О применении инструментальных методов контроля локальной гер - Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Вернуться   Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист > Форум Дефектоскопист > Статьи о дефектоскопии


Старый 29.12.2012, 06:57   #1
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 2,065
Благодарил(а): 55 раз(а)
Поблагодарили: 234 раз(а)
Записей в дневнике: 3
Репутация: 191
По умолчанию О применении инструментальных методов контроля локальной гер

О применении инструментальных методов контроля локальной герметичности

Об авторе

Розинов Арнольд Яковлевич
С. н. с. ФГУП «ЦНИИ технологии судостроения», Санкт-Петербург, к. т. н. Эксперт по акустическим методам контроля герметичности в составе комиссии Регистра при ЦНИИ КМ «Прометей».


В качестве оценки и сравнения разных методов контроля локальной герметичности принят размер минимально выявляемой ими микронеплотности, выраженный в м3Па/с. Такой подход соответствует требованиям к конструкциям, испытываемым на герметичность, в соответствии с единой унифицированной системой параметров согласно ГОСТ 26790-85. Сквозные микронеплотности оцениваются по натеканию воздуха в единицу времени в объем, откаченный до пренебрежимо малого по сравнению с атмосферным давления.
Рассмотрим сначала традиционные методы контроля локальной герметичности, осуществляемые:
- гидростатическим давлением при наливе и поливе водой;
- избыточным давлением сжатого воздуха и обдувом с нанесением пенообразующего индикатора;
- смачиванием керосином, люминесцентной и цветной проникающей жидкостями.
В первом случае условием выявления сквозных микронеплотностей является наличие на поверхности контролируемой судовой конструкции воды в количестве, достаточном для визуального обнаружения. При этом закономерности истечения воды во многом определяются величиной испытательного давления и формой каналов микронеплотностей. Проведенными исследованиями установлено, что испытываемые сварные соединения судовых конструкций имеют сквозные микронеплотности, главным образом, в виде пор, аналогичных по форме труб-чатым каналам, поэтому величина расхода воды Qт, м3/с, через них может быть вычислена на основе закона Пуазейля: Qт = ?(Р1 - Р2) r 4/(8?l), где Р1, Р2 - давление на концах трубчатого канала, Па; r - радиус трубчатого канала, м; l - длина трубчатого канала, м; ? - коэффициент вязкости жидкости, Па.с. Этот закон применим только для ламинарного истечения жидкости и при условии, что протяженность канала превышает длину «начального участка», на протяжении которого устанавливается закон распределения скоростей. Поскольку порог чувствительности определяется минимальным размером выявляемых сквозных микронеплотностей, то истечение воды будет подчиняться ламинарному закону и средняя скорость течения воды в канале будет ?ср = Qт/?r2. Тогда показатель порога чувствительности В, м3Па/с, гидравлического контроля, который определяется величиной минимально обнаруживаемой течи воды, будет
В = Vmin?жРа2/t?B2?Pж), (1)
где Vmin- визуально определяемый объем минимальной капли воды, м3;
?ж и ?B - показатели вязкости воды и воздуха, Па.с;
Ра - атмосферное давление, Па;
t - время, с;
?Pж = (Р1- Р2) - перепад гидростатического давления по обе стороны канала минимальной сквозной микронеплотности.
При контроле избыточным давлением сжатого воздуха с нанесением пенообразующего индикатора сквозные микронеплотности выявляются по наличию воздушных пузырьков. Поэтому порог чувствительности этого метода может быть определен из геометрических параметров образующихся воздушных пузырьков, физических характеристик пенообразующего состава и величины потока сжатого воздуха Qвoзд, м3 Па/ с, проходящего через канал сквозной микронеплотности диаметром d и длиной /. Задавая поток воздуха как произведение давления на объем, получим Qвoзд = ?D03[(4?п/D0) + Ра]/(6t0), где D0 - диаметр образующихся воздушных пузырьков, м; ?п - коэффициент поверхностного натяжения пенообразующего состава, Н/м; t0 - время натекания воздуха в объем образующихся пузырьков, с. Первым слагаемым в квадратных скобках при малых d, как показали результаты исследований, можно пренебречь.
Задаваясь самой низкой частотой n появления воздушных пузырьков, образующихся за время наблюдения ?t, и предельно малым диаметром этих пузырьков Do = (6d?п/g?ж)1/3, где ?ж, кг/м3, - плотность жидкости пенообразующего индикатора, получим выражение для показателя Вmin порога чувствительности в этом случае:
Вmin = Qвозд, min/[(Ропр2 /Ра2 ) -1], (2)
где Ропр - абсолютное давление, т. е. сумма испытательного и атмосферного давлений.
Практикой проведения гидравлического контроля локальной герметичности установлено, что капля воды, которая может быть обнаружена при визуальном осмотре, характеризуется минимальным радиусом rmink = 0,5.10-3 м, что соответствует объему капли Vmin = 14.10-9 м3. Используя это значение, по формуле (3) выполнен расчет показателей порога чувствительности. При этом продолжительность контроля локальной герметичности наливом и поливом воды была принята согласно положениям отраслевого стандарта 0СТ5Р.1180-93. Избыточное гидравлическое давление величиной до 0,01 МПа рассматривалось как параметр испытаний поливом воды, а более высокие значения избыточного гидравлического давления - как параметр контроля герметичности наливом воды под напором.
Рис. 1. Пороговая чувствительность методов контроля локальной герметичности давлением воды и сжатого воздуха: 1 - полив воды; 2 - обдув сжатым воздухом с нанесением пе-нообразующего индикатора; 3 - налив водой; 4 - надув сжатым воздухом с нанесением пе-нообразующего индикатора
Рис. 2. Пороговая чувствительность контроля локальной герметичности люминесцентной (1) и цветной (2) проникающими жидкостями и керосином (3)

