Стадия малой трещины 2 страница

1. Адсорбцию на поверхности молекулы кислорода.

2. Диссоциацию молекулы кислорода на атомы.

3. Диффузию атомарного кислорода через окисную пленку.

4. Взаимодействие кислорода с металлом, что приводит к росту окисно-

го слоя вглубь металла.

Возможна другая схема.

1. Диффузия атомов металла через окисную пленку к поверхности.

2. Взаимодействие их с адсорбированными молекулами кислорода.

При этом окисный слой растет наружу.

В обоих случаях контролирующим (наиболее медленным) является диф-фузионный процесс, поэтому окисление, или толщину пленки можно опи-сать выражением

,

где t - время, а k - величина, экспоненциально зависящая от темпера-туры.

где A и Q - константы, а R - универсальная газовая постоянная.

Из формулы непосредственно вытекает, какие материалы являются наи-более жаростойкими. Это материалы, окисная пленка которых представля-ет большое сопротивление диффузии (малость k) и достаточно прочна: не трескается и не отслаивается, т.к. при разрушении пленки процесс в этом месте идет с такой скоростью, как будто пленки до этого момента не существовало. Для сохранения монолитности окисной пленки очень важны ее прочностные характеристики, малое изменение удельного объема при взаимодействии с кислородом, а также близость коэффициентов термичес-кого расширения пленки и металла. Необходимо также хорошее сцепление окисного слоя с металлом.

6.6. Покрытия

Для повышения жаростойкости жаропрочных материалов широко при-меняются различные покрытия, например: алитирование, хром-алитирова-ние и другие. Материал покрытий отличается малой скоростью реакций с кислородом, высокой прочностью и хорошим сцеплением с основным материалом. Для покрытий весьма важным является также малая скорость взаимодействия с металлом детали. Поэтому часто применяют двух- и более слойные покрытия. В них верхний слой обеспечивает малую скорость реак-ции с кислородом, нижний слой дает хорошее сцепление с металлом и препятствует растворению в металле верхнего слоя.

Жаростойкие покрытия, как правило, достаточно хрупки.

6.7. Процессы, идущие при высокотемпературной

эксплуатации и перегреве

Конструкция и материал деталей горячей части двигателя должны обес-печить сохранение формы и размеров деталей, а также их свойств при экс-плуатации в заданных интервалах температуры и напряжений в течение определенного срока эксплуатации.

При эксплуатации в деталях происходят процессы ползучести и окисле-ния поверхности, однако, при соблюдении заданных температур скорость этих процессов достаточно мала и не успевает серьезно изменить характе-ристики детали до конца эксплуатации.

Однако при перегреве скорость процессов в металле и на поверхности резко возрастает. Перегрев может вызвать обгорание или оплавление дета-лей или трещины ползучести. При меньших температурах перегрев приво-дит к быстрым структурным изменениям в сплаве, особенно в поверхност-ных слоях, в результате чего сплав теряет оптимальную структуру и изме-няет свои механические свойства.

Наиболее характерными признаками перегрева являются: обгорание концов пера и вытяжка лопаток турбины, трещины ползучести, повышенная степень окисления пера лопаток турбины. На лопатках соплового аппарата турбины внешними признаками являются растрескивание входных и выход-ных кромок, прогары кромок, повышенная степень окисления.

Следует отметить, что наличие одного из признаков недостаточно для надежной диагностики. Так, например, вытяжка может свидетельствовать как о перегреве, так и о завышенных оборотах.

7. ВИЗУАЛЬНО - ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

7.1. Задачи и области применения

Большая часть всех дефектов определяется при помощи простого наблюдения, то есть при визуальном контроле. Визуальный контроль с при-менением оптических приборов называется визуально-оптическим. Он пред-назначен для обнаружения различных поверхностных дефектов материала деталей, скрытых дефектов агрегатов, контроля закрытых конструкций, труднодоступных мест механизмов и машин. Необходимым условием явля-ется наличие каналов для доступа приборов к контролируемым объектам. Контроль проводится путем наблюдения деталей и изделий в видимом свете. При контроле используются оптические приборы, создающие полное изоб-ражение проверяемой зоны, ее видимую картину.

