Неразрушающий контроль и дефектоскопия

Методы ультразвукового контроля позволяют проводить дефектоскопию сварных соединений, трубопроводов и аппаратов высокого давления, сосудов, поковок, проката и т.д. При эксплуатации ответственных изделий, наример трубопроводов атомных станций или железнодорожных рельсов, УЗК может быть обязательной процедурой.

Основные преимущества ультразвукового метода контроля:

• низкая стоимость работ;
• безопасность;
• чувствительность к полостям, непроварам и трещинам;
• возможность проведения контроля без остановки технологического процесса;
• неповреждающий способ контрля;
• контроль изделий из разных материалов: как металлов так и неметаллов.

У ультразвукового метода есть и недостатки:

• невозможность оценки действительного характера и размера дефекта;
• затрудненный контроль крупнозернистых металлов из-за сильного рассеяния ультразвука;
• повышенные требования к ровности и шероховатости поверхности.

Ввиду разнообразия задач по проведению неразрушающего контроля, большого перечня ответственных изделий, разработан целый ряд методов акустического контроля. По ГОСТ 23829-85 методы делятся на 2 группы:

• активные методы, используются излучение и прием;
• пассивные методы, используется только прием.

Наиболее широко применяются в ультразвуковом контроле импульсные методы прохождения и отражения акустических волн, другие методы (импендансный, резонансный и метод эмиссии) применяют значительно реже.

Импульсные методы.

Наиболее часто используют зеркально-теневой, теневой и эхо. Эхо-метод применяется при доступности объекта с одной стороны, позволяет определить характер дефекта, размер и координаты. Все три метода используют излучение в объект контроля ультразвуковых волн, генерируемых ультразвуковым дефектоскопом с пьезоэлектрическим преобразователем, и последующим их приемом. После этого полученные данные анализируются прибором, который и определят наличие дефектов, их форму, вид, эквивалентный размер, глубину и т.д. Чувствительность метода определяется минимальным размером выявленных дефектов. Стандартный образец предприятия (СОП) служит для калибровки дефектоскопа, представляет собой металлический брусок с плоскодонными сверлениями, боковыми сверлениями и зарубками.

Самый применяемый норматив по ультразвуковому контролю сварных швов - ГОСТ Р 55724-2013, в котором описываются методы испытаний нахлесточных, стыковых, угловых, тавровых сварных швов. Также описаны и стандартные образцы СО-2, СО-3, СО-3Р, V-1, V-2 и стандартные образцы предприятия, используемые для настройки оборудования. Проведение УЗК сварных швов и наплавок в трубопроводах атомных установок регламентировано в ПНАЭ Г-7-030-91.

Также можно разделить ультразвуковые дефектоскопы на дефектоскопы общего и специального назначения.

Магнитная дефектоскопия применяется для обнаружения дефектов в ферромагнитных металлах (конечно железо, а также кобальт, никель, большая часть сплавов на их основе). Данный метод выявляет следующие дефекты:

• трещины;
• неметаллические включения;
• флокены;
• несплавления;
• волосовины.

Дефекты выявляются если они выходят на поверхность или находятся на глубине до 3 мм.

Методы магнитной дефектоскопии основаны на обработке данных о магнитных полях объекта после его намагничивания. В зоне дефекта магнитный поток перераспределяется и формируются магнитные поля рассеяния. Для фиксации и обработки данных о полях рассеяния применяют несколько методов.

Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД).

Намагниченная деталь покрывается слоем магнитного порошка или магнитной суспензией, которая часто бывает окрашенной или флюоресцентной. Намагниченные частицы порошка, попадающие в зону рассеяния, под воздействием магнитного поля оседают возле несплошностей. При этом ширина оседания магнитного порошка значительно превосходит ширину самого дефекта. Даже очень узкие трещины при этом заметны без дополнительных инструментов по осевшим частицам. Полученный рисунок регистрируется с помощью камеры, или делаются выводы на глаз.

