Пенетрант (индикаторная жидкость)

Пенетрант - это жидкий дефектоскопический материал, обладающий способностью проникать в несплошности объекта контроля и индицировать (обнаруживать) эти несплошности. Пенетранты содержат специально подобранные красящие вещества (цветной метод), или люминесцирующие добавки (люминесцентный метод), или их комбинацию.

Добавки позволяют лучше отличить пропитанную этими веществами область слоя проявителя над трещиной от основного сплошного без дефектов материала объекта. Пенетрант должен хорошо смачивать контролируемую поверхность объекта и проникать в ее несплошности, т.е. быть совместимым с материалом контролируемой детали.

Индикаторные пенетранты подразделяют в зависимости от их физического состояния, колористических и технологических признаков. По физическому состоянию пенетранты можно разделить на растворимые и суспензии. По колористическим признакам пенетранты делятся на ахроматические (не дающие цветового контраста), цветные, люминесцентные и комбинированные люминесцентно - цветные. Комбинированные пенетранты дают окрашенный индикаторный след дефекта при наблюдении в обычном освещении (дневной свет, лампы накаливания) и светятся при освещении в ультрафиолетовом свете.

Классификация пенетрантов по физическому состоянию и колористическим признакам:

Классификация пенетрантов по физическим свойствам:

• нейтральный, магнитный - индикаторная суспензия, частицы твердой фазы которой имеют ферромагнитные свойства, а жидкий носитель представляет собой молекулярную или коллоидную дисперсию люминофора, красителя или другого индикатора;
• электропроводящий - индикаторный пенетрант, имеющий нормированную электрическую проводимость;
• ионизирующий - индикаторный пенетрант, испускающий ионизирующее излучение;
• поглощающий - индикаторный пенетрант, поглощающий ионизирующее излучение;
• комбинированный - индикаторный пенетрант, сочетающий свойства двух или более индикаторных пенетрантов.

Классификация пенетрантов по технологическим признакам:

• органосмываемый - индикаторный пенетрант, смываемый с поверхности объекта контроля органическими растворителями, маслами или смесями.
• водосмываемый, последующего эмульгирования - индикаторный пенетрант, образующий эмульсию в воде, очищающий поверхность объекта контроля после предварительного взаимодействия с очистителем от пенетранта или поверхностно-активным веществом.
• обесцвечиваемый - индикаторный пенетрант, люминесценция или цвет которого уничтожается специально подобранным гасителем.

Индикаторный раствор - пенетрант в виде молекулярной или коллоидной дисперсии люминофора, красителя или другого индикатора в жидком носителе.

Индикаторные суспензии - пенетранты в виде суспензии частиц твердой фазы люминофора, красителя или другого индикатора в жидком носителе.

Суспензионные пенетранты содержат частицы размером 10 - 100 мкм, диспергированные в жидкости. В зависимости от того, чем окрашены частицы, различают цветные, люминесцентные и комбинированные суспензионные пенетранты.

Как известно, первейшим условием проникновения индикаторной жидкости в трещину является смачиваемость контролируемой поверхности пенетрантом.

Смачивающая способность зависит, главным образом, от поверхностного натяжения, которое определяет способность пенетранта не только растекаться по поверхности, но и проникать в трещину. Но при данном поверхностном натяжении вязкость играет чрезвычайно большую роль, так как она характеризует время проникновения жидкости в трещину. Поэтому при выборе составов жидкостей для капиллярных методов контроля нужно учитывать вязкость.

Так как текучесть равна обратной величине вязкости, то чем больше вязкость, тем длительнее процесс проникновения жидкости в микротрещину при прочих равных условиях. Это убедительно подтвердили специальные опыты на моделях трещин с плоскопараллельными стенками шириной Н = 0,09 мм. Жидкости с малой вязкостью уже за 3 минуты заполняют капилляр на глубину 92-95 мм, а более вязкие не достигают этой глубины за 18 минут.

Поэтому, в качестве основы пенетрантов широко применяют бензол, керосин, скипидар, ксилол и другие вещества, трудносмываемые водой. Оптимальными для применения считают проникающие жидкости, имеющие коэффициент поверхностного натяжения 26 - 28 мН/м и динамическую вязкость 1-2 мПа/с.

Пенетранты для цветной дефектоскопии

Для цветной дефектоскопии наиболее распространенным являются растворы жирорастворимой темно-красной кислоты Судан IV, получившей название проникающая жидкость «К». Один из множества её рецептов: 79 % - керосин, 20 % - скипидар, 1 % - судан IV; некоторые из этих пенетрантов применимы в широком диапазоне температур от -50 °С до +50 °С, существуют так же специализированные пенетранты для работы в условиях низких температур (от -30°С до +10°С) и пенетранты для работы в условиях повышенной температуры (от +90°С до +200°С).