Визуально-оптический контроль наиболее простой и дешевый способ контроля. Он используется в процессе производства, при регламентных работах и осмотрах, а также при ремонте. Однако у визуально-оптического контроля недостаточно высокие достоверность и чувствительность. Поэтому его используют в следующих случаях:

- Для поиска поверхностных дефектов (трещин, коррозионных и эрро-зионных повреждений, забоин, язв, открытых раковин, пор и т.д.).

- Для обнаружения крупных трещин, мест разрушения, остаточной деформации, течей, загрязнений, а также различных посторонних предме-тов внутри закрытых конструкций.

- Для анализа характера и определения типа поверхностных дефектов, обнаруженных каким-либо другим методом контроля.

7.2. Глаз, как средство контроля

По существу глаз является важнейшим элементом технической системы при оптико-визуальном контроле (кроме мозгов, конечно), поэтому необ-ходимо представлять его параметры.

Поле зрения одного глаза делят на три зоны:

Зона наиболее четкого видения ~ 2°.

Зона ясного видения (возможно опознавание) 20-30°.

Зона перефирического зрения 150° по горизонтали, 125° по вертикали.

Бинокулярность позволяет определять расстояние до предмета. На рас-стоянии наилучшего зрения ~ 250мм отличают расстояния с точностью 0,003-0,005%: на расстоянии 100м - 5-7 %. Одним глазом всегда ~ 10%.

Хорошая разрешающая способность ~ 1, средняя 2-4. При 1- 2 можно различить две черты на расстоянии 0,075-0,15 мм. Острота зрения максимальна при наблюдении желто-зеленых объектов на темном фоне и красных на белом. В частности, поэтому краски цветной дефектоскопии подбирают этих цветов.

Время формирования изображения составляет ~ 0,1 с.

7.3. Приборы, используемые при визуально-оптическом контроле

Приборы, используемые при визуально-оптическом контроле, классифи-цируют по их назначению.

7.3.1. Приборы для обнаружения и контроля мелких близко-

расположенных объектов (лупы и микроскопы)

Лупы

Увеличение Расстояние до объекта

Обзорные		140 - 150 мм
Складные	2,5 - 20
Телескопические	0,25 - 40	1000 - 25 мм

Лупы применяются для общего осмотра поверхности и анализа харак-тера дефектов.

Микроскопы используются в основном для анализа характера дефектов. Для поиска дефектов они могут быть использованы, когда требуется высо-кая чувствительность. Микроскопы часто используют, как средство наблю-дения при цветном, люминесцентном и магнитопорошковом контроле. Чаще всего используют бинокулярные микроскопы. Увеличение микроско-пов (в дефектоскопии) 1-200 крат. Однако, чем больше увеличение, тем меньше поле зрения и глубина резкости. Поэтому микроскопы имеют чаще всего переменное увеличение.

7.3.2. Приборы, используемые при контроле открытых,

удаленных предметов

В основном применяют бинокли и телескопические лупы. Они исполь-зуются на расстояниях от 1 до нескольких десятков метров. Их увеличение от 1 до 20 - 30крат. Дефекты, наблюдаемые при помощи биноклей, относи-тельно крупные. Это крупные трещины, поверхностная пористость, надры-вы, задиры, течи, места перегрева и т.д.

7.3.3. Приборы для наблюдения скрытых поверхностей

Техноэндоскопы, перископические дефектоскопы, бороскопы, эндоско-пы и т.д. Их можно разделить на два класса: жесткие, в которых отклоне-ние луча происходит при помощи призм или зеркал, и гибкие, в которых используется стекловолоконная оптика.

Жесткие представляют собой по существу удлиненные микроскопы. Они имеют хорошую разрешающую способность и увеличение 1-40х. Свет для освещения может подаваться как через оптическую систему самого прибо-ра, так и через отдельный гибкий жгут.

Гибкие жгуты представляют собой сочетание оптических приборов (объективов, окуляров и т.д.) со световедущими волокнами. Каждое из волокон передает один элемент изображения. Коэффициент пропускания света жгута длиной 0,5-1,5 м составляет 25-52% (данные довольно старые, сейчас гораздо больше). Разрешающая способность жгутов составляет 10-50 1/мм. Повышение разрешающей способности сопровождается снижением коэффициента светопропускания.

