Пенетрант - главный индикаторный материал для капиллярной дефектоскопии​

Пенетрант - дефектоскопический материал для капиллярного контроля с высокой проникающей способностью, предназначенный для заполнения полости и обнаружения поверхностных и сквозных дефектов посредством формирования индикаторного рисунка. Это расходный материал для цветного и люминесцентного метода капиллярной дефектоскопии, позволяющий собирать первичную информацию об имеющихся несплошностях. В состав пенетрантов входят красящие вещества (чаще всего - красного цвета), или люминесцирующие добавки (для ярко-зелёного либо ярко-жёлтого свечения индикаторного рисунка), или и то, и другое одновременно. Пенетранты применяются с очистителем и проявителем - поэтому дефектоскопические материалы для капиллярного контроля должны органично друг с другом сочетаться и часто поставляются наборами. Пенетранты подбираются с учётом класса чувствительности по ГОСТ 18442-80 "Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования" и в соответствии с требованиями руководящей нормативной технической документации (НТД) и операционных технологических карт (ОТК). Требования к данным материалам отражены, например, в ГОСТ Р ИСО 3452-2-2009 "Контроль неразрушающий. Проникающий контроль. Часть 2. Испытания пенетрантов", а также в зарубежных стандартах AMS 2644, ASTM E165, ASTM E1417, ASME V Art. 6 и др. Согласно ГОСТ 24522-80 "Контроль неразрушающий капиллярный. Термины и определения", пенетранты бывают органосмываемыми и водосмываемыми, последующего эмульгирования, обеспечивающими, ахроматическими, люминесцентными, люминесцентно-цветными, магнитными, электропроводящими, ионизирующими, поглощающими и пр. На практике чаще всего применяются цветные и люминесцентные, водосмываемые и органосмываемые, а также постэмульгируемые пенетранты. Для проверки их пригодности и чувствительности используются аттестованные контрольные (стандартные) образцы с искусственными несплошностями (например, с тупиковыми трещинами с разной шириной раскрытия). В лабораториях неразрушающего контроля (ЛНК) пенетранты хранятся в соответствии с инструкциями производителей, подлежат входному контролю и учёту в журналах. К каждой партии данных дефектоскопических материалов прилагается паспорт и сертификаты соответствия техническим условиям, по которым они изготавливаются.

Содержание:​

"Роль" пенетрантов при проведении ПВК
Подбор пенетрантов
Особенности классификации
Другие материалы для капиллярного метода
Где купить материалы для капиллярной дефектоскопии

Назначение пенетрантов​

Яркость индикаторного следа достигается благодаря контрастному цвету пенетрантов – чаще всего красному или, реже, зелено-жёлтому, жёлто-оранжевому свечению (у люминесцентных материалов). Самый распространённый вариант упаковки – аэрозольные баллончики вместимостью 400–500 мл. Для больших объёмов контроля предусмотрена поставка в канистрах по 1, 5, 10, 20, 25 л и бочках до 200 л. У каждого производителя своя линейка продукции. Из импортных в России пользуются спросом материалы Magnaflux, Sherwin, Helling, MR Chemie, Chemetall. Из отечественных отметим марки «КЛЕВЕР», «Элитест», R-Тест и др.

Именно от пенетранта во многом зависит класс чувствительности капиллярной дефектоскопии. Он указывает на минимальную ширину раскрытия дефекта, доступную для выявления при помощи данного конкретного индикаторного вещества. В ГОСТ 18442-80 предусмотрено четыре основных и один дополнительный класс чувствительности:

• I класс (выявление несплошностей размером менее 1 мкм);
• II класс (выявление несплошностей с шириной раскрытия 1–10 мкм);
• III класс (в пределах 10–100 мкм);
• IV (в диапазоне от 100 до 500 мкм);
• технологический ненормируемый класс.

Индикаторное вещество должно соответствовать требуемой чувствительности, указанной в операционной технологической карте и руководящей документации. Кроме того, при выборе материалов нужно учитывать и другие параметры.

Химический состав цветных и люминесцентных пенетрантов может различаться в зависимости от марки. Для обеспечения оптимальной растворимости, смачивающей способности, поверхностного натяжения и иных качеств жидкость изготавливают с добавлением керосина, ацетона, этанола, масла, поверхностно-активных веществ и т.д. За колористические параметры отвечают красители и/или люминофоры. У некоторых брендов есть продукты с ароматическими добавками.

