Неразрушающий контроль

Алгоритм выполнения и меры безопасности

Работы по выявлению дефектов и отклонений радиационным методом, регламентируются ГОСТ 7512-86 и поэтапно выполняются лабораториями, аттестованными в соответствии с ПБ 03-372-00 и ПБ 03-440-02:

1. Подготовка объекта к просвечиванию посредством очищения его поверхности от мусора и ржавчины
2. Визуальный осмотр с разметкой и маркировкой участков объекта для дальнейших исследований
3. Контролируемые сварные швы размещают между излучателем и приемником устройства
4. Аппаратура включается, после предварительной проверки ее работоспособности
5. Рентгеновские лучи проникают сквозь шов и принимаются датчиком, размещенным с обратной стороны
6. Полученная информация выводится на монитор или рентгеновскую пленку для дальнейшего анализа и хранения

Уровень чувствительности приборов зависит от множества факторов. Он проверяется путем размещения на контролируемом участке различных эталонов чувствительности в заданной последовательности:

• Проволочных
• Канавочных
• Пластинчатых

Работы, связанные с РК, проводятся с соблюдением правил безопасности, предусматривающих:

• Наличие технологической карты (с алгоритмом действий, схемами зарядки кассет, нормативами)
• Предварительную проверку исправности оборудования
• Экранирование задействованной аппаратуры для предотвращения распространения опасных для людей и экосреды излучений
• Соблюдение безопасной дистанции между специалистами и применяющимися в работе приборами
• Максимальное сокращение времени пребывания специалистов в потенциально опасных местах
• Применение СИЗ
• Ограждение рабочей зоны, определяемой с помощью дозиметров ДКС-АТ, специальной лентой и знаками

Приборы радиографического контроля

Выбор рентгеновских аппаратов производится с учетом толщины контролируемого материала, геометрии просвечивания и чувствительности прибора, отраженных в ТУ. Рентгеновские приборы привлекают высокой мощностью и долговечностью, но они слишком крупные, дорогостоящие и достаточно вредные для здоровья обслуживающего персонала.

Гамма-дефектоскопы, несмотря на более низкую контрастность и отсутствие регулировки мощности, отличаются такими плюсами, как невысокая стоимость, небольшие габариты и малое фокусное пятно, обеспечивающее четкость проекции отклонений. Чаще всего используются там, где нельзя применить рентгеновские аппараты постоянного действия (контроль небольших толщин, отсутствие источников питания, в труднодоступных местах).

ГОСТ 7512-82 содержит основные схемы и устанавливает метод РК, чувствительность которого зависит:

• От контрастности режима просвечивания
• Зернистости пленки
• Геометрических условий просвечивания
• Жесткости излучения
• Толщины и плотности просвещаемого материала

Среди фиксаторов рентгеновского излучения наиболее востребованы пленка с аналогичным названием, а также многоразовые акриловые или фосфорные пластины, применяемые в цифровой радиографии. От их выбора во многом зависит качество результатов, полученных в ходе РК. Поэтому каждая партия пленки и реактивы для ее обработки предварительно проверяются на пригодность и соответствие установленным показателям:

• Проведение подготовки пленки и обработки снимков в затемненном помещении
• Готовые снимки должны отличаться высокой четкостью, отсутствием пятен и непрерывным эмульсионным слоем
• Эталоны и маркировка должны быть видны на снимках

Преимущества метода РК

Радиографический контроль – один из основных методов проверки качества выполнения сварочных работ. Он наиболее востребован в нефтяной и газовой промышленности, где крайне важны качественные сварные стыки и соединения отдельных элементов трубопроводов, благодаря таким плюсам:

• Наглядность – точное отражение посредством фотокопии внутреннего состояния материи и мест расположения отклонений
• Непревзойденная точность, обеспеченная бесконтактностью метода
• Контроль различных материалов, включая немагнитные
• Независимость от внешних воздействий, что делает возможным применение метода в погодных и технических условиях любой сложности

Среди минусов РК высокая стоимость оборудования и расходников, необходимость наличия персонала, прошедшего специальное обучение, вредные излучения.