Основные параметры жгутов

Диаметр жгута волокон	Внешний диаметр	Длина жгута
2 - 30 мм	4 - 40 мм	100 - 1500 мм

Существуют особо тонкие диаметром ~ 3 мм эндоскопы. Существуют также жаростойкие эндоскопы, работающие до 1200° С (с охлаждением водой). Используются электронно-оптические преобразователи с разными системами сканирования.

8. КАПИЛЛЯРНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

8.1. Сущность и классификация методов

Капиллярные методы предназначены для обнаружения поверхностных несплошностей, не видимых невооруженным глазом. Они основаны на использовании капиллярных свойств жидкости. Этими методами выявляют дефекты путем образования индикаторных рисунков с высоким оптическим яркостным (черное на белом) и цветовым (красное на белом) контрастом и шириной линий, превышающей ширину раскрытия дефекта.

При контроле на деталь наносят специальную смачивающую жидкость, которая под действием капиллярных сил заполняет все полости поверхност-ных дефектов. Дефекты выявляют, обнаруживая либо жидкость, оставшуюся в полостях после удаления ее с поверхности, либо скопления частиц по-рошка, взвешенного в жидкости и отфильтровавшегося на поверхности детали при заполнении полости дефекта жидкостью. В первом случае остав-шуюся в полостях дефектов жидкость обнаруживают чаще всего с помощью проявителя. Он поглощает жидкость, образуя индикаторный рисунок, а также создавая фон, на котором этот рисунок хорошо виден. Во втором случае скопления порошка обнаруживают без помощи проявителя. Индика-торные рисунки либо имеют контрастную окраску, либо способны люми-нисцировать, либо и то и другое. Схема капиллярного метода приведена на

рис.8.1.

Простейший пример - проникающая жидкость - керосин, проявитель - мел (порошок или суспензия), проникающая жидкость выявляется потем-нением мела.

Классификация методов капиллярной дефектоскопии (КД) приведена на рис.8.2.

Существо методов, приведенных на схеме рис.8.2 следующее:

1. Яркостный - создает черно-белый (яркостный контраст).

2. Цветной - создает цветной контраст, чаще красный рисунок на белом фо-

не.

3. Люминисцентный - рисунок светится в темноте желтым светом на темном

фоне при освещении ультрафиолетом.

4. Люминисцентный + цветной -виден и в темноте и на свету. Обычно в тем-

ноте обнаруживают, а на свету внимательно рассматривают дефект.

5. Фильтрующихся частиц. Применяется для пористых материалов. В месте

дефекта накапливаются окрашенные или люминисцирующие частицы, ко-

торые не проходят в дефект.

6. Капиллярно - электростатический. Заполнение дефектов диэлектрика

проводящей жидкостью, покрытие порошком и наложение электростати-

тического поля. Порошок концентрируется на неоднородностях поля, то

есть на дефектах.

7. Капиллярно - электроиндуктивный то же, но дефекты выявляются с по-

мощью токовихревых датчиков.

8. Капиллярно - магнитопорошковый. Просто сумма капиллярного люми-

минисцентного или цветного метода и магнитопорошкового. Наблюдает-

ся и капиллярный, и магнитопорошковый рисунок, что повышает досто-

верность.

9. Капиллярно - радиационный (излучения) - используется радиактивная

проникающая жидкость и дефекты ищут датчиками излучения.

10. Капиллярно - радиактивный - (поглощения). Дефекты заполняются

оптически активной жидкостью. Они затем выявляются на рентгене.

Например, легкие металлы пропитывают четыреххлористым углеродом.

Существует несколько способов детектирования индикаторного рисун-ка: визуальный, фотоэлектрический, фотолюминисцентный и т.д.

8.2. Области применения капиллярных методов, их

достоинства и недостатки

Достоинства

1. Высокая чуствительность: обнаруживаются трещины с раскрытием

0,001 мм глубиной 0,01 мм и длиной 0,1 мм.

2. Высокая разрешающая спосбность.

3. Относительно высокая достоверность.

