord Test сверху, Sherwin Dubl Chek снизу)
Главный фактор, на который стоит обратить внимание — это то, что индикации дефектов, полученные в ходе контроля, существенно различаются у двух наборов. На рис. 10 это заметнее всего. Индикации дефектов с раскрываемостью от 3 до 5 мкм имеют различия в 1.5-2.5 мм.
Рис. 10. Индикации дефекта типа «скопление пор» (Helling Nord Test сверху, Sherwin Dubl Chek снизу)
Нормы расхода на 1 кв. м у наборов Helling Nord Test и Sherwin Dubl Chek также различны. При длительном использовании практическим путем была выведена средняя зависимость расхода от площади контролируемого участка, с учетом сложной формы детали (табл. 2).
Таблица 2
Нормы расхода наборов для капиллярного контроля
Выводы
В ходе проведения сравнения наборов для капиллярной дефектоскопии Helling Nord Test и Sherwin Dubl Chek были определены особенности проведения контроля и идентификации дефектов на данном изделии. Выделены суще-
ствующие недостатки, параметры чувствительности при раскрытии дефектов различных размеров и схемы их расположения.
При анализе полученных результатов можно с уверенностью сказать, что оба набора соответствуют заявленному классу чувствительности. Но при сравнении результатов на контрольном образце и данной детали у пене-транта Helling U88 наблюдается высокая степень перебраковки, так как набор Helling Nord Test располагается на границе I и II класса чувствительности. Это связано с более жесткими европейскими нормами, под которые изготавливается импортная продукция.
Отличие в цене обуславливается качеством изготовления аэрозольных баллонов. Бракованные распылители и недостаточное давление приводит к его негодности или повышенному расходу ближе к концу емкости.
В заключении следует сказать, что оптимальным является набор Sherwin Dubl Chek, который качественно и надежно решает задачи в соответствии с нормативно-технической документацией на литые изделия.
Литература
1. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник. 2-е изд., перераб, и доп. М.: Машиностроение, 2003.
2. Прохоренко П.П., Мигун Н.П., Стойчева И.В. Капиллярный неразрушающий контроль. Контроль проникающими веществами. Минск: Издательство Минского Института прикладной физики, 1998.
3. ГОСТ 18442-80 Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования, 1986.
4. РД 13-06-2006 Методические рекомендации о порядке проведения капиллярного контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах, 2006.
5. РД 23.080.00-КТН-051-13. Контроль качества литых деталей магистральных и подпорных насосов, 2013
6. ГОСТ 19200-80 Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов, 1989.
7. Каталог оборудования «HELLING» гмбх. Германия, 2017.
8. Каталог оборудования «Sherwin Babb Co». Франция, 2015.
Марка и тип баллона Норма расхода мл/м2
Очиститель Helling U87 150
Очиститель Sherwin DR-60 130
Пенетрант Helling U88 90
Пенетрант Sherwin DP-55 120
Проявитель Helling U89 300
Проявитель Sherwin D-100 260
Поступила 12.07.2018; принята к публикации 11.09.2018 Информация об авторах
Богачев Иван Олегович - магистрант, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: thomas_munz@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8086-9448 Давыдов Максим Николаевич - магистрант, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: mounta1n@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0586-5244 Ткаченко Юрий Сергеевич - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: kafedra-ao@mail.ru
COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF KITS FOR CAPILLARY DEFECTOSCOPY I.O. Bogachev, M.N. Davydov, Yu.S. Tkachenko Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia
Abstract: in this article, the method of capillary control is considered and a comparison of a pair of common kits for its implementation is made. The advantages of capillary control are compared with other methods of nondestructive testing. The main problems of the correspondence of the claimed sensitivity class and the optimality criteria are formulated. The applied kits, auxiliary equipment and object of control are described. A method for testing the sensitivity classes of the penetrants used on the control sample was carried out. The stages of conducting the capillary control are considered, the features and disadvantages of the applied sets are highlighted. The advantages of a cleaner, developer and penetrant of one manufacturer before its competitor are shown. Based on the results obtained, an analysis of defects on the controlled product was carried out. Type defects are considered: "single pores", "pore accumulations", "pores of chains", "friable" and "false indications". The sizes of indications, their orientation on the surface are found and the resulting values are compared. For each set, the width of the exposure of these defects is calculated. The inspection was carried out in accordance with the normative and technical documentation. Practically, the dependence of consumption on the monitored area was singled out and a table was compiled for each component of the selected sets. According to the data received, the risk of the product being crocheted and the reasons for the difference in the prices of the test kits for the capillary control method are considered
Key words: non-destructive testing, capillary control, sensitivity class, surface roughness, HELLING, SHERWIN
References
1. Klyuev V.V. "Non-destructive testing and diagnostics. Reference book" ("Nerazrushayushchiy kontrol' i diagnostika. Spravochnik."), Moscow, Mashinostroenie, 2003.
2. Prokhorenko P.P., Migun N.P., Stoycheva I.V. "Capillary nondestructive testing. Control using penetrating substances" ("Kapillyarnyy nerazrushayushchiy kontrol'. Kontrol' pronikayushchimi veshchestvami."), Minsk Institute of Applied Physics, 1998.
3. GOST 18442-80 "Non-destructive testing. Capillary methods. General requirements" ("Kontrol' nerazrushayushchiy. Ka-pillyarnye metody. Obshchie trebovaniya."), 1986.
4. RD 13-06-2006 "Guidelines on the order of conducting capillary control of technical devices and structures applied and operated on dangerous industrial objects" ("Metodicheskie rekomendatsii o poryadke provedeniya kapillyarnogo kontrol-ya tekhnicheskikh ustroystv i sooruzheniy, primenyayemykh i ekspluatiruyemykh na opasnykh proizvodstvennykh ob"ektakh"), 2006.
5. RD 23.080.00-KTN-051-13 "Quality control of cast parts of main and retaining pumps" ("Kontrol' kachestva litykh detaley magistral'nykh i podpornykh nasosov"), 2013
6. GOST 19200-80 "Castings of cast iron and steel. Terms and definitions of defects" ("Otlivki iz chuguna i stali. Terminy i opredeleniya defektov"), 1989.
7. Catalog of equipment ("Katalog oborudovaniya") "HELLING" GmbH, Germany, 2017.
8. Catalog of equipment ("Katalog oborudovaniya") "Sherwin Babb Co", France, 2015.
Submitted 12.07.2018; revised 11.09.2018 Information about the authors
Ivan O. Bogachev, MA, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh 394026, Russia), e-mail: thom-as_munz@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8086-9448
Maksim N. Davydov, MA, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh 394026, Russia), e-mail: mounta1n@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0586-5244
Yuriy S. Tkachenko, Dr. Sc. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh 394026, Russia), e-mail: kafedra-ao@mail.ru
