Люминесцентный метод капиллярного контроля​

Люминесцентный метод – метод капиллярного неразрушающего контроля (НК), который, в свою очередь, относится к контролю проникающими веществами (ПВК). Согласно ГОСТ Р 56542-2019 «Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов» (п. 3.2.3.12), люминесцентный метод основан на регистрации контраста следа, люминесцирующего видимым излучением, на фоне поверхности объекта контроля (ОК) в длинноволновом ультрафиолетовом излучении. Термин «люминесценция» происходит от латинского «lumen», что переводится как «свет». Явление это заключается в свечении определённых веществ (так называемых люминофоров, входящих в состав индикаторных пенетрантов), на которые воздействует высокоэнергетическое коротковолновое излучение. Чаще всего – ультрафиолетовое излучение с длиной волны от 300 до 400 нм и максимумом спектра излучения при длине волны 365 нм. Люминофоры поглощают невидимое коротковолновое излучение и после этого излучают его в видимой области. В сравнении с цветным методом капиллярной дефектоскопии, люминесцентный метод зачастую обеспечивает более высокую контрастность индикаторных рисунков, что может обеспечивать повышенную чувствительность при выявлении мелких несплошностей. При этом считается, что данная технология более требовательна к качеству зачистки поверхности. Имеющиеся на ней жировые следы, например, под действием УФ-излучения могут давать характерное жёлто-голубое свечение, что может помешать осмотру контролируемого участка и оценке индикаций. Кроме того, для проведения контроля люминесцентным методом требуется применение источников ультрафиолетового освещения и создание надлежащих условий для осмотра индикаторных следов. Наиболее удобным считается осмотр индикаций в специальных затемнённых инспекционных кабинах и помещениях. Но даже в них – нагрузка на органы зрения дефектоскописта получается выше, чем при использовании «обычных» цветных пенетрантов.

Это одна из причин, почему люминесцентный метод НК чаще всего практикуется в цеховых, «заводских» условиях, в то время как цветной метод, напротив, наиболее удобен в полевых условиях (хотя люминесцентный метод применяется и для них тоже). Для сравнения, на рынке РФ представлено немало низкотемпературных дефектоскопических материалов для капиллярного контроля цветным методом, пригодные для применения при низких или, напротив, при повышенных температурах. Такие низкотемпературные очистители, пенетранты и проявители позволяют выполнять ПВК при температурах от -30 градусов Цельсия, а то и до -40 градусов Цельсия. Высокотемпературные – могут применяться при температурах до +200 градусов Цельсия. Что касается материалов для люминесцентного метода, то проявители и очистители часто используются те же, что и для цветного метода, хотя есть и специальные проявители типа порошкового Zyglo ZP-4B. Люминесцентные пенетранты и эмульгаторы – обычно рассчитаны на стандартный диапазон рабочих температур от +5 до +50 градусов Цельсия. Поэтому если люминесцентный контроль, скажем, проводится в полевых условиях в холодное время года, то этому должен предшествовать монтаж укрытий (к примеру, палатки, «шатра»), устройств обогрева и пр.

Уточним также, в этом тексте идёт речь о люминесцентном методе капиллярного контроля для выявления выходящих на поверхность несплошностей, а не сквозных дефектов, для обнаружения которых существует люминесцентный метод течеискания (ПВТ). Это отдельное направление НК.

Содержание:​

Физические основы метода
Материалы для люминесцентной дефектоскопии
Очистители
Пенетранты
Эмульгаторы
Проявители
Оборудование для люминесцентной капиллярной дефектоскопии
Источники ультрафиолетового излучения
Инспекционные кабины
Где выгоднее покупать люминесцентные пенетранты и другие материалы для ПВК

Физические основы люминесцентного метода капиллярной дефектоскопии​

От классического цветного метода капиллярного контроля люминесцентный метод отличается, прежде всего, тем, что предполагает использование люминесцентного (флуоресцентного) пенетранта. Под действием ультрафиолетового облучения содержащиеся в нём люминофоры испускают свечение в видимом диапазоне света. Чаще всего – яркого жёлтого, жёлто-зелёного, ярко-зелёного, реже – оранжевого цвета.

Технология проведения капиллярного контроля люминесцентным методом при использовании аэрозольных баллончиков (перед применением их нужно тщательно встряхнуть в течение 20–30 секунд) включает в себя следующие операции.

