Індикаторний пенетрант для капілярної дефектоскопії

Винахід відноситься до якісного і кількісного складу рідких індикаторних пенетрантів для капілярної дефектоскопії, тобто для виявлення, як правило, поверхневих мікродефектів у деталях машин, виготовлених переважно з гідрофільних матеріалів і працюючих в умовах інтенсивних і, нерідко, знакозмінних (термо)механічних навантажень. Такі пенетранти можуть бути застосовані при міжопераційному і заключному контролі якості деталей на заводах-виробниках і при експлуатації і ремонті трубопроводів, устаткування хімічних заводів і електростанцій, при монтажі, обслуговуванні і ремонті систем водо-, газо- і теплопостачання довільних будинків, при побудові (виготовленні), технічному обслуговуванні і ремонті морських і річкових (особливо наливних) суден, засобів автомобільного транспорту, літальних апаратів і багатьох інших виробів машинобудування. Масова потреба в пенетрантах обумовлена: - по-перше, тим, що мікротріщини, глухі пори в масивних деталях і, тим більше, наскрізні пори в труба х і резервуарах, розшарування й інші поверхневі чи вихідні на поверхню мікродефекти служать концентраторами напружень у деталях машин, а тому повинні бути превентивно виявлені і, по можливості, усун уті; - по-друге, тим, що в міру розвитку систем після продажного обслуговування і ремонту виробів машинобудування, особливо з застосуванням зварювання і наплавлення різних видів, дефекти виникають тим частіше, чим менш кваліфіковані ремонтники; - по-третє, тим, що саме капілярна дефектоскопія в порівнянні з іншими засобами виявлення поверхневих дефектів дає найбільш наочні результати і тому доступна навіть для малокваліфікованого персоналу. З урахуванням сказаного необхідно, щоб індикаторні пенетранти: - мали б якнайбільшу проникаючу здатність і, відповідно, чутливість, яку прийнято оцінювати за мінімально виявленим поперечним розміром («розкриттям») дефектів; - були б якомога менш схильні до займання і токсичні для користувачів (і тому не вимагали особливих запобіжних заходів при їх виготовленні, фасуванні, збереженні, транспортуванні і використанні), практично виключали б корозію об'єктів неруйнівного контролю, були б практично безпечні для природного середовища і - забезпечували б якомога менші витрати на дефектоскопію. Роздільне виконання цих вимог і комбінацій деяких з них неважко, тому що типовий якісний склад пенетрантів досить давно визначений і включає: - щонайменше один «барвник», що - за умови проникнення в порожнину поверхневого дефекту і наступного проявлення - контрастно виділяє цей дефект на тлі поверхні деталі; - щонайменше однокомпонентну рідку основу, яка у всіх випадках служить дисперсійним середовищем для барвника і, хоча б почасти, «засобом транспорту» для введення барвника всередину дефектів, що виявляються, і - щонайменше одну поверхнево-активну речовину (далі ПАР) для полегшення диспергування барвника в рідкій основі, стабілізації отриманої дисперсії і полегшення змочування стінок дефектів, що виявляються, цією дисперсією навіть при дефектоскопії виробів з олеофільних матеріалів. Класичним зразком може служити індикаторний пенетрант, відомий з GB 763885 і US 2806959. Він містить (% мас.): - приблизно 15% органорозчинних люмінофорних барвників; - приблизно 45% очищеного від ароматичних компонентів гасу як основи і - приблизно 40% органорозчинних ПАР. Гас загальнодоступний, дешевий, практично не токсичний, прекрасно змочує металеві поверхні і легко «втягується» у порожнини будь-яких мікродефектів, а тому давно і справно слугує основою багатьох пенетрантів для капілярної дефектоскопії. Однак він сам по собі не може забезпечити ні контраст між зонами дефектів і іншою поверхнею контрольованих виробів, ні гарантувати одержання стійкої дисперсії (суспензії, емульсії І, тим більше, істинного розчину) барвника. Люмінофори забезпечують чудовий контраст, але дорогі і погано розчинні навіть у гасі і самі по собі не здатні проникати в порожнини мікродефектів. Саме тому в описаному вище складі вони узяті в дуже високій концентрації разом