Методы контроля проникающими веществами. Модуль 1. Методы контроля герметичности изделий. Курс лекций

А.Л. Ремизов, А.С. Зубарев, А.А. Дерябин

Методы контроля 
проникающими веществами

Модуль 1 
Методы контроля 
герметичности изделий

Курс лекций

Учебное пособие

2-е издание

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 620.165.29(075.8)
ББК 30-07
 
Р38 

ISBN 978-5-7038-5191-3 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Издание доступно в электронном виде по адресу 

Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Технологии сварки и диагностики» 

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Рецензенты: 
канд. техн. наук М.Е. Комов
канд. техн. наук, доцент Ю.Ю. Инфимовский

Ремизов, А. Л. 
Р38

ISBN 978-5-7038-5191-3 

Приведены материалы лекций по курсу «Методы контроля проникающими 
веществами», основанные на исследованиях в области контроля герметичности. 
Усвоение материала учебного пособия позволит студентам получить практические 
навыки решения теоретических и практических задач. 
Для студентов кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ 
им. Н.Э. Бау мана. 

УДК 620.165.29(075.8)
ББК 30-07

ebooks.bmstu.press/catalog/47/book2035.html

Методы контроля проникающими веществами. Модуль 1. Методы 
контроля герметичности изделий. Курс лекций : учебное пособие / 
А. Л. Ремизов, С. А. Зубарев, А. А. Дерябин. — 2-е изд. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 90, [2] с. : ил. 

Предисловие 

Контроль изделий на герметичность является важным комплексом 
работ и занимает особое место в ряду методов неразрушающего контроля 
сварных соединений и конструкций. Методы, применяемые при контроле 
герметичности, основаны на физических явлениях, которые были открыты 
русскими и иностранными исследователями более 100 лет назад (например, 
работа Д.И. Менделеева «О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании», опубликованная в 1880 г.). Большой вклад в развитие данных методов 
внесли отечественные ученые: А.И. Евлампиев, Г.А. Востров, Л.Н. Розанов, 
Е.Д. Попов, С.Г. Сажин, Л.Д. Муравьева, С.А. Добротин, А.В. Половинкин, 
Ю.А. Кондратьев и многие другие. 
Несмотря на кажущуюся простоту методов течеискания, в основе каждой схемы контроля заложены сложные физические явления.
Цель учебного пособия — изучение физических явлений и основных 
схем оценки герметичности изделий. 
Материал, представленный в учебном пособии, входит в Модуль 1 курса «Методы контроля проникающими веществами». Освоение материалов 
модуля позволит студентам овладеть навыками анализа процессов проникновения газов и жидкостей через сквозные несплошности при различных 
давлениях и в условиях вакуума, выбирать метод испытания для выявления 
сквозных дефектов, самостоятельно разрабатывать схемы контроля герметичности и рассчитывать режимы контроля, определять дефекто скопичность 
(контролепригодность) конкретных изделий и сварных соединений для испытаний проникающими веществами.
После изучения материала данного пособия студенты будут обладать 
следующими компетенциями:
• владение основами расчета и проектирования элементов и устройств 
различных физических принципов действия;
• способность участвовать в работах по доводке и освоению технологических процессов, технологических машин и комплексов в ходе подготовки 
производства новой продукции, проверять качество монтажа и наладки при 
испытаниях и сдаче в эксплуатацию новых образцов изделий, узлов и деталей выпускаемой продукции;
• умение применять стандартные методы расчета деталей и узлов изделий машиностроения, используемых в конструкциях технологических машин и комплексов;
• способность подготавливать технические задания на разработку проектных решений, разрабатывать эскизные, технические и рабочие проекты 
технологических машин, технологической оснастки, специального оборудования, средств механизации и автоматизации с использованием средств 

автоматизации проектирования и передового опыта разработки конкурентоспособных изделий, участвовать в рассмотрении различной технической 
документации, подготавливать необходимые обзоры, отзывы, заключения;
• способность разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно­конструкторские работы 
с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам, умение проводить патентные исследования для обеспечения 
патентной чистоты новых проектных решений и их патентоспособности 
с определением показателей технического уровня проектируемых изделий.
Качество усвоения знаний осуществляется посредством оценки письменной контрольной работы. Максимальное число баллов за контрольную 
работу составляет 60, минимальное — 35. 
Письменные работы оцениваются по следующим критериям.
Тесты по материалам лекций (освоение модулей): 
60…52 балла — теоретическое содержание модуля освоено полностью, 
без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы;
51…43 балла — теоретическое содержание модуля освоено полностью, 
без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы недостаточно, некоторые виды заданий выполнены 
с ошибками;