• Проверка чувствительности люминесцентного пенетранта на тест-образце. Для люминесцентного метода могут использоваться те же контрольные образцы, что и для цветного (хроматического метода). Образцы проходят метрологическую аттестацию и подлежат калибровке минимум раз в три года. Обычно для проверки чувствительности при проведении ПВК в лабораториях неразрушающего контроля используют, по меньшей мере, по два контрольных образца. Первый – рабочий, по которому непосредственно проверяют пригодность дефектоскопических материалов. Второй стандартный образец считается «арбитражным», то есть по нему выполняют контрольную проверку дефектоскопических материалов при получении неудовлетворительных результатов на рабочем образце. Каждый стандартный образец для капиллярной дефектоскопии должен быть промаркирован и сопровождаться паспортом. Чувствительность люминесцентного метода определяют по выявляемости дефектов, которые предусмотрены в образцах. Паспорт каждого контрольного образца, в свою очередь, содержит фотографию (реже – схему или иное графическое изображение) с графическим обозначением имеющихся несплошностей, указанием их координат и размеров. Непосредственно перед проведением капиллярного контроля с применением УФ-светильников также необходимо убедиться, что ультрафиолетовая облучённость и освещённость в видимом диапазоне удовлетворяют требованиям, отражённым в руководящих НТД. Если это предусмотрено операционной технологической картой, то интенсивность ультрафиолетового излучения измеряют при помощи интенсиметров (измерителей) УФ-излучения, а видимую освещённость замеряют при помощи обычных люксметров. Чувствительный элемент датчика УФ-интенсиметра (такие приборы ещё называют радиометрами) должен находиться от него на том же расстоянии, что и контролируемая поверхность. В идеале – если зонд расположен непосредственно на ней, в геометрическом центре. Если фактическая интенсивность УФ-излучения не дотягивает до нужных значений и не обеспечивает надлежащей чёткости индикаций, то уменьшают расстояние между источником ультрафиолетового освещения и поверхностью ОК, чтобы добиться требуемой интенсивности в заданной области. При длительной безостановочной работе интенсивность УФ-облучения может снизиться в 2–10 раз, поэтому её измерение в процессе проведения люминесцентного контроля – важное условие для поддержания его чувствительности. Что касается освещённости видимым светом, то для люминесцентного капиллярного контроля многие НТД регламентируют и её тоже. Например, ГОСТ 18442-80 «Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования» требует, чтобы видимая освещённость по помещению при работе с УФ-светильниками не превышала 10 лк. На контролируемой поверхности – освещённость от ультрафиолетового облучателя не должна превышать 30 лк. У наиболее продвинутых УФ-осветителей предусмотрены специальные светофильтры, благодаря которым интенсивность излучения в видимом спектре в процессе ультрафиолетового облучения не превышает 1 лк. Требования к ультрафиолетовой облучённости для проведения капиллярной дефектоскопии люминесцентным методом зависят от класса чувствительности. Так, ГОСТ 18442-80 (таблица 5) требует, чтобы для I и II класса ультрафиолетовая облучённость составляла 3000-1000 мкВт/кв. см. Для III класса чувствительности она допускается на уровне 1500±500 мкВт/кв. см, для IV класса – 750±250 мкВт/кв. см. Для технологического уровня чувствительности ультрафиолетовая облучённость может составлять менее 500 мкВт/кв. см. Помимо источников УФ-освещения, на рабочем месте дефектоскописта ПВК на случай работы с цветными пенетрантами может быть предусмотрена комбинированная – общая и местная – освещённость контролируемой поверхности. Она также зависит от класса чувствительности и типа используемых ламп. Согласно тому же ГОСТ 18442-80, например, для цветного метода, I класса чувствительности при комбинированная освещённость должна составлять не менее 2 500 лк (общая – 750 лк). Прямая подсветка контролируемых участков и прямое воздействие источников видимого света на глаза оператора не допускаются. Технология измерения белого цвета, в целом, та же, что, к примеру, при проведении визуального и измерительного контроля (ВИК). На российском рынке можно найти универсальные измерители типа Uve-Lux, способного одновременно измерять интенсивность ультрафиолетового и видимого света.
• Очистка, обезжиривание и сушка поверхности контролируемого объекта. Для капиллярного контроля люминесцентным методом необходимо удалить остатки краски, ржавчину, нагар и пр. Зачастую наиболее эффективным средством для удаления маслянистых и иных загрязнений оказывается специальный очиститель типа «КЛЕВЕР-КЛ» или «Элитест Р11». Сушка обычно занимает около 2–10 минут (при температуре горячего воздуха +70 градусов Цельсия). Также на этапе подготовки к контролю дефектоскопист ПВК должен убедиться, что шероховатость поверхности не превышает допустимых значений. Капиллярный контроль (в частности, люминесцентный метод) в этом плане – один из самых «требовательных» видов неразрушающего контроля. Многие НТД требуют, чтобы шероховатость контролируемой поверхности не превышала Ra 3,2 мкм (Rz 20 мкм). Другие документы (например, РД-25.160.10-КТН-016-15 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов», п. 8.2.5.3) допускают проведение капиллярной дефектоскопии и на более грубых поверхностях, скажем, при шероховатости Ra 6,3 мкм (Rz 40 мкм). Главное – чёткая, доступная для однозначной интерпретации картина, без мешающего свечения окрашенного фона. Чаще всего шероховатость определяют при помощи аттестованных образцов шероховатости поверхности сравнения типа ОШС либо, реже, с использованием профилометров или профилографов.