з також дорогими ПАР у ще більшій концентрації. Відомі багато спроб здешевіти індикаторні пенетранти застосуванням легко розчинних у вуглеводнях барвників і повним виключенням ПАР. Як правило, у них використані барвник Судан-IV, давно знятий з виробництва і заборонений до застосування через токсичність, і вогненебезпечні основи у вигляді сумішей вуглеводнів з високою температурою кипіння і летучи х навіть за низькою (менш 25°С) температурі добавок. Один з пенетрантів такого типу включає 10-15 г барвника Судан-IV на 1,0 л суміші гасу і скипидару в співвідношенні 80/20 % мас. (див. 1. SU 1506906; 2. Лабораторные работы по контролю качества сварных соединений. - М.: Ма шиностроение, 1966, с.69). Більш екзотичний пенетрант того ж типу (SU 573405) включає (% мас.): мінеральна олія 0,5-0,3 дифтордихлорметан 35,0-40,0 1 -й барвник Судан-IV 0,5-1,5 2-й барвник Нігрозин 0,05-0,12 розчинник (скипидар і/або ксилол) до 100. Очевидно, що всі зазначені пенетранти (і, особливо, останній) токсичні і вогненебезпечні, і вже тому їх застосування дуже небажане. Відомі спроби звести вогненебезпечність до мінімуму виготовленням пенетрантів на водяній основі. Так, з SU 1679308 відомий комплект матеріалів для капілярної дефектоскопії, що включає набір реагентів (зокрема, водяний розчин придатної солі нікелю з вихідним ясно-зеленим кольором, і нітрат натрію з добавками ізопропанолу і водяного розчину аміаку), здатний набувати яскравого рожево-червоного кольору. Однак ці пенетранти не знайшли широкого застосування через корозійну активність і необхідність готувати суміш безпосередньо перед нанесенням на поверхню контрольованого виробу. Проте, використання водяної основи дозволяє кардинально знизити вогненебезпечність і істотно здешевіти пенетранти. Тому головною проблемою стає вибір придатних не токсичних барвників і ПАР, здатних забезпечити чутливість до дефектів з розкриттям порядку 1 мкм. На жаль, пенетранти на водяній основі, у складі яких використані загальнодоступні практично нетоксичні широко відомі барвники, не мають потрібну чутливість. Так, пенет-рант згідно SU 353945, у який включені (% мас.): барвник «родамін С» 2-3 суміш «змочувачів» (ПАР), у яку включені: етанол. 0-25 сульфанол 2-3 пасиватор - нітрат натрію 2-3 і вода до 100, забезпечує виявлення дефектів з розкриттям не менш 5 мкм. Це прийнятне для дефектоскопії зварених швів на виробах, що працюють при статичних навантаженнях у наземних умовах (наприклад, у будівельних металоконструкціях). Однак для контролю якості виробів у хімічній промисловості, енергетиці і транспортному машинобудуванні така чутливість явно недостатня. Трохи краще найближчий до пропонованого пенетранту по технічній суті індикаторний пенетрант згідно SU 539058, у який включені (% мас.): барвник фуксин кислий 6,0-7,0 суміш «змочувачів» (ПАР), у яку включені: винна кислота 6,0-7,0 олефінсульфат 0,5-1,5 вода до 100. Він дозволяє виявляти поверхневі мікродефекти з розкриттям до 3 мкм. Однак, як уже було зазначено вище, цього недостатньо для контролю якості виробів у хімічній промисловості, енергетиці і транспортному машинобудуванні. Мало того, навіть дефекти з таким розкриттям удається виявити за умови, що шорсткість поверхні задовольняє жорсткій умові Rz £ 20. В основу винаходу покладена задача заміною барвника і ПАР, доповненням складу і відповідною зміною співвідношення інгредієнтів створити такий індикаторний пенетрант, який, поряд з практичною безпекою виробництва, збереження і застосування, забезпечував би виявлення дефектів з розкриттям близько 1 мкм на грубій поверхні. Ця задача вирішена тим, що індикаторний пенетрант для капілярної дефектоскопії, що містить водяну основу, органічний барвник і щонайменше одну поверхнево-активну речовину (П АР), згідно з винаходом містить «основний малиновий» барвник антипіринового ряду з хіноїдною групою й неіоногенну ПАР і додатково містить добавку кислоти, причому зазначені інгредієнти узяті в наступному співвідношенні (% мас.): основний малиновий 3,0-5,0 неіоногенна ПАР 0,5-1,0 кислота у кількості від слабокислого