Преимущества и недостатки ультразвуковой дефектоскопии
Преимуществами данного метода контроля являются:
1. Высокая чувствительность приборов
2. Компактность оборудования и приборов
3. Информацию о качестве сварного соединения можно получить достаточно быстро
4. Возможность контроля соединений большой толщины
5. Низкая стоимость дефектоскопии, т.к. затраты при её проведении минимальны
6. Безопасен для здоровья человека (по сравнению, например, с методом рентгеновской
дефектоскопии, или методом радиационной дефектоскопии)
7. Этим методом можно выявить почти все известные сварные дефекты
8. Данный метод контроля не разрушает сварное соединение
9. Возможность проводить проверку в «полевых» условиях, благодаря
наличию переносных дефектоскопов.
К недостаткам ультразвуковой дефектоскопии можно отнести:
1. Необходима подготовка поверхности соединения
2. Если дефект расположен перпендикулярно движению волны, его можно пропустить
при проверке
3. Если размер дефекта меньше длины волны, то дефект остаётся «невидимым»,
т.к. он не отражает волну. А если увеличивать длину волны, то глубина проверки
снижается.
4. Данные о дефекте часто оказывается ограниченными. Могут возникнуть трудности
с определением вида
сварного дефекта и его формы.
5. Сложность контроля сварки материалов с крупнозернистой структурой. Например,
при сварке
чугунов, или сварке
высоколегированных сталей с крупнозернистой структурой шва (аустенитной,
или перлитной), т.к. акустические волны в такой структуре быстро затухают.
Критические углы
При выполнении ультразвукового контроля оператору нужно выбрать тип преобразователя, выполнить калибровку и настройку прибора на предполагаемые дефекты объекта. Критические углы падения (продольные и поперечные) необходимо учитывать в том случае, когда ультразвук проходит через твердые поверхности материалов.
Первый критический угол – это наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленный луч не пересекает границу второй твердой среды. Например, для границы оргстекло-сталь он равен 27,5º.
Рекомендуем к прочтению Что такое сварные конструкции
Вторым критическим углом считают наименьший угол падения продольного луча, при котором преломление не проникает через границу во вторую твердую среду и при этом не обнаруживаются внутренние повреждения. Для оргстекла-стали он составляет 57,5º.
Третий критический угол – наименьший угол падения поперечного луча, при котором отсутствует отраженная продольная волна. Луч идет по поверхности объекта, не распознавая дефектов внутри него. Для пересечения границы сталь-воздух угол равен 33,3º.
Рамки применения метода УЗК
Проведение ультразвукового контроля сварных соединений обеспечивает достаточно точные результаты и при соблюдении технологии способен предоставить исчерпывающую информацию в отношении любых дефектов. Но здесь следует понимать, что существуют определенные границы применения методики.
Дефекты, которые можно обнаружить методикой УЗК следующие:
- поры;
- непроваренные участки;
- трещины в швах и возле них;
- несплавления соединений;
- расслоения наплавленного материала;
- наличие свищей;
- провисание металла в нижних участках стыка;
- коррозионные образования;
- участки, на которых нарушены геометрические размеры или присутствует несоответствие химического состава.
УЗК сварных соединений осуществлять можно на конструкциях из легированной и аустенитной стали, меди, чугуна и металлов, которые ультразвук проводят плохо.
Геометрические параметры проведения УЗ-дефектоскопии:
- не более 10 метров составляет наибольшая глубина залегания шва;
- при минимальной толщине металла 3-4 мм;
- в зависимости от прибора наименьшая толщина шва должна быть в пределах 8-10 мм;
- 500-800 мм — максимальная толщина металла.
Что касается видов соединений, то сварка под УЗК предполагает выполнение продольных, плоских, сварных, кольцевых, тавровых стыков. Также применяют методику для сварных труб.