• Нанесение пенетранта. При использовании аэрозоля распылять индикаторный пенетрант рекомендуется с расстояния 15–35 см. Слой должен быть достаточно густым, причём после нанесения первого нужно выждать в течение 1 минуты – и затем нанести ещё один слой. После этого необходимо выждать ещё примерно 5–10 минут, что пенетрант заполнил полости дефектов. При этом объект контроля рекомендуется позиционировать таким образом, чтобы излишки пенетранта и иных жидкостей могли беспрепятственно с него стекать, не мешая другим технологическим операциям. Многие НТД требуют, чтобы время от подготовки ОК до нанесения индикаторного пенетранта не превышало 30 или 60 минут (в зависимости от методики). Считается, что площадь обрабатываемой поверхности должна составлять не более 0,6–0,8 кв. м, не более. Это необходимо для того, чтобы люминесцентный пенетрант не успевал полностью высохнуть. Поэтому перед выполнением капиллярной дефектоскопии может быть предусмотрена разметка объекта на участки – для последовательного ПВК всей площади ОК.
• Удаление излишков пенетранта. Делается это при помощи ветоши, намоченной в воде либо в специальном очистителе на основе растворителя. В случае с постэмульгируемым люминесцентным пенетрантом его излишки сначала смывают водой (рекомендуемое давление струи воды – в пределах 100–200 кПа, или 1,4–1,7 бар, не более 1–2 атмосфер; рекомендуемая температура – не более +50 градусов Цельсия) – посредством струйной промывки, или опрыскивания, или протирки безворсовой ветошью, пропитанной очистителем. Затем – наносят на поверхность липофильный или гидрофильный эмульгатор. Вступая в реакцию с пенетрантом, эмульгатор образует смесь, которую легко смыть водой, при этом не вымывая его из полости дефекта. Вследствие этого снижается фоновая люминесценция, а индикаторные следы получаются более яркими и контрастными. Выдержка эмульгатора обычно занимает от 0,5 до 2,5 минут, но может и дольше. Главное – чтобы эмульгатор проник во все полости, выступы, пазы и пр. После нанесения эмульгатора ему нужно дать стечь (обычно хватает 30 секунд), а излишки удалить – также водой либо очистителем. Уже на этом этапе может понадобиться УФ-светильник или иной источник ультрафиолетового освещения – чтобы убедиться, что остатки эмульгаторы полностью удалены с контролируемой поверхности.
• Сушка. Занимает порядка 5–15 минут под действием рециркуляции горячего воздуха (обычно при температуре до +50 или +70 градусов Цельсия) либо дольше, если такового нет и объект сохнет просто при комнатной температуре.
• Проявление. Проявители можно использовать те же, что и для цветного метода. Назначение проявителя в том, чтобы «вытянуть» остатки пенетранта из устья дефекта и тем самым сделать видимым индикаторный рисунок, доступным для осмотра под УФ-освещением. На то, чтобы пигментное вещество проявителя «вытянуло» пенетрант из несплошностей, тоже требуется время. Оно должно быть не меньше того времени, которое отводилось люминесцентному пенетранту на заполнение полостей дефектов. Как и в случае с этапом №3, обычно это занимает около 5–10 минут. При использовании порошкового проявителя перед осмотром рекомендуется удалить его излишки сжатым воздухом (под давлением не более 5 Па, или 0,3 бар). Наносить проявитель нужно равномерно по всей площади контролируемого участка. В некоторых НТД даже указывается рекомендуемая толщина слоя проявителя – от 8 до 20 мкм (от 0,008 до 0,02 мм). Пример – п. 3.3 в ОСТ 108.004.101-80 «Контроль неразрушающий. Люминесцентный, цветной и люминесцентно-цветной методы. Основные положения» (о статусе отраслевых стандартов можно почитать здесь).
• Осмотр индикаций. Цель – убедиться, что индикаторные следы получились пригодными к расшифровке, а фоновая люминесценция не превышает допустимого уровня. Люминесцентный метод капиллярного контроля практикуется для НК основного металла и сварных соединений и позволяет выявлять трещины, поры, раковины, несплавления, подрезы, расслоения и другие поверхностные несплошности. Осмотр может выполняться дважды – сначала через 3–5 минут после нанесения проявителя, затем ещё раз – спустя 15–20 минут, когда проявитель высохнет и индикаторные рисунки полностью «сформируются».
• Расшифровка и оценка индикаций. Нормы отбраковки приводятся в нормативных технических документах и операционной технологической карте. Это касается как допустимых размеров дефектов, так и условий для их регистрации. Так, согласно Федеральным нормам и правилам в области использования атомной энергии НП-105-18 «Правила контроля металла оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок при изготовлении и монтаже», при проведении капиллярного контроля отливок необходимо учитывать индикаторные следы размером 1,0 мм и более. ГОСТ 18442-80, например, предусматривает классификацию обнаруженных дефектов: по локализации на единичные, групповые и повсеместно распространённые; по ориентации относительно главных осей объекта – на параллельные, перпендикулярные и расположенные под углом; по допустимости – на допустимые и недопустимые (Приложение №5). Люминесцентный капиллярный (равно как и магнитопорошковый) метод – индикаторный, то есть предназначен, прежде всего, для выявления поверхностных несплошностей, недоступных для обнаружения средствами визуального и измерительного контроля. Тем не менее, при расшифровке индикаций, дефектоскопист ПВК активно пользуется измерительными линейками, рулетками, лупами и другими средствами ВИК – для измерения их размеров и оценки по нормам отбраковки. Так, для поиска несплошностей обычно применяются лупы с возможностью увеличения от 2 до 7 крат. Для более внимательного изучения уже обнаруженных несплошностей – могут пригодиться измерительные лупы с диапазоном увеличения до 20 крат. Кроме того, руководящие НТД обычно требуют определять координаты дефектов, а при наличии скоплений – расстояния между ними для их правильной группировки. Также в руководящих НТД могут быть предусмотрены требования к условным обозначениям дефектов и записям в заключениях (актах, протоколах по результатам ПВК). Зафиксированные дефекты отражают на схеме (эскизе) объекта контроля, при необходимости – прибегают к фотосъёмке. На основе собранных данных составляют заключения по результатам капиллярного контроля и делают записи в журнале учёта результатов ПВК.
• Удаление остатков дефектоскопических материалов, финишная очистка объекта контроля.