34 балла и менее — теоретическое содержание модуля не освоено, 
необходимые практические навыки работы не сформированы, дополнительная самостоятельная работа над материалом дисциплины не приведет  
к какому­либо значимому повышению качества выполнения учебных заданий.
Для более качественного усвоения материала студентам рекомендуется 
проводить самостоятельную работу по следующему алгоритму:
• перед лекционным занятием предварительно прочитать содержание 
лекции по данному учебному пособию, выделив материал, который вызывает вопросы;
• во время лекционного занятия задать вопросы по выделенным материалам (темам), вызвавшим непонимание или требующим дополнительной 
информации;
• после лекционного занятия ответить на контрольные вопросы, которые прилагаются в учебном пособии к каждой лекции; при  необходимости 
воспользоваться литературой, указанной в учебном пособии;
• если необходима дополнительная информация (для курсового проекта или расширения кругозора), задать вопрос преподавателю на следующей 
лекции;

42…35 баллов — теоретическое содержание модуля освоено частично, 
но пробелы не носят существенного характера, необходимые практические 
навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы, некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки;

• в обязательном порядке учить определения и основные тезисы лекций;
• для подготовки к письменным контрольным работам необходимо уверенно 
отвечать на контрольные вопросы.
Перед освоением данного курса лекций рекомендуется повторить материал 
по ультразвуковым методам неразрушающего контроля, приведенный 
в курсе лекций «Контроль качества сварных соединений», который читается 
в 7-м семестре. 

Термины и определения

Быстрота действия насоса — объем газа, удаляемый насосом в единицу 

времени через входной патрубок насоса.
Вакуум — состояние газа при давлении меньше атмосферного.
Вязкость — свойство жидкости сопротивляться деформации сдвига ее 
слоев.
Газ — агрегатное состояние вещества, в котором составляющие его атомы 
и молекулы хаотически движутся между столкновениями, в результате 
которых происходит резкое изменение характера их движения.
Герметичность — свойство конструкции или материала препятствовать 
проникновению через них газа, жидкости или пара.
Динамическая (абсолютная) вязкость — сила, действующая на единичную 

площадь плоской поверхности, перемещаемой с единичной скоростью относительно 
другой плоской поверхности, находящейся на единичном расстоянии 
от первой.
Живое сечение потока — сечение, перпендикулярное в каждой точке скорости 
частиц потока жидкости.
Жидкость — агрегатное состояние веществ, в котором вещество принимает 
форму сосуда, сохраняя определенный объем.
Индикаторное (пробное) вещество — жидкость или газ, применяемые для 

проникновения через течи в конструкциях при их испытаниях.
Кавитация — образование в жидкости пустот, заполненных газом, паром 

или их смесью.
Контроль герметичности — вид неразрушающего контроля, состоящий 

в измерении или оценке суммарного потока вещества, проникающего через 
течи, для сравнения с допускаемым по ТУ значением. 
Наибольшее выпускное давление — наибольшее давление в выходном се-

чении насоса, при котором насос еще способен осуществлять откачку, т. е. 
осуществлять перенос массы газа со стороны с низким давлением на сторону 
с более высоким давлением.
Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса — наибольшее давление 

в его входном сечении, при котором насос длительное время сохраняет номинальную 
быстроту действия.
Плотность жидкости — физическая величина, представляющая собой отношение 
массы жидкости к ее объему.
Пороговая чувствительность течеискателя — наименьший поток или концентрация 
пробного вещества, которые могут быть обнаружены и измерены 
данным прибором.
Рабочее вещество — жидкость или газ, которым заполняют конструкцию 

в процессе эксплуатации.

Расход жидкости — количество жидкости, протекающей через живое сечение 
потока в единицу времени. 

