Метод проникающих сред

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

_______________________________________________________________________                                                

 

 

 

 

 

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА (РЕФЕРАТ)

ПО  ДИСЦИПЛИНЕ

 

«Обследование, испытание и реконструкция зданий, сооружений и застройки»

 

СЛУШАТЕЛЬ:     Бусаров Станислав Вячеславович

 

 

ТЕМА:  Метод проникающих сред

 

 

Рецензент:

 

 

 

 

Москва, 2014 г.

 

 

Оглавление:

1. Введение

2. Методы контроля проникающими веществами

3. Газоаналитический метод

4. Вакуумно-жидкостный метод

5. Капиллярный метод

6. Физические явления, лежащие в основе капиллярного контроля

7. Заключение

8. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Контроль проникающими веществами.

Этот вид контроля в целом основан на способности тех или иных веществ проникать в слабораскрытые наружные и сквозные дефекты в твердых стенках контролируемых объектов.

В резервуарах, газгольдерах, трубопроводах и других аналогичных конструкциях, требующих обеспечения не только прочности, но и плотности соединений, контроль осуществляют с помощью проникающих сред. Кроме применявшихся ранее испытаний водой и керосином, в настоящее время разработаны и другие приемы.

Испытания водой. Проверяемые емкости заполняются водой до отметки обычно несколько выше эксплуатационной. В закрытых сосудах давление жидкости повышается дополнительным нагнетанием воды или воздуха.

Гидростатическим давлением проверяются как плотность, так и прочность соединений и всего сооружения в целом. Контроль швов и соединений заливкой воды совмещается, таким образом, со статическим испытанием исследуемой емкости.

Отдельные швы металлоконструкций могут проверяться сильной струей воды из брандспойта, направленной под давлением примерно 1 атм нормально к поверхности шва. При наличии дефектов вода просачивается сквозь неплотности проверяемого соединения.

Проба керосином. Благодаря своей малой вязкости и незначительному, но сравнению с водой, поверхностному натяжению керосин легко проникает через самые малые поры и выступает на противоположной поверхности. При опробовании поверхность шва с одной стороны обильно смачивается или опрыскивается керосином. Для облегчения наблюдений шов заранее подбеливается водным раствором мела. На этом подсохшем светлом фоне отчетливо выявляются затем ржавые пятна и полосы, возникающие при просачивании керосина.

Проба сжатым воздухом. При наиболее простом применении данного метода проверяемые швы обмазываются мыльной водой. С другой стороны шов обдувается сжатым воздухом, подаваемым из шланга под давлением порядка 4 атм нормально к исследуемому шву. В замкнутые емкости сжатый воздух подается внутрь их объема. Признаком дефектности шва служит появление мыльных пузырей на обмазке.

Более совершенным является применение ультразвуковых «течеискателей», принцип работы которых основан на регистрации ультразвуковых колебаний, возникающих в местах нарушения сплошности, под действием вытекающей здесь под давлением струн газа (воздуха). С помощью течеискателей можно выявлять неплотности размером до 0,1мм при избыточном давлении порядка 0,4атм. Место нахождения дефекта определяется с точностью до 1,5…2см.

Проба вакуумом. Проверка вакуумом требует доступа к конструкции лишь с одной ее стороны, что является существенным преимуществом данного метода.

К шву приставляется металлическая кассета в виде плоской коробки без дна с прозрачным верхом, через который виден проверяемый шов. Вакуум-насосом со шлангом, присоединенным к кассете, в которой создается небольшое разрежение, внешним воздушным давлением стенки кассеты, снабженные по их нижнему периметру мягкой резиновой прокладкой. прижимаются при этом к конструкции. Исследуемый шов предварительно должен быть смочен мыльным раствором. В местах нарушений плотности шва воздух, проникая сквозь эти неплотности, образует в мыльной пене отчетливо видные стойкие пузыри.

При сварке сосудов высокого давления и других особо ответственных, требующих полной герметичности, конструкций для увеличения надежности контроля применяется проверка плотности соединений химическими реагентами, например, воздушно-аммиачной смесью или другими газообразными соединениями, обладающими высокой проникающей способностью. Химические методы проверки плотности соединений обладают большой чувствительностью и дают возможность очень четко определять места нахождения дефектов, чем и обусловливается в наиболее серьезных случаях целесообразность применения этих более сложных приемов.

Методы контроля проникающими веществами.

