Неразрушающий контроль В пяти книгах (стр. 43 )

Ри (t) = Рк(t)

Несмотря на кажущуюся простоту метода, использование его часто сдерживается по причине сравнительно низкой чувствительности метода, а в ряде случаев большой длительностью цикла измерений. При усовершенствовании метода устранению влияния температуры на результаты контроля принадлежит ведущая роль.

Газогидравлический метод (пузырьковый метод) основан на наблюдении пузырьков пробного газа 4 (рис. 10.23), выделяемых из течи 3 при опрессовке газом объекта контроля 2, погруженного в жидкость.

Преимущества пузырькового метода заключаются в его простоте: он не требует приборного оснащения и специальных пробных газов, имеет высокую чувствительность, операции выявления и локализации течей совмещены.

Его недостатком является необходимость погружения изделия в резервуар, что невозможно для крупногабаритных изделий. Покрытие поверхности жидкой пленкой —трудоемкая операция, имеется опасность коррозии поверхности в результате длительного действия на нее остатков жидкости (воды). Чувствительность метода иногда оказывается недостаточной. Результаты проверки в большой степени зависят от добросовестности контролера.

На примере пузырькового метода удобно проследить влияние порога чувствительности средства течеискания и условий испытания на порог чувствительности способа течеискания в целом. Средством обнаружения течи собственно являются пузырьки пробного газа. Рассмотрим процесс образования пузырька для оценки порога чувствительности. Под влиянием давления опрессовки, создаваемого в объекте контроля, в устье течи образуется пузырек. Количество газа в нем определяется произведением объема пузырька Vп на давление внутри него Рп. Это давление меньше Ропр из-за падения давлений на течи. Определим Рп из условия равенства его сумме внешних давлений, действующих на пузырек: атмосферного давления на поверхность жидкости Ратм, гидростатического давления жидкости Рг и поверхностного натяжения Рн.

Величина Pг=gсh, где с — плотность жидкости, a h — высота столба жидкости над пузырьком. Давление, вызываемое силами поверхностного натяжения, Рн= (2Fжгcosи)/r=4Fжг/D. Здесь Fжг — сила поверхностного натяжения жидкость — газ, отнесенная к единице длины на поверхности жидкости. Для рассматриваемого случая D = 2r — диаметр пузырька, и = 0. Таким образом,

       (10.21)

где t — время образования пузырька.

Поток газа через течь увеличивает диаметр пузырька вплоть до момента его отрыва. Этот момент наступает, когда действующая на пузырек архимедова сила gсVп становится равной, а затем превышает силы сцепления пузырька с поверхностью, равные силе поверхностного натяжения жидкость — газ, умноженной на периметр течи: Fжг=рd, где d— диаметр течи. Таким образом, условие отрыва

Здесь D0 — диаметр пузырька в момент отрыва. Из формулы видно, что чем больше диаметр течи, тем крупнее пузырьки. Однако поскольку из диаметра течи (d) и величин, характеризующих свойства жидкости (Fжг и с), извлекается корень кубический, диаметр отрывающегося пузырька меняется мало при изменении названных величин. Обычно диаметр отрывающегося пузырька принимают равным 0,5...1 мм. Пузырьки диаметром меньше 0,5 мм трудно заметить. Отсюда можно найти минимальный диаметр течи dmin=2,8 мкм.

Минимальный поток газа, регистрируемый пузырьковым метод дом, можно найти из предположения, что время t0 от начала образования пузырька до его отрыва равно 30 с. Если это время больше, то слишком редко образующиеся пузырьки трудно заметить.

Обычно гидростатическое давление гораздо меньше атмосферного оно даже стремится к нулю при уменьшении расстояния от течи до поверхности h. Давление сил поверхностного натяжения также существенно меньше атмосферного. В результате из (10.31) определяем минимально регистрируемый поток газа, с помощью пузырькового метода:

       (10.22)

При D0=0,5 мм, t0 = 30 с, Ратм=101325 Па получим Jmin = (3,14•0,53•10-9•101325)/(6•30)=2,2•10-7 Вт. Это значение определяет, порог чувствительности пузырькового способа как средства течеискания. Теперь рассмотрим чувствительность (нижний предел индикации) всей системы течеискания пузырьковым методом.

Используя уравнения для натекания через канал — течь для вязкого течения Jв = рd4Р2атм/256звl, определим чувствительность всей системы течеискания Вmin, приведенную к стандартным условиям:

       (10.23)

По этой формуле легко рассчитать чувствительность системы при опрессовке воздухом в зависимости от давления опрессовки.