Реальный газ (пар) — неустойчивое рабочее тело, которое в ходе термо-

динамического процесса может изменять свое агрегатное состояние.
Средняя скорость движения жидкости — средняя скорость частиц в живом 

сечении потока.
Средняя теплоемкость — количество теплоты, необходимое для повышения 
температуры единицы количества вещества на один градус в заданном 
интервале температур.
Степень герметичности — количественная характеристика герметичности, 
выраженная в единицах потока проникающего вещества.
Теплоемкость — отношение количества теплоты dQ, полученного телом 
при бесконечно малом изменении его состояния, к связанному с ним изменением 
температуры dT тела.
Теплопроводность — процесс переноса теплоты вследствие движения  
микрочастиц вещества.
Течеискание — вид неразрушающего контроля, состоящий в обнаружении 
и измерении отдельных (единичных) течей путем регистрации значения 
потока индикаторного вещества через течь.
Чувствительность течеискания — наименьший поток пробного вещества, 
который может быть обнаружен при течеискании.

Эффективная быстрота откачки насоса — объем газа, поступающий в единицу 
времени из откачиваемого объема в трубопровод.

Лекция № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ  
МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ  
И ТЕЧЕИСКАНИЯ

Герметичность — свойство конструкции или материала препятствовать 
проникновению через них газа, жидкости или пара.

Абсолютная герметичность конструкций недостижима и неконтро-

лируема. Поэтому герметичность объекта контроля следует рассматривать 
в сравнении с нормативным уровнем (степенью герметичности), устанавливаемым 
техническими условиями (ТУ) или требованиями для этого объекта.
Степень герметичности — количественная характеристика герметичности, 
выраженная в единицах потока проникающего вещества.
Различают контроль герметичности и течеискание (поиск течей).
Контроль герметичности — вид неразрушающего контроля, состоящий 

в измерении или оценке суммарного потока проникающего вещества через 
течи для сравнения с допускаемым по ТУ значением. 
Течеискание — вид неразрушающего контроля, состоящий в обнаружении 
и измерении отдельных (единичных) течей путем регистрации значения 
потока индикаторного вещества через течь.
Индикаторное (пробное) вещество — жидкость или газ, предназначенные 

для проникновения через течи в конструкциях при их испытаниях. Если 
в качестве индикаторного вещества применяют смесь нескольких веществ, 
такую смесь называют контрольным веществом. Часто в качестве основы 
контрольного вещества используется рабочее вещество.
Рабочее вещество — жидкость или газ, которым заполняют конструкцию 

в процессе эксплуатации. Для вакуумных систем применимо понятие рабочей 
среды, окружающей объект при эксплуатации. 
Часто контроль выполняют с помощью специальных устройств — тече-
искателей, предназначенных для выявления мест расположения и определения 
течей в объекте. 
Основной рабочей характеристикой любого метода контроля является 
его чувствительность.
Чувствительность течеискания (q) — наименьший поток пробного вещества, 
который может быть обнаружен при течеискании. Чувствительность 
зависит от физических свойств и концентрации пробного вещества, испытательного 
давления в объекте, пороговой чувствительности течеискателя 
и других факторов.

Пороговая чувствительность течеискателя — наименьший поток или 

концентрация пробного вещества, которые могут быть обнаружены и из-

мерены данным прибором. Настройку течеискателей на требуемый уровень 
чувствительности выполняют по контрольным течам, с помощью которых 
получают заданный постоянный во времени поток индикаторного вещества.
При герметизации объектов для сохранения постоянства количества  
вещества в объекте (изделии), поддержания в нем неизменного давления 
или состава вещества предельно допустимые потоки вещества через течи 
рассчитывают по следующим формулам: 

 
[Q] = [m]/t; 
(1.1)

 
[Q] = [Dp]V/ gt; 
(1.2)

где [m] — допустимая потеря вещества из объекта; [D p] — допустимое изменение 
парциального давления пробного компонента в газовой смеси в объекте 
объемом V в течение заданного времени t при объемной концентрации 
вещества в смеси g.
Эти выражения определяют количественные требования к герметичности 
конструкций. 
Течи менее 10–10 Вт (10–7мм3 ·МПа/с) маловероятны.
Часто при контроле герметичности систем с помощью жидкостей применяют 
контрольные жидкости, отличающиеся по вязкости от рабочих. 
В этом случае при определении степени герметичности системы используют 
соотношение 

 
Qкhк /( p2к – p1к) = Qрhр /( p2р – p1р ),  
(1.3)