Точный порядок проведения люминесцентного контроля проникающими веществами зависит от конкретного объекта контроля и определяется нормативными техническими документами (НТД) и операционной технологической картой (ОТК). Разработкой техкарт занимаются специалисты II и III уровня, аттестованные по правилам СДАНК-02-2020 (Единая система оценки соответствия в области промышленной безопасности, экологической безопасности, безопасности в энергетике и строительстве), СНК ОПО РОНКТД-02-2021 (Система неразрушающего контроля на опасных производственных объектах Российского общества по неразрушающему контролю и технической диагностике) либо прошедшие аттестацию и/или сертификацию в других системах.

При работе с люминесцентными пенетрантами, как и в случае с цветным методом капиллярного контроля, дефектоскописту важно пользоваться средствами индивидуальной защиты рук, лица, груди и пр. Для безопасной работы с источниками УФ-освещения обязательно пользуются защитными очками со светофильтрами, например, из жёлтого стекла, либо из прозрачного поликарбоната со специальным покрытием (типа Absolut UV380). Непосредственно в зоне работы дефектоскописта ПВК доза ультрафиолетового облучения и эритемного облучения не должны превышать допустимых значений. Последние зависят от типа источников УФ-излучения. Так, для специализированных ртутных ламп в чёрных колбах максимальная допустимая доза эритемного облучения могла достигать 160 мэр • ч/кв. м. При непрерывной работе продолжительностью 8 часов в смену максимально допустимая эритемная облучённость не должна превышать 20 мэр/кв. м. При 3-часовой рабочей смене – она не должна превышать 50 мэр/кв. м. Ультрафиолетовая облучённость определяется по плотности падающего на облучаемую поверхность УФ-потока. К эритемному излучению относится излучение с длиной волны больше 280 нм, которое оценивается по эритемному воздействию, то есть по способности вызывать эритему (ограниченное интенсивное покраснение кожи). Эритемноидоз – количество облучения, которое вызывает на коже незагорелого человека первую едва заметную эритему. Эритемноидоз равен произведению облучённости на время действия излучения и выражается в мэр • ч/кв. м. При облучённости в пределах 7,5 мэр/кв. м предельно допустимая доза ультрафиолетового излучения за 8 часов работы не должна превышать 60 мэр • ч/кв. м.

Участок для проведения капиллярного контроля люминесцентным методом должен быть обеспечен горячим и холодным водоснабжением, очисткой стоков, канализацией, приточно-вытяжной вентиляцией, естественным и искусственным комбинированным (общим и местным) освещением, ваннами для работы с дефектоскопическими материалами, затемнённой кабиной для осмотра индикаций в УФ-свете и пр

Дефектоскопические материалы для люминесцентного метода контроля проникающими веществами​

Индикаторные материалы подбираются в соответствии с руководящими нормативными техническими документами (НТД) и операционной технологической картой (ОТК) в зависимости от требуемой чувствительности, условий проведения капиллярного контроля, способа нанесения, удаления с поверхности, предполагаемого расхода и пр. Отметим также, что очистители, пенетранты, проявители – должны сочетаться друг с другом. Поэтому дефектоскопические материалы для капиллярного контроля часто поставляются наборами. Многие НТД содержат прямые указания на то, что материалы для ПВК следует использовать именно наборами. Примеры документов с соответствующей нормой, допускающих применение люминесцентных пенетрантов: СТО Газпром 15-1.3-004-2023 «Сварка и неразрушающий контроль сварных соединений. Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений промысловых и магистральных трубопроводов» (п. 11.2.6) или РД-25.160.10-КТН-016-15 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов» (п. 8.2.6.3). Номер партии, дата изготовления, срок действия – эти данные могут пригодиться при оформлении результатов контроля проникающими веществами. Например, при составлении заключения по результатам ПВК и/или внесения соответствующих записей в журнал с результатами НК.

При поступлении в лабораторию неразрушающего контроля все дефектоскопические материалы для люминесцентного метода капиллярного контроля подлежат входному контролю – проверке пригодности. Необходимо убедиться в целостности тары, наличии этикетки, маркировки, работоспособности распылительной головки (у аэрозольных баллонов), зафиксировать дату изготовления и срок действия, наличие сопроводительных документов и пр. Входной контроль осуществляется по специальным инструкциям, составленным с учётом руководящих нормативных технических документов. Выявляющую способность (чувствительность) определяют на аттестованных контрольных образцах (тест-образцах) с действующим сертификатом калибровки. Результаты входного контроля дефектоскопических материалов отражают в специальном журнале.

Очистители​

Для люминесцентного метода могут использоваться те же очистители, что и для цветного метода. Примеры таких очистителей – «КЛЕВЕР-КЛ», «Элитест Р11», Sherwin 120, Sherwin DR-60, Magnaflux SKC-S, Overcheck Cleaner S85, R-Test ОС-41, Helling Nr.107, «Инспектор CLN», AEROPEN-KD LRNT-2 и др. Очистители для капиллярной дефектоскопии применяются на этапе подготовки поверхности и очистки от жировых и масляных пятен, а также на этапе удаления излишков пенетранта перед нанесением проявителя и по завершении всех работ для удаления дефектоскопических материалов. Изготавливаются очистители на основе спирта, растворителей, моющих составов и пр. В химический состав некоторых очистителей (к примеру, «Элитест Р10», AEROPEN-KD LR-2) входит ацетон. Из-за этого они имеют слабый запах, зато – сохнут быстрее, нежели очистители на основе бензина (пример – AEROPEN-KD LR-1). Помимо быстрого улетучивания, к очистителям предъявляются иные требования – эффективное удаление загрязнений и индикаторных жидкостей с поверхности ОК, а также отсутствие коррозионного воздействия на контролируемый материал. Очиститель должен растворять люминесцентный пенетрант, но ни в коем случае не вымывать его из полости дефектов – поэтому при удалении излишков пенетранта нужно строго придерживаться методики контроля. В противном случае его результаты могут быть испорчены или вовсе сведены на нет. Люминесцентный пенетрант и очиститель должны хорошо сочетаться между собой, при этом – не вступая между собой в химическую реакцию и не приводя к образованию твёрдых осадков и/или коррозионному воздействию на материал ОК. И, конечно, важна пожаробезопасность, экологичность и безопасность для здоровья дефектоскописта: содержание серы и галогенных углеводородов должно быть минимальным.