Области использования дефектоскопии
Ультразвуковая проверка сварных швов активно применяется в промышленной, строительной и других сферах. Чаще всего контроль ультразвуком применяют:
- для аналитической диагностики агрегатов и узлов;
- дефектоскопия сварных швов трубопроводов проводится с целью определения их целостности и степени износа труб;
- в атомной и тепловой энергетике для контроля состояния сварных конструкций;
- в области машиностроения и химической промышленности;
- для проверки сварных стыков в изделиях со сложной конфигурацией;
- при необходимости проверить прочность соединений металлов с крупнозернистой структурой.
Применять УЗК можно как в лабораторных, так и в полевых условиях при нахождении стыков на высоте, в замкнутых пространствах и труднодоступных местах.
Преимущества и недостатки методики
Ультразвуковой контроль сварных швов трубопроводов иди других типов металлоизделий обладает рядом преимущественных особенностей:
- высокая чувствительность оборудования обеспечивает точность результатов и скорость проведения проверок;
- удобность использования благодаря компактности приборов;
- возможность проведения выездной дефектоскопии если для контроля использовать портативные измерительные устройства;
- минимальные затраты на осуществление контроля сварочных швов, что обусловлено невысокой стоимостью самих дефектоскопов;
- возможность проверять соединения с большой толщиной;
- УЗК не нарушает структуру шва и не повреждает исследуемый объект;
- практически все разновидности дефектов сварных швов можно установить посредством ультразвукового контроля;
- контролируемый объект не требуется выводить из эксплуатации, проверку сварочных соединений можно проводить непосредственно в процессе его работы;
- абсолютная безопасность для человека, что нельзя отнести, например, к рентгеновской дефектоскопии.
К недостаткам контроля сварочных швов ультразвуковым методом относят некоторые трудности при проверке металлов с крупнозернистой структурой, возникающие вследствие сильного затухания и рассеивания волн. Также в числе минусов отмечают необходимость предварительно перед установкой дефектоскопов очистить и подготовить поверхность шва и некую ограниченность информации, выдаваемой прибором об обнаруженном дефекте.
В заключение следует сказать о том, что УЗК сварочных соединений — это гарантия безопасной эксплуатации готовых металлоизделий и сооружений. Если соблюдать сроки проверок, то это позволит своевременно устранить повреждения, продлить периоды и увеличить эффективность работы конструкций.
Контроль качества сварных соединений стальных трубопроводов
При контроле качества сварных соединений трубопроводов надлежит руководствоваться требованиями настоящего раздела и требованиями раздела 5 настоящих Технических правил.
Контроль качества сварочных работ и сварных соединений трубопроводов следует выполнять путем:
– проверки исправности сварочного оборудования и измерительных приборов, качества применяемых материалов;
– операционного контроля в процессе сборки и сварки трубопроводов;
– внешнего осмотра сварных соединений и измерений размеров швов;
– проверки сплошности стыков неразрушающими методами контроля – радиографическим (рентгеновскими или гамма-лучами) или ультразвуковой дефектоскопией в соответствии с требованиями ГОСТ 7512-82, ГОСТ 14782-76 и других стандартов, утвержденных в установленном порядке;
– механических испытаний и металлографических исследований контрольных сварных соединений трубопроводов, на которые распространяются требования Правил Госгортехнадзора России;
– испытаний на прочность и герметичность.
При операционном контроле качества сварных соединений стальных трубопроводов надлежит проверить соответствие стандартам конструктивных элементов и размеров сварных соединений (притупление и зачистку кромок, величину зазоров между кромками, ширину и усиление сварного шва), а также технологию и режим сварки, качество сварочных материалов, прихваток и сварного шва.
Все сварные стыки подлежат внешнему осмотру и измерению.
Стыки трубопроводов, сваренные без подкладного кольца с подваркой корня шва, подвергаются внешнему осмотру и измерению размеров шва снаружи и внутри трубы, в остальных случаях – только снаружи. Перед осмотром сварной шов и прилегающие к нему поверхности труб должны быть очищены от шлака, брызг расплавленного металла, окалины и других загрязнений на ширину не менее 20 мм (по обе стороны шва).
