Дефектоскопия сварных швов

Дефектоскопия сварных швов

Автор: Игорь

Дата: 21.10.2016

  • Статья
  • Фото
  • Видео

Контроль качества полученных соединений обязательно должен проходить перед вводом в эксплуатацию каких-либо изделий. В особенности это касается теплотрасс, трубопроводов и прочих вещей, где требуется создание герметичных соединений. Дефектоскопия сварных швов помогает определиться с тем, какие отклонения от нормы присутствуют в полученном соединении. Каждый дефект уменьшает прочность соединения, поэтому, изделие может оказаться непригодным для использования, так как не выдержит возлагаемые на него нагрузки. В швах могут образовываться раковины и поры, встречаться непроваренные места, также могут случаться посторонние вкрапления, что также уменьшает прочность изделия.

Дефектоскопия сварных швов

Дефектоскопия сварных швов может проводиться по ГОСТ 18442-42. Не обязательно подвергать анализам все предметы из выпускаемой серии. Для этого берется несколько образцов, над которыми и ставят опыты, чтобы проверить всю технологию соединения. Проверяются те или иные физические свойства изделий. Проверке подвергается стойкость к коррозии, прочность, пластичность, структура металла после температурной обработки. Также учитывается форма и размер имеющихся дефектов. Все это в совокупности определяет насколько пригоден объект для использования.

Различные методы дефектоскопии сварных швов применяются в производстве. Чем больше ответственность требуемых соединений, тем больше необходимо использовать методов проверки. При частных соединениях такой жесткий контроль не требуется.

Принцип дефектоскопии

Диагностика сварных соединений включает разные методы исследований, основанных на физических свойствах металлов, структурных превращениях на границе фазового перехода. На исследуемые участки воздействуют радиоволнами, ультразвуком, магнитным электростатическим полем, красителями. Разнородные структуры по-разному воспринимают воздействие. Принципы выявления дефектов подбирают под металл. К примеру, немагнитящиеся легированные стали, цветные металлы нельзя проверить в магнитном поле. Эхолокация неэффективна для крупнозернистых структур.

Дефектоскопией сварных соединений называют комплекс методов контроля качества визуально или с использованием специальной аппаратуры для выявления дефекта. Принцип дефектоскопов, методика диагностики утверждаются стандартами. По результатам дефектоскопии определяется прочность (эксплуатационная надежность) сварных швов после завершения работы.

Каждый сварщик несет ответственность за соблюдение технологии.

Виды дефектоскопии

Существуют видимые и невидимые дефекты сварочных швов, поэтому для их выявления рекомендуется применять различные методы. Наиболее простым и доступным способом обнаружить дефекты внутри сварочного шва является визуальный осмотр. Способы контроля сварных швов разделяются на разрушающие и неразрушающие. Первый вариант используется в том случае, если требует провести проверку значительного объема, используя при этом небольшой контрольный образец.

К неразрушающим видам дефектоскопии относится:

  1. Магнитопорошковая дефектоскопия сварных швов. Заключается в создании магнитного поля, пронизывающего тело шва. Чаще всего данный метод включает в себя использования ферромагнитного порошка, который собирается в месте дефекта. Магнитопорошковый контроль сварных соединений может выполняться и с помощью ферромагнитной ленты.
  2. Визуальный осмотр. Позволяет выявить не только видимые дефекты, но и наличие непроваров. Для начала шов очищается, обрабатывается спиртом и азотной кислотой, после чего на поверхности видны любые трещинки и поры.
  3. Цветная дефектоскопия сварных швов. Заключается в нанесение на поверхность шва одного из растворов на основе воды, керосина или масла. Данные растворы обладают сильной цветовой концентрацией, что дает возможность окрасить дефект. Жидкости имеют цветной и люминесцентный эффект.
  4. Радиационный контроль. Один из самых надежных способов обнаружить дефекты шва, но для его проведения требуется использование дорогого оборудования.
  5. Ультразвуковая дефектоскопия. Для использования этого метода требуется знания и опыт расшифровке полученных результатов.

