Неразрушающий контроль качества сварных соединений трубопроводов

Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов

Данный вид неразрушающего контроля выполняется с использованием специализированного дефектоскопа с применением датчиков различных номиналов (в зависимости от задачи). В ходе УЗИ ультразвук легко проходит через металл и отражается от нижнего края обследуемой конструкции. Все искажения, появляющиеся в ходе обследования, отслеживаются датчиком и записываются. В зависимости от типа искажения специалист определяет дефект.

УЗК сварных швов («просвечивание» стыков) позволяет с высоким уровнем качества выявить непровары, трещины, газовые поры, зазоры, шлаковые включения в шве. По точности показаний УЗК не уступает, в ряде случаев заметно превосходит большинство используемых технологий — радиографический контроль, иные.

Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов (УЗД) — один из универсальных методов обследования, позволяющий быстро и эффективно выявить большинство серьезных недостатков. УЗД широко применяется, когда требуется проверить качество соединения труб, герметичность трубопровода.

К преимуществам может быть отнесена и доступная стоимость «просветки» сварных швов в Москве, Нижнем Новгороде, Казани, Тюмени и в других регионах РФ, где мы выполняем работы.

Исследование металлоконструкций с помощью ультразвука может быть выполнено разными методами УЗИ:

• Эхо-импульсный.
• Зеркально-теневой.
• Эхо-теневой.

Эти методы УЗИ отличаются друг от друга по углу вхождения волн в металл, схемой расположения и включения преобразователей и другими характеристиками. Независимо от используемого неразрушающего метода исследования, можно получить точные данные о дефектах (расположение, геометрия), имеющихся на разной глубине.

Параметры ультразвукового контроля качества сварки зависят от нескольких условий. Поэтому перед началом выполнения исследования методом дефектоскопии сварных соединений нам необходимо знать:

• Вид и марка изучаемого материала.
• Толщина и геометрия конструкции.
• Назначение конструкции (для определения норм браковки — какие дефекты считаются допустимыми, какие – нет).

В силу большого количества факторов, влияющих на стоимость работ по ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) сварных швов как в Москве, так и в регионах, ультразвуковой толщинометрии трубопроводов по нашей практике точные цены могут существенно отличаться для различных объектов! Поэтому итоговые цены уточните у наших менеджеров, а здесь приведем примеры стоимости на данный вид дефектоскопии сварных соединений:

Проведение работ по ультразвуковому контролю качества (далее — УЗК) сварных швов трубопроводов

Виды контроля

Качество сварных соединений должно соответствовать последующим условиям использования изделий. В связи с этим существуют различные требования к проводимым работам.

В любом случае обязательными к проверке являются такие показатели, как:

• внешний вид швов;
• плотность соединения;
• физико-химические свойства швов.

Конструктивные особенности дефектоскопа.

Также существуют две разновидности проверки: предварительная и окончательная. В первом случае осуществляется предварительный контроль подготовки к работе. Проверяются используемые материалы, оборудование, оснастка, и, естественно, готовность сварщика.

Во время самой работы следят за соблюдением технологии сварки, правильным выбором параметров и режимов для аппаратов, порядком наложения кромок изделий и их обработкой.

Окончательный вид контроля проводится после завершения сварки. Он включает в себя внешний осмотр для обнаружения наружного брака. Данную процедуру выполняет соответствующий специалист с использованием увеличительного стекла.

Технолог осматривает изделие на наличие непроваров, наплывов, трещин. Также он проверяет правильность расположения деталей. Необходимо удостовериться, что во время сварки не произошло смещение элементов относительно друг друга.

Если проверяются емкости, трубы и другие изделия, работающие под воздействием высоких давлений, проводятся испытания на проницаемость. Метод проверки швов выбирается исходя из источника давления.

Если емкость предполагается использовать для воды, тогда ее полностью или частично заполняют жидкостью. В таком состоянии она находится на протяжении от двух часов до суток. Соединение считается качественным, если за это время оно осталось сухим с наружной стороны.

