Пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии

Изобретение относится к капиллярной дефектоскопии, а именно к составам цветных пенетрантов, применяемых для цветного контроля изделий ответственного назначения. Пенетрант содержит смесь: ксантеновых красителей желто-оранжевого флуоресцеина и красно-синего родамина 3-6%, поверхностно-активное вещество 10-40%, остальное растворитель. Соотношение смеси желто-оранжевого и сине-красного красителей составляет 1:2, в качестве ПАВ берут неонол или синтанол. Технический результат - создание цветного пенетранта пониженной летучести, пониженной пожароопасности, особо высокой чувствительности, обеспечивающей выявление минимального дефекта шириной раскрытия 0,5-1 мкм, повышающего надежность и стабильность контроля изделий в условиях ремонта и эксплуатации. 1 табл.

 

Изобретение относится к капиллярной дефектоскопии, в частности к составам пенетрантов - индикаторных жидкостей для люминесцентно-цветного промышленного контроля изделий ответственного назначения с классом обработки поверхности Rz 20 и выше. Пенетрант работает в люминесцентном варианте, под ультрафиолетовым (УФ) светом. Дефекты выявляются в виде оранжевых линий, шириной раскрытия минимального дефекта 0,5-1 мкм. Изобретение может быть использовано для обнаружения дефектов на фрагментах деталей с обработкой поверхности Rz>10 мкм. Отбраковка деталей по грубым дефектам с шириной раскрытия 5-7 мкм при использовании пенетранта производится в видимом монохроматическом свете в виде красных линий и точек (при средней и пониженной чувствительности).

Изобретение может быть использовано в авиационной, автомобильной, судостроительной и др. отраслях машиностроения, а также в отраслях: энергетической, химической и атомной промышленности, для обнаружения микродефектов типа трещин, пор, рыхлот, раковин, питтинговой коррозии и др. дефектов.

Преимуществом пенетрантов является пониженная токсичность, возможность обнаружения дефектов не только при облучении изделий УФ лучами, но и при дневном освещении (при средней и пониженной чувствительности контроля).

Известны широко используемые цветные индикаторные жидкости - пенетранты для люминесцентно-цветной дефектоскопии, включающие растворы родамина С в смеси легколетучих растворителей.

Для изделий авиационной техники используют цветной пенетрант, включающий:

- растворитель спирт этиловый	900 мл
- эмульгатор ОП-7 (ОП-10)	100 мл
- краситель родамин С	30 г
или
- растворитель спирт этиловый	805 мл
- триэтаноламин	135 мл
- краситель родамин С	35 г

(Справочник. Неразрушающий контроль металлических изделий. /Под редакцией Т.С.Самойловича. - М.: Машиностроение 1976).

Для контроля сварных соединений применяется люминесцентно-цветной пенетрант. Пенетрант содержит краситель родамин С и растворитель - этанол. В состав растворителя дополнительно вводят керосин, ацетон при следующем соотношении объемных %:

- керосин	60-70
- ацетон	27-35
- этанол	3-5
- родамин С	вводят из расчета 0,6-0,8 г/л

(Авт. свид. СССР 1582095).

Недостатками вышеперечисленных пенетрантов для цветной дефектоскопии является содержание в их составе легколетучего и легковосламеняющегося растворителя, что ограничивает область их применения для контроля в промышленности. Кроме того, известные пенетранты не обладают высоким уровнем чувствительности.

Известен также пенетрант, используемый для контроля отдельных деталей в энергетическом машиностроении, имеющий следующий состав, мас.%:

- родамин С или Ж	0,98-0,99
- нефтяная фракция "Ширванол 2"
в качестве люминофора	2,4-2,75
- бутиловый спирт	остальное

(Патент РФ № 2012870).

Недостатком этого пенетранта является нестабильность контроля и пониженный уровень чувствительности, легколетучесть состава.