Чаще всего очиститель наносят на безворсовую ветошь (обтирочный материал) из нетканого материала – и ею протирают поверхность. Главное на этом этапе – не переусердствовать и не допустить удаления пенетранта из несплошностей. После удаления излишков цветного пенетранта, например, на поверхности может остаться слабый фон, соответствующий цвету последнего. Наличие такого «нежного» фона – показатель того, что пенетрант не вымыт из дефектов и мелких шероховатостей, а значит, очистка выполнена качественно, в меру деликатно.

Очистители для люминесцентного метода бывают растворяющие и эмульгирующие. Первые – самые распространённые: как ясно из названия, они просто растворяют излишки пенетранта и тем самым облегчают его удаление с контролируемой поверхности. В основе таких очистителей используется вода, спирт, их смеси, в том числе – с добавлением поверхностно-активных веществ, соды и пр. Если говорить про баллончики, например, то в аэрозолях широко используются органические растворители, в том числе – на основе керосина и его смесей.

Что касается эмульгирующих очистителей, то их преимущество в том, что они позволяют точнее отслеживать процесс удаления излишков индикаторного люминесцентного пенетранта. Эмульгирующие очистители предназначены для применения с люминесцентными пенетрантами, не растворимыми в воде. Ключевой принцип действия таких очистителей – эмульгирование, основанное на образовании устойчивых эмульсий очистителя с пенетрантом. Важно полностью удалить его с контролируемой поверхности, но таким образом, чтобы в дефектах он сохранился в полном объёме. Находящийся на поверхности пенетрант после взаимодействия с эмульгатором (эмульгирующим очистителем) подвергается эмульгированию, то есть переходит в состояние эмульсии – и легко смывается водой. Остатки пенетранта в полости трещин (или иных поверхностных несплошностей) остаются непроэмульгированными, а потому водой не удаляются. Это удобно, поскольку избавляет от необходимости протирать объект контроля ветошью. Благодаря этому основные технологические операции (нанесение пенетранта, эмульгатора, проявителя, промывка) могут выполняться с простым погружением объекта в ванны (баки), что гораздо более удобно с точки зрения механизации и автоматизации капиллярного контроля.

Как и в случае с люминесцентными пенетрантами, очистители поставляются в баллончиках по 400–500 мл, канистрах и бочках по 5, 10, 25 л и пр.

Пенетранты​

Именно пенетрант – ключевой дефектоскопический материал для капиллярного контроля. Именно от него зависит чувствительность контроля, то есть возможность выявления поверхностных несплошностей заданных размеров. Пенетрант как индикаторная жидкость представляет собой раствор или суспензию люминофора в смеси органических растворителей, масел, поверхностно-активных веществ и пр. По технологическим признакам цветные и люминесцентные пенетранты можно разделить на три основных вида:

• органосмываемые. Для удаления с поверхности нужны органические растворители, масла или их смеси;
• водосмываемые, последующего эмульгирования. Чтобы смыть постэмульгируемый люминесцентный пенетрант с поверхности ОК, на неё сначала нужно нанести эмульгатор, который образует с ним эмульсию, впоследствии легко удаляемую водой;
• обесцвечиваемые. Люминесценция таких пенетрантов «уничтожается», нейтрализуется при помощи специально подобранного гасителя. Гасители, как и очистители, могут быть растворяющими, самоэмульгирующими и эмульгирующими.

На сегодняшний день на рынке представлено немало люминесцентных пенетрантов, которые легко смываются не только очистителями на основе растворителей, но и водой, причём без эмульгирования. Примеры – Magnaflux ZL-60C, «Элитест» (серия П80).

Ещё один важный параметр пенетрантов для люминесцентного метода – класс чувствительности, например, по ГОСТ 18440, AMS 2644 или другому руководящему нормативному документу. В ГОСТ Р ИСО 3452-2-2009 «Контроль неразрушающий. Проникающий контроль. Часть 2. Испытания пенетрантов», например, предусмотрено пять уровней чувствительности:

• сверхнизкий (уровень 1/2);
• низкий (уровень 1);
• средний (уровень 2);
• высокий (уровень 3);
• сверхвысокий (уровень 4).

Свои классы чувствительности для цветного и люминесцентного метода предусмотрены и в ГОСТ 18442-80 «Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования», которые различаются по минимальному размеру (ширине раскрытия) дефектов.

• I класс – соответствует минимальной ширине раскрытия дефектов менее 1 мкм.
• II класс – соответствует минимальной ширине раскрытия дефектов от 1 до 10 мкм.
• III класс – соответствует минимальной ширине раскрытия дефектов от 10 до 100 мкм.
• IV класс – соответствует минимальной ширине раскрытия дефектов от 100 до 500 мкм.
• Технологический класс – не нормируется.

Люминесцентные пенетранты можно наносить распылением (например, если они поставляются в аэрозольных баллончиках), кистью, в электростатическом поле либо с полным погружением объекта контроля в ванну с пенетрантом. Большинство люминесцентных (флуоресцентных) пенетрантов жидкие, хотя иногда в разных источниках упоминаются и порошковые.