Выбор оптимального способа дефектоскопии учитывается особенности сварных швов, наличие опыта пользования методиками, определенных реактивов и оборудования.

Это еще один точный вариант обнаружения изъянов в сварочном шве. В его основе лежит свойство ультразвуковых волн отражаться от поверхности материалов или сред с разными плотностями. Если сварной шов не имеет внутри себя дефектов, то есть, его плотность однородна, то звуковые волны пройдут сквозь него без помех. Если внутри дефекты есть, а это полости, наполненные газом, то внутри получаются две разные среды: металл и газ.

Поэтому ультразвук будет отражаться от металлической плоскости поры или трещины, и вернется обратно, отображаясь на датчике. Необходимо отметить, что разные изъяны отражают волны по-разному. Поэтому можно итог дефектоскопии классифицировать.

Это самый удобный и быстрый способ контроля сварных соединений трубопроводов, сосудов и других конструкций. Единственный у него минус – сложность расшифровки полученных сигналов, поэтому с такими приборами работают только высококвалифицированные специалисты.

Технология проведения контроля

Для проведения капиллярного контроля сварных соединений методом цветной дефектоскопии необходимо выполнить четыре этапы капиллярного контроля:

  • Подготовка рабочего места и осмотр исследуемых поверхностей;
  • Очистка обследуемойповерхности;
  • Высушивание подготовленной поверхности для получения результатов более высокого качества;
  • Нанесение специальных составов индикаторов;
  • Выявление дефектовсварки, проведение измерения величина дефекта и его характера;
  • Занесение результатов в журнал, отчет, протокол или другой отчетный документ.

При очистке поверхности с нее удаляют пыль, пятна, верхние загрязнения (ржавчина, окалина, краски и др.).

Следует понимать, что очистка может производиться при помощи специальных химических очищающих веществ и только в редких случаях при помощи специального механического оборудования.

Подготовка к проведению капиллярного контроля

Рабочее место должно соответствовать требованиям ОТ, ПТБ и ГОСТ по состоянию окружающей среды, наличию средств защиты, инструментов и препаратов.

Очистка поверхности производится сначала механическим способом, затем растворителем или специальным составом, входящим в комплект индикаторных жидкостей. Часто состав растворителя повышает информативность дефектоскопии, так как учитывает индивидуальные свойства пенетранта и проявителя (поверхностное натяжение, растворимость, вязкость, смешиваемость).

а – имеющийся дефект; б – нанесение пенетранта; в – удаление пенетранта с изделия; г – нанесение проявителя и проявление; 1 – изделие; 2 – дефект; 3 – пенетрант; 4 – проявитель; 5 – след дефекта (окрашенный проявитель).

После подготовки участка приступают к нанесению пенетранта в соответствии с инструкцией по его применению и приступают к ПВК расшифровке. При проведении неразрушающего контроля следует избегать излишних количеств и подтёков — они будут препятствовать формированию чёткой картины локализации дефектов. После нанесения пенетранта, при наличии в комплекте средств индикатора — его наносят сверху или с противоположной стороны в случае выявления только сквозных дефектов.

Скопления пенетранта с прореагировавшим проявителем показывают наличие и величину трещин, пор и непроваров. Для регистрации результатов метода неразрушающего контроля линейные размеры полостей измеряют инструментально.

В ряде случаев требуется регистрация результатов с помощью фотосъёмки и применение измерительных эталонов.

Устройство ультразвукового дефектоскопа

Каждое устройство имеет излучатель, усилитель и приемник ультразвука. Основное отличие разных моделей заключается в типе генераторе. Наибольшее распространение получили пьезоэлементы. Датчик отправляет сигналы через равные промежутки времени.

Паузы между импульсами составляют несколько микросекунд. Их длительность задается пользователем с учетом искомых дефектов, плотности и структуры металла. По отражению выявляется брак и основные его параметры: размер и глубина местонахождения. Излучатель размещен в динамичном щупе, который передвигается по исследуемым швам.

Точность работы аппарата зависит от чувствительности приемника, который улавливает отраженную волну. Пользователю важно учитывать тот факт, что на границы сред волна меняет направление. Легче обстоят дела с определением теневых участков – в этих местах волна отражается. Прибор ловит звуковой сигнал, преобразует его в электричество и показывает на осциллографе.

