Контроль сварных соединений

Как проводится ультразвуковая дефектоскопия

Все выше описанные технологии относятся к категории ультразвуковых методов неразрущающего контроля. Они удобны и просты в исполнении. Рассмотрим, как теневой метод используется на практике. Все действия проводятся по ГОСТ.

• Производится зачистка сварного шва и прилегающих к нему участков на ширину 50-70 мм с каждой стороны.
• Чтобы получились более точные результаты на соединительный шов наносится смазочное средство. К примеру, это может быть солидол, глицерин или любой другое техническое масло.
• Производится настройка прибора по ГОСТ.
• Излучатель устанавливается с одной стороны и включается.
• С противоположной стороны искателем (приемником) производятся зигзагообразные перемещения вдоль сварного стыка. При этом прибор немного поворачивают туда-сюда вокруг своей оси на 10-15°.
• Как только на мониторе появится сигнал с максимальной амплитудой, то это вероятность, что в металле шва обнаружен дефект. Но необходимо удостоверится, что отражающий сигнал не стал причиной неровности шва.
• Если не подтвердилось, то записываются координаты изъяна.
• Согласно ГОСТ испытание проводится за два или три прохода.
• Все результаты записываются в специальный журнал.

Основные контролируемые объекты сварочного производства при проверке

Выполняется контроль следующих технологических факторов:

1) контроль качества исходных материалов

Качество сварки обеспечивается при условии, что качество исходных материалов удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям. Устанавливают соответствие сертификатных данных на все исходные материалы данным, которые требуются согласно техпроцессу сварки конструкций. Проверяют качество:

основного металла:

— литые заготовки (поры, усадочные раковины и трещины);
— прокат (расслоения, различные пробы на неравномерность распределения примесей и т.д.);

электродов:

— равномерность толщины покрытий;
— наличие трещин в покрытиях;
— другие механические повреждения;
— специальные пробы (в т.ч. на содержание водорода);

сварочной проволоки:

— чистота поверхности;
— наличие покрытий;
— наличие расслоений, закатов;

флюсов:

— величина и равномерность размера;
— грануляция частиц;
— инородные включения;
— влажность;

защитных газов:

— наличие вредных примесей;
— наличие влаги.

2) контроль оборудования

— предупредительный контроль — обеспечивается соблюдением графика технического обслуживания оборудования;
— автоматизированный контроль — осуществляется с обратной связью; применяют для высокоскоростных сварочных процессов.

3) контроль технологии изготовления

— контроль подготовки заготовок;
— контроль исправности сварочных приспособлений;
— контроль сборки узлов под сварку;
— контроль состояния сварочных материалов;
— контроль пригодности сварочного оборудования;
— контроль соблюдения установленных режимов сварки.

4) контроль квалификации операторов — необходимо проверять на всех этапах технологического процесса (заготовки, сборки, сварки, контроля качества). Создан высший орган украинской системы подготовки и аттестации кадров сварочного производства — «Украинский аттестационный комитет сварщиков». Разработаны и утверждены «Правила аттестации сварщиков» (10.04.96 г., №61).

Виды ультразвукового контроля

В настоящее время в промышленности применяются несколько способов ультразвуковой дефектоскопии сварных швов. Рассмотрим каждый из них.