Для люминесцентно-цветной дефектоскопии используют также безводную водорастворимую жидкость на масляной основе с люминесцентным водорастворимым красителем и родамином С следующего состава, мас.%

- спирт этиловый	30%
- керосин	50%
- родамин С	2 вес.%
- люминесцентный краситель №75	0,5-1 вес.%
- люмкраситель другого сорта	1,5%
- монобутиловый эфир диэтиленгликоля	20%

(Патент США 3735131).

Этот пенетрант содержит дорогостоящие компоненты (красители), и применение пенетранта экономически нецелесообразно.

Для обнаружения выходящих на поверхность трещин при контроле изделий из неметаллических кристаллических материалов, например моделей на основе карбамида, применяемых при литье в оболочковые формы, применяют цветной пенетрант для капиллярной дефектоскопии, имеющий следующий химический состав, мас.%:

- органический краситель	0,5-0,7
- растворители:
- касторовое масло	40-50
- этиловый спирт	остальное

В качестве органического красителя используют роданин С.

(Авт. свид. СССР № 1935461).

Недостатком известного пенетранта является пониженная проникающая способность, недостаточная окраска дефектов в видимом цвете. Кроме того, этот пенетрант пожароопасен, относится к классу легковоспламеняющихся жидкостей.

За прототип принят пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии, имеющий следующий состав, мас.%:

Органический краситель:

- смесь диазосодержащего красного и
недиазосодержащего синего красителей	3-6
- неионогенное поверхностно - активное вещество ПАВ	10-40
- растворитель	остальное

В качестве ПАВ используется неонол или синтанол.

В качестве растворителя

- смесь дибутилсебацината с бутиловым спиртом при соотношении 2:1.

- смесь недиазосодержащего синего с диазосодержащим красным красителем берут в соотношении 1:(6-5). (Патент РФ № 2238543).

Недостатком пенетранта является цветная окраска, отсутствие изображения в ультрафиолетовой области спектра и недостаточная чувствительность, что не позволяет применять его для контроля деталей особо ответственного назначения.

Технической задачей данного изобретения является создание цветного пенетранта, работающего как в видимой, так и УФ областях спектра, повышенной проникающей способности, пониженной пожароопасности, позволяющего выявлять дефекты шириной раскрытия 0,5-1 мкм в ультрафиолете и 5-7 мкм в видимой области спектра.

Для достижения поставленной технической задачи предложен пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии, включающий органический краситель, неионогенное поверхностно-активное вещество и растворитель, отличающийся тем, что в качестве органического красителя используют смесь флуоресцирующих ксантеновых красителей - диоксиксантенового желто-оранжевого красителя и диаминоксантенового сине-красного красителя, а в качестве растворителя - смесь этиленгликоля с пропиленгликолькарбонатом при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь ксантеновых красителей	3-6
Неионогенное поверхностно - активное вещество (ПАВ)	10-40
Растворитель	Остальное

В качестве неионогенного ПАВ используют неонол, синтанол.

Смесь диоксиксантенового желто-оранжевого красителя и диаминоксантенового сине-красного красителя берут в массовом соотношении 1:2, а смесь этиленгликоля с пропиленгликолькарбонатом берут в массовом соотношении 1:3.

Поставленная задача достигается тем, что при разработке цветного пенетранта в качестве окрашивающей основы использована смесь ксантеновых красителей - диоксиксантенового красителя ярко-желто-оранжевого и диаминоксатенового красителя синего-красного в смеси высокотемпературных нелетучих растворителей, создающих в присутствии ПАВ стабильный раствор.

За счет колористических свойств (цвет, яркость) ксантеновых красителей ярко-желтого цвета в отраженном свете, благодаря исключительно яркой флуоресценции при дневном свете, краситель придает желто-оранжевую окраску пенетранту. Однако ввиду плохой растворимости и малой концентрации красителя в перечисленных растворителях нельзя создать достаточную концентрацию красителя в этих растворителях, а следовательно, яркость окраски следа дефекта под УФ (при контроле) - слабая. Для усиления окраски пенетранта в раствор диоксиксантенового ярко-желто-оранжевого красителя был введен диаминоксантеновый сине-красный краситель с сильной флуоресценцией в видимой и УФ области спектра. Подбором соотношения двух красителей в составе пенетранта удается значительно увеличить яркость окраски пенетранта при наличии ПАВ.