При контроле проникающими веществами используют газоаналитический, газогидравлический, вакуумно-жидкостный и капиллярный методы (подробнее отражены в таблице ниже). Первые три метода объединены понятием «течеискание». 

 
Методы  
Контролируемые объекты  
Выявляемые дефекты

Газоаналитический  
Сосуды, баллоны, аммиачные трубопроводы  
Только сквозные

Газогидравлический  
Баллоны, дюкеры

Вакуумно-жидкостный  
Днища и стенки резервуаров

Каппилярный  
Любые твердые  
Наружные сквозные и несквозные

Газоаналитический метод состоит в следующем. Герметически закрытый объект наполняют химически активным газом (аммиак) под давлением. В качестве индикатора используют отрезок лакмусовой бумаги или специальный портативный прибор – газоанализатор. Лакмусом либо датчиком газоанализатора медленно сканируют всю наружную поверхность объекта. В зоне, где имеется сквозной дефект, образуется утечка аммиака, в результате в этом месте лакмус темнеет, а газоанализатор дает соответствующие показания.

Метод связан с использованием ядовитого газа, поэтому необходимо применение специальных защитных средств: оператор должен выполнять контроль в противогазе и резиновых перчатках. Лакмусовый способ более дешев, так как не требует специальной аппаратуры, но при обнаружении дефектов он связан с расходом индикаторной бумаги.  
Газогидравлический метод в обиходе иногда называют «пузырьковым». Герметически закрытый объект наполняют воздухом под давлением и погружают в прозрачную жидкость (дюкеры – подводные переходы различных трубопроводов через водоемы – заведомо погружены в нее).  
В точке, где имеется сквозной дефект, образуется утечка воздуха в жидкость, в результате в этом месте в жидкости возникает цепочка восходящих пузырьков. В быту этот метод хорошо знаком велосипедистам – именно так они обнаруживают мелкие проколы в камерах колес.

Вакуумно-жидкостный метод широко применяется при контроле герметичности днищ и стенок резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Средствами контроля являются электрический вакуумный насос, вакуумный манометр и вакуум-камера, представляющая собой лист толстого оргстекла со штуцером, обнесенный по контуру толстой полосой пористой резины. Насос, манометр и камера соединены между собой резиновыми шлангами. В качестве индикаторного средства используется жидкое мыло или обыкновенный косметический шампунь. Контролируемый участок объекта обильно покрывают слоем мыла, накрывают вакуум-камерой и откачивают из-под нее воздух. Степень вакуума должна быть не менее –0,75 кгс/см 2.  
Если под камерой имеется сквозной дефект, то под действием внешнего атмосферного давления наружный воздух устремляется сквозь него в полость камеры, и над дефектом возникает вспенивание мыльного слоя, которое оператор хорошо видит сквозь прозрачную крышку камеры.

Капиллярный метод представляет собой многооперационный процесс.  
Типовой перечень операций включает в себя подготовку изделия к контролю, нанесение индикаторной жидкости, удаление ее излишков и проявление индикаторных следов дефектов.  
Во время каждой из этих операций поверхность трещины вступает в контакт с несколькими дефектоскопическими материалами, в основном с жидкостями. Поэтому явление смачивания поверхности детали различными жидкими дефектоскопическими материалами играет первостепенную роль.  
Только благодаря смачиванию возможен контакт между дефектом и дефектоскопическими материалами и реализация капиллярного контроля.  
Эффективность каждой операции зависит от нескольких физических явлений, определяемых физико-химическими свойствами контактирующих сред и материала объекта. Однако сложность выбора свойств дефектоскопических материалов состоит в том, что в разных операциях одна и та же жидкость должна иметь даже противоположные свойства. Так, при заполнении трещины индикаторная жидкость должна обладать хорошей проникающей способностью, чтобы как можно лучше заполнить полость дефекта. Но парадокс состоит в том, что такую жидкость затем трудно извлечь из трещины при проявлении. В результате пенетрант останется в трещине и не образует следа на поверхности, т.е. трещина таким пенетрантом не будет обнаружена.

Кроме того, следует сразу обратить внимание на то, что кроме взаимодействия жидких дефектоскопических материалов с твердыми поверхностями нельзя не принимать во внимание взаимодействие жидкостей между собой, а также с газами. Явления растворения, адсорбции, эмульгирования, диффузии серьезно влияют на конечный результат контроля, прежде всего на его чувствительность.  
При комбинированных способах контроля, включающих в себя капиллярный метод, картину осложняют физические поля (акустическое, магнитное, электромагнитное) и те явления, которые возникают при их взаимодействии с жидкими и твердыми дефектоскопическими материалами.