Алгоритм выполнения

1. К проверяемому предмету присоединяется источник электрического напряжения.
2. Возникающее электрическое поле, обладает точками с одинаковым потенциалом, создающими эквипотенциальные линии.
3. На поврежденном участке значительно снижается сила напряжения, измеряемая с помощью электродов.
4. Полученная информация обрабатывается, и на основе ее анализа определяются габариты, ключевые параметры выявленных разрушений и генерируются способы его устранения.
5. Составляется отчетность, содержащая выводы о соответствии требованиям техдокументации и возможности дальнейшего использования проверяемого объекта.

Электрический контроль не ограничивается электропотенциальной разновидностью и включает в себя множество других щадящих методов:

• искровый, направленный на диагностику состояния изоляционного покрытия;
• параметрический – количественная оценка состояния изоляционного покрытия;
• емкостный, контролирующий стандарты полупроводников и диэлектриков;
• термический, контролирующий химсостава материалов;
• электронной эмиссии, направленной на изучение микрокристаллических поверхностей;
• электростатического порошка – действует аналогично магнитопорошковому методу.

Обучение и аттестация дефектоскопистов

Разновидности устройств и приборов

Современный рынок предлагает широкий ассортимент вихретоковых дефектоскопов, толщиномеров и структуроскопов, оптимальный выбор которых зависит от габаритов проверяемого объекта и предстоящих видов работ.

1. Вихретоковые дефектоскопы, предназначенные для выявления и анализа поверхностных повреждений, достаточно просты в применении. Но им свойственны такие недостатки, как ложное срабатывание при установке преобразователя на изделия с нестандартной формой поверхности.
2. Толщиномеры – мультифункциональные приборы, направленные на высокоточное измерение толщины защитных покрытий любого типа, наносимых на тонкопроводящую основу или ферромагнитные материалы.
3. Вихретоковые преобразователи по взаимодействию с контролируемым объектом делятся на:

• проходные
• накладные
• комбинированные.

Основной тип преобразователя не выделяют, поскольку каждому из них свойственны определенные плюсы и минусы. При выборе оптимального варианта учитывают геометрические параметры исследуемой поверхности, радиус кривизны, размеры и саму зону контроля (пазы, ребра жесткости, угловые или резьбовые соединения).

Разновидности теплового контроля

Применение тепловых методов регулируется ГОСТ 56511-2015. С их помощью отслеживают теплопроводность, температурный режим и выполняют расчет тепловых потоков объекта, условно разделяя методы на два вида: активный и пассивный контроль.

Пассивная разновидность не требует внешнего термического воздействия, поскольку тепловое поле в контролируемом объекте возникает в процессе его производства или эксплуатации. Это один из самых популярных методов ТК, широко применяющийся в различных промышленных отраслях.

Он предусматривает контактное и бесконтактное измерение температур без приостановки и прекращения использования объекта. Неконтактный пассивный контроль базируется на измерении излучения в инфракрасном спектре, состав и энергия которого зависят только от температуры. Его объектами чаще всего становятся:

• Строительные конструкции
• Функционирующие электроприборы и устройства
• Продукция радиоэлектроники
• Металлургическое и энергетическое оборудование

Активный метод применяется в отношении объектов, которые во время эксплуатационного процесса выделяют тепловое излучение недостаточное для проведения ТК. Чаще всего это предметы искусства и многослойные композитные материалы, проверка которых требует их нагрева посредством наружных источников.

Мероприятия ТК регламентируются положениями РД-13-04-2006. Они проводятся сертифицированными специалистами аттестованных лабораторий, которые отслеживают тепловой режим проверяемого объекта.