Из (2) следует, что в случае диаметра канала сквозной микронеплотности d = 1 мм при длине этого канала I = 1 см можно ожидать появления пузырьков диаметром D0 = 0,7 мм. Если задаться минимальной площадью участка испытываемой конструкции S = 4 мм2, хорошо видимой при осмотре, то за время наблюдения таких пузырьков должно образоваться не менее 11. Тогда для случая контроля локальной герметичности избыточным давлением сжатого воздуха по формуле Qвозд = n?D03Ра/(6?t) можно определить, что минимально регистрируемый поток сжатого воздуха составляет Qmin = 6.10-9 м3Па/с. Использование аналогичных исходных данных позволяет также определить минимально регистрируемый поток сжатого воздуха, характеризующий безводный контроль локальной герметичности обдувом сжатого воздуха с применением пенообразующего индикатора. В этом случае время наблюдения ?t следует принимать не более 3 с, что соответствует положениям отраслевого стандарта 0СТ5Р.1180-93.
По результатам расчетов на основе выражений (1) и (2) построены зависимости (рис. 1), характеризующие показатели порогов чувствительности контроля локальной герметичности гидростатическим давлением и воздушным давлением.
При выполнении аналитического исследования порога чувствительности контроля герметичности проникающими жидкостями на основе керосина каналы сквозных микронеплотностей также могут быть представлены в виде цилиндрических капилляров с диаметром поперечного сечения d и протяженностью I. Проходящий через них поток жидкости определяется по формуле Пуазейля:
(V/t) = ??Ржd4/(128 ?ж I), (3)
где V - объем жидкости с показателем кинематической вязкости ?ж, перетекающей через канал за время t. При этом высота h, на которую должны подниматься керосин, люминесцентная или цветная проникающие жидкости по каналам сквозных микронеплотностей, есть h = 4?cos?/ [dм(?ж - ?ж)], где dм - диаметр кривизны мениска смачивающей жидкости. Расчет выполняется в предположении полной смачиваемости проникающими жидкостями стенок каналов. Тогда эти жидкости проходят через сквозные микронеплотности, образуя видимые при осмотре пятна.
Экспериметально установлено, что с учетом размеров сквозных микронеплотностей минимальное пятно керосина, обнаруживаемое визуально, имеет диаметр от 2 мм и больше, а пятна цветной проникающей жидкости - от 1 мм. В ультрафиолетовом свете можно увидеть минимальное пятно диаметром 0,2 мм. По этим данным по формуле (3) определена необходимая продолжительность контакта керосина, цветной проникающей и люминесцентной жидкостей с поверхностью стенок канала сквозных микронеплотностей и рассчитан соответствующие показатели порогов чувствительности (рис. 2).
Рис. 3. Пороговая чувствительность акустического метода контроля локальной герметичности, осуществляемого звукоизлучением
Рис. 4. Пороговая чувствительность акустического метода контроля локальной герметичности по акустическому полю, генерируемому струей истекающего воздуха без (1) и с применением (2) жидкостного индикатора