Магнитопорошковый метод регламентирован международными и отечественными стандартами. Он применим для изделий с относительной магнитной проницаемостью свыше 40. Чувствительность при этом зависит от многих факторов (формы, шероховатости, размеров объекта, магнитных характеристик, ориентации и местоположения дефектов, магнитных характеристик как объекта, так и порошка). ГОСТ 21105 устанавливает 3 уровня чувствительности: А, Б, В - в зависимости от минимальной ширины раскрытия и минимальной протяженности дефекта.

Магнитопорошковый метод состоит из мероприятий:

1. подготовка;
2. намагничивание;
3. нанесение магнитного порошка (суспензии);
4. осмотр и регистрация полученных индикаторных рисунков;
5. размагничивание.

Объект контроля перед проведением контроля зачищается от окалины, масла, загрязнений. Подготовка производится пескоструйным и механическим методом. Возможна грунтовка поверхности для обеспечения контраста с порошком.

Для намагничивания и размагничивания объекта используют передвижные, портативные и стационарные магнитодефектоскопы. В дефектоскопе может применяться один из видов намагничивания: продольный, циркулярный, комбинированный. Порошок может наноситься двумя способами: после снятия намагничивающего поля, и во время приложения намагничивающего поля. Выбор способа зависит от свойств изделия и необходимой чувствительности.

Качество используемых материалов проверяется перед проведением контроля на стандартных образцах, которые имеют дефекты определенного размера и должным образом аттестованных.

Основными преимуществами магнитопорошкового метода являются:

• невысокая трудоемкость;
• высокая производительность;
• обнаружение поверхностных и подповерхностных дефектов;
• выявление дефектов, заполненных другим веществом (например шлаком);
• применим для обнаружения усталостных трещин.

Основной недостаток метода: сложность оценки распространения трещины вглубь металла.

Самый чувствительный метод неразрушающего контроля. Метод основан на проникновении специальных жидкостей в сквозные и поверхностные дефекты. Образующиеся следы регистрируются. Определяет расположение дефектов, протяженность, ориентацию. Метод применим при выявлении небольших дефектов, не обнаруживаемых визуальным контролем. Регламентируется ГОСТ 18442. Самым дешевым вариантом проникающих жидкостей (пенетрантов) является суспензия из мела и керосина, применяемая с давних пор. В настоящее время применяют жидкости с большей проникающей способностью и выявляемостью дефектов.

Капиллярный метод применяется при контроле любого размера и формы. Материал может быть любой: черные и цветные сплавы, керамика, стекло, пластик и др. Ферромагнитные изделия также подвергаются капиллярному контролю, в случае, если по каким-либо причинам не приемлем метод магнитопорошкового контроля. Капиллярная дефектоскопия проводится перед приемкой отвественных объектов или в процессе их эксплуатации.

Метод можно разделить на 4 вида получения индикаторной картинки:

• люминисцентно-цветной;
• люминисцентный;
• яркостный (ахроматический);
• цветной (хроматический).

Включает в себя пять мероприятий:

• подготовка (очистка) объекта;
• нанесение пенетранта на поверхность объекта;
• удаление его излишков;
• нанесение проявителя;
• регистрация дефектов.

Подготовка.

Предварительно удаляются все посторонние вещества (масло, ржавчина) с поверхности объекта контроля. Очистка может производится любым способом с последующей сушкой. В случае неорганических загрязнений производится механическая очистка, при органичесих - возможно применение специальных очистителей. Способы очистки могут быть определены в тех. документации на проведение контроля. При капиллярном контроле допустимая шероховатость поверхности - Ra 3,2 (Rz 20).

Нанесение пенетранта.

Пенетрант может наносится любым способом, обеспечивающим полное заполнение полостей. Наиболее распространены кистевой либо распылением. Пенетранты обладают сочетанием ряда определенных физических свойств (текучесть, поверхностное натяжение, плотность, вязкость) и после нанесения проникают в несплошности, которые выходят на поверхность. В зависимости от температуры окружающего воздуха менятся время проникновения пенетранта. В случае холодной поверхности объекта, возможно образование конденсата и замедления процесса.