1. Ознакомление с местом дислокации объекта, анализ его метрологических показателей и выявление факторов возможного негативного влияния на результаты контроля
2. Исследование внутренних технологических параметров проверяемого объекта
3. Визуальный осмотр состояния поверхности в целях обнаружения зон с различными коэффициентами излучения
4. Определение наиболее подходящих условий для термографии и фотосъемки объекта
5. Проверка работоспособности и настройка средств ТК в соответствии с ТУ и действующими нормативами
6. Определение температур в предварительно намеченных зонах с одновременной фиксацией влажности внешней и внутренней среды, дистанции между приборами и объектом
7. Выполнение расчетов, обработка и анализ полученных результатов с дальнейшим оформлением протокола ТК

Используемые устройства

Приборы, используемые в проведении ТК, делятся на две группы:

• Контактные
• Бесконтактные

В первой группе самые востребованные: жидкостные и манометрические термометры, термоэлектрические преобразователи, высокочувствительные термисторы, термокарандаши и прочее.

В группе бесконтактных приборов, включающих в себя квантовые счетчики и радиационные пирометры, наиболее востребованы:

1. Тепловизоры – предназначены для мониторинга разнородностей теплового поля на проверяемой поверхности. Они отображаются на мониторе в виде цветового поля с определенными оттенками для конкретных температур. Этот оптимальный инструмент, который может быть измерительным или наблюдательным, ускоренно и достоверно обнаруживает точки чрезмерного нагрева
2. Пирометры или инфракрасные термометры – дистанционные устройства бесконтактного действия, измеряющие мощность теплового излучения в инфракрасном и видимом диапазоне света. Используются в местах с затрудненным доступом и повышенными температурами
3. Информационные логгеры – портативное водонепроницаемое устройство с дисплеем и картой памяти, измеряющее температуру и влажность
4. Измерители плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции, определяемые ГОСТ 25380. Активно используются при возведении и последующей эксплуатации зданий для определения внутренних и наружных температур, а также термического сопротивления проверяемого объекта

Данные с этих электронных приборов переносятся на ПК для последующей автоматической обработки, формирования отчетов и архивации.

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”.

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.

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.

Принцип действия электрического контроля

Стандарт ГОСТ 25315-82 определяет разнообразие методов электрического НК, суть которых наиболее наглядно отражает электропотенциальная разновидность, предусматривающая четкую регистрацию и анализ падения потенциала. С этой целью исследуемый участок вводится в электростатическое поле, чтобы определить искомые характеристики материала по его обратной реакции на источник данного поля.

Этим источником является электрический конденсатор, одновременно исполняющий роль электроемкостного преобразователя (ЭП). Изменение интегральных параметров ЭП, характеризующих емкостные свойства и диэлектрические потери, являются проявлениями обратной реакции и изначальными информативными показателями электро дефектоскопии.

Алгоритм контроля

Проведение вихретокового контроля регламентируется руководством РД-13-03-2006, которым предусматривается составление технологических карт для каждого отдельного проверяемого объекта. Технология контроля деталей вихретоковым методом предполагает поэтапный поиск дефектов.

• Визуальный осмотр проверяемой поверхности.
• Предварительная настройка и калибровка используемых устройств с помощью эталонных образцов.
• Корректирование предварительной калибровки на объекте контроля.
• Выявление отклонений преобразователем путем зигзагообразного сканирования исследуемой поверхности.
• Обработка полученных результатов и оценка качества объекта контроля.

К качеству выпускаемой продукции предъявляются жесткие требования, что стимулирует разработку и увеличивает разнообразие новых типов вихретоковых дефектоскопов и преобразователей.

Где и зачем применяется

Вихретоковая дефектоскопия позволяет оценивать свойства исследуемых объектов и выявлять поверхностные и внутренние разрушения глубиной 0,1- 0,2 мм:

• полости
• трещины
• сторонние включения
• межкристаллическую коррозию.

Сегодня контроль вихревыми токами активно применяется в различных отраслях промышленности в соответствии с ГОСТ Р ИСО 15549-2009 и в целях:

• производства и ремонта роторов, лопаток паровых турбин, тепловых канавок, сварных швов трубопроводов, корпусного оборудования, резьбовых соединений, отдельных узлов и деталей оборудования;
• исследования целостности и толщины труб, листового проката и защитных покрытий, а также выявления коррозийных разрушений;
• оценки структуроскопии изначального и текущего состояния металлов, используемых в изготовлении тепломеханического оборудования ТЭС, а также анализа качества термообработки и определение состава контролируемого вещества;
• измерения глубины поверхностных дефектов в электропроводящих магнитных и немагнитных материалах.