Читайте также  Укладка плитки кирпичиком

Особенности

Магнитопорошковый контроль, как и любой другой метод контроля сварных швов, имеет свои особенности, которые нужно знать и учитывать. Так главная особенность — это невозможность проведения контроля, если деталь изготовлена не из ферримагнитных металлов. Это нужно учитывать, если вы собираетесь проводить контроль деталей из цинка или меди. Ведь такие металлы являются диамагнетиками, а значит вы просто не сможете провести качественный контроль.

Также нужно учитывать, что у данного метода контроля есть так называемый параметр чувствительности. Т.е., степень того, насколько точно будет выявлен дефект. И чувствительность зависит от многих факторов. На чувствительность влияют магнитные характеристики металла, напряженность магнитного поля, количество дефектов, их размер. Также влияет размер самой детали и ее форма. В некоторых случаях на чувствительность влияет выбранный метод нанесения ферримагнитного вещества (сухой или мокрый). Все это нужно учитывать, чтобы понять, насколько качественно пройдет контроль.

Также учтите, что с помощью магнитно-порошкового метода можно обнаружить не все дефекты. Например, вы не сможете обнаружить дефект, глубина которого менее 0,01 миллиметра. Зато вы без проблем обнаружите большие внутренние дефекты, располагающиеся на глубине более 2 миллиметров. Словом, магнитопорошковая дефектоскопия сварных швов не может использоваться как полноценный метод контроля качества, заменяющий все остальные методы. Магнитопорошковую дефектоскопию нужно использовать в связке с другими способами контроля, чтобы получить объективную картину.

Нанесение проявителя

Как и в случаях с индикаторными слоями и очищающими составами, проявитель укладывается разными способами – от кисти до пульверизаторов. Главное на этом этапе – соблюсти равномерность и монолитность формируемого покрытия. Поэтому необходимо тщательно проверять инструменты распыления, сопла и другие элементы приборов, которые влияют на качество доставки средства к целевому месту. Все это в дальнейшем повлияет на контроль цветной дефектоскопией, а также на качество последующих проверочных операций. После нанесения проявителя выполняется сушка. Ее можно и не выполнять, дождавшись полимеризации в естественных условиях, но для ускорения процесса допускается применение маломощных точечных нагревателей.

Звуковые волны отличаются неизменностью своей траектории в однородном материале. Их отражение говорит о наличии сред, удельные акустические сопротивления которых отличаются друг от друга. Метод УЗК подразумевает излучение в проверяемый объект акустических колебаний для принятия их отражения специальным дефектоскопом с пьезоэлектрическим преобразователем. Анализ полученных данных позволяет выявлять отклонения и определять их ключевые параметры (габариты, глубину, форму) по амплитуде отраженных звуковых волн.

Технология УЗК, использующаяся в промышленном производстве без малого сто лет, применяется для проверки сварочных швов, пайки, сварки и склейки разноструктурных соединений и металлов. Продолжительная популярность метода обусловлена выявлением широкого диапазона микро-отклонений и точностью результатов.

Сферой максимального применения акустической дефектоскопии является контроль сварных соединений. Типичным примером проведения мероприятий УЗК может служить, выполнение теневого метода, чей поэтапный алгоритм предусмотрен ГОСТ Р 55724-2013:

  1. Тщательное очищение исследуемого сварного шва, с прилегающими к нему с обеих сторон участками шириной до 70 мм
  2. Нанесение смазочного средства (глицерин, солидол, технические масла) для повышения точности результатов
  3. Настройка и калибровка средств УЗК по действующим стандартам
  4. Установка излучателя и приемника (искателя)
  5. Искатель сканирует сварочный шов, перемещаясь зигзагами по всей его длине. Появление на мониторе сигнала с наибольшей амплитудой свидетельствует о наличии повреждений
  6. Если достоверность присутствия изъяна установлена, сведения о нем вносятся в регистрационную таблицу:
    • Расслоения и пористость наплавленного металла
    • Трещины, неровности, непровары
    • Свищеобразные повреждения, несплавления
    • Провисание, коррозия и окислы металла
    • Нарушение геометрических параметров и химического состава
  7. Согласно ГОСТ 55724-2013, результаты протоколируются и вносятся в специальный журнал, после проведения нескольких серий сканирования:
    • Наименование и индекс разновидности сварного стыка
    • Длина проверяемого шва
    • ТУ проведения проверки
    • Наименование и тип, используемых приборов
    • Частота колебаний в герцах