4. Наглядность.

5. Возможность контроля поверхностей разной степени сложности.

6. Возможность контроля больших зон детали.

7. Универсальность по материалам деталей и одинаковость технологичес-

ких операций на разных материалах.

8. Точная локализация места дефекта и часто его характера.

9. Простота технологических операций.

10. Низкая квалификация, требуемая от контролеров.

11. Дешевизна основных материалов.

Недостатки

1. Высокая трудоемкость.

2. Возможность обнаружения только поверхностного дефекта.

3. Большая длительность 0,5 - 1,5 ч.

4. Снижение достоверности при отрицательных температурах.

5. Необходимость удаления лакокрасочных покрытий и тщательной

очистки поверхности.

6. Малая вероятность обнаружения дефектов под окисными пленками,

слоем деформированного металла после мехобработки, или сжатых

остаточными напряжениями.

7. Сложность механизации.

8. Громоздкость оборудования.

9. Вредность материалов.

10.Субъективность контроля.

11. Ограниченный срок хранения материалов и изменение их свойств

со временем.

8.3. Области применения

Метод яркостной дефектоскопии применяется в основном для проверки герметичности соединений трубопроводов и корпусов.

Цветной красочный метод. (Чаще всего с применением проникающей жидкости "К" и проявляющей краски "М") наиболее универсален. Приме-няется в производственном процессе, при ремонте и эксплуатации, при прочностных испытаниях.

Люминисцентный метод хорош для хорошо обработанных поверхнос-тей при большом объеме контроля. Им контролируют лопатки и диски в производстве.

Метод фильтрующихся частиц используется для контроля материалов со сплошной пористостью (изделия порошковой металлургии, изоляторы, бе-тон, огнеупоры и т.д.)

8.4. Подготовка деталей к контролю

Загрязнения, а также различные покрытия могут перекрывать полости дефектов. Кроме того, они могут вступать в реакцию с проникающей жид-костью и проявляющей краской, изменяя их свойства. Поэтому тщательная очистка поверхности является одной из главных операций. Применяют сле-дующие виды очистки.

1. Очистка промывкой и протиркой с применением воды, моющих

средств и легко летучих жидкостей.

2. Очистка в парах органических растворителей.

3. Очистка струей абразивного материала.

4. Очистка химическими реактивами.

5. Электрохимическая очистка.

6. Ультразвуковая очистка.

7. Очистка прогревом на воздухе или в вакууме.

В связи с вредностью и летучестью многих компонентов, применяемых как при очистке, так и при самом процессе капиллярной дефектоскопии, большое внимание приходится уделять вопросам техники безопасности.

9. МАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

9.1. Задачи, классификация и области применения

магнитных методов

Магнитные методы контроля используются для поиска и обнаружения поверхностных дефектов, а также для определения локальных или общих свойств материала и толщины покрытий. Магнитные методы контроля основаны на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами, или на определении магнитных свойств контролируемых изде-лий.

Классификация магнитных методов и области применения

Классификация магнитных методов и области их применения показаны на рис.9.1.

Магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый методы описаны в разделах 9.3.-9.5. В настоящем разделе рассмотрим методы эф-фекта Холла, индукционный и пондемоторный.

Метод, основанный на эффекте Холла, используют для обнаружения дефектов, для контроля толщины и структуры материала. Эффект Холла заключается в следующем. Если через пластину из полупроводника (герма-ний, арсенид, галлий и т.д.) пропускать ток, то при наличии магнитного поля, проходящего через пластину, на перпендикулярных гранях возникает ЭДС (рис.9.2).

,

где H - напряженность магнитного поля,

- ток через пластину, - ее толщина,

- постоянная Холла.

Таким образом, сделав достаточно тонкую пластину, мы получим высо-кочувствительный прибор для измерения напряженности магнитного поля. Такие пластинки или пленки используются в качестве датчиков. Их досто-инства - малые ~ 1 мм размеры, линейность, статичность.

При применении индуктивного метода катушку с током проводят вдоль детали и фиксируют ток в другой катушке. Применяется для железнодорож-ных рельсов.

Пондемоторный метод основан на измерении взаимодействия между полем детали и полем рамки с током. Также применяется для рельсов.