Вследствие субъективизма визуальной оценки результатов контроля локальной герметичности рассмотренными методами в зарубежном, а также отечественном судостроении стали применяться инструментальные методы. Уже накоплено достаточно много экспериментальных данных, позволяющих оценить порог чувствительности методов контроля, основанных на фиксации акустических полей, генерируемых звукоизлучением и истечением струи сжатого воздуха. Пороговые чувствительности этих методов показаны на рис. 3 и 4 соответственно. Видно, что минимально выявляемые сквозные микронеплотности характеризуются значением натекания порядка приблизительно 6,5.10-2 и 6,5.10-3 м3Па/с. Однако во втором случае для этого необходимо избыточное давление сжатого воздуха 0,5 МПа. При подобном давлении судовые корпусные конструкции на герметичность не проверяют. Кроме того, даже при столь высоком давлении, как показывает сравнение графиков на рис. 1 и 4, не выявляются сквозные микронеплотности, которые могут быть обнаружены наливом воды или надувом воздуха.
Повышения чувствительности можно добиться генерацией акустического поля воздушными пузырьками, образующимися под действием струи истекающего воздуха на жидкостные индикаторы. В этом случае сформировавшиеся устойчивые воздушные пузырьки за счет колебаний эластичной оболочки (пленки используемого жидкостного индикатора) и изменения в результате этого внутреннего объема способны генерировать ультразвуковые колебания, обнаруживаемые в местах наличия сквозных микронеплотностей. Это позволяет выявлять сквозные микронеплотности меньших размеров по сравнению с контролем сжатым воздухом. Как видно из рис. 4, существенное повышение чувствительности акустического метода контроля может быть достигнуто при незначительном (0,03 - 0,05 МПа) избыточном давлении сжатого воздуха.
Использование жидкостных индикаторов типа мыльных растворов и полимерных пенообразующих составов является базой замены традиционных методов контроля инструментальными, обеспечивающими возможность выявления сквозных микронеплотностей с применением вакуумных камер (рис. 5). Видно, что использование физических особенностей пенообразования в условиях разрежения позволяет выявлять инструментальным методом сквозные микронеплотности тех же размеров, что и избыточным давлением сжатого воздуха. Однако при обнаружении одинаковых микронеплотностей в условиях вакуума монтажные соединения будут подвергаться в два раза меньшему давлению, чем при контроле сжатым воздухом, и в пять раз меньшему давлению, чем при контроле наливом воды.
Рис. 5. Пороговая чувствительность контроля локальной герметичности методом вакуумирования: 1 - полимерный состав; 2 - мыльный раствор; 3 - мыльная эмульсия
Рис. 6. Табличная диаграмма технически возможной области применения инструментальных методов контроля локальной герметичности

По данным, приведенным на рис. 1 - 5, разработана табличная диаграмма технически возможной области применения инструментальных методов контроля локальной герметичности и замены ими методов, традиционно применяемых в современном судостроении (рис. 6). В настоящее время в отечественном судостроении создан и применяется классификатор систем контроля, включающий пять классов герметичности. К каждому классу отнесены системы контроля с соответствующей пороговой чувствительностью. Диапазоны классов герметичности установлены исходя из условия двойного превышения погрешности измерения пороговой чувствительности всех систем контроля, отнесенных к рассматриваемому классу. Метод контроля герметичности в каждом отдельном случае выбирается из условий его наибольшего соответствия особенностям технологии изготовления рассматриваемого изделия.
Такая методика выбора методов контроля герметичности обеспечивает требуемую надежность и идентификацию результатов контроля. Поскольку описанный классификатор разрабо-тан на базе экспериментальных исследований, то, по мнению авторов, он может быть дополнен новыми системами и методами контроля. Табличная диаграмма является дополнением, развивающим действующую в отрасли классификацию в части технически возможного применения инструментальных методов и технологии инструментального контроля. Тем более что разработанная табличная диаграмма содержит технологические рекомендации по замене традиционных методов контроля инструментальными на основе одинаковых показателей порогов чувствительности.
admin вне форума   Ответить с цитированием
Старый 29.12.2012, 07:00   #2
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 2,065
Благодарил(а): 55 раз(а)
Поблагодарили: 234 раз(а)
Записей в дневнике: 3
Репутация: 191
По умолчанию Re: О применении инструментальных методов контроля локальной

Розинов А. Я. О применении инструментальных методов контроля локальной герметичности. − В мире НК. − Июнь 2006 г. − № 2 (22). − С. 59−61. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com).
admin вне форума   Ответить с цитированием
Ответ
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Особенности и проблемы неразрушающего контроля литой заготовки В мире НК Статьи о дефектоскопии 1 06.09.2015 07:24
Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций admin Статьи о дефектоскопии 4 03.04.2014 09:57
Методы неразрушающего контроля: краткий сводный обзор admin Энергоаудит и температурный контроль 25 13.11.2013 16:57
Автоматизированное устройство для вихретокового контроля рез admin Статьи о дефектоскопии 1 06.04.2013 16:14
О повышении производительности вихретокового контроля admin Статьи о дефектоскопии 1 05.02.2013 09:06


Опции темы
Опции просмотра

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход

VK Defektoskopist OK Defektoskopist Facebook Defektoskopist Instagram Defektoskopist YouTube Defektoskopist


Текущее время: 10:48. Часовой пояс GMT +3. Copyright ©2000 - 2018. Перевод: zCarot.
Внимание, коллеги! В целях нормальной работы форума администрация оставляет за собой право на обработку персональных данных зарегистрированных пользователей. В случае вашего несогласия просьба написать жалобу на defektoskopist.ru@gmail.com