Вообще, в советское время индикаторные растворы зачастую готовили самостоятельно, из мела и керосина. Судя по воспоминаниям «ветеранов» дефектоскопии, такие «смеси» вполне справлялись со своей задачей и обеспечивали выявляемость дефектов, особенно сквозных. Керосин, как мы уже упомянули, и поныне встречается в современных материалах. Их химический состав со временем становился сложнее. И это логично, поскольку производителям нужно добиваться достижения свойств, подчас прямо противоположных. Каких именно? Давайте разбираться.

Требования к пенетрантам​

Испытания данных материалов выполняются в соответствии с ГОСТ Р ИСО 3452-2-2009. Там же содержатся критерии качества для данной продукции. Помимо уже упомянутой чувствительности и внешнего вида, к таковым относятся:
1) плотность;
2) смачиваемость;
3) проникающая способность;
4) точка вспышки (воспламенения);
5) стойкость к смыванию;
6) цветовые качества;
7) вязкость и кинематическая вязкость. «Слишком жидкий» пенетрант плохо подходит для нанесения на изогнутые, вертикальные и наклонные поверхности, потому что очень легко стекает;
8) устойчивость к УФ-облучению и воде. При правильном использовании очистителя и верном подборе УФ-лампы качественный материал не будет вымываться из несплошностей и каким-либо образом разрушаться;
9) коррозионные свойства. Для того, чтобы материал не провоцировал коррозионные поражения, в состав добавляют специальные ингибиторы коррозии;
10) содержание серы и галогенов. По данному показателю можно судить о токсичности материала;
11) остаток после испарения сухого вещества;
12) повторная дисперсность (от этого зависит возможность создания тонкого равномерного слоя на поверхности);
13) гранулометрический состав, светостойкость и пр.

Помимо химико-физических качеств, при выборе пенетранта важно учитывать результаты испытаний в ведущих российских материаловедческих институтах (если подобные экспертизы вообще проводились). Для специалистов ПВК определяющим фактором было и остаётся наличие у материалов положительных заключений таких организаций, как ФГУП «ВИАМ», АО «НИКИМТ-Атомстрой», ФГУП «ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» и др. Для работы на объектах АК «Транснефть» и ПАО «Газпром» нужно убедиться, что материалы также были ими одобрены (внесены в соответствующий табель или реестр). Иными словами, применение того или иного индикаторного вещества обязано быть «правомочным», то есть обоснованным руководящей документацией. Так устроена вся индустрия неразрушающего контроля.

Но и на этом не всё. Есть ещё ряд моментов, отчасти субъективных. Чтобы понять, подходит им пенетрант или нет, специалисты капиллярного контроля учитывают:

• как сильно и чем он пахнет;
• насколько он токсичен;
• насколько хорошо со своей задачей справляется распылительная головка (если вещество поставляется в аэрозольных баллонах);
• нет ли больших потёков по стенкам баллона после использования;
• подходит ли материал для автоматических линий контроля (для люминесцентных пенетрантов);
• насколько экономичным можно считать расход;
• как долго он сохнет после нанесения;
• сколько стоит, предусмотрены ли скидки, кто производитель, как быстро осуществляется доставка и т.д.

И напоследок по поводу качества. Для его проверки используют контрольные образцы в виде пластин с искусственно выполненными трещинами. Их ширина соответствует тому или иной классу чувствительности. Ресурс образцов ограничен (обычно от 50 до 100 циклов нанесения-очистки), поскольку в полостях могут скапливаться отложения. И конечно же, для тестирования материалов допускается использовать только те образцы, которые прошли метрологическую аттестацию. Это должно подтверждаться соответствующим свидетельством или сертификатом калибровки - проходить её нужно раз в 3 года.

Срок годности у пенетрантов не безграничен. Обычно он составляет 3-5 лет. По истечении этого периода дефектоскопические материалы, по идее, подлежат утилизации, но в ряде случаев их могут допустить к целевому использованию. При условии, что их рабочие свойства и чувствительность проверены на аттестованных контрольных образцах.