Результаты внешнего осмотра и измерения размеров сварных соединений считаются удовлетворительными, если:
– отсутствуют трещины любых размеров и направлений в шве и прилегающей зоне, а также подрезы, наплывы, прожоги, незаверенные кратеры и свищи;
Таблица 4.1 (СНиП 3.05.03-85, таблица 1)
– размеры непровара, вогнутости и превышение проплава в корне шва стыковых соединений, выполненных без остающегося подкладного кольца (при возможности осмотра стыка изнутри трубы), не превышаютзначений, приведенных в таблице 4.2.
Таблица 4.2 (СНиП 3.05.03-85, таблица 2)
Стыки, неудовлетворяющие перечисленным требованиям, подлежат исправлению или удалению.
Неразрушающим методам контроля следует подвергать 100 % сварных соединений трубопроводов тепловых сетей, прокладываемых в непроходных каналах под проезжей частью дорог, в футлярах, тоннелях или технических коридорах совместно с другими инженерными коммуникациями, атакже при пересечениях:
– железных дорог и трамвайных путей – на расстоянии не менее 4 м, электрифицированных железных дорог – не менее 11 м от оси крайнего пути;
– железных дорог общей сети – на расстоянии не менее 3 м от ближайшего сооружения земляного полотна;
– автодорог – на расстоянии не менее 2 м от края проезжей части, укрепленной полосы обочины или подошвы насыпи;
– метрополитена – на расстоянии не менее 8 м от сооружений;
– кабелей силовых, контрольных и связи – на расстоянии не менее 2 м;
– газопроводов – на расстоянии не менее 4 м;
– магистральных газопроводов и нефтепроводов – на расстоянии не менее 9 м;
– зданий и сооружений – на расстоянии не менее 5 м от стен и фундаментов.
Сварные швы следует браковать, если при проверке неразрушающими методами контроля обнаружены трещины, незаваренные кратеры, прожоги, свищи, а также непровары в корне шва, выполненного на подкладном кольце.
На исполнительном чертеже трубопровода, составленном в соответствии со СНиП 3.01.03-84, следует указывать расстояния между сварными соединениями, атакже от колодцев, камер и абонентских вводов до ближайших сварных соединений.
Параметры оценки результатов
Расшифровка результатов, полученных ультразвуковым методам контроля при прозвучивании сварных соединений, является одним из важных этапов работы.
При обнаружении дефекта измеряют:
- Глубину залегания дефекта.
- Протяженность.
- Расстояние между дефектами (если их несколько).
- Максимальную амплитуду от сигнала.
- Суммарную протяженность дефектов.
Результаты заносятся в журнал контроля, а также в заключение или протокол. В журнале контроля указывают:
- Номер сварочного стыка по формуляру и его тип;
- длина контролируемого участка;
- № СОПа;
- рабочая частота и угол ввода;
- результаты контроля;
- участки, которые не удалось проконтролировать (при отсутствии доступа);
- дата контроля и подписи дефектоскопистов.
Выявленные дефекты при контроле описываются с помощью буквенно-цифирного обозначения. Для обозначения дефектов следует использовать ГОСТ 14782.
Для каких объектов применимо
Метод УЗК используют на производствах нефти и газа, в отраслях крупной промышленности, в атомной энергетике и т.д. В металлургии, например, ультразвуковую дефектоскопию применяют при обработке литья и поковок. В авиастроении – для диагностики полимеров и композитов на наличие трещин, непроклеев и т.д.
Ультразвуковую дефектоскопию применяют на производствах нефти и газа.
В металлургии контролю подвергают листовую сталь, которую широко используют при строительстве автодорожных и железнодорожных мостов, в гражданском и промышленном строительстве зданий и сооружений, требующих повышенной прочности и надежности.