Pопр/Pатм	1,01	2	10
Bmin, Вт	1,1•10-5	0,73•10-7	2,2•10-9

Чувствительность метода к течам может быть повышена не только повышением Ропр, но также применением газов с вязкостью, меньшей, чем у воздуха. Например, если применять водород вместо воздуха, то з/зв = 0,5 и Ропр/Ратм=10, отсюда Bmin = 1,1•10-9Вт. Это надо понимать так, что с помощью водорода и давления опрессовки в 10 атм снимают порог чувствительности системы контроля и выявляют течи, которые при вакуумных испытаниях в стандартных условиях будут давать натекание около 1•10-9 Вт.

Рассмотрим некоторые варианты пузырькового метода. Как отмечалось ранее, вместо погружения объекта контроля в резервуар его покрывают жидкой пленкой (способ обмыливания), в которой наблюдают образование пузырьков. Жидкость должна быть вязкой, медленно стекающей, с малым поверхностным напряжением. Ее приготовляют из водного раствора мыла, глицерина и желатина (мыльная пленка) или из водного раствора декстрина, глицерина, спирта и других добавок (полимерная пленка). Вязкость обеспечивает медленное стекание, а снижение сил поверхностного натяжения облегчает образование пузырей.

Пленку наносят на поверхность изделия  мягкой кистью или распылителем. Наблюдение за образованием пузырьков начинают через 2...3 мин после нанесения мыльной пленки. При использовании полимерной пленки выявление больших дефектов наблюдают непосредственно после нанесения пленки, а малых — через 20 мин. Пузырьки в такой пленке не лопаются, а сохраняются в виде «коконов» в течение суток. Чувствительность определяют по приближенной формуле (10.22).

Наибольшей чувствительности пузырькового метода удается добиться, если использовать способ обмыливания и наблюдения в локальной вакуумной камере с давлением около 104 Па. Такая камера (рис. 10.24) «присасывается» к поверхности объекта контроля под действием атмосферного давления. Наблюдение за появлением пузырьков, коконов или разрывов пленки ведут через смотровое окно. В этом случае атмосферное и гидростатическое давления равны нулю, и формула (10.22) с учетом двойной поверхности соприкосновения пленки с газом приобретает вид

Рис. 10.24. Локальная вакуумная камера:

1 — корпус. 2 — стекло, 3 — штуцер откачки, 4 — уплотнение,
5 — стенка объекта контроля, 6 — штуцер манометра.

Принимая прежние условия испытания и величину поверхностного натяжения для воды 0,075 Н/м, получим Jmin=l,3•10-9 Вт, т. е. порог чувствительного метода как средства течеискания снижается в 170 раз по сравнению с испытанием в резервуаре с атмосферным давлением. При этом сохраняется отмеченная выше возможность повышения чувствительности способа контроля в целом за счет повышения давления опрессовки и применения водорода в качестве пробного газа вместо воздуха. В результате пузырьковый метод позволит выявить течи, которые при вакуумных испытаниях в стандартных условиях будут соответствовать натеканию около 10-11 Вт.

Пузырьковый метод применяют также для испытания замкнутых объектов контроля, содержащих газ под атмосферным давлением. Избыточное давление газа внутри объекта контроля создают, погружая объект в горячую жидкость. Изменение давления при этом определяют из закона Шарля

где Р — давление; Т —абсолютная температура; индексы «1» и «2» относятся к холодному и нагретому объекту.

B качестве исходных условий примем нормальные. Температура нагрева Т2 ограничивается тем, что в жидкости начинают образовываться пузырьки. Для воды это 80°С. Отсюда легко найти, что

Подставляя это значение в (10.23), найдем, что чувствительность метода, приведенная к стандартным условиям, равна 33•10-6 Вт.

Возможности повышения чувствительности заключаются в применении жидкостей с высокой температурой кипения. Например, вакуумное масло имеет температуру образования пузырьков 150°С. Это дает возможность увеличить Ропр/Ратм до 1,55. Кроме того, испытания проводят в вакуумной камере со смотровым окном. В результате обеспечивают выявление течей с пороговой чувствительностью примерно 10-8 Вт.

Гидравлические методы. Процесс гидроиспытаний, которому подвергают многие изделия, можно использовать как способ течеискания. Контроль на обнаружение больших течей называют испытанием на непроницаемость. Таким испытаниям подвергают корпуса судов, гидроемкости.

Испытания проводят либо при статическом давлении столба воды высотой 0,5...2,5 м с выдержкой не менее 1 ч, либо струей воды под напором. Менее ответственные объекты контролируют, водой без напора или рассеянной, струей воды. Результаты считают удовлетворительными, если не наблюдают струй, потоков, непрерывно стекающих капель воды.