Выявляемые дефекты

Методы МК впервые были использованы в 19 веке. С их помощью оценивали прочность, а также структурное состояние ружейных затворов и оболочек разрывных снарядов. С тех пор успели сформироваться три основные сферы МК:

• Контроль сплошностей в ферромагнетиках
• Оценка прочности и структурного состояния ферромагнитных сталей и сплавов
• Определение фаз в конкретном сплаве

Контроль качества магнитными методами дает возможность выявлять повреждения, обладающие характеристиками:

• Брак с шириной раскрытия на поверхности обследуемого участка от 0,002 мм при глубине от 0,01 мм
• Крупные внутренние дефекты, залегающие на глубине от 2 мм
• Поверхностные повреждения глубиной до 2 мм
• Брак под немагнитным покрытием толщиною до 0,25 мм

Сегодня магнитный контроль востребован практически во всех промышленных отраслях:

• Нефтехимия
• Металлургия
• Машиностроение
• Энергетика (ТЕЦ, АЭС)
• НГК (трубопроводы, промышленные емкости)
• Авиа-, судо- и автомобилестроение

Особенности технологии МК

Метод МК не требует специальной предварительной подготовки, поскольку является бесконтактным. Его суть заключается в анализе поля рассеяния, образующегося в местах скопления дефектов при намагничивании исследуемых объектов.

Проведение МК регулируется национальными и международными стандартами, включая, ГОСТ 21105-87, РД-13-05-2006 и EN 1290:1998.

1. Магнитная проницаемость несплошности гораздо ниже, чем у остальной части исследуемого объекта. Ее наличие искривляет магнитные силовые линии. Некоторые из них выходят на поверхность пораженного участка, чтобы обойти повреждение и образуют локальный магнитный поток рассеяния
2. Возникновение полей возмущения фиксируется магнитными преобразователями, среди которых наиболее распространены датчик Холла и его индукционные, феррозондовые, и магниторезистивные вариации
3. Мероприятия контроля завершаются размагничиванием каждой используемой детали в поле солеонида, питаемого переменным током

Бесконтактный магнитный контроль чаще всего применяют в диагностике:

• Магистральных трубопроводов:
• Отдельных труб с любым диаметром
• Прокатных листов
• Арматуры
• Вертикальных стальных резервуаров

Приборы и оборудование

Для намагничивания контролируемых объектов используют стационарные и портативные магнитные дефектоскопы. Первые позволяют с высокой точностью выявлять поверхностные и более глубокие повреждения любой направленности, вторые – контролировать объекты в полевых условиях.

Недостаток диагностических магнитных дефектоскопов заключается в узкой направленности и требовательности к температурному режиму. Для получения более корректных результатов эксперты рекомендуют использовать многоканальную модель с функцией ультразвукового анализа.

1. Работа прибора начинается его калибровкой с проверкой по эталонам и очищением поверхности контролируемой детали
2. Намагничивание детали в соответствии с типом намагничивания и параметрами чувствительности
3. Нанесение индикаторного вещества
4. Визуальный осмотр детали с возможностью фиксации индикаторного рисунка для дальнейшего анализа с помощью многофункционального дефектоскопа

На основании сравнения полученных рисунков с нормативными образцами делают заключение о возможности целевого применения исследуемого объекта.

Какие выявляет дефекты

Главным источником информации теплового контроля является температурное поле проверяемой поверхности, отражающее процессы теплопередачи, характеристики которых зависят от наличия внутренних и наружных повреждений:

• Пористость
• Трещины
• Пустоты
• Литейные дефекты (непровары, скрытые раковины)
• Инородные включения
• Локальные перегревы
• Отклонения физических параметров от нормативов

Основанный на взаимодействии теплового поля объекта с чувствительными термодинамическими элементами, ТК позволяет выявлять разрушения на поверхностях, разделяющих тепло и холод:

• Стены и кровли строений
• Корпуса холодильников
• Функционирующие двигатели
• Прочие объекты с переходными тепловыми процессами

У метода много плюсов, таких как дистанционность, универсальность, точность, оперативная обработка информации и возможность комбинирования с другими разновидностями НК.