Проведение УЗК не ограничивается промышленными отраслями и достаточно часто применяется в частном порядке в процессе возведения или реконструкции жилой и коммерческой недвижимости.

Особенности оценки результатов

От чувствительности прибора зависит качество сканирования, распознание и определение количества отклонений. Обнаруженные дефекты оцениваются по таким параметрам, как:

  • Величина колебания и условная длина звуковой волны
  • Геометрические характеристики отклонений

УЗК не позволяет установить предельно точные показатели дефекта, поэтому для сопоставления используется эталонное изделие. Реальная площадь отклонения почти всегда превышает размеры, полученные путем специальных вычислений.

Классификация методов УЗК

Многочисленность разновидностей методов УЗК обусловила их разделение на две группы.

Активные методы базируются на излучении и приеме упругих волн. Они включают в свою группу:

  1. Методы прохождения – отслеживания изменений сквозных колебаний, прошедших через проверяемый объект, среди которых:
    • Теневой, использующий два преобразователя, один из которых для генерирования, а второй — для приема колебаний.
    • Зеркально-теневой, контролирующий объекты с двумя параллельными сторонами
    • Временной теневой, базирующийся на импульсном запаздывании и контролирующий бетон
    • Эхо-сквозной, использующий два преобразователя по разным сторонам проверяемого объекта
    • Велосиметрический, фиксирующий изменения скорости упругих волн
    • Комбинации этих методов
  2. Собственных частот, измеряющий колебания проверяемых объектов
  3. Свободных колебаний, возбуждаются воздействием на предмет проверки любым механическим ударом

Пассивные методы базируются на приеме и анализе волн, источаемых объектом исследования:

  • Акустико-эмиссионный, подразумевающий излучение упругих волн самим материалом
  • Вибрационно-диагностический, анализирующий параметры вибрации, возникающей в процессе функционирования исследуемого механизма
  • Шумодиагностический, изучающий спектр шумов функционирующего механизма с помощью микрофона и прочих спектро-анализаторов

Только технически правильный выбор и применение методики УЗК могут гарантировать эффективное выполнение работ и достоверность результатов.

Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю

Средства измерения УЗК

Ультразвуковой контроль предполагает применение специальных устройств и приборов:

  • Высокоточные дефектоскопы (импульсные, импедансные) для сварных швов и продукции из металла с множеством функций, включая документирование результатов
  • Преобразователи, среди которых самые распространенные с пьезоэлектрическим эффектом
  • Компактные толщинометры способные оценить износ рельсов, определить толщину металлов, неметаллов и объектов с односторонним доступом

Все приборы устроены по аналогичному принципу. Они способны выявлять повреждения и определять глубину их залегания.

Плюсы и минусы УЗК

Помимо таких важных плюсов, как безопасность для персонала и сохранность целостности объекта проверки, методы акустического контроля отличаются:

  • Экономичностью, точностью и оперативностью проведения
  • Мобильностью, обеспеченной портативными приборами и устройствами
  • Возможностью проведения контроля без приостановки или выведения из использования проверяемого объекта

Не обошлось и без минусов, главные среди которых:

  • Недостаточность сведений об отклонениях
  • Проблематичность контроля мелких деталей, сварных швов разнородных сталей и крупнозернистых металлов по причине преувеличенного рассеяния или затухания звуковых волн
  • Необходимость создания поверхностных шероховатостей от 5 класса и выше для ввода звука в металл пьезоэлектрическими преобразователями

Ультразвуковые методы контроля представляет собой надежное и результативное средство по обнаружению широкого спектра дефектов, включая сварные стыки и швы.