Это методы неразрушающего контроля проникающими веществами. Основное назначение методов капиллярного контроля — выявление поверхностных и сквозных несплошностей деталей, изготовленных из металлов и неметаллов. Методами капиллярного контроля выявляют дефекты типа трещин, пор, рыхлот, неспаев, волосовин на поверхностях деталей из жаропрочных неферромагнитных сплавов, алюминиевых, магниевых, медных сплавов, а также изделий из керамики, стекла, пластических и синтетических материалов. Возможен контроль деталей самой сложной конфигурации, не поддающихся контролю другими методами.
Может возникнуть вопрос: для чего нужны специальные методы контроля, если дефект расположен на поверхности детали? Ведь его можно обнаружить, если внимательно рассмотреть деталь, в крайнем случае применив лупу или другой оптический прибор. Попробуем ответить на вопрос. Представьте себе плоскую деталь большой площади либо длинный вал, отшлифованные до зеркального блеска. Сколько их ни осматривай — ни трещин, ни шероховатости не заметишь. Чистая поверхность. Но вот дефектоскоп применил метод капиллярного контроля и выявил, что поверхность, которая казалась идеальной, сплошь покрыта сетью мелких трещин, либо металл содержит межкристаллитную коррозию, либо другие дефекты... И нашу «идеальную » деталь отправляют в изолятор брака, а технологи корректируют технологический процесс обработки этих деталей, чтобы снова не получить брак.
Методами капиллярного неразрушающего контроля выявляют трещины с шириной раскрытия 0,001 мм и глубиной 0,01 мм.
Дефекты такого типа, распространенные по всей поверхности деталей, практически невидимые без микроскопа, резко снижают долговечность деталей, их износостойкость и прочность. Очень трудно во многих случаях распознать и более крупные дефекты. Цвет деталей и заготовок, их конфигурация часто мешают увидеть и распознать серьезные дефекты, определить их число, протяженность и ориентацию на детали. Все эти трудности легко преодолимы, если применять методы капиллярного контроля. С их помощью можно определить любой дефект, имеющий даже незначительный выход на поверхность контролируемой детали. Контроль возможен как при изготовлении деталей, так и при их эксплуатации, ремонте и восстановлении.
Основные операции капиллярного контроля следующие. Поверхность контролируемой детали очищают от масел, загрязнений. На деталь наносится проникающая жидкость. В таком положении деталь выдерживают некоторое время, чтобы проникающая жидкость попала в полости открытых дефектов. Затем с поверхности детали удаляют избыток проникающей жидкости. Чаще всего проникающая жидкость заполняет микротрещины и другие дефекты поверхности именно благодаря капиллярному эффекту, в момент смачивания. Однако существуют и принудительные способы заполнения полостей дефектов с применением давления, ультразвука и нагружения. Далее на контролируемую поверхность наносят тонкий слой проявителя. Адсорбция — это поглощение, в данном случае проникающей жидкости слоем проявителя. Этот процесс показан на рис. 14, г и д. Проявитель способствует выходу проникающей жидкости из полости дефекта на поверхность изделия. Образующиеся при этом индикаторные следы дефектов значительно шире самих дефектов. Проявители, как правило, обеспечивают видимый контраст дефектов на фоне контролируемой поверхности. Благодаря проявляющим веществам места выхода проникающей жидкости из полостей дефектов становятся темными на светлом фоне, окрашенными на контрастирующем фоне или люминесцирующими на темном фоне поверхности детали. После проявления дефектов деталь осматривают при дневном (искусственном) либо при ультрафиолетовом освещении. Это зависит от примененного пенетранта — проникающей жидкости. Если она содержит краситель, то при дневном свете хорошо различим яркий цвет красителя над местом расположения дефекта. Если пенетрант содержит люминесцентную добавку, то при облучении ультрафиолетовыми лучами он флуоресцирует.
Чувствительность методов капиллярного неразрушающего контроля зависит от правильного выбора красителей или люминофора для проникающей жидкости, смачивающей способности основного компонента, свойств адсорбирующего вещества — проявителя и качества подготовки поверхности к контролю.
Для более полного представления о сущности методов капиллярного контроля вспомним, какие физические явления лежат в основе этих методов.
Итак, поверхностное натяжение. Это сила, действующая вдоль поверхности жидкости перпендикулярно к линии, ограничивающей эту поверхность, и стремящаяся сократить ее до минимума. Суть поверхностного натяжения заключается в том, что молекулы жидкости, притягиваясь друг к другу, стремятся сблизиться. Каждая молекула на поверхности притягивается остальными молекулами, находящимися внутри объема жидкости. Так как жидкость текуча из-за перескоков молекул из одного положения в другое, то она принимает такую форму, при которой число молекул на поверхности минимально. А минимальную площадь поверхности при данном объеме имеет шар. Площадь поверхности жидкости сокращается, и это воспринимается как поверхностное натяжение.
Сила поверхностного натяжения F для каждой жидкости определяется коэффициентом поверхностного натяжения этой жидкости а и пропорциональна длине границы поверхностного слоя.
Поскольку сила поверхностного натяжения определяется взаимным притяжением молекул данной жидкости, от нее зависит еще одно свойство, играющее большую роль при капиллярном контроле — смачивание. Смачивание — это процесс взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел, приводящий к искривлению поверхности жидкости у поверхности твердого тела.
Форма поверхности жидкости, соприкасающейся с твердым телом, зависит от того, какие силы притяжения больше: между молекулами жидкости и твердого тела или между молекулами самой жидкости. В первом случае жидкость будет смачивающей, во втором — жидкость не смачивает поверхность твердого тела.
Различные жидкости по-разному ведут себя в узких трубках — капиллярах. Смачивающая жидкость (например, вода в стеклянной трубке) поднимается по капилляру. При этом чем меньше радиус трубки., тем на большую высоту она поднимается. Искривленная поверхность жидкости в капилляре при рассмотрении в лупу похожа на растянутую резиновую пленку, прикрепленную к стенкам трубки и прогнувшуюся вниз.
Жидкость, не смачивающая стенки капилляра (например, ртуть в стеклянной трубке), опускается ниже уровня жидкости (той же ртути) в широком сосуде. Искривленная поверхность не смачивающей жидкости в капилляре не «клеится» к стенкам капилляра. Она напоминает полусферу выпуклостью вверх.