до близького до нейтрального рН вода до 100. Як підтвердили описані далі експерименти, барвник антипіринового ряду з хіноїдною групою разом з узятими в зазначеному співвідношенні іншими інгредієнтами гарантує виявлення поверхневих дефектів з розкриттям близько 1 мкм при шорсткості поверхні Rz на рівні 30-40. Дійсно, такий барвник сам по собі має поверхневу активність і тому добре розчинний у воді в кількості до 7% мас. і може проникати в поверхневі дефекти і закріплюватися на їх стінках навіть без застосування інших ПАР. Далі, його коефіцієнт екстинкції не нижче 40000 уже при рН=(5-6) і досягає 50000 при більшій кислотності. І, нарешті, максимум у спектрі його пропускання приходиться на довжину хвилі 510 нм. Тому навіть при концентрації барвника в пенетранті на рівні близько 3% мас. у місцях розташування дефектів в шарі проявника утворюються яскраві малинові плями. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що кислота обрана з групи мінеральних кислот, яка складається із соляної й азотної кислот. Вони загальнодоступні, при цьому азотна кислота найефективніша при дефектоскопії виробів зі сталі, алюмінію і сплавів на його основі. Друга додаткова відмінність полягає в тому, що кислота обрана з групи монокарбоно-вих органічних кислот, яка складається з мурашиної та оцтової кислот. Усі вони також загальнодоступні, а їх застосування дозволяє знизити корозійну активність пенетрантів навіть при підкисленні до рН менш 5. Третя додаткова відмінність полягає в тому, що неіоногенна ПАР обрана з групи, яка складається з неонола, синтанола, змочувача ОП-7, змочувача ОП-10 або їх сумішей. Це дозволяє вибирати найдоступнішу ПАР при практично однаковій ефективності капілярної дефектоскопії. Зрозуміло, що при виборі конкретних варіантів складу пенетрантів можливі різні комбінації зазначених додаткових відмінностей з основним винахідницьким задумом, що цей задум у межах, визначених формулою винаходу, може бути доповнений і/або уточнений з використанням звичайних знань фахівців і що наведені далі приклади ніяким чином не обмежують обсяг прав на основі винаходу. Далі суть винаходу пояснюється: описом способу виготовлення антипіринового барвника з хіноїдною групою, що має тривіальну назву «основний малиновий» і раціональна назва «диантипірил-(4-диметиламінофеніл) карбенію» (далі скорочено - «ОМ»), узятого у вигляді придатної солі, прикладами конкретних складів і описом способів виготовлення і практичного застосування індикаторних пенетрантів і описом методики і результатами їх випробувань на стандартних зразках поверхневих і вихідних на поверхню наскрізних дефектів. Основу «ОМ» одержують простим змішуванням узятих у мольному співвідношенні 2/1 антипірину і диметил-ламінобензальдегіду у водяному розчині соляної кислоти густиною 1,19 г/см 3. Приблизно через півгодини суміш розбавляють водою (не більш ніж у півтора рази по об'єму) і ви тримують при кімнатній температурі не менш години (а переважно до 12 годин) до випадання рожевих кристалів. Осад відокремлюють фільтруванням, як правило, промивають водою і щонайменше однократно перекристалізовують з водяного розчину соляної кислоти густиною 1,19 г/см 3 з одержанням напівпродукту у вигляді блідо-рожевих кристалів двосолянокислої лейкооснови диантипірил-диметил-п-амінофенілметана (з виходом не гірше 66,5% від теоретичного). Цю лейкооснову перетворюють у карбінольну сполуку дією хлорного заліза. Для цього лейкооснову розчиняють у звичайно дистильованій воді (зокрема, у співвідношенні 2,6/16 кг/кг), розчиняють хлорне залізо також у звичайно дистильованій воді (зокрема, у співвідношенні 2,4/18 кг/кг), при постійному перемішуванні поєднують ці розчини, нагрівають суміш до температури 80-85°С і витримують при цій температурі протягом приблизно 1,5 години. Далі, продовжуючи перемішування, суміш охолоджують природним шляхом до кімнатної температури, повільно (тонким струмком) додають до неї 15% водяний розчин їдкого натру до досягнення р/-/=88,5 і суміш витримують при кімнатній температурі протягом 20-22 годин до випадання осаду гідроксиду