В литейном производстве метод позволяет видеть в структуре черных и цветных металлов пустоты, пористость, включения и трещины. Также возможно измерить толщину изделия, например пустотелых отливок сложной формы, без нарушения его целостности в производстве автомобильных двигателей.
В строительстве для оценки состояния бетонных конструкций важно проверить фактическую прочность на соответствие проектным требованиям. Ведется проверка факторов, влияющих на эксплуатационные свойства бетона и арматуры. Метод УЗ дает возможность работы не только в лабораторных условиях, но и на строительной площадке
Метод УЗ дает возможность работы не только в лабораторных условиях, но и на строительной площадке.
Это объясняется использованием нержавеющих, аустенитных крупнозернистых сталей в конструкциях атомных реакторов и резервуаров.
Рекомендуем к прочтению Как разделывать металлические кромки под сварку
Для труб
Дефектоскопия применяется на магистральных и технологических трубопроводах. Благодаря этой процедуре небольшие дефекты и трещины на трубах, появляющиеся со временем естественным путем, не перерастают в проблемы, угрожающие безопасности и требующие вывода магистральных систем из рабочего состояния.
Метод ультразвуковой дефектоскопии сварных швов применяется для трубопроводов.
Применение УЗ-дефектоскопии позволяет обнаружить такие повреждения труб:
- низкий уровень герметичности (или ее отсутствие);
- потерю контроля состояния напряженности;
- деформацию и разгерметизацию сварных стыков.
Для свайных конструкций и рельсов
Диагностика сварных соединений незаменима для выявления трещин в подошве или головке рельс, для обнаружения дефектов стыка. Метод может применяться стационарно (на рельсосварочном предприятии) либо в полевых условиях. Для УЗК свай и сварочных швов используют дефектоскопы со специальными характеристиками – высокой устойчивостью к влажности, рабочей температурой до +35ºС (без образования влаги). При этом измерительные приборы нуждаются в постоянной защите от воздействий пыли.
Ультразвуковая дефектоскопия остается актуальной для выявления трещин на рельсах.
Диагностика свай – необходимый этап в строительстве, на котором проверяют и фиксируют прочность бетонного основания и плотность заливки буронабивных свай. Во время проверки приемник с излучателем устанавливают на нижней точке сваи, фиксируют полученные сигналы, потом датчик перемещают на следующую точку.
Для прочих деталей
Дефектоскопии подвергают материал во время технических освидетельствований и обследований, металл проверяют на входе и выходе. Метод применяют для проверки промышленной безопасности сосудов под давлением, корпусов насосов, арматуры, теплообменников, печей и т.д.
Система телеинспекции: плюсы и минусы
К достоинствам систем видеодиагностики можно отнести:
- Универсальность. Большинство комплектов можно использовать для обследования трубопроводов самого разного диаметра, разветвлённости и назначения, включая вентиляцию, газопроводы, трубы водоснабжения и отопления.
- Оперативность проверки. Обследование занимает минимум времени и даёт гарантированный результат.
- Экономичность. Стоимость непосредственного телеобследования несравнима с затратами по разборке стен или рытью траншеи в поисках протечки или протяженного канализационного засора.
Другая сторона медали – высокая стоимость самих инспекционных комплексов. Они относятся к разряду профессионального электронного оборудования и требуют от эксплуатантов навыков работы со сложной цифровой техникой. Прежде чем купить оборудование для телеинспекции трубопроводов, следует здраво оценить объемы работ и необходимость дорогостоящего приобретения.
Внешний осмотр
Любая проверка качества сварных швов начинается с визуального контроля. Осматривают все 100% сварных соединений. Сначала проверяют геометрию и форму шва.
Визуальный контроль помогает выявить, наряду с наружными, часть внутренних изъянов. Так, переменные по габаритам валики швов и неравномерные складки говорят о непроварах, возникающих из-за частых обрывов электрической дуги.