При проверке труб, данные изделия заполняются водой под высоким давлением, значение которого выше рабочего в два раза. Затем напор уменьшают до стандартного значения и трубу простукивают молотком.

Наличие влажных участков свидетельствует о присутствии дефектов. Их отмечают мелом и после слива жидкости выполняют повторную сварку.

После выполнения всех проверок их результаты вносятся в журнал осмотра.

Визуальный осмотр

Разновидности дефектов сварных швов.

Любой контроль качества начинается с визуального осмотра изделия. Это позволяет обнаружить не только внешние дефекты, но и внутренние.

Частый обрыв дуги можно выявить по разной высоте и ширине катета. Поэтому необходимо осуществлять также и предварительный осмотр материалов, правильность подключения аппарата и готовность рабочего.

Перед проверкой соединения очищаются от таких продуктов сварки, как окалины, шлаки, металлические брызги. Для лучшего выявления мелких трещин стык можно обработать раствором азотной кислоты. Это сделает поверхность шва матовой и более удобной для визуального осмотра.

Данный метод контроля, в первую очередь, позволяет обнаружить именно внешние дефекты, поры, трещины, непровары, наплывы.

Для большей эффективности применяют увеличительное стекло. В данном случае лупа оказывается просто незаменимой. Многие дефекты, незаметные для невооруженного глаза, легко выявляются с ее помощью. К ним могут относиться тонкие трещины, малозаметные подрезы, пережоги металла и др.

Радиационные методы контроля

Выявление дефектов сварных швов.

Контроль качества сварочных стыков с использованием гамма-излучения или рентгена является самым надежным и чувствительным. Подобные методы позволяют обнаружить дефекты, располагающиеся внутри детали на глубине до сотни миллиметров, в зависимости от материала изделия.

Гаммаграфирование – процесс проникновения гамма-излучения в глубину исследуемого материала. В данном случае речь идет о металлах. Интенсивность излучения может меняться в зависимости от наличия дефектов в изделии. На этом и основан принцип работы данного метода.

Достоинствами радиационного контроля являются: высокая чувствительность, возможность определения типа дефекта, его размера и местоположения.

В то же время метод не лишен недостатков, среди которых: высокая стоимость подобных приборов и их большие габариты, а также сложность технологии.

Указанные технологии обычно используются на крупных предприятиях. При изготовлении конструкций, к которым предъявляются чрезвычайно высокие требования, необходим наиболее тщательный контроль.

Использование радиационной технологии позволяет убедиться в том, что соединение является идеальным не только в соответствии с внешними признаками, но и ввиду отсутствия дефектов в толще шва.

Методы разрушающего контроля

Разрушающий контроль служит для количественного определения максимальной нагрузки на предмет, после которой наступает разрушение. Испытания могут носить разный характер: статические нагрузки позволяют точно измерить силу воздействия на образец и подробно описать процесс деформации. Динамические испытания служат для определения вязкости или хрупкости материала: это разного рода удары, при которых возникают инерционные силы в частях образца и испытательной машины. Испытания на усталость – это многократные нагрузки небольшой силы, вплоть до разрушения. Испытания на твердость служат для измерения силы, с которой более твердое тело (например, алмазный наконечник ударника) внедряется в поверхность образца. Испытания на изнашивание и истирание позволяют определить изменения свойств поверхности материала при длительном воздействии трения. Комплексные испытания позволяют описывать основные конструкционные и технологические свойства материала, регламентировать максимально допустимые нагрузки для изделия.

Для определения характеристик механической прочности используют разрывные машины. Например, WEB 600, производства TIME Group Inc.: она способна развивать усилие 600 кН. Машины для технологических испытаний, такие как ИА 5073-100, ИХ 5133, ИХ 5092 отечественного производства, поставляемые компанией ООО «Северо-Западные Технологии», служат для испытаний на скручивание проволоки, выдавливание листового металла, перегибов проволоки и так далее.