В основном цветной пенетрант выявляет поверхностные дефекты с шириной раскрытия от 1 мкм и выше (II класс чувствительности).

Области применения пенетрантов: машиностроение, предприятия нефте- и газопереработки, эксплуатация и ремонт трубопроводов, предприятия энергетики (ТЭЦ и др.) и химической промышленности. Позволяет обнаруживать поверхностные дефекты типа трещин, пор, волосовин на магнитных и немагнитных материалах, керамике и композиционных материалах.

Следует знать, что есть пенетранты и на водной основе, которые применяются, например, для контроля элементов ракет и управляемых снарядов, чтобы исключить контакт индикаторных жидкостей на нефтяной основе с жидким кислородом. Причем по чувствительности эти пенетранты вполне сопоставимы с пенетрантами на основе масел. При использовании водосмываемых пенетрантов не рекомендуются водорастворимые проявители.

Справедливости ради в разряд пенетрантов можно отнести и керосин, который без добавления каких-либо красящих веществ использовался в течение многих десятилетий на железнодорожном транспорте в качестве индикаторной жидкости в керосиново-меловой пробе (яркостный (ахроматический) метод).

Пенетранты для люминесцентной дефектоскопии

Наиболее распространенными люминесцирующими пенетрантами являются нориол, шубекол, жидкости типа ЛЖ, различные масла. Нориол выпускается специально для дефектоскопии в качестве люминесцирующего компонента индикаторной жидкости. Он хорошо растворяется в углеводородных и хлорсодержащих растворителях и в растворенном состоянии светится ярким желто - зеленоватым цветом. Все разновидности нориола не вызывают коррозии, он водосмываем, лучше с добавлением ПАВ.

Нориол не только эффективно используется как люминофор, но и имеется положительный опыт применения нориола в качестве растворителя судана в цветной дефектоскопии. Пенетрант на основе нориола с увеличением глубины дефекта ощутимо увеличивает размеры следа дефекта, что повышает возможности обнаружения самого дефекта.

Шубекол применяется только в люминесцентном контроле металлических и неметаллических материалов, по свойствам он аналогичен керосину, прост в применении и дешевле нориола. Шубекол обнаруживается в слое от 30 мкм и более.

Комплекты люминесцентных дефектоскопических материалов с УФ облучателями

Люминесцентные жидкости типа «ЛЖ» (ЛЖ-1, ЛЖ-2, ЛЖ-3, ЛЖ-4, ЛЖ-5, ЛЖ-6 и др.) самые распространенные в заводской практике и используются для контроля металлических, керамических материалов, а также некоторых пластмасс ЛЖ-4, например, светится в слое 1 мкм.

Суспензионные пенетранты

Дисперсные системы, которые состоят из твердых частиц, распределенных в жидкой дисперсной фазе, называются суспензиями. Их получают методом диспергирования твердых веществ в жидкой среде или смешиванием сухих порошков с жидкостями. Суспензии, как правило, неустойчивы, отдельные частицы твердого вещества довольно быстро всплывают или выпадают в осадок.

Применение суспензионных пенетрантов основано на том, что жидкость впитывается в дефект под действием капиллярных сил, а частицы, размер которых превышает раскрытие дефекта, при этом скапливаются над устьем дефекта. За счет увеличения плотности частиц их скопление можно обнаружить невооруженным глазом.

Следует отметить, что таким методом можно выявить только сравнительно глубокие дефекты, которые способны впитать значительное количество жидкой фазы суспензионного пенетранта, поэтому чувствительность такого метода невысока. В силу своего специфического механизма образования индикаторного следа суспензионные пенетранты не требуют применения проявителя.

Пенетрант последующего эмульгирования

Дисперсные системы, состоящие из взвеси частиц одной жидкости распределенных по объему другой, называются эмульсиями. Эмульсии неустойчивы, для сохранения их в стабильном состоянии используются специальные вещества, называемые эмульгаторами.

Пенетрант последующего эмульгирования - это индикаторный пенетрант, образующий эмульсию в воде, очищающей поверхность объекта контроля, после его предварительного взаимодействия с очистителем от пенетранта или поверхностно-активным веществом (ПАВ).

Использование эмульгирующих пенетрантов позволяет повысить чувствительность контроля за счёт более надежного выявления мелких дефектов на загрязненных поверхностях изделий. В ряде случаев применяют специальные пенетранты: радиационные, электростатические, вихретоковые и др.