1. Теневой метод диагностики. Это методика основана на использовании и сразу двух преобразователей, которые устанавливаются по разные стороны исследуемого объекта. Один из них излучатель, второй – приемник. Место установки – строго перпендикулярно исследуемой плоскости сварного шва. Излучатель направляет поток ультразвуковых волн на шов, приемник их принимает с другой стороны. Если в потоке волн образуется глухая зона, то это говорит о том, что на его пути попался участок с другой средой, то есть, обнаруживается дефект.
2. Эхо-импульсный метод. Для этого используется один УЗК дефектоскоп, который и излучает волны, и принимает их. При этом используется технология отражения ультразвука от стенок дефектных участков. Если волны прошли сквозь металл сварочного шва и не отразились на приемном устройстве, то дефектов в нем нет. Если произошло отражение, значит, внутри шва присутствует какой-то изъян.
3. Эхо-зеркальный. Данный ультразвуковой контроль сварных швов – это подтип предыдущего. В нем используется два прибора: излучатель и приемник. Только устанавливаются они по одну сторону от исследуемого металла. Излучатель посылает волны под углом, они попадают на дефекты и отражаются. Эти отраженные колебания и принимает приемник. Обычно, таким образом, регистрируют вертикальные дефекты внутри сварочного шва – трещины.
4. Зеркально-теневой. Этот ультразвуковой метод контроля – симбиоз теневого и зеркального. Оба прибора устанавливаются с одной стороны от исследуемого металла. Излучатель посылает косые волны, они отражаются от стенки основного металла и принимаются приемником. Если на пути отраженных волн не встретились изъяны сварного шва, то они проходят без изменений. Если на приемнике отразилась глухая зона, то, значит, внутри шва есть изъян.
5. Дельта-метод. В основе этого способа контроля сварных соединений ультразвуком лежит переизлучение дефектом направленных акустических колебаний внутрь сварного соединения. По сути, отраженные волны делятся на зеркальные, трансформируемые в продольном направлении и переизлучаемые. Приемник может уловить не все волны, в основном отраженные и движущиеся прямо на него. От количества полученных волн будет зависеть величина дефекта и его форма. Не самая лучшая проверка, потому что она связана с тонкой настройкой оборудования, сложность расшифровки полученных результатов, особенно, когда проверяется сварочный шов шириною более 15 мм. При проведении ультразвукового контроля качества металла этим способом предъявляются жесткие требования к чистоте сварочного шва.

Вот такие методы ультразвукового контроля сегодня используются для определения качества сварных соединений. Необходимо отметить, что чаще всего специалисты используют эхо-импульсный и теневой метод. Остальные реже. Оба вариант в основном используются в ультразвуковом контроле тру.

Капиллярный метод

Данный способ контроля использует свойство жидкости затягиваться в очень мелкие капилляры. Быстрота и степень проникновения внутрь материала связана с его смачиваемостью и диаметром капилляров. Больше смачивается сплав и тоньше капилляры – глубже проникает жидкость.

Капиллярный способ контроля качества шва позволяет иметь дело не только с любыми металлами, но и с керамикой, пластмассой, стеклом. Главное его применение связано с проявлением внешних изъянов, которые невозможно или трудно определить невооруженным глазом. Иногда, используя, к примеру, керосин, можно обнаружить сквозные дефекты.

Способ очень простой, работает со времен возникновения потребности проверки сварочных швов. Для него даже разработан специальный ГОСТ 18442-80.

В капиллярном методе контроля качества сварки используют пенетранты – вещества, имеющие малое поверхностное натяжение и сильный цветовой контраст.

Проникая в дефектные зоны, и подсвечивая их, пенетранты визуализируют изъяны сварки. Их делают на основе воды, керосина, масла для трансформаторов и прочих жидкостей.

Наиболее чувствительные пенетранты могут проявить дефекты диаметром от 0,1 микрона. Капиллярный метод контроля качества сварки эффективен для дефектов до 0,5 мм шириной. При больших диаметрах пор или трещин он не работает.

Способ с применением пенетрантов заключается в очистке поверхности, нанесении контрольной жидкости и проявлении изъянов. Очень эффективен способ контроля сварных соединений с помощью керосина.

Несмотря на разнообразные приборы контроля качества сварки, проверку этим способом используют до сих пор. С одной стороны наносят раствор мела, дают время для сушки, затем с другой стороны шов смазывается керосином. Бракованные места проявляются через несколько часов в виде темных пятен.