заліза, який відокремлюють фільтруванням. Фільтрат обробляють 20% водяним розчином їдкого натру до зникнення червоного кольору (звичайно до рН=9,7-10,0) і випадання осаду карбінольної сполуки «ОМ». Для повноти осадження масу витримують при кімнатній температурі протягом 18-20 годин, осад відокремлюють фільтруванням, щонайменше двічі промивають на фільтрі 5% водяним розчином їдкого натру для видалення слідів хлор-іонів, віджимають, сушать до постійної маси при температурі 75-80°С і далі застосовують для виготовлення пенетрантів для капілярної дефектоскопії. Спосіб виготовлення індикаторних пенетрантів полягає в наступному: а) у зазначених у суті винаходу і далі в Таблиці 1 межах співвідношень інгредієнтів вибирають конкретну рецептур у індикаторного пенетранта; б) дозують необхідні кількості визначених на стадії (а) інгредієнтів; в) розчиняють дози барвника ОМ (у ви гляді сухої карбінольної сполуки) і обраного ПАР в істотній порції води, підкисляють обраною кислотою до рН=(5-6) і, додаючи залишок води, одержують робочий розчин «ОМ». Для експериментальної перевірки здійсненності й ефективності винаходу були виготовлені і випробувані індикаторні пенетранти, що містили інгредієнти в кількостях, зазначених у таблиці 1. Для перевірки ефективності пенетрантів застосовували: а) лабораторні зразки з оловянистої латуні з хромовим гальванічним покриттям товщиною близько 50 мкм, які мали шорсткість поверхні в інтервалі Rz = 30-40 і поверхневі дефектиз послідовно зменшуваним розкриттям у ряді 3 мкм, 2 мкм і 1 мкм у вигляді тріщин, отриманих контрольованим зламом зазначеного покриття на механічному пресі, і б) контрольні течі у вигляді щільно закріплених у металевих шайбах і каліброваних по діаметру в ряді 1,5 мкм, 1,2 мкм і 0,9 мкм скляних капілярів довжиною не менш 30 мкм, що служили моделями наскрізних дефектів, які виходять на поверхню деталей. Випробування проводили серіями по 10 експериментів з кожним зразком і кожним із зазначених у таблиці 1 складів індикаторних пенетрантів у такий спосіб: кожен випробуваний пенетрант наносили (звичайно пензликом) на поверхню зразка, попередньо очищену від механічних домішок, знежирену ацетоном або очищену від залишків проявника, що був використаний у кожному попередньому експерименті, і ретельно висушену; кожен вкритий пенетрантом зразок витримували протягом 5 хвилин, змивали надлишок пенетранта водою, осушували поверхню бавовняною серветкою і наносили проявник у вигляді 20% суспензії каоліну в етанолі; дефекти визначали по малинових плямах в шарі проявника. Результати фіксували у вигляді співвідношення кількості експериментів у кожній серії і кількості успішних експериментів по виявленню дефектів з відомим розкриттям. Ці дані наведені в таблиці 2. Аналіз даних з таблиці 2 свідчить про високу ефективність запропонованих індикаторних пенетрантів. Запропоновані індикаторні пенетранти можуть бути виготовлені довільними партіями за замовленням з застосуванням як мінеральних, так і зазначених у суті винаходу органічних кислот (якщо споживач зажадає звести корозійну активність пенетранта до мінімуму). Вони практично безпечні у виробництві, збереженні і застосуванні і можуть бути використані для надійної кольорової капілярної дефектоскопії при мінімальному рівні підготовки персоналу. Таблиця 1 Склад індикаторних пенетрантів для випробувань Інгредієнти барвник ОМ неіоногенна неонол ПАР синтанол ОП-7 ОП-10 НNО3 кислота HCl 1 3,0 0,5 Кількість інгредієнтів (% мас.) по прикладах 2 3 4 5 4,5 5,0 3,0 4,5 1,0 0,5 0,5 0,25 0,25 до рН 5 До рН6 вода дистильована 6 5,0 0,25 0,25 до 100 Таблиця 2 Результати випробувань індикаторних пенетрантів Номери зразків тріщини Тип і розміри (в мкм) дефектів контрольні течі 1 2 3 4 5 6 3,0 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 2,0 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 1,0 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 1,5 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 1,2 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 10/10 0,9 10/9 10/8 10/10 10/9 10/10 10/9