Ключевые требования к пенетрантам для люминесцентного метода неразрушающего контроля следующие:

• заполнение полости (устья) даже мелких дефектов и устойчивость к вымыванию при удалении излишков пенетранта перед нанесением проявителя либо эмульгатора;
• как можно более низкая фоновая люминесценция, которая может мешать нормальному осмотру индикаторных рисунков;
• устойчивость к ультрафиолету;
• сниженное содержание галогенных углеводородов (для уменьшения вредного воздействия на здоровье оператора) и серы (это особенно важно, например, при ПВК узлов двигателей и топливных систем);
• соответствие температуре окружающего воздуха при проведении контроля;
• по возможность как можно более слабый запах;
• удобство нанесения. Для аэрозолей – важно иметь качественную распылительную головку, которая не «подтекает» после нажатия, обеспечивает равномерное распыление и полный выход продукта из баллона;
• экологичность, возможность утилизации без дополнительной фильтрации (в идеале пенетрант должен быть биоразлагаемым).

Что касается рабочей температуры, то чаще всего люминесцентные пенетранты рассчитаны на использование при температуре от -5 до +55 градусов Цельсия, реже – от -10 до +100 градусов Цельсия (например, «Элитест П82/П83/П84»).

Органосмываемые и постэмульгируемые люминесцентные пенетранты поставляются в аэрозольных баллончиках по 300, 400 или 500 мл, канистрах по 1, 5, 10 или 25 л, бочках по 60, 200 л и т.д. В больших ёмкостях чаще всего поставляются постэмульгируемые пенетранты, поскольку они часто используются в ручных, полуавтоматических и автоматизированных линиях капиллярного контроля. Примеры готовых люминесцентных пенетрантов – «КЛЕВЕР-ПЛ», Magnaflux ZL-27A, Magnaflux ZL-60C, «Элитест П92/П93/П94», «Элитест П82/П83/П84», Sherwin HM-604, Sherwin HM-704, R-Test ПФ-01, Checkmor 300 (подходит и для люминесцентного, и для цветного метода), Autoglo AL-4B, Zyglo ZL-60C, Zyglo Zl-56, Zyglo ZL-60D, AEROPEN-KD FE-2 (Karl Deutsch) и пр.

Наконец, помимо специальных пенетрантов для люминесцентного метода, на рынке РФ доступны «универсальные» пенетранты, которые подходят не только для люминесцентного метода, но и для цветного. Пример – красный индикаторный пенетрант «КЛЕВЕР-ПЛК».

По состоянию на ноябрь 2023 года это уже менее актуально, но в некоторых старых документах можно обнаружить рекомендации по самостоятельному приготовлению дефектоскопических материалов для люминесцентного метода, в том числе – пенетрантов. Например, путём смешивания подогретого на водяной бане люминофора с керосином, бензиновым, бутиловым спиртом и пр. Проявители приготавливаются из обогащённого каолина, этиленгликоля, смачивателя, нитроэмали, ацетона и пр. Состав и объём ингредиентов зависят от конкретных индикаторных жидкостей, проявителей и очистителей.

Эмульгаторы​

Применяются для воздействия на пенетрант и подразделяются на два типа: липофильные и гидрофильные. Липофильные эмульгаторы покрывают контролируемую поверхность, после чего некоторое количество излишков пенетранта удаляют механическим путём. Далее, по мере эмульгирования, происходит диффузия эмульгатора в оставшийся пенетрант – и уже полученную вследствие этого смесь можно легко удалить водой.

Вторая разновидность эмульгаторов для люминесцентного капиллярного контроля – гидрофильные. Ключевое отличие от липофильных в том, что при использовании гидрофильных эмульгаторов не происходит диффузии. В основе их химического состава используются детергенты – средства очистки с растворителем и поверхностно-активными веществами. Взаимодействуя с пенетрантом, гидрофильный эмульгатор разделяет его на малые объёмы, не давая им сливаться и воссоединяться с контролируемой поверхностью. Далее на объект контроля подаётся поток воды, который смывает отсоединённый пенетрант и тем самым позволяет свежим порциям эмульгатора вступать в контакт с поверхностью, «отрывая» оставшийся пенетрант.

Примеры эмульгаторов – «Элитест Э11» (гидрофильный), Ardrox 9881, Helling E 58 D, MET-L-CHEK E-57. Последний – это концентрат гидрофильного эмульгатора, который перед применением необходимо развести с водой. Для контроля используется его 10%-ный раствор.

Проявители​

Назначение проявителя в том, чтобы вытягивать люминесцентный пенетрант из капиллярной полости (устья) дефектов, обеспечивая тем самым чёткость индикаторных следов и создавая для него контрастный фон. При проведении капиллярного контроля проявитель наносят тонким ровным слоем, создавая тем самым на поверхности микропористую структуру, в которую «вытягивается» пенетрант из трещин и других поверхностных несплошностей. По такому контрастному рисунку легче выявлять индикации, причём ширина следа может в 10–20 раз превышать ширину раскрытия дефекта.