Какие отклонения выявляет радиографический контроль?

Главная задача любой разновидности НК – выявление деформаций и повреждений. Радиографический метод позволяет определять отклонения сварных швов и стыков труб, находящихся на поверхности, а также возникающих внутри контролируемого объекта.

• Посторонние включения (вольфрамовые, окисные, шлаковые)
• Трещины, поры, непровары, подрезы
• Вогнутые и выпуклые корневые деформации шва в труднодоступных местах
• Излишки наплавленного металла
• Коррозийные изъяны с геометрическими нарушениями (язвы, питтинги)

Но применение оборудования РК небезгранично, зависит от класса чувствительности и не позволяет выявлять:

• Изъяны, величина раскрытия которых ниже стандартных значений
• Дефекты, чья плоскость раскрытия не совпадает с направлением просвечивания
• Включения и геометрические отклонения, изображения которых на снимках совпадают со сторонними элементами, сварными углами и перепадами

Допустимые габариты изъянов на объектах контроля отражаются в технической документации (чертежи, ТУ), а при отсутствии определяются ГОСТом 23055-78.

Разновидности методов МК

Чтобы выявлять и фиксировать потоки рассеяния, указывающие на присутствие деформаций и повреждений, применяют несколько методов МК, различающихся в соответствии с ГОСТ 24450-80 по способам получения исходных данных:

1. Магнитопорошковый – наиболее распространенный и востребованный метод. Отличающийся простотой применения, высокой сенсетивностью и универсальностью, он используется для обнаружения поверхностных и расположенных на глубине до 2 мм деформаций с помощью магнитного порошка в качестве индикатора
2. Индукционный – основан на применении индукционных преобразователей (катушек), улавливающих локальные потоки возмущения поля, образующиеся над повреждениями намагниченного объекта контроля
3. Магниторезисторный – использует магниторезистивные преобразователи для выявления и регистрации потоков рассеивания над деформациями намагниченного объекта контроля
4. Магнитографический – использование записи магнитного поля исследуемого объекта на соответствующем носителе. Воспроизведение полученной сигналограммы анализируется для выявления дефектов
5. Пондеромоторный – построен на пондеромоторном взаимодействии фиксируемого магнитного поля исследуемого объекта и магнитного поля постоянного магнита, электромагнита или рамки с током
6. Феррозондовый – использование феррозондовых преобразователей для обнаружения и регистрации рассеяния магнитных полей сварочных швов и прочих исследуемых объектов
7. Метод эффекта Холла – применение одноименных преобразователей для фиксации локальных возмущений полей над объектами контроля

Устройства электрического НК

Электроизмерительные приборы регулируются ГОСТ 25315-82, которым предусматривается применение:

1. Электрических преобразователей, конструктивно зависимых от агрегатного состояния контролируемой среды. При наиболее сложном жидком или газообразном состоянии выбор устройства осуществляется в соответствии с такими критериями, как его пропускная способность и характер взаимодействия среды с электродами.
2. Измерители состава и структуроскопы применяются для определения состава и структуры проверяемого материала по значениям диэлектрической проницаемости, коэффициенту или тангенсу угла потерь.
3. Электропотенциальные приборы, основанные на измерении разности потенциалов на проверяемом участке, когда через него пропускается ток, они применяются для измерения поверхностных пустот и трещин глубиной до 120 мм.
4. Термоэлектрические устройства, используемые в сортировке изделий по маркам стали, экспресс-анализе металлов в процессе плавки или в слитках, измерении толщины гальванического покрытия, изучении механизмов усталости металлов.
5. Электроискровые, электростатические и трибоэлектрические дефектоскопы, контролирующие сплошности диэлектрических материалов и покрытий трубопроводов.