Перед началом работ со сварных соединений удаляют шлак, окалины прочие загрязнения. Чтобы лучше можно было разглядеть дефекты, швы обрабатывают азотной кислотой (10%). Это придает матовость шву, что облегчает поиск изъянов.
После обработки кислотой необходимо провести тщательную протирку спиртом, чтобы предупредить ее вредное влияние на сплав.
Для повышения качества проверки можно использовать фонарь и оптическую лупу. Для контроля геометрических размеров применяют штангенциркуль и шаблоны.
Методы неразрушающего контроля качества сварных соединений
Визуальный контроль и измерения
Визуально-оптический контроль – это один из методов неразрушающего контроля оптического вида. Он основан на получении первичной информации об объекте при визуальном наблюдении или с помощью оптических приборов. Это органолептический контроль, т.е. воспринимаемый органами чувств (органами зрения) ГОСТ 23479-79 “Контроль неразрушающий. Методы оптического вида” устанавливает требования к методам контроля оптического вида. Визуальный метод контроля позволяет обнаруживать несплошности, отклонения размера и формы от заданных более 0,1 мм при использовании приборов с увеличением до 10х. Визуальный контроль, как правило, производится невооруженным глазом или с использованием увеличительных луп 2х до 7х. В сомнительных случаях и при техдиагностировании допускается увеличение до 20х.
Визуальный контроль выполняется до проведения других методов контроля. Дефекты, обнаруженные при визуальном контроле, должны быть исправлены до проведения контроля другими методами.
Радиографический контроль
Радиационный вид неразрушающего контроля в соответствии с ГОСТ 18353-79 делится на методы: радиографический, радиоскопический, радиометрический. Радиографический метод контроля основан на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в радиографический снимок. Требования к радиографическому контролю регламентированы ГОСТ 7512-82 “Контроль неразрушающий. Сварные соединения. Радиографический метод”.
Схема просвечивания рентгеновскими лучами:
1 – рентгеновская трубка; 2 – кассета; 3 – фотопленка; 4 – экраны.
Метод ультразвуковой дефектоскопии
Данный метод относится к акустическому виду неразрушающего контроля (ГОСТ 3242-79), применяется при толщине металла шва не менее 4 мм. Он основан на использовании ультразвуковых волн, представляющих собой упругие колебания материальной среды с частотой выше 0,5-0,25 МГц (выше той, которую способны воспринимать слуховые органы человека). В этом методе контроля (ГОСТ 14782-86) используется способность ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух сред, обладающих разными акустическими свойствами. Когда при прохождении через сварной шов ультразвуковые волны встречают на своем пути дефекты (трещины, поры, шлаковые включения, расслоения и т. д.), они отражаются от границы раздела металл–дефект и могут быть зафиксированы при помощи специального ультразвукового дефектоскопа.
Магнитные методы контроля
Магнитные методы контроля основаны на принципе использования магнитного рассеяния, возникающего над дефектом при намагничивании контролируемого изделия. Например, если сварной шов не имеет дефектов, то магнитные силовые линии по сечению шва распределяются равномерно. При наличии дефекта в шве вследствие меньшей магнитной проницаемости дефекта магнитный силовой поток будет огибать дефект, создавая магнитные потоки рассеяния.
Прохождение магнитного силового потока по сварочному шву:
а – без дефекта; б – с дефектом
В соответствии с ГОСТ 18353-79 в зависимости от способа регистрации потоков рассеяния различают три магнитных метода контроля: магнитопорошковый, индукционный, магнитографический. Наиболее распространен магнитопорошковый метод или магнитопорошковая дефектоскопия (МПД).