В реальной практике наиболее широко распространены суспензионные (жидкие) и порошковые проявители. Оба варианта по принципу действия являются сорбционными, но первый – пожалуй, самый массовый. Суспензионные проявители в аэрозольных баллончиках, канистрах и бочках используются для капиллярной дефектоскопии как в полевых, так и в цеховых условиях. Однако для ПВК крупногабаритных, тяжеловесных заготовок, полуфабрикатов и изделий со сложной геометрией – особенно если речь идёт об автоматизированных линиях капиллярного люминесцентного контроля – более предпочтительными зачастую оказываются порошковые проявители. В таких стационарных установках гораздо проще обрабатывать ОК в камере с воздушной взвесью (например, при помощи системы электростатического нанесения), обеспечивая тем самым нанесение порошкового проявителя даже на труднодоступные примыкания, переходы, отверстия, углубления, пазы и пр. Порошковый проявитель – мелкодисперсный сорбент белого цвета – представляет собой порошок из оксида магния, силикагеля, мела, каолина, талька, белой сажи или иного вещества. Порошковый проявитель поглощает пенетрант, образуя тем самым чёткий индикаторный рисунок и создавая контрастирующий с ним фон. Суспензионные сорбционные проявители отличаются от порошковых тем, что сорбент в них диспергирован в летучем растворителе, воде либо быстросохнущей смеси. В качестве сорбента используется тот же порошок, в качестве жидкой среды – раствор воды и этилового спирта, либо ацетон, либо изопропиловый спирт. Благодаря этому у суспензионных проявителей есть важное преимущество – их можно наносить распылением из аэрозольных баллончиков, путём полива деталей в ваннах, посредством полного погружения объекта контроля и пр.

Примеры суспензионных (жидких) проявителей для капиллярного контроля – «КЛЕВЕР-ДП», «Элитест ПР21», Sherwin D-100, Sherwin D-106, Helling NORD-TEST U89, Overcheck White LD9, Magnaflux SKD-S2, «Инспектор LDN», AEROPEN-KD NWE-1 (Karl Deutsch) и др. Пример порошкового проявителя – «Элитест ПР9», Zyglo ZP-4B.

Помимо порошковых и суспензионных, проявители бывают также красочными (в виде лаков) и плёночными, но на практике они встречаются нечасто.

Оборудование для люминесцентного метода ПВК​

Номенклатура используемых технических средств зависит от условий и объёмов проведения капиллярного контроля. В самом простом варианте, например, в полевых или цеховых условиях, при ручном способе выполнения ПВК может хватить ультрафиолетового осветителя (с питанием от сети и/или аккумулятора) и смотровой кабины (либо иного сооружения, изолированного от дневного света для осмотра индикаций с УФ-облучением). В наиболее масштабном варианте, когда речь идёт, например, о машиностроительном или металлургическом производстве, могут обустраиваться стационарные установки (линии) для люминесцентного метода капиллярной дефектоскопии, которые могут отличаться по степени механизации и автоматизации оборудования НК. В их конструкции могут быть предусмотрены следующие участки и блоки:

• источники ультрафиолетового освещения (один или несколько, с равномерным облучением рабочей зоны или, наоборот, сфокусированные на конкретные области);
• участок механической, паровой, растворяющей, химической, электрохимической, ультразвуковой, анодно-ультразвуковой, тепловой или сорбционной очистки;
• ванны и камеры для очистителя, люминесцентного пенетранта, эмульгатора (для работы с постэмульгируемыми пенетрантами), проявителя. В линиях для ПВК может быть реализован капиллярный, вакуумный, компрессионный, ультразвуковой или деформационный способ нанесения индикаторного люминесцентного пенетранта. Для удаления его излишков также практикуется несколько способов – протиркой, промывкой или обдувкой. В установках для ПВК малых партий изделий чаще всего практикуется нанесение люминесцентного пенетранта напылением либо иммерсией, а проявитель наносят посредством напыления. В поточных линиях капиллярного контроля активно используется иммерсия либо нанесение в электростатическом поле. Проявитель зачастую выбирается порошковый – контролируемые объекты обрабатывают обсыпанием. Другой популярный вариант – суспензионные проявители;
• аппаратура для дозировки и подачи дефектоскопических материалов;
• вращающиеся столики с поддонами для свободного стекания дефектоскопических материалов;
• системы машинного зрения для компьютерного анализа индикаций и автоматической отбраковки изделий (например, с использованием нейронных сетей – искусственного интеллекта);
• участок парового обезжиривания, сушки, промывания и пр.

Линии люминесцентного капиллярного контроля располагают в изолированных сухих отапливаемых помещениях (на отгороженных участках) площадью из расчёта не менее 4,5 кв. м на каждого дефектоскописта. Высота помещения должна быть достаточной, чтобы обеспечить возможность применения грузоподъёмных устройств (если это требуется для перемещения тяжёлых, габаритных объектов контроля).

Рассмотрим внимательнее два отдельных технических средства для люминесцентного метода капиллярного контроля.

УФ-светильники​

Для люминесцентного метода капиллярного контроля применяют портативные или стационарные (подвесные, настенные) источники ультрафиолетового излучения с длиной волны от 315 до 400 нм. Чаще всего требуется, чтобы максимум спектра излучения приходился на волны длиной 365 нм, а доля волн с длиной 300–320 нм не должна превышать 10% от потока. Под ультрафиолетовым потоком понимается мощность УФ-излучения, которую чаще всего выражают в мкВт.