9.2. Физические основы методов

Все магнитные методы основаны на использовании взаимодействия магнитного поля с веществом детали. Для намагничивания детали исполь-зуют поле вокруг проводника с током, между полюсами постоянного или электромагнита, или в соленоиде (рис.9.3).

Магнитные свойства материала характеризуются петлей гистерезиса (рис.9.4), где

- напряженность магнитного поля,

- магнитная индукция,

- остаточная индукция,

- коэрцитивная сила,

- индукция насыщения,

- магнитная проницаемость. - нормальная,

- дифференцальная.

- магнитные характеристики материала.

Ферромагнитик состоит из малых самопроизвольно намагниченных об-ластей - доменов. В размагниченной детали поля доменов направлены произвольно. В намагниченной они ориентируются по полю. После снятия поля в магнито-мягких материалах домены вновь разориентируются, в маг-нито-жестких сохраняют ориентацию.

Поэтому в магнито-мягких материалах ~ 10-30, а в магнито-жестких ~ 10²-10³ эрстед (рис.9.5).

Магнитные свойства определяются магнитной структурой металла, кото-рая в свою очередь тесно связана со структурой и субструктурой металла, которые также определяют механические свойства. Поэтому между механи-ческими свойствами и магнитными свойствами существуют корреляции, ко-торыми пользуются для оценки изменения механических свойств (рис.9.6). Корреляция есть также и между режимами термообработки и магнитными свойствами. Весьма важен правильный подбор магнитных пара-метров для данного свойства материала или параметра термической обработки. Необ-ходимо, кроме того, помнить, что корреляция это не жесткая связь. Нужно также учитывать многофакторность системы.

Все способы измерения толщины неферромагнитных покрытий базиру-ются на близости ферромагнитной сердцевины к намагничивающему уст-ройству. Простейший пример - сила отрыва постоянного магнита.

Поиск дефектов основан на искажении поля намагниченной детали в области поверхностного дефекта (рис.9.7).

9.3. Магнитопорошковый контроль изделий для обнаружения

дефектов типа нарушения сплошности

По существу магнитопорошковый метод представляет собой локализа-цию дефекта путем взаимодействия его магнитного поля с ферромагнитным порошком, находящимся в окружающем пространстве в виде жидкостной или воздушной (пылевой) взвеси (рис.9.8).

На ферромагнитную частицу в магнитном поле действует сила

,

где - объем частицы,

- магнитная восприимчивость,

H - напряженность магнитного поля.

Кроме того, действует сила веса , архимедова сила , сила трения

.

Между частицами, которые в поле становятся магнитными диполями, действует сила притяжения .

В результате действия всех этих сил частицы слипаются в цепочки и стремятся двигаться по градиенту магнитного поля, то есть к дефекту. Накапливаясь на дефектах в виде горок или валиков, размер которых много больше раскрытия дефекта, частицы позволяют визуально обнаруживать дефект.

Необходимо учитывать скорость струи воздуха или жидкости. Скорость эта не должна быть слишком большой, чтобы не смывать (сдувать) образо-вавшийся валик. В то же время эта скорость не должна быть равна нулю, так как в этом случае частицы осядут на всей поверхности и искать местные утолщения слоя частиц будет трудно.

Важное значение имеет также направление движения потока. Здесь об-щим правилом является направлять поток по возможности перпендикуляр-но предполагаемым дефектам и вдоль поля.

В отличие от всех остальных, магнитопорошковый метод позволяет обнаруживать трещины под сплошными слоями неферромагнитных покры-тий, если они не слишком толстые (рис.9.9).

Магнитопорошковый метод позволяет обнаруживать трещины с шири-ной раскрытия свыше 1 микрона, и глубиной свыше 10 микрон.