Преимущества

• Рентгенографический контроль сварных соединений трубопроводов является одним из самых точных и надежных методов дефектоскопии;
• Можно увидеть скрытые дефекты;
• Возможно определение абсолютных и относительных размеров бракованного места;
• Скорость проведения процедур достаточно высокая.

Недостатки

• Эффективность метода зависит от правильности установки параметров;
• Оборудование для его проведения имеет высокую стоимость;
• Здесь нужно использовать особую пленку для фиксации результата;
• Это опасный для здоровья метод дефектоскопии сварных швов.

Устройство и принцип работы оборудования

Излучающий элемент представлен в виде вакуумного сосуда, в котором находится три электрода: анод, накал катода и катод. Сами рентгеновские лучи возникают тога, когда заряженные частицы получают сильное ускорение. Это может случиться и при высокоэнергетическом переходе, что происходит в оболочке атомов. Рентгенографические трубки используют оба этих варианта. Основным конструктивным элементом устройства выступает анод и катод.

Устройство для рентгенографическогой контроля сварных соединений

Электроны, которые испускаются катодом получают ускорение от различных электрических потенциалов, находящихся в области между анодом и катодом. В это время рентгеновские лучи еще не испускаются, по причине малого своего количества. Они ударяются об анод, после чего происходит их резкое торможение. За счет этого происходит генерация лучей в рентгеновском диапазоне. В это же время из внутренних оболочек атомов анода выбиваются электроны. На места выбитых частиц становятся другие электроны. Выпускаемое излучение приобретает характерные черты, которыми обладает материал анода.

Когда лучи уже вышли, то они передвигаются в соответствии с заданным направлением сквозь выбранный участок шва. Затем они сталкиваются с плотной поверхностью и часть остается в металле. Остальные частицы, которым удалось прорваться, попадают на пленку. Там отображается интенсивность излучения в каждом отдельном месте. При наличии пустых мест в структуре наплавленного металла, количество лучей становится большим. Таким образом можно выявить где находится тот или иной дефект, а также какой он формы и размера.

Методика проведения контроля

Методика проведения рентгенографического контроля сварных соединений очень схожа с радиографическим контролем. Первым делом происходит настройка аппаратуры под определенную плотность металла, чтобы излучение смогло пройти сквозь его поверхность. Затем происходит подготовка сделанного шва к контролю. Для этого с него оббивают шлак, обрабатывают до требуемой высоты валика и зачищают саму поверхность.

После этого изделие перемещается в аппарат на то место, где будет происходить выпуск лучей. Оно должно находиться между излучателей и фотопленкой. Затем включается аппарат и лучи моментально проникают сквозь сварной шов, попадая в итоге на пленку. На ней отображаются все неровности интенсивности, которые показывают наличие дефектов.

Меры по технике безопасности

Чтобы сохранить свое здоровье при частом проведении подобных процедур, следует придерживаться ряда предписанных требований. В первую очередь, устройство должно быть экранировано, чтобы излучение не распространялось по всему помещению, а действовало только в строго направленное место. Для экранирования зачастую используют металлические пластины. Они же могут пригодиться для обустройства стен помещения, которые также должны быть ограждением для распространения излучения.

Во время работы следует держаться как можно дальше от излучателя, насколько это возможно. Также стоит уменьшить время пребывания в помещении во время работы техники. В данном месте не должно быть ни каких посторонних людей. Все работники должны иметь средства индивидуальной защиты.

Все работы должны проводиться только при условии, что техника исправна и правильно настроена. Стоит понимать, что минимальной дозы излучения сложно избежать, но она со временем накапливается, если процедуры проводятся часто и это может вызвать серьезные осложнения, перерастающие в хроническую профессиональную болезнь. Исходя из этого, необходимо следить за тем, какую дозу человек получает за один проход действия аппарата. Для этого используются специальные дозиметры

Также нужно обратить внимание на ионизацию воздуха в помещении, так как при сильно высоком ее уровне может случиться электрический разряд, потому что воздушная масса перестанет быть диэлектриком