Разновидности пенетрантов для капиллярного контроля​

В зависимости от своих свойств данные материалы подразделяются на несколько типов:

• ахроматические, цветные, люминесцентные и комбинированные. Цвет ахроматических – серый или чёрный (либо отсутствует как таковой). Цветные материалы – чаще всего красные. Люминесцентные вещества становятся чётко видны под воздействием УФ-лучей с длиной волны 365 нм. Чаще всего это яркое зеленовато-жёлтое свечение. Комбинированные пенетранты, которые видны и при обычном освещении, а в ультрафиолете ещё испускают люминесцентное излучение. В продаже можно ещё встретить флуоресцентные материалы. Своим характерным свечением под действием ультрафиолета они схожи с люминесцентными, но отличаются от них тем, что не склонны к «накоплению» светового излучения;
• смываемые водой или органическими растворителями. Первый вариант безопаснее с точки зрения антикоррозийной защиты и экономичнее. Однако не всегда есть физическая возможность использовать воду, да и не для всех объектов это разрешено. Тогда нужно применять очиститель на органической основе. Отдельную категорию образуют постэмульгируемые материалы, которые обесцвечиваются (нейтрализуются) путём нанесения так называемых гасителей. Они же – эмульгаторы, которые бывают гидрофильными и липофильными. Принцип действия липофильных эмульгаторов основан на диффузии в пенетрант, нанесённый на контролируемую поверхность. Полученную таким образом смесь легко удалить водой, например, механическим путём. При использовании гидрофильных эмульгаторов, напротив, диффузии не происходит. Они содержат в своём составе растворитель и поверхностно-активные вещества. Гидрофильные эмульгаторы разделяет пенетрант на малые объёмы, не даёт им вновь сливаться и соединяться с контролируемой поверхностью. Нанося на пенетрант новые и новые порции гидрофильного эмульгатора - постепенно удаляется весь лишний пенетрант, за исключением того, что осталось в несплошностях. Преимущество эмульгирующих очистителей в том, что они позволяют точнее контролировать процесс удаления излишков пенетранта перед нанесением проявителя. При использовании пенетранта, который не растворим в воде, эмульгатор может создавать с ним устойчивые эмульсии, так что находящиеся на контролируемой поверхности излишки удаляются водой. Заполнивший полости дефектов пенетрант при этом остаётся. Постэмульгируемые пенетранты и эмульгаторы используются преимущественно в автоматизированных линиях капиллярного контроля, когда технологические операции нанесения пенетранта и промывки изделий выполняются погружением и/или струйной обработкой, без дополнительной протирки. Вода дешевле растворителей, безопаснее в работе, а благодаря антикоррозионным добавкам - в таком виде безвредна даже для металлических изделий. Постэмульгируемые пенетранты бывают цветными и люминесцентными - и поставляются преимущественно в канистрах и бочках;
• для нормальных, высоких или низких температур. Начнём с того, что один из основных руководящих документов для капиллярного метода, РД 13-06-2006, указывает на возможность проведение контроля при температурах от -40 до +40 ˚С. И действительно, в продаже есть низкотемпературные пенетранты для капиллярного контроля при -15 или даже при -30 ˚С. Что касается высокотемпературных материалов, то некоторые из них рассчитаны на температуру до +90 или даже до +200 ˚С. Допустимый диапазон температур для каждого конкретного материала указывается на упаковке – баллоне, канистре, бочке. Пример низкотемпературных пенетрантов - "Инспектор PRL", высокотемпературного - "Элитест П42Т".

В ГОСТ 18442-80 также выделяются ионизирующие и поглощающие излучение, магнитные и электропроводящие, нейтральные индикаторные вещества и т.д. Выбор конкретного типа материалов, вплоть до конкретной марки и наименования, обычно предопределяется НТД и ОТК.

Также на рынке представлены пенетранты с особой рецептурой, без содержания растворителей. Такие дефектоскопические материалы позиционируются как экологически чистые, не нуждающиеся в предварительной фильтрации в процессе утилизации. Такие индикаторные жидкости безопасны для пластмасс, безвредны для здоровья дефектоскопистов, легко смываются водой. Пример такого пенетранта - "Элитест П52".