Физические явления, лежащие в основе капиллярного контроля.

Знание физических явлений, лежащих в основе операций капиллярного контроля, позволяет принимать меры для повышения чувствительности и надежности контроля и исключать факторы, снижающие чувствительность и приводящие к неадекватным результатам.  
Смачивание и поверхностное натяжение. Смачивание детали дефектоскопическими материалами – главное условие капиллярного контроля.  
Смачивание определяется взаимным притяжением молекул жидкости и твердого тела.  
Как известно, на границе двух сред (например, жидкость – воздух) силы взаимного притяжения между молекулами жидкости и воздуха отличаются от сил притяжения между молекулами внутри жидкости и внутри воздуха. Контактирующие среды вблизи поверхности обладают некоторым избытком потенциальной энергии по сравнению с молекулами, находящимися  
внутри отдельно взятого вещества. Этот избыток называется свободной энергией поверхности. Свободная энергия молекул на поверхности больше, чем у молекул внутри вещества. В связи с этим молекулы стремятся уйти внутрь вещества, и в результате среда вынуждена приобретать форму с минимальной наружной поверхностью. Так, жидкость в невесомости под влиянием этого явления имеет форму шара. Поскольку поверхности стремятся сократиться, возникает сила поверхностного натяжения.  
Величину поверхностного натяжения определяют работой, измеряемой в джоулях на квадратный метр (Дж/м 2), необходимой для образования единицы площади поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз.  
Если на границе раздела сред выделить произвольную площадку, то натяжение рассматривают как результат действия распределенной силы, приложенной к периметру этой площадки. Направление сил – по касательной к границе раздела и перпендикулярно периметру. Силу, отнесенную к единице длины периметра, называют силой поверхностного натяжения, измеряют в ньютонах на метр (Н/м) и обозначают σ.  
Два равноправных определения поверхностного натяжения соответствуют  
двум применяемым для его измерения единицам: Дж/м 2 и Н/м. С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается. Величины поверхностного натяжения для наиболее распространенных дефектоскопических материалов при температуре 20 °С и нормальном атмосферном давлении приведены в таблице ниже.

Жидкость	Поверхностное натяжение a*10-2 Н/м
Вода	7,28
Ацетон	2,37
Пентан	1,50
Толуол	2,85
Бензол	2,90
Ксилол	2,90
Этиловый спирт	2,28
Бутиловый спирт	2,46
Пенетрант ЛЖ-6А	2,97

 

Как видно из таблицы, в капиллярной дефектоскопии используются жидкости с относительно низким поверхностным натяжением, об одной из причин этого говорилось в начале.  
Для иллюстрации природы явления смачивания рассмотрим каплю жидкости, лежащую на поверхности твердого тела.

Капиллярный метод подразделяется на две разновидности: цветной и люминесцентный. Основным индикаторным средством здесь служит специальная жидкость с высокой проникающей способностью – пенетрант (от греч. «пенетро» – проникаю). При цветном способе используется пенетрант яркоалого цвета, а для люминесцентного применяется жидкость, имеющая свойство сиять в ультрафиолетовом облучении.  
Для поиска неразличимых глазом узких (раскрытием менее 10 мкм) трещин контролируемый участок объекта зачищают от покрытий, очищают от загрязнений, обезжиривают специальным растворителем и обильно покрывают слоем пенетранта. После некоторой выдержки  
(5–7 мин, для пропитки пенетрантом возможных дефектов) излишки пенетранта тщательно удаляют не ворсистой хлопчатобумажной ветошью и при цветном способе покрывают участок другой специальной жидкостью белым проявителем, представляющим собой взвесь мела или гашеной извести в летучем жидком носителе. По мере высыхания проявитель превращается в белую высокопористую корку, и оставшийся в полости дефекта пенетрант за счет капиллярного эффекта начинает подниматься в проявитель и вследствие хаотичности пор расходиться над дефектом по ширине. В результате красный след на белом фоне над дефектом становится достаточно широким, чтобы быть различимым человеческим глазом.  
При люминесцентном способе после удаления излишков пенетранта участок освещают специальным ультрафиолетовым фонарем, сохранившийся в полостях дефектов пенетрант начинает светиться, показывая оператору эти дефекты.  
Пример выявления капиллярным (цветным) методом трещины в гребном вале теплохода показан на рисунке ниже.