Есть несколько методов определения твердости металла: по Виккерсу, когда в поверхность вдавливается четырехгранная алмазная пирамидка под действием нагрузки в 5, 10, 20, 30, 50 и 100 кгс. Затем отпечаток измеряют по диагоналям квадрата, и по таблице определяют число твердости. Машины для определения твердости – твердомеры. Например ИТ 5010 – машина для определения твердости по Виккерсу.

При исследовании твердости по методу Роквелла, образец плавно нагружают до 98 Н (10 кгс). Затем дается дополнительная нагрузка до максимального значения 490 Н (50 кгс) – 1373 Н (140 кгс). После его достижения на шкале индикатора прибора отображается количество единиц твердости образца. Один из распространенных твердомеров по Роквеллу – ТР 5006 М. Среди машин, предназначенных для испытания на усталость можно назвать МУИ-6000 (поставщик – «Северо-Западные Технологии»).

Методы неразрушающего контроля

Одним из первых методов неразрушающего вида дефектологии был метод сравнения качества шва с образцами-эталонами. Вначале профессионал на образцовой детали делал, как ему казалось, качественный шов.

После, по нему сверяли все остальные швы на идентичность. Позже выяснилось, что неразрушающий метод имеет большой недочет: качество шва опирается на сугубо субъективное мнение сварщика и не более.

Ненадежность этого вида контроля дало толчок развитию более точных видов проверки. Ниже, мы опишем, самые применяемые из них.

Капиллярный метод

Метод капиллярного контроля, в основном, применяется на производствах небольших масштабов. Обуславливается это тем, что для его проведения не требуется дорогое оборудование и специальных знаний у контролера.

Зачастую, и в крупнопромышленных производствах нет необходимости в проведении сложной поверки, поэтому обращаются к капиллярному способу. В чем же заключается суть метода?

Нанесенный на шов раствор, проникает даже в микроскопические наружные повреждения, окрашивая их в яркий цвет. Это дает возможность быстро выявить трещины и вмятины.

Как проверяют проницаемость?

Когда сваривают ёмкости, трубопроводы и так далее, необходимостью становится именно оценка того, какой является герметичность. Такой контроль качества так же проводится с использованием различных методов и инструментов:

1. Испытания по гидравлике и пневматике.
2. Пузырьковым методом.
3. Течеиспускание.

И так далее. Пневматические испытания – это когда внутрь трубопровода запускают воду или газ в больших количествах. Пенообразующий состав наносят на поверхность снаружи. Если появляются пенистые пузырьки – значит, герметичность была нарушена.

Видео

Объекты НК

НК используется при оценке соответствия указанных ниже объектов требованиям промышленной безопасности:

1. Котлонадзор: различные виды котлов; сосуды под давлением свыше 0,07 МПа; барокамеры; трубопроводы с давлением пара более 0,07 МПа и температурой воды выше 115°С.
2. Газоснабжение: наружные и внутренние газопроводы и газовое оборудование.
3. Подъемные сооружения: различные виды кранов, подъемники, лифты, эскалаторы, фуникулеры, канатные дороги.
4. Горнорудная промышленность: подъемное, горно-транспортное и горно-обогатительное оборудование, здания и сооружения рудничных комплексов и фабрик.
5. Угольная промышленность: вентиляторы и шахтные подъемные машины.
6. Нефтегазовая отрасль: оборудование для бурения, эксплуатации, ремонта скважин; трубопроводы; оборудование газонефтеперекачивающих станций, резервуары для нефти и нефтепродуктов.
7. Металлургическая промышленность: цапфы технических устройств, различные строительные конструкции из металла.
8. Взрывопожароопасное и химически опасное производство: различные виды резервуаров для хранения опасных веществ; печи, центрифуги и сепараторы; оборудование, работающее под давлением и под вакуумом; холодильное оборудование.
9. Железнодорожный транспорт: подъездные пути, вагоны, контейнеры для транспортировки опасных веществ.
10. Хранение и переработка зерна: вентиляторы, воздуходувные машины, дробилки, вальцовые станки и т.д.