Какие ещё материалы входят в наборы для капиллярной дефектоскопии​

Разумеется, одного цветного или люминесцентного пенетранта недостаточно для полноценного контроля. Не случайно многие производители, помимо продажи продуктов по отдельности, предлагают наборы дефектоскопических материалов. Помимо индикаторного вещества, в таких комплектах предусмотрено всё остальное, что необходимо для ПВК, а именно:

• очиститель. Используется после нанесения индикаторного вещества, но до проявителя. Может применяться и в самом начале, после удаления с поверхности пыли, масла и иных загрязнений - для её очистки и обезжиривания. И всё же основное назначение очистителя в том, чтобы удалять излишки пенетранта. Делают это при помощи смоченной данным составом безворсовой ветоши или салфеток. Распылять очиститель непосредственно на поверхность запрещено, поскольку это привело бы к вымыванию вещества из полостей дефектов. При отрицательной температуре ткань смачивают этиловым спиртом. В случае с водосмываемыми индикаторными растворами их удалять методом водяного душа. При этом давление, угол наклона форсунки, расстояние до поверхности – все эти параметры строго регламентированы. На этапе очистки контролируемой поверхности, перед нанесением пенетранта - после нанесения очистителя нужно выждать немного времени для сушки, примерно 1-2 минут. На этапе удаления излишков пенетранта - обычно последний выдерживают перед нанесением очистителя примерно 5-10 минут;
• проявитель. Наносится сразу после удаления излишков пенетранта тонким ровным слоем (10-15 мкм, или 0,01-0,015 мм), образуя белое покрытие, на фоне которого особенно чётко видны индикаторные следы. Задача проявителя в том, чтобы «извлечь» на поверхность пенетрант, который остался в трещинах, порах и иных дефектах после обработки очистителем. Правда, важно не переборщить, иначе из-за чрезмерного количества проявителя рисунок будет «закрашен». На то, чтобы следы от дефектов обозначились в виде точек, пятен и линий, нужно время. Для крупных несплошностей – меньше, для маленьких трещин и царапин – больше. Удаляют проявитель разными способами – промывкой и протиркой, обдувкой, ультразвуком и т.д. Проявители бывают сорбционными и диффузионными. Первый вариант более распространён. Такие проявители состоят из нейтральных сорбентов и создают на поверхности фоновый слой с микропористой структурой. Отметим также, что проявитель – обязательный атрибут для цветного и люминесцентного метода дефектоскопии. Осмотр индикаторных рисунков выполняется дважды: через 3-5 минут после нанесения проявителя и через 15-20 минут после этого (точные временные интервалы зависят от НТД и ОТК);
• гаситель. Он же – эмульгатор. Используется с постэмульгируемыми пенетрантами. Его назначение в том, чтобы уменьшить фоновую люминесценцию на шероховатых поверхностях и тем самым повысить контрастность индикаторного рисунка. Кроме того, эмульгатор помогает защитить индикаторный состав от вымывания из несплошностей. Важно, чтобы эмульгатор полностью омывал контролируемую поверхность. После проведения контроля гаситель легко удаляется водой с остальными веществами.

Важно, чтобы все дефектоскопические материалы были совместимы, причём не только друг с другом. Их применение не должно отражаться на эксплуатационных качествах объекта - приводить к появлению коррозии, ухудшению внешнего вида и т.д.

При работе с пенетрантом и в целом при проведении капиллярной дефектоскопии не обойтись без большого количества ветоши, средств индивидуальной защиты (очки, респираторы, перчатки, костюмы). В зависимости от способа нанесения можно дополнительно использовать опрыскиватели-пульверизаторы, компрессоры, краскопульты и пр. Вообще, инструменты и аппаратура для капиллярной дефектоскопии – отдельная большая тема, которой мы обязательно в будущем посвятим свой текст.

На форуме «Дефектоскопист.ру» вы легко найдёте десятки тем, посвящённых цветной и люминесцентной дефектоскопии и расходным материалам, в частности. Чтобы задать вопросы по выбору и применению пенетрантов и в целом по капиллярному контролю, зарегистрируйтесь на нашем сайте и делитесь опытом со специалистами ПВК со всей страны!

Где купить пенетрант для цветной дефектоскопии​