Теория технологии

Технология ультразвуковой дефектоскопии. (Слева отсутствие дефекта, справа дефет)

В основе ультразвуковых колебания лежат обычные акустические волны, которые имеют частоту колебания выше 20 кГц. Человек их не слышит. Проникая внутрь металла, волны попадают между его частицами, которые находятся в равновесии, то есть, колеблются в одной фазе. Расстояние между ними равно длине ультразвуковой волны. Этот показатель зависит от скорости прохождения через металлический шов и частоты самих колебаний. Зависимость определяется по формуле:

L=c/f, где

• L – это длина волны;
• с – скорость ее перемещения;
• f – частота колебаний.

Скорость же зависит от плотности материала. К примеру, в продольном направлении ультразвуковые волны двигаются быстрее, чем в поперечном. То есть, если на пути волны попадаются пустоты (другая среда), то изменяется и ее скорость. При этом, встречая на своем пути различные дефекты, происходит отражение волн от стенок раковин, трещин и пустот. А соответственно и отклонение от направленного потока. Изменение движения оператор видит на мониторе УЗК прибора, и по определенным характеристикам определяет, какой дефект встал на пути движения акустических волн.

К примеру, обращается внимание на амплитуду отраженной волны, тем самым определяется размер дефекта в сварочном шве. Или по времени распространения ультразвуковой волны в металле, что определяет расстояние до дефекта.

Визуальный осмотр

Это самый простой и примитивный метод контроля, с которого необходимо начинать контроль качества сварных швов. Не все дефекты являются глубоко запрятанными. Значительная их часть находится снаружи. Визуальный осмотр позволит их увидеть и при необходимости сразу отбраковать, что приводит к экономии времени и сил. Понятно, что этот вид контроля является неразрушающим. При визуальном осмотре легко увидеть основные геометрические параметры сварного шва и дать им оценку.

Визуальный осмотр не является выборочным. Ему подлежат все выполненные сварные соединения. Для более точной оценки можно использовать лупу с большим увеличением. Больше никаких приспособлений не понадобится, кроме штангенциркуля и шаблонов для производства измерений найденных отклонений.

Хотя визуальный осмотр определяет в основном геометрические параметры сварного шва и внешние недостатки, частично внешний осмотр может сигнализировать и о наличии внутренних изъянов. Так, например, неравномерность поверхности валиков может быть следствием непроваров, находящихся внутри. Такие подсказки следует учитывать при более тщательных способах исследования.

Чтобы дефекты были лучше видны, перед началом осмотра с поверхности удаляют все загрязнения и остатки шлака. Швы можно обработать азотной кислотой, после чего быстро убрать ее остатки с помощью спирта.

3.2. Методы и объемы контроля сварных соединений

3.2.1. Для контроля качества сварных соединений применяют следующие методы:

визуальный и измерительный контроль;

радиографический контроль;

контроль герметичности;

капиллярный контроль;

ультразвуковой контроль;

разрушающие испытания (механические испытания, металлографические исследования, испытания на стойкость против МКК и содержание ферритной фазы в наплавленном металле). Разрушающие испытания применяют только для проверки контрольных образцов в соответствии с . настоящих правил.

3.2.2. Объем контроля качества сварных соединений определяют в соответствии с .

Примечание: По решению проектной организации допускается применять радиографический контроль на тавровых соединениях с неполным проплавлением (конструктивным непроваром) в корне шва при толщине свариваемых элементов не менее 20 мм.

Просвечивание в этом случае проводят под двумя углами. Наличие на радиографическом снимке изображения конструктивного непровара браковочным признаком не является.

3.2.3. В зависимости от объема проведения неразрушающий контроль подразделяется на сплошной (100%) и выборочный (менее 100%).

Сплошной контроль проводят по всей протяженности каждого сварного соединения. Выборочному контролю подвергают отдельные участки сварных соединений или отдельные сварные соединения.