Алгоритм УЗК

Метод применяется в промышленности уже почти столетие, и используется для исследования качества сварных швов, паяных, сварных и клееных соединений в разнородных металлических и других образцах. Такая долгосрочная популярность ультразвукового контроля деталей объясняется точным определением разноплановых микродефектов и отклонений.

Основная область использования акустической дефектоскопии — проверка качества сварки. Для понимания алгоритма УЗК рассмотрим теневую методику, подробно описанную в документации ГОСТ Р 55724-2013.

1. Испытываемый шов и соседние области (до 70 мм в каждую сторону) качественно очищаются от мелких загрязнений.
2. Для увеличения четкости показателей данных участок смазывается глицериновым средством, солидолом или специальными техническими смазочными составами.
3. Прибор УЗК настраивается и калибруется с учетом норм конкретной области.
4. Устанавливаются излучающее и принимающее устройства для ручного ультразвукового контроля.
5. В искателе сканируется шов, перемещение прибора по длине происходит зигзагообразно. Отражение на мониторе сигнала с максимальной амплитудой показывает нарушение целостности.
6. Проверяется достоверность присутствия повреждения и при ее установлении данные об изъяне заносятся в регистрационную таблицу, где указываются:

• Неровные, растрескавшиеся или недостаточно хорошо сваренные места;
• Наличие расслоений или присутствие пор в наплавленном металле;
• Несплавленные участки, свищи;
• Коррозионные изменения, окисление или провисание;
• Недочеты структуры и характеристик геометрии.

1. По требованиям ГОСТ после определенного количества подходов исследования, информация о сканировании записывается в протокол и в отдельный журнал с указанием следующих показателей:
   • ТУ выполнения исследования;
   • Длина исследуемого шовного соединения;
   • Название и тип примененного оборудования;
   • Название и индекс типа соединения;
   • Число колебаний за единицу времени (указывается в Hz, герцах).

При выполнении ультразвукового контроля, определение нарушений очень точное, и методика востребована не только в промышленности, но и для частного исследования при строительстве или ремонте объектов жилого или коммерческого назначения.

Магнитная дефектоскопия

Методы контроля качества сварных соединений включают в себя такой неразрушающий вид как магнитная дефектоскопия. Этот метод применяется для контроля изделий, имеющих ферромагнитный состав. Он поможет обнаружить неглубокие, но скрытые трещинки, а также инородные включения.

Когда нарушается целостность конструкции внутри нее, то появляется своеобразная «зона рассеяния». При этом на краях образуются полюса. На внешней поверхности сварного изделия напротив внутренней зоны рассеяния происходит ее фиксация. Магнитные линии начинают огибать эту зону, и происходит ее четкое выделение. В этом месте происходит изменение плотности магнитного поля.

Магнитный контроль сварных швов основан на образовании магнитного поля, которое при проверке пронизывает сварное соединение. Для этого применяется особое оборудование. С помощью дефектоскопов имеется возможность обнаружения микроскопических трещин с размером их толщины до 0,001 мм. Суть метода состоит в том, что магнитный поток, путешествуя вдоль сварочного шва, при появлении на его пути дефекта обходит его. Это является следствием того, что магнитная проницаемость в этом месте гораздо меньше, чем магнитная проницаемость самого металла.

Для обнаружения продольных трещин применяется циркулярный вид намагничивания, для поперечных трещин — продольный. Также имеется комбинированный способ.

Контроль сварочных швов методом магнитной металлографии может осуществляться несколькими способами.

Магнитопорошковый

Проверка сварки производится с помощью магнитного порошка, который представляет собой совокупность мельчайших частичек намагниченного металла. В результате воздействия рассеяния магнитного поля эти частички меняют свое положение в пространстве.

Таким методом можно осуществлять контроль качества сварных соединений трубопроводов.