Вихретоковый контроль
Методы вихретокового контроля основаны на регистрации изменения электромагнитного поля вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. Вихревые токи – это замкнутые токи, индуктированные в проводящей среде изменяющимся магнитным полем. Если через катушку пропускать ток определенной частоты, то магнитное поле этой катушки меняет свой знак с той же частотой. Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зависят от его геометрических, электромагнитных параметров и от взаимного расположения измерительного вихретокового преобразователя (ВТП) и объекта. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный или импульсный ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное сопротивление. Регистрируя напряжение на зажимах катушки (трансформаторный вихретоковый метод) или ее сопротивление (параметрический вихретоковый метод) получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.
Методы контроля качества сварных соединений на проницаемость
В основном этот способ контроля используется для емкостей и резервуаров, которые изготовлены методом сварки. Для этого можно использовать газы или жидкости, которыми заполняется сосуд. После чего внутри создается избыточное давление, выталкивающее материалы наружу.
И если в местах сварки емкостей есть дефекты, то жидкость или газ тут же начнут через них проходить. В зависимости от того, какой контрольный компонент используется в проверочном процессе, различаются четыре варианта: гидравлический, пневматический, пневмогидравлический и вакуумный. В первом случае используется жидкость, во втором газ (даже воздух), третий – комбинированный. И четвертый – это создание внутри емкости вакуума, который через дефектные швы будет втягивать внутрь резервуара окрашивающие вещества, наносимые на внешнюю сторону шва.
При пневматическом способе внутрь сосуда закачивается газ, давление которого превышает номинальный в 1,5 раза. С внешней стороны на шов наносится мыльный раствор. Пузырьки покажут наличие дефектов. При гидравлической дефектоскопии в сосуд заливается жидкость под давлением в 1,5 раза превышающее рабочее, производится обстукивание околошовного участка. Появление жидкости говорит о наличии изъяна.
Вот такие варианты дефектоскопии трубопроводов, резервуаров и металлоконструкций сегодня используют для определения качества сварного шва. Некоторые из них достаточно сложные и дорогие. Но основные просты, поэтому и часто используемые.
Виды и методы
Действующие стандарты лаконично определяют НК, как контроль, который не разрушает. В соответствии с ГОСТ 56542-2015 и в зависимости от лежащих в его основе физических процессов, он подразделяется на несколько видов:
- Магнитный, применяющийся в дефектоскопии ферромагнитных материалов для фиксации магнитных полей и свойств контролируемого объекта
- Визуально-измерительный (оптический) – наиболее востребован для контроля и обнаружения мельчайших повреждений в прозрачных изделиях и материалах
- Электрический – фиксирует электрополя и характеристики, образующиеся в контролируемом объекте под влиянием внешнего воздействия
- Вихретоковый (электромагнитный) – применяется в дефектоскопии электропроводящих материалов, посредством исследования неоднородностей поверхностного вихревого поля объекта
- Тепловой – подразумевает мониторинг тепловых полей, контрастов и потоков любых материалов для выявления неисправностей и дефектов
- Радиоволновой – применяется в контроле диэлектриков (керамика, стекловолокно), полупроводниковых и тонкостенных материалов
- Ультразвуковой (акустический) – применим ко всем материалам, беспрепятственно проводящим звуковые волны в целях решения проблем контроля и диагностики
- Радиационный (радиографический) – построен на взаимодействии ионизирующего излучения с контролируемым объектом из любых материалов и любых габаритов
- Капиллярный (проникающими веществами) – применяется для обнаружения течей и микроповреждений посредством наполнения индикаторным веществом внутренних полостей, контролируемого объекта
- Вибрационный — необходим для поиска дефектов в машинах и механизмах. Диагностирует неисправности путем оценки колебаний в основных узлах
Каждый вид НК реализуется с помощью методов неразрушающего контроля (МНК), которые классифицируются:
- По способу взаимодействия различных веществ и полей с объектом контроля (магнитный, капиллярный)
- По показателям первичной информации (намагниченность, газовый)
- По форме получения первичной информации (индукционный, люминесцентный)