Основные области применения магнитопорошкового метода приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1

N	Объект контроля	Выявляемые дефекты
	Полуфабрикаты- отливки, поковки, прокат, заготовки	Флокены, волосовины, неметалли- ческие включения, поры, раковины, расслоения, закаты, надрывы и т.д.
	Готовые, полуготовые и отремонтированные детали.	1 + шлифовочные,ковочные, штамповочные трещины. Дефекты сварки
	Детали,бывшие в эксплуатации, при демонтаже	1+2 + эксплуатационные трещины (от однократного нагружения, усталостные, термические, водород- ные и т.д.)
	Детали в условиях эксплуата- ции без демонтажа	То же, что п.3, но на ограниченных площадях и с большими трудностя- ми, так как работающую машину нужно оберегать от попадания порошка

Деталь может контролироваться в приложенном магнитном поле и по остаточной намагниченности. Очевидно, что второй способ, позволяющий свободно оперировать с деталью, гораздо удобнее. Однако он применим только к деталям из магнитотвердых материалов. С другой стороны, в при-ложенном поле достигается большая напряженность магнитного поля и повышается разрешающая способность.

Подготовка деталей к контролю довольно проста, она заключается в тщательной очистке поверхности и защите мест, куда порошок попадать не должен (например, подшипники).

Существуют различные способы намагничивания деталей: циркулярное (рис.9.3, а), полюсное (рис.9.3, б, в), смешанные. Общим правилом явля-ется направить поле перпендикулярно плоскости трещины и добиться в области дефекта максимальной его напряженности.

После проведения контрольных операций детали в большинстве случаев размагничивают. Дело в том, что быстродвижущиеся намагниченные детали создают значительные электромагнитные помехи. Кроме того, к их поверх-ности прилипает разного рода ферромагнитная пыль, которая может приво-дить к более быстрому изнашиванию деталей.

Применяют несколько способов нанесения сухого порошка и суспензий на изделие.

Магнитную суспензию наносят путем полива из шлангов, бачков, груш, пипеток, а также путем погружения в ванну.

Высокодисперсный (0,05 - 2 мкм) сухой порошок наносят путем распы-ления в специальных установках. Грубодисперсный порошок (0,1-10 мкм) при помощи пульвелизатора, груш, сит.

Каучуковую смесь наносят путем полива, а дефекты обнаруживают по распределению магнитного порошка в репликах.

Используют различные порошки. Цвет порошка должен контрастиро-вать с поверхностью детали. Например, черный порошок - Fe₃O₄, светлый порошок - никелевый порошок + алюминиевая пудра, люминисцентный порошок - F₃O₄ + лиминисфор и т.д.

9.4. Магнитографический метод

Магнитографический метод заключается в записи магнитных полей рас-сеяния на магнитную ленту путtм намагничивания исследуемого участка детали с прижатой к нему магнитной лентой (рис.9.10). С последующим анализом записи. Применяется, в основном, для контроля сплошности сварных швов трубопроводов и различных длинномерных конструкций с толщиной сварных швов до 18 -20мм.

9.5. Феррозондовый метод

Феррозонд - магниточувствительный преобразователь градиента или напряженности магнитного поля в электрический сигнал. Предназначен для измерения напряженности и градиента магнитного поля. Принцип действия основан на взаимодействии полей двухобмоточных соленоидов с внешним магнитным полем.

Феррозондовые установки используются для обнаружения скрытых де-фектов по всей толщине стенок деталей. Работа производится путем сканирования поверхности детали в автоматическом режиме.

9.6. Магнитный контроль структуры

Для определения механических свойств, структуры, оценки режима термообработки чаще всего используют коэрцитивную силу. По величине коэрцитивной силы могут быть определены также твердость, глубина цемен-тированного слоя, содержание легирующих элементов. Для применения этого способа необходимо предварительно установить связь между коэрци-тивной силой и интересующим нас свойством. Чаще всего этот способ употребляется для автоматической разбраковки деталей.

Для оценки структуры и свойств материалов широко используется также величина магнитной проницаемости . Для большинства матери-алов наблюдается однозначная зависимость между твердостью и магнитной проницаемостью. Магнитная проницаемость определяется путем сравнения с эталонным образцом.

9.7. Магнитные толщиномеры

Имеется три типа магнитных толщиномеров.

1. Приборы с постоянными магнитами, сила отрыва которых от поверхности детали измеряется пружинными динамометрами.

2. Приборы с электромагнитами, сила отрыва, которых измеряется по изме-

Дата добавления: 2015-11-14