Как правило, ферромагнитный порошок представляет собой железо. Он может использоваться в следующих видах:

• сухой;
• водная эмульсия;
• маслянистая суспензия.

Процесс проверки заключается в том, что частицы порошка, на которые оказывают действие электромагнитные поля, перемещаются равномерно по поверхности. Когда они встречают на своем пути дефект, частицы порошка начинают скапливаться, образуя в таких местах своеобразные валики. Их форма и размер позволяют судить о соответствующих параметрах найденного дефекта.

Технологические операции для выполнения магнитопорошкового метода:

1. Подготовка поверхности. Очищение ее от грязи, шлака, окалин, следов брызг, наплывов.
2. Нанесение на поверхность проверяемого соединения порошка, эмульсии или суспензии.
3. Осмотр и выявление участков, в которых имеются дефекты.
4. Размагничивание поверхности.

Наиболее достоверные результаты можно получить при использовании сухого порошка. Чтобы правильно оценить чувствительность порошка пользуются контрольными образцами. Допускается использование различных видов дефектоскопов: стационарных, мобильных, переносных, передвижных.

Магнитографический

Магнитная дефектоскопия относится к неразрушающим видам проверки сварочных швов. Суть метода заключается в том, что происходит выявление магнитных потоков, которые появились в намагниченных изделиях при наличии дефектов.

Для осуществления этого метода производится намагничивание исследуемой поверхности вместе с прижатым к ней с помощью эластичной ленты магнитоносителем. Одновременно осуществляется запись процесса на магнитную ленту. Информация о магнитном рельефе с ленты считывается специальными устройствами, являющимися составными частями дефектоскопов.

Наиболее часто этот метод находит применение для контроля сварных соединений трубопроводов. Главное преимущество этого метода по сравнению с магнитопорошковым способом — более высокая производительность.

Индукционный контроль

Отличие этого метода от предыдущих — наличие индукционных катушек, с помощью которых происходит образование электродвижущей силы. Для фиксации сигнала индукционную катушку необходимо соединить с аппаратом, осуществляющим регистрацию. В качестве него могут использоваться гальванометр или сигнальная лампа.

Контроль осуществляется при перемещении сварного соединения вдоль индукционной катушки. Передвижение может быть также осуществлено движением дефектометра вдоль соединения. Когда наступит момент пересечения индукционной катушки с местом, в котором находится дефект, то вследствие изменения в этом месте магнитного потока появляется электродвижущая сила. Индукционный ток поступает на регистрационный прибор.

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.

Ультразвуковой метод и его технология

Технология ультразвукового контроля используется производством, промышленностью с момента развития радиотехнического процесса. Эффект и устройство технологии в том, что ультразвуковые волны акустического типа не меняют прямолинейную траекторию движения при прохождении однородной среды. Ультразвуковой метод используется также при проверке металлов и соединений, имеющих различную структуру. Такие случаи подразумевают, что происходит частичный процесс отражения волн, зависит от химических свойств металлов, чем больше сопротивление звуковых волн, тем сильнее воздействует эффект отражения.

Дефектоскопия или ультразвуковой контроль не разрушают соединения по структуре. Технология проведения ультразвуковой диагностики включает поиск структур, не отвечающих по химическим или физическим свойствам показателям, любые отклонения считаются дефектом. Показания колебаний рассчитываются по формуле L=c/f, где L описывает длину волны, Скорость перемещения ультразвуковых колебаний, f частоту колебаний. Определение дефекта происходит по амплитуде отраженной волны, тем самым возможно вычислить размер недочета.

Процесс ультразвукового метода

Сварные соединения подразумевают работу с наличием газовых ванн, испарения которых не всегда успевают удалиться в окружающую среду. Ультразвуковой метод контроля позволяет выявить газообразные вещества в сварных соединениях, за счет сопротивления волн. Газообразная среда веществ обладает сопротивлением в пять раз меньшим по отношению к кристаллической решетке металлических материалов. Ультразвуковой контроль металла позволяет вывить среды за счет отражения колебаний.