Для создания цветного пенетранта необходимо подобрать композицию красителя, растворителя и ПАВ, так как для большинства красителей колористические свойства довольно заметно меняются в зависимости от растворителя, причем влияние последнего невозможно предугадать. Неионогенное ПАВ добавляется к применяемому растворителю для улучшения растворимости красителя. При этом следует иметь в виду, что присутствие ПАВ может оказывать нежелательное воздействие на спектральные характеристики красителей. Предлагаемые в качестве ПАВ синтанол или неонол улучшают растворимость пенетранта и не ухудшают колористические свойства красителя.

С точки зрения капиллярной дефектоскопии цветной пенетрант - дефектоскопический материал, представляющий собой ярко окрашенную жидкость (раствор красителя), способную хорошо смачивать материал изделия и проникать в дефекты в результате действия капиллярных сил. Для этого пенетрант должен иметь достаточное высокое поверхностное натяжение и краевой угол смачивания при растекании, близкий к нулю.

Органические растворители для цветного пенетранта должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- Обладать высокой температурой кипения (температура кипения должна быть больше 200°С).

- Низкой летучестью.

- Относительно низкой токсичностью.

- Хорошо растворять красители для придания цветового контраста.

- Иметь значение вязкости 1-3 сП при 20°С.

- Поверхностное натяжение ∂±20 дн/см.

Последние два параметра обуславливают необходимые проникающие свойства пенетранта.

Учитывая вышеизложенное требование, в качестве растворителя для пенетранта была выбрана смесь этиленгликоля и пропиленгликолькарбоната в массовом соотношении 1:3. Краевой угол смачивания 30±1.

Этиленгликоль (ГОСТ 10164-75) - бесцветная жидкость, растворяется в воде и спиртах, температура кипения 200°С.

Пропиленгликолькарбонат (ТУ 6-09-11-2035-95) - высокотемпературный растворитель, бесцветная прозрачная жидкость, без запаха, нерастворим в воде, имеет температуру кипения 241°С. Массовая доля основного вещества (С₄Н₆О₃) не менее 99,5%, показатель преломления 1,4205-1,4225, температура вспышки 132°С. Пропиленгликолькарбонат - малотоксичный продукт. Ксантеновые красители:

- диоксиксантеновые красители ярко-желто-оранжевого цвета обладают исключительно яркой флуоресценцией при дневном свете. Труднорастворимы в воде, лучше в спирте.

- диаминоксантеновые красители синее-красного цвета обладают сильной флуоресценцией в отраженном свете.

Нами были исследованы ПАВ из ряда оксиэтилированных спиртов фракции С 12-14, относящиеся к биологически мягким ПАВ. В результате в качестве оптимального соединения были выбраны неонол и синтанол.

При введенном ПАВ смесь этиленгликоля с пропиленгликолькарбонатом имеет поверхностное натяжение 30 дм/см; краевой угол смачивания 10±3°; температура вспышки не менее 120°С.

Примеры осуществления

В лабораторных условиях было взято 4 металлических образца с искусственными дефектами, соответствующими первому классу чувствительности по ГОСТ 18442-80, где:

1^ый образец с дефектами с шириной раскрытия 0,5 мкм, глубиной 10 мкм:

2^ой образец с дефектами с шириной раскрытия 1,0 мкм, глубиной 20 мкм;

3^ий образец с дефектами с шириной раскрытия 1,5 мкм, глубиной 30 мкм;

4^ый образец с дефектами с шириной раскрытия 2,5 мкм, глубиной 50 мкм.

Образцы с искусственными дефектами с шириной раскрытия 2; 3; 5; 7; 8; 9; 10, глубиной 30-60 мкм.