где Qк , Qр — степени герметичности по контрольной и рабочей жидкостям; 
hк, hр — коэффициенты динамической вязкости контрольной и рабочей 
жидкостей; p2к, p2р — давления контрольной и рабочей жидкостей на входе 
в течь; p1к, p1р — давления контрольной и рабочей жидкостей на выходе из 
течи. 
В конструкциях, работающих под избыточным давлением, перепад давления 
считают положительным, в вакуумных — отрицательным. В открытых 
конструкциях (с разомкнутым объемом) перепад давления равен нулю.
Методы испытаний, основанные на измерении положительного перепада 
давлений, называют компрессионными, отрицательного — вакуумными.
Различают методы испытаний жидкостями и газами: гидравлические, 
капиллярные, манометрические, пузырьковые, физико-химические и  
газоаналитические. Гидравлические и капиллярные испытания выполняют 
с применением жидкостей; пузырьковые, физико-химические и газоаналитические — 
с применением газов; манометрические испытания можно проводить 
с применением как жидкостей, так и газов.
Капиллярная дефектоскопия — метод дефектоскопии, основанный на 

проникновении определенных жидких веществ в поверхностные дефекты 
изделия под действием капиллярного давления, в результате чего повышается 
свето- и цветоконтрастность дефектного участка относительно неповрежденного.

Данный метод пригоден для выявления несплошностей с поперечными 
размерами от 0,1 до 500 мкм, в том числе сквозных, на поверхности черных 
и цветных металлов, сплавов, керамики, стекла и т. п.

Капиллярные методы контроля предназначены для обнаружения невидимых 
или слабовидимых невооруженным глазом дефектов, выходящих на 
поверхность, и позволяют контролировать изделия любых форм и размеров, 
изготовленных как из металлических, так и неметаллических материалов. 
Эти методы имеют ограниченное применение для контроля сварных швов, 
так как требуют предварительной механической обработки их поверхности 
для удаления чешуйчатости, брызг, окалины и обеспечения плавных переходов 
между основным и наплавленным металлом. Капиллярный контроль 
в зависимости от вида проникающего вещества разделяют на контроль 
с помощью жидких проникающих растворов различного состава и контроль 
с применением фильтрующихся суспензий. По способу получения 
первичной информации (в зависимости от состава проникающего раствора)  
выделяют яркостный, цветной, люминесцентный и люминесцентно-цветной 
методы.
Яркостный (ахроматический) метод основан на регистрации контраста 
ахроматического индикаторного следа (рисунка) на поверхности контролируемого 
объекта в видимом излучении. Простейшим примером применения 
яркостного метода является метод керосиновой или керосино-масляной 
пробы. При этом в качестве пенетранта используют керосин или его смесь 
с маслом, в качестве проявителя — водный или спиртовый раствор мела 
(спиртовый сохнет быстрее).
Цветной (хроматический) метод в отличие от яркостного основан на 
регистрации цветных (как правило, ярко-красных) индикаторных следов 
и отличается несколько большей чувствительностью. Недостатком цветного 
метода являются высокие требования к остроте зрения контролера, а также 
отсутствие у него нарушений цветового восприятия — дальтонизма. 

Люминесцентный метод предусматривает введение в пенетрант люминофоров 
и дополнительно требует наличия источника ультрафиолетового 
излучения. При облучении индикаторных следов длинноволновым ультрафиолетовым 
излучением происходит люминесцирование видимым излучением. 
Это обеспечивает резкое увеличение контраста индикаторных 
следов на фоне поверхности контролируемого объекта и повышает чувствительность 
по сравнению с яркостным методом в некоторых случаях в  
несколько раз.
Люминесцентно-цветной метод объединяет достоинства и недостатки 
рассмотренных выше методов. Индикаторный след от дефекта светится 
при ультрафиолетовом облучении и имеет цветовую окраску при освещении 
в видимом диапазоне спектра. С применением фильтрующихся суспензий 
контролируют конструкции, изготовленные из пористых материалов. 
В составе суспензии помимо проникающей жидкости содержатся цветные, 
люминесцентные или люминесцентно-цветные вещества размером от тысячных 
до сотых долей миллиметра. Проникающая жидкость при нанесении 
ее на контролируемую поверхность поглощается пористым материалом. 
Поглощение происходит наиболее интенсивно в зоне дефектов, при этом