Помимо этого, к важным параметрам УФ-светильников относится облучённая контролируемой поверхности, измеренная интегрально в энергетических единицах. ГОСТ 18442-80 допускает измерять УФ-облучённость в относительных единицах интегральной облучённости, при которой люминесцентный экран излучают световой поток, создающий освещённость 1 лк. Методика косвенной интегральной оценки УФ-облучённости приведена в Приложении №4 к ГОСТ 18442-80 (методика изготовления люминесцентных экранов – по Приложению №3). На практике в паспортах к источникам УФ-облучения данная характеристика зачастую указывается для разных расстояний между УФ-фильтром (либо линзой) и осматриваемой поверхностью. Так, многие производители указывают интенсивность ультрафиолетового облучения для расстояний от 300 до 500 мм до объекта контроля. Другой важный параметр УФ-светильников – размер облучаемого контрольного поля. Он также зависит от расстояния до осматриваемой поверхности. В пределах облучаемого поля максимальная и минимальная интенсивность УФ-излучения должны отличаться друг от друга не более чем в 2 раза. При этом многие производители указывают зону контроля (размер пятна), в пределах которых интенсивность составляет не менее 2 000 мкВт/кв. см либо, как здесь, отображают распределение интенсивности УФ-излучения в плоскости падения в виде наглядного графика. Большинство современных УФ-светильников работают на светодиодах. В старых приборах активно использовались ртутные лампы в чёрных колбах. Помимо ультрафиолетовых светодиодов, в конструкции многих современных осветителей предусматриваются LED-подсветка видимого света, что делает их более универсальными и эффективными не только для люминесцентного метода. Перед выполнением измерений источник УФ-излучения должен выйти на рабочую мощность – у светодиодных приборов это происходит практически сразу после включения, а вот, скажем, галогеновым и ртутным газоразрядным лампам на это может потребоваться какое-то время, до 8–10 минут. И, само собой, во исполнение федерального закона «Об обеспечении единства измерений» (№102-ФЗ от 26.06.2008 года) при проведении люминесцентного контроля на опасных производственных объектах, подведомственных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору, необходимо пользоваться измерителями интенсивности УФ-облучения и освещённости – утверждёнными средствами измерений, прошедших метрологическую аттестацию, поверку и/или калибровку, что должно подтверждаться соответствующими сертификатами либо свидетельствами.

Примеры УФ-светильников – «БРИЗ-УФ365», «Волна-УФ365», Magnaflux EV6000, Labino Compact PH 135 UV, «Поток-УФ365-12» (стационарный источник ультрафиолетового света), «Элитест УФС-220 Black Light», «Элитест УФС-24 Black Light» и др. При работе с источниками ультрафиолетового облучения необходимо пользоваться защитными очками, которые входят в комплект поставки любого такого прибора. Помимо защиты органов зрения, такие очки с «отрезающими» светофильтрами повышают контрастность индикаций, «отсекая» ложные сигналы от фона.

Заметим также, что, помимо ультрафиолетовых светильников, для люминесцентного капиллярного контроля могут применяться так называемые источники синего света. Если источники УФ-излучения работают в спектре от 315 до 400 нм с максимумом на 365 нм, то у источников синего света максимум приходится на волны длиной 455±5 нм. Важное преимущество источников синего света заключается в том, что они позволяют проводить люминесцентный контроль даже вне затемнённых кабин, при освещённости до 300 лк. Примеры таких приборов – фонари «ВОЛНА-450», OPTIMAX 450, «Эксперт-450/М» и др. Работать с ними тоже нужно в защитных очках. Пример руководящего НТД, в котором закреплена возможность применения источников синего света (правда, для МПК): ПР НК В.3-2013 «Правила неразрушающего контроля литых деталей тележек грузовых вагонов при ремонте. Специальные требования» (п. 4.3.4.1).

Смотровые (инспекционные) кабины​

При проведении капиллярного контроля люминесцентным методом осмотр индикаций выполняют в затемнённых помещениях или кабинах с затемняющими шторами, обеспеченных вентиляцией и герметизацией, а при необходимости – и теплоизоляцией. Также в инспекционных кабинах предусматривают системы очистки и/или регенерации технологических выбросов и стоков – отработанных пенетрантов, проявителей и очистителей. Многие современные кабины (стендовые установки) представляют собой полноценные рабочие места дефектоскопистов с поворотным столом, системой дневного освещения и стационарными и/или переносными источниками УФ-облучения, поддоном и сборным баком для отработанных индикаторных жидкостей, с пневматической системой нанесения и удаления дефектоскопических материалов (воздушными и водо-воздушными пистолетами – краскопультами и ручными пульверизаторами), вытяжной вентиляцией и пр. Такие камеры позволяют выполнять полный цикл технологических операций, начиная от очистки объекта контроля до финишной очистки после анализа индикаций. Комплектация кабины (камеры, рабочего места) для люминесцентного капиллярного контроля зависит от индивидуального технического задания и может предусматривать различные дополнительные принадлежности. Например – систему подогрева проточной воды, механизм для позиционирования стационарного УФ-светильника и пр. Габариты камер, максимально допустимый вес и размеры объектов контроля, исполнение столешницы, наличие поворотного стола и прочие параметры – опять-таки зависят от конкретного исполнения.

Примеры смотровых (инспекционных) кабин для люминесцентного капиллярного контроля – «Ладога» (производитель – «Формула НК», Санкт-Петербург) и «Элитест КМ-1000Э» (производитель – «Арион», Нижний Новгород) с электростатической системой нанесения индикаторных материалов.

Где выгоднее покупать расходные материалы и оборудование для люминесцентного капиллярного контроля​

Спонсорами проекта «Дефектоскопист.ру» являются многие известные производители оборудования и дефектоскопических материалов для ПВК, разработчики технологий, а также учебные центры, в которых специалисты НК проходят профессиональную подготовку, аттестацию и сертификацию.