Фрагменты деталей с обработкой поверхности Rz 20∨ с естественными дефектами, а также образцы из керамики (процент пористости <30%) с искусственными дефектами, на которые нанесли предлагаемый пенетрант, выдержали, избыток пенетранта удалили хлопчатобумажной тканью и нанесли проявитель ПР-1 (ТУ-6-09-11-3163-95). В составе пенетранта в качестве диоксиксантенового желто-оранжевого красителя взяли флуоресцеин (ТУ 09-26-51-87), в качестве диаминоксантенового красителя сине-красного использовали родамин С (ТУ 6-14-1088-84). Контролируемую поверхность рассматривали в видимом и УФ свете; по сине-красному следу дефекта на белом фоне контролируемой поверхности в видимой области спектра и в УФ свете на наличие расположения дефектов по желто-оранжевому следу.

Составы предлагаемого пенетранта и пенетранта-прототипа и результаты контроля приведены в таблице.

Результаты контроля показывают, что разработанный цветной пенетрант для капиллярной дефектоскопии обладает пониженной летучестью и пониженной пожароопасностью (температура вспышки больше 120°С), особо высокой чувствительностью, обеспечивает воспроизводимость контроля на 99% с выявлением минимального дефекта шириной раскрытия 0,5-1 мкм, в УФ свете и 5-7 мкм в видимой области спектра, повышает надежность и стабильность контроля изделий и расширяет область применения его в условиях ремонта и эксплуатации.

Состав предлагаемого и известного цветного пенетранта, заявленного и взятого за прототип, и результаты их испытаний.
Состав компонентов, мас.%	предлагаемые	прототип
	1	2	3	4	5
Краситель,
Смесь ксантеновых красителей:
Диоксиксантенового желто-оранжевого	1	2	1,3	2	-
красителя и диаминоксантенового сине-красного красителя	2	4	2,6	4	-
Смесь диазосодержащего красного	-	-	-	-	5
красителя 5С ТУ 6-3605800-145992-90 и	-	-	-	-	1
недиазосодержащего синего красителя антрахинонового ТУ 09-55-94-88
ПАВ
Неонол (АФ 9-12) ТУ 38-103625-87	10	20	-	25	-
Синтанол ТУ 6-14-577-87	-	-	40	-	40
Растворитель:
Дибутилсебацинат ГОСТ 8728-88	-	-	-	-	35,4
Бутиловый спирт ГОСТ 6006-88	-	-	-	-	17,6
Этиленгликоль ГОСТ 10164-75	21,75	18,5	14,0	17,25	-
Пропиленгликоль карбонат ТУ 6-09-11-2055-87	65,25	55,5	42,1	51,75	-
Под УФ светом уровень чувствительности	0,5-1	0,5-1	0,5-1	0,5-1	-
Размер минимального обнаруженного дефекта мкм
Воспроизводимость контроля %	99	99	99	99	0
В видимом свете.	5-7	5-7	5-7	5-7	1-2
Уровень чувствительности. Размер минимального обнаруженного дефекта мкм
Воспроизводимость контроля %	99	99	99	99	99
Удаление проявителя после контроля	Водой легко смывается при температуре 20-30°	Водой легко смывается при 20-30°С
Температура вспышки t°С	123	123	123	123	93

1. Пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии, включающий органический краситель, неионогенное поверхностно-активное вещество и растворитель, отличающийся тем, что в качестве органического красителя используют смесь флуоресцирующих ксантеновых красителей - диоксиксантенового желто-оранжевого красителя и диаминоксантенового сине-красного красителя, а в качестве растворителя - смесь этиленгликоля с пропиленгликолькарбонатом при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь ксантеновых красителей 3-6

Неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ) 10-40

Растворитель Остальное

2. Пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии по п.1, отличающийся тем, что в качестве неионогенного ПАВ используют неонол, синтанол.

3. Пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии по п.1, отличающийся тем, что смесь диоксиксантенового желто-оранжевого красителя и диаминоксантенового сине-красного красителя берут в массовом соотношении 1:2.

4. Пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии по п.1, отличающийся тем, что смесь этиленгликоля с пропиленгликолькарбонатом берут в массовом соотношении 1:3.