Дефектоскоп – это специализированное оборудование для неразрушающего контроля, предназначенное для обнаружения различных дефектов и неоднородностей в изделиях, изготовленных как из металлов, так и из неметаллических материалов. Само название прибора, происходящее от латинского «defectus» (недостаток), отражает его основную задачу – выявление скрытых несовершенств.
Изучением возможностей применения дефектоскопов, созданием новых моделей и методов контроля, а также обработкой результатов проверок занимается отдельная область науки и техники – дефектоскопия.
Хотя такие приборы, как структуроскопы, течеискатели, твердомеры, стилоскопы и другое оборудование для неразрушающего контроля, имеют некоторое сходство с дефектоскопами по принципу работы и назначению, выполняя схожие задачи, существуют и существенные различия в их специализации и возможностях.
Применение дефектоскопа
Дефектоскопы – это незаменимые инструменты, пользующиеся большим спросом в различных отраслях промышленности. С их помощью можно обнаружить скрытые дефекты, невидимые невооруженным глазом, такие как очаги коррозии (в том числе под защитными слоями), неоднородности структуры, внутренние раковины и полости, а также другие нарушения целостности материала, изменения в составе сплавов и прочие дефекты, возникшие в процессе производства или эксплуатации изделия. Своевременное проведение дефектоскопического контроля имеет решающее значение, поскольку даже незначительные несовершенства могут приводить к изменению физических свойств материалов и, как следствие, к разрушению изделия или конструкции. Особенно это важно на объектах с повышенным риском, где работают люди, поскольку разрушение может иметь катастрофические последствия и привести к человеческим жертвам.
Дефектоскопы широко используются в машиностроении, строительстве, энергетике, транспортной отрасли, а также в нефтегазовой и химической промышленности. Научно-исследовательские учреждения применяют их для изучения свойств и особенностей твердых тел. С помощью этих приборов контролируют качество клеевых и паяных соединений, сварных швов, различных заготовок, деталей и готовых изделий как на этапе производства, так и в процессе эксплуатации. Некоторые установки позволяют исследовать объекты, нагретые до высоких температур, в то время как другие могут использоваться для контроля движущихся объектов. Например, вагон-дефектоскоп и другие рельсовые приборы, используемые для проверки железнодорожных путей, позволяют проводить контроль непосредственно в эксплуатационных условиях. Существуют также дефектоскопы, способные анализировать объект в процессе его движения, что применяется, например, для проверки трубного проката.
Ультразвуковой дефектоскоп
Среди современных методов неразрушающего контроля наиболее распространенными и востребованными являются ультразвуковые (или акустические) дефектоскопы. В зависимости от принципа действия и применяемого метода, ультразвуковые дефектоскопы подразделяются на несколько видов: резонансные, импедансные, импульсные, акустико-эмиссионные, акустико-топографические, реверберационные и велосиметрические.
Резонансные дефектоскопы используются для выявления очагов коррозии и измерения толщины стенок различных конструкций и приборов, преимущественно металлических, хотя могут быть применимы и к некоторым неметаллическим материалам. Отличительной особенностью данного метода является высокая точность – погрешность при одностороннем измерении не превышает 1%. В основе работы резонансных дефектоскопов лежит измерение собственных упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемом объекте, при резонансных частотах в диапазоне 1-10 МГц.
Импедансные дефектоскопы нашли широкое применение в авиационной и автомобильной промышленности, в космической отрасли и ряде других областей. Они позволяют обнаруживать непроклеенные участки, расслоения, нарушения целостности и пустоты в различных изделиях и конструкциях. Принцип работы импедансных дефектоскопов основан на сканировании исследуемого объекта двумя пьезоэлектрическими элементами: один элемент генерирует колебания, которые проникают вглубь материала, а другой – принимает прошедшие колебания. Затем прибор анализирует полученные данные: импеданс (комплексное механическое сопротивление) участка с дефектом отличается от импеданса здорового образца.
Импульсные дефектоскопы сочетают в себе несколько методов неразрушающего контроля, включая зеркально-теневой, теневой и эхо-метод.
Зеркально-теневой метод в последние годы используется все реже из-за своей относительно невысокой точности. Его чувствительность в 10-100 раз ниже, чем у эхо-метода. Тем не менее, он может применяться в сочетании с эхо-методом или самостоятельно, например, для выявления вертикальных трещин в рельсах.
Эхо-метод позволяет обнаруживать дефекты, расположенные как на поверхности, так и в глубине материала. При сканировании поверхности датчик дефектоскопа излучает ультразвуковые импульсы, которые, отражаясь от дефектов, возвращаются к датчику (выполняющему роль приемника). На основе анализа интенсивности и времени возвращения импульса прибор определяет тип дефекта и его местоположение.
Теневые ультразвуковые дефектоскопы используются для контроля рельсов, сварных швов и других объектов. Они также посылают ультразвуковые колебания в материал, которые, отражаясь от дефекта, принимаются приемником. В некоторых случаях происходит изменение фазы колебаний, что позволяет судить об огибании дефекта импульсом.
Вихретоковый дефектоскоп
Применяется для обнаружения неглубоких, поверхностных дефектов – микротрещины, поры и другие несовершенства, расположенные на глубине до 2 миллиметров. Суть метода заключается в возбуждении токов Фуко (вихревых) на исследуемой площади, регистрации изменений в их электромагнитном поле.
Магнитный (магнитопорошковый) дефектоскоп
Магнитопорошковые дефектоскопы широко применяются для неразрушающего контроля трубопроводов, сварных соединений, оборудования и деталей железнодорожного транспорта, а также различных металлоконструкций. Одним из преимуществ данного метода является возможность проведения диагностики даже в труднодоступных местах, таких как полости, внутренние поверхности отверстий и детали сложной формы. Магнитопорошковые дефектоскопы позволяют выявлять трещины, флокены, сколы, шероховатости, несплавления и другие нарушения сплошности, включая повреждения защитных покрытий, сформированных из лакокрасочных материалов.