Удаление излишков.

Избыток нанесенного пенетранта может быть удален чистой ветошью, смыт водой или специальной жидкостью, рекомендованной для данного пенетранта. Вода или растворитель наносится на протирочную салфетку, но не на контролируемую поверхность. Затем объект сушится естественным образом. Возможна сушка потоком теплого воздуха и протирка безворсовым материалом.

Нанесение проявителя.

Проявитель возможно наносить тем же способом, что и пенетрант. Рекомендовано двх- трех- кратное нанесение тонким слоем. Избыточное количество может повлиять на результат контроля. Проявитель растворяет краситель внутри несплошностей и делает его видимым на поверхности. В результате ширина следа в несколько раз может превосходить ширину самого дефекта, что делает его видимым невооруженным глазом. Результатом будут (самый распространенный вариант) вделенные красным дефекты на белом фоне, которые проявляются после высыхания проявителя. Время выдержки рекомендует производитель проявителя. При проведении контроля на сквозные дефекты и течи пенетрант проходит насквозь и хорошо виден с обратной стороны.

Регистрация дефектов.

Результаты могут быть задокументированы посредством фото- видео- камеры, переносом на клейкую пленку.

В случае применения люминесцентных пенетрантов результат проверяется при ультрафиолетовом освещении. Дефекты выглядят как светящиеся линии и желто-зеленые точки.

К достоинствам метода относят простоту операции и применяемость к самому широкому спектру материалов. Применение метода дает возможность оценить поверхностные и сквозные дефекты с точки зрения причин возникновения этих дефектов.

К недостаткам относят невозможность обнаружения не выходящих на поверхность дефектов, кроме того капиллярный метод не дает гарнтии на обнаружение поверхностных изъянов имеющих ширину более 500 мкм, т.к. из таких дефектов пенетрант может быть вымыт смывателем.

Метод радиографического контроля (РК) основан на изменении интенсивности рентгеновских волн при прохождении через материалы. В случае, если объект имеет внутренние полости, трещины и другие несплошности, излучение поглощается меньше и при регистрации его после объекта контроля можно выявить внутренние дефекты.

Применяется для неразрушающего контроля сварных швов и выявления в них пор, трещин, включений, непроваров, а также недоступных при осмотре выпуклостей, вогнутостей, подрезов, проплавов.

Размер дефекта, выявляемый данным методом, зависит от его положения и формы. Хорошо обнаруживаются дефекты располагающиеся вдоль пучка излучения. На снимках они выглядят более резкими и контрастными. При расположении под углом к направлению просвечивания дефект менее заметен, чувствительность метода ухудшается. Установлено, что дефект не видим при малом раскрытии трещины, если угол между направлением просвечивания и осью трещины превышает 7°.

Метод радиографического контроля не выявляет дефекты:

• если длина дефекта по направлению просвечивания меньше двойного значения абсолютной чувствительности;
• непровары и трещины, если раскрытие меньше 0,1 мм, а толщина объекта - до 40 мм, 0,2 мм - при толщине от 40 до 100 мм, 0,3 мм - при толщине от 100 до 150 мм;
• непровары и трещины, если их плоскость раскрытия не совпадает с направлением рентгеновского излучения;
• при совпадении на снимке включений и несплошностей с изображениями других деталей, углов, резких изменений толщин.

Допустимые размеры дефектов указываются в нормативной документации на изделие. Без подобного норматива используется ГОСТ 23055-78.

Чувствительность радиографического метода контроля зависит:

• геометрии просвечивания;
• формы и положения относительно направления облучения;
• энергии излучения, плотности и толщины объекта контроля;
• качества фотопленки и качества ее проявки;
• качества усиливающих и экранирующих элементов.

Геометрия просвечивания подбирается с учетом наиболее полного выявления вероятных дефектов. Основные схемы метода приводятся в ГОСТ 7512-82. Регистраторы излучения - рентгеновская пленка или фосфорные пластины для компьютерной радиографии. Возможно применение комбинации флуорометаллических усиливающих экранов со свинцовой подложкой и нанесенным слоем люминофора с применением свинцовых пластин для уменьшения фона.