3.2.4. Выборочный контроль отдельными участками проводят на прямолинейных и других незамкнутых сварных соединениях, а также на кольцевых сварных соединениях деталей с номинальным наружным диаметром более 250 мм. Отношение суммы длин проконтролированных участков к общей протяженности сварного соединения должно быть не менее установленного объема выборочного контроля.

3.2.5. При выборочном контроле кольцевых сварных соединений деталей с номинальным наружным диаметром не более 250 мм контролируют отдельные сварные соединения по всей их длине.

Количество контролируемых сварных соединений определяется установленным объемом выборочного контроля. При этом указанный объем должен быть выдержан для каждой группы однотипных сварных соединений, выполненных каждым сварщиком на изготовляемом (монтируемом) объекте (установке, заказе). Однотипность сварных соединений определяют в соответствии с настоящих ПК.

3.2.6. Выбор контролируемых участков по или сварных соединений по проводится службой, выполняющей контроль из числа наиболее трудновыполнимых или вызывающих сомнение по результатам предшествующего контроля, а в случае их отсутствия равномерно по длине контролируемого шва.

В число контролируемых должны быть включены, как правило, начальные и конечные участки швов.

3.2.7. Вне зависимости от объема выборочного контроля участки пересечения или сопряжения сварных швов на расстоянии не менее трех номинальных толщин сваренных деталей в каждую сторону от точки пересечения (сопряжения) осей швов подлежат контролю всеми предусмотренными методами и не засчитываются в объем выборочного контроля.

3.2.8. Если при проведении выборочного контроля каким-либо методом обнаружены недопустимые дефекты, то проводят дополнительный контроль тем же методом в удвоенном объеме соединений или их участков, выполненных сварщиком, допустившим брак.

Если невозможно установить фамилию сварщика, допустившего брак, или границы сварки, выполненной данным сварщиком по длине и глубине, то удваивают объемы контроля данной группы однотипных сварных соединений (карты облицовки, блока проходок и т.п.).

Если при дополнительном контроле снова будут обнаружены недопустимые дефекты, то сварные соединения, представленные данным объемом выборочного контроля, подвергают сплошному контролю.

3.2.9. При выявлении в процессе выборочного контроля дефекта на границе проверяемого участка контроль должен быть продолжен до выявления фактических границ дефектного участка, причем контроль, цель которого — выявление указанных границ, не входит в объем дополнительного контроля.

3.2.10. Контролируемая зона должна включать весь объем металла шва, а также примыкающие к нему участки основного металла в обе стороны от шва шириной не менее:

для стыковых сварных соединений, выполненных дуговой сваркой:

5 мм — при номинальной толщине свариваемых деталей до 5 мм включительно;

номинальной толщины свариваемых деталей — при значении этой толщины более 5 мм;

20 мм — при номинальной толщине свариваемых деталей свыше 20 мм;

для угловых и тавровых сварных соединений, выполненных дуговой сваркой:

3 мм — независимо от толщины.

В сварных соединениях различной номинальной толщины ширину контролируемых участков основного металла определяют отдельно для каждой из сваренных деталей в зависимости от их номинальной толщины.

Преимущества и недостатки

Достоинства:

• низкая трудоемкость исследований, контролирует соединения один человек в течение нескольких минут;
• безопасность проведения контроля, только радиационная диагностика предполагает влияние вредных факторов;
• разнообразие контролирующих приборов, для основных методов дефектоскопии выпускают мобильные дефектоскопы;
• разнообразие контролируемых объектов: проверяют плоские, объемные детали, трубы;
• контроль швов, произведенных любым видом сварочного аппарата.

Недостатки:

• у каждого из методов существуют определенные ограничения по применению, ввиду выявляемых изъянов;
• необходимость использования специальных реагентов, расходных материалов;
• приходится специально подготавливать исследуемые поверхности;
• контролируемые фрагменты после диагностики необходимо дополнительно обрабатывать антикоррозионными средствами, при снятии окалины, оксидной пленки защитные свойства металла ухудшаются.