Принцип работы магнитопорошковых дефектоскопов основан на использовании явления намагничивания. Исследуемое изделие, либо его часть, подвергается намагничиванию – на контролируемом участке создается продольное или циркулярное поле рассеяния с помощью постоянных магнитов или специального набора намагничивающих устройств. Выявление дефектных участков осуществляется с использованием магнитного порошка. В области дефекта наблюдается максимальная концентрация магнитных силовых линий, которая уменьшается по мере удаления от трещины или несплошности. Для визуализации этих линий и, соответственно, дефектов, на исследуемую поверхность наносится специальный магнитный порошок, который может быть нанесен как сухим, так и мокрым способом. Скопление частиц порошка в определенной структуре указывает на местоположение дефектного участка, поскольку намагниченные частицы порошка притягиваются к трещине. Полученное изображение тщательно анализируется и сравнивается с эталонным образцом, что позволяет определить наличие дефекта, его местоположение, форму и размеры.
Электроискровой (искровой) дефектоскоп
Электроискровые приборы неразрушающего контроля применяются для оценки состояния защитных и изоляционных покрытий различных объектов, включая магистральные трубопроводы (газо-, нефте- и другие), элементы систем водоподготовки и водоснабжения, паровые котлы, емкостное оборудование и другие конструкции. Принцип работы прибора основан на создании электрического пробоя в местах повреждения изоляции. Щуп прибора соединяется с одним полюсом источника высокого напряжения, а исследуемый объект – с другим полюсом (через заземлитель или грунт). В процессе контроля щуп контактирует с поверхностью изоляции, включая покрытия на основе битума. При наличии дефектов в изоляции между щупом и изделием происходит электрический пробой воздушного промежутка, что позволяет определить наличие нарушений сплошности в защитных и изоляционных покрытиях. Таким образом, электроискровые дефектоскопы позволяют выявлять дефекты и оценивать качество изоляционных слоев.
Рентгеновский (радиационный) дефектоскоп
Впервые радиационные приборы начали использовать на судостроительном заводе (Балтийском) в 1933 году. Внедрил его изобретатель Мысовский Л.В. для определения в металлических толстых плитах дефектов литья.
Исследование проводится методом рентгенографии. Контролируемый объект облучается нейтронами, а также альфа, бета, гамма и рентгеновскими лучами. Источниками излучения могут служить бетатроны, микротроны, линейные ускорители, радиоактивные изотопы либо рентгеновские аппараты. Результатом данного типа неразрушающего контроля может служить снимок дефекта (радиография), световая картинка на экране прибора (радиоскопия, радиометрия) или сигнал (радиометрия).
Термоэлектрический
Термоэлектрические приборы часто используются для идентификации материала, из которого изготовлена конструкция, например, для определения марки стали. Термоэлектрический метод контроля основан на измерении электродвижущей силы (ЭДС), возникающей в точке контакта двух разнородных металлов при нагреве области контакта. Один из контактирующих материалов служит эталоном, а химический состав другого металла определяет знак и величину ЭДС при заданной разнице температур между холодным и горячим контактами. Этот метод позволяет исследовать как отдельные элементы, так и всю конструкцию в целом, предоставляя информацию о материале, из которого они изготовлены.
Инфракрасный дефектоскоп
Суть работы инфракрасного прибора неразрушающего контроля заключается в пропускании сквозь исследуемый объект инфракрасных лучей. Теплочувствительный приемник регистрирует, как тепловые лучи распределяются в испытуемом участке, таким образом, определяя наличие включений, непрозрачных для видимого света. Это объясняется тем, что дефектные участки изменяют траекторию движения потока.
Каппилярный
Капиллярный метод контроля позволяет обнаруживать трещины и другие несплошности на поверхности различных конструкций и деталей, как возникшие в процессе производства, так и образовавшиеся в ходе эксплуатации. Суть метода заключается в искусственном увеличении цветового или светового контраста дефекта, что делает его видимым невооруженным глазом. Для этого на поверхность исследуемого объекта наносят специальный жидкий индикатор, называемый пенетрантом, который, благодаря капиллярным силам, проникает в трещины и поры, заполняя их. В зависимости от способа повышения контраста, используются разные типы пенетрантов. При цветном методе в качестве пенетранта применяют смесь керосина, скипидара, бензола и красящих веществ. При люминесцентном способе используют составы на основе нориола, керосина и других люминофоров. После обработки поверхности пенетрантом, его излишки удаляют, а на исследуемый участок наносят проявитель – тонкодисперсный порошок белого цвета, например, тальк или оксид магния. Проявитель вытягивает пенетрант из трещин и пор, тем самым выделяя контуры дефекта. При облучении ультрафиолетом контуры трещины ярко светятся.
Дефектоскопы-градиентометры (феррозондовые)
Феррозондовые дефектоскопы применяются для выявления дефектов в сварных соединениях, литых деталях и металлопрокате. Принцип работы этих приборов основан на использовании чувствительного элемента – феррозонда, который перемещается вдоль исследуемой поверхности и генерирует импульсы тока. При наличии дефектов в материале форма импульсов изменяется, что регистрируется прибором.
Преимуществом феррозондовых дефектоскопов является возможность проведения контроля металла через слой защитного покрытия (например, краски, лака, эмали и других немагнитных материалов) толщиной до 6 миллиметров. Шероховатость поверхности металла при этом не должна превышать Rz 320 мкм. Благодаря высокой чувствительности феррозонда можно обнаруживать дефекты с глубиной от 0,1 мм и шириной всего в несколько микрометров.