Радиографический неразрушающий контроль проводится рентгеновскими аппаратами либо гамма-дефектоскопами. Выбор источника зависит от толщины объекта контроля, его материала, геометрии просвечивания, заданного класса чувствительности.

Один из самых быстрых, дешевых и доступных методов контроля. Является базовым и производится перед всеми остальными методами дефектоскопии. Внешний осмотр позволяет быстро проверить качество заготовок под сварку, качество швов и качество материала. Цель данного метода - выявление видимых дефектов (ржавчина, заусенцы, наплывы и пр.).

При визуальном и измерительном контроле возможно применение простейших измерительных инструментов для невооруженного глаза или при помощи средств обладающих увеличением до 20 крат (лупа, зеркало, эндоскоп). При всей технической простоте, контроль должен проводится по технологической карте, в ней изложены способы и последовательность проведения работ. Регламентируется инструкцией РД 03-606-03, в которой изложены требования к средствам контроля, способам оценки дефектов, регистрации результатов.

В стандартный набор ВИК входят: шаблон Красовского, шаблоны сварщика, штангенциркуль, угольник, фонарик, термостойкий мел, набор щупов, измерительная лупа, маркер по металлу, набор радиусов, зеркало с ручкой, линейка, рулетка. Допускаются иные средства контроля.

Визуальный контроль проводят для оценки состояния материала и соединений технических устройств и сооружений и производят в соответствии с методическими указаниями, применяемыми к конкретным устройствам и сооружениям.

Для проведения контроля допускаются только специалисты, прошедшие соответствующее обучение и аттестованные по правилам аттестации ПБ 03-440-02. Специалисты неразрушающего контроля аттестуются по 3 уровням квалификации. Возможность ставить подпись на заключении о результатах имеют только специалисты, имеющие не менее II уровеня квалификации, аттестованные независимыми органами по аттестации специалистов неразрушающего контроля.

Возбуждающая катушка создает в электропроводящем изделии электромагнитное поле вихрехвых токов, которые могут взаимодействовать с внешним электромагнитным полем. Вихретоковый метод основан на анализе такого взаимодействия. Источником электромагнитного поля при этом служит индуктивная катушка (вихретоковый преобразователь). Ток в катушке может быть синусоидальный или импульсный. В результате создаются вихревые токи в объекте. Электромагнитное поле этих токов наводит электродвижущую силу или меняет электрическое сопротивление в катушках преобразователя. Фиксируя сопротивление катушек или напряжение на них возможно получить представление об объекте.

Неразрушающий контроль вихретоковым методом дает возможность нахождения дефектов в объекте контроля и применяется как при изготовлении деталей, так и при ремонте машин. Современные инструменты для такого неразрушающего контроля могут хранить и обрабатывать полученные данные, а визуализация объектов контроля с помощью многокоординатных систем сканирования достигла высокой точности.

Применение вихретокового контроля.

• для неразрушающего контроля деталей ротора паровых турбин, гибы и соединения трубопровода, резьбовые соединения, деталей транспортного оборудования;
• для толщинометрии тонких труб и листов, выявления коррозионных изменений, измерения толщины покрытий;
• для оценки первоначального и текущего состояния теплового оборудования ТЭС;
• для оценки качества термической обработки, определения состава материала, сортировки;
• для измерения глубины трещин в электропроводящих материалах.

Основные преимущества.

• высокая чувствительность к поверхностным или подповерхностным дефектам; возможность бесконтакного контроля;
• простота автоматизации;
• высокая производительность.

Недостатки ВК.

• возможное наложение и искажение результатов при многокоординатном контроле;
• невозможность проведения на диэлектриках;
• относительно неглубокое проникновение.

Преобразователи для вихретокового контроля подбираются под конкретную задачу, каждый тип преобразователей имеет свои преимущества и недостатки.