Мустафин Ф.М. - Сварка трубопроводов

уровне чувствительности аппаратуры; интенсивностью — числом импульсов, зарегистрированных за 1 с; амплитудой — максималь­ ным значением огибающей принятых сигналов; пиковой амплиту­ дой сигналов — максимальным значением амплитуды за опреде­ ленный интервал времени; энергией эмиссии — суммой квадратов амплитуд сигналов, принятых за определенный интервал времени; амплитудным распределением сигналов, принятых за время на­ блюдения.

Контроль сварных соединений с помощью акустической эмиссии (АЭ) можно осуществлять на разных стадиях: в процессе сварки, когда шов только формируется; в процессе охлаждения сварного шва после окончания сварки до прихода его в равнове­ сное состояние; при внешнем механическом нагружении конст­ рукции.

Для протяженных швов первые две стадии можно совместить во времени. Общей их особенностью является возникновение АЭ без внешней нагрузки, под действием внутренних локальных на­ пряжений, развивающихся в самом шве и околошовной зоне. Причинами этих напряжений являются неравномерность и неста­ ционарность теплового режима сварки, неоднородность структу­ ры материала.

На последней стадии для возникновения АЭ необходимо об­ щее или локальное воздействие внешней нагрузки на шов.

Использование АЭ для оценки качества сварного шва опреде­ ляется возможностью выделения сигналов, порождаемых разви­ вающимися дефектами, из общей массы сигналов, большинство из которых являются мешающими (шумами).

Метод целесообразно применять для решения следующих задач: проведения диагностики технического состояния трубопро­ водов; наблюдения за ростом трещин в процессе проверочных ис­ пытаний резервуаров под давлением; постоянного надзора в эксп­ луатации за участками сварных конструкций, находящихся в на­ пряженном состоянии, в которых могут образоваться трещины; оценки возможности появления трещин в процессе остывания; изучения особенностей роста усталостных трещин при разных условиях эксплуатации.

Принцип работы акусто-эмиссионных приборов основан на приеме информативных параметров акустических сигналов, возникающих как при деформировании твердых тел, трещин по

277

образовании, так и при развитии в них усталостных дефектов. Приборы определяют местоположение дефектов, локализуя их в направлении расположения двух преобразователей.

6.7. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ

Для всех электромагнитных методов (токо-вих- ревых и магнитных) характерно наличие полезадающей системы, магнитного поля дефекта и устройства его обнаружения. Для элек­ тромагнитных средств контроля металлических изделий использу­ ют широкий спектр частот, начиная от постоянного магнитного поля до переменных полей с частотами в несколько десятков мега­ герц.

Методы электромагнитного контроля, которые основаны на изменении реакции вихревых токов, создаваемых на поверхности изделия, называют вихретоковыми. Этими методами можно конт­ ролировать только электропроводимые материалы [5, 23].

Различные методы контроля ферромагнитных материалов, ос­ нованные на намагничивании исследуемого сварного шва, назы­ ваются магнитными. По способу регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих в зоне расположения дефектов, магнит­ ные методы разделяют на магнитопорошковый, магнитографиче­ ский, феррозондовый, индукционный, магнитоакустический, магнитополупроводниковый, магнитоэлектрический. Каждый из этих методов имеет свои разновидности.

Принципиальным отличием всех магнитных методов от вихретоковых является обязательное намагничивание ферромагнит­ ного изделия. При этом на поверхности сварного шва в зоне рас­ положения дефекта возникает магнитное поле рассеяния. Если шов не насыщен, то магнитное поле рассеяния от дефекта увели­ чивает индукцию в металле, а на поверхности изделия дополни­ тельное поле практически не возникает. При достаточно высоком намагничивании сварного шва магнитное поле рассеяния от де­ фекта обнаруживается на поверхности шва. Внутри дефекта маг­ нитный поток распределен неравномерно. Это распределение за­ висит от геометрии дефекта, близости его расположения к поверх­ ности и степени насыщения детали.

278

В зависимости от метода создания магнитного поля, намагни­ чивание делят на:

постоянное;

остаточное;

импульсное;

индукционное;

комбинированное;

циркуляционное;

полюсное.

Выбор метода намагничивания определяется реальными воз­ можностями применения его и требованиями к уровню выявляе­ мое™ дефектов.

При каждом методе намагничивания процесс обнаружения дефекта протекает в приложенном или остаточном поле. Более эффективен контроль в приложенном магнитном поле (рис. 6 8) Такое намагничивание сварного шва хорошо выявляет дефекты находящиеся на внутренней поверхности цилиндрической де­ тали. По характеру замыкания силовых линий без выделения маг­ нитных полюсов этот метод намагничивания называют циркуляр­ ным. Такого же характера поле возникает в протяженной цилинд­ рической детали, если через нее пропускать электрический ток большой силы. В случае переменного электрического тока при циркулярном методе хорошо намагничиваются внешние слои детали. Если деталь имеет сложное переменное сечение, то внеш­ нее намагничивание, аналогичное рассмотренным двум вариан­ там, будет сопровождаться образованием полюсов. Это явление нежелательно.

Наиболее распространены методы регистрации полей рассея­ ния дефектов с помощью измерительной катушки, магнитного по­ рошка, магнитной ленты, датчиков Холла, магнитных полупровод­ никовых элементов, феррозондов, индукционных головок.

^4KIJL

1 )<$-

Рис. 6.8. Циркуляционное индукционное намагничивание труб

279

Принципиальное различие в системах регистрации — нали­ чие каких-либо механических или электрических средств измере­ ний, позволяющих получить э. д. с. в соответствии с законом элек­ тромагнитной индукции. Такие устройства не нужны при стати­ ческих методах регистрации, например, с помощью датчиков Хол­ ла, магнитного порошка, магнитных диодов и т. п.

Рассмотрим наиболее распространенные методы регистрации магнитных полей. Эффективным оказался магнитоакустическии метод, при котором измерительную катушку наклеивают на пла­ стинку из ферромагнетика с магнитострикционным эффектом. В пластине возбуждаются колебания, которые передаются накле­ енной на нее измерительной катушке. Наводимая э. д. с. пропор­ циональна постоянному магнитному полю дефекта, которое подмагничивает пластину. Этот метод удобен для автоматизации про­ цесса обнаружения относительно грубых дефектов. Измерение происходит в зоне локального насыщения пластины с магнито­ стрикционным эффектом, который изменяется в зависимости от степени подмагничивания.

Магнитопорошковый метод широко используется при диаг­ ностике сварных швов эксплуатируемых трубопроводов, сосудов и аппаратов ввиду своей простоты, надежности и высокой чув­ ствительности. Порошок можно наносить непосредственно на по­ верхности исследуемого изделия или насыпать на специальные линзы, которые перемещают над поверхностью намагниченного изделия.

Чувствительность магнитопорошкового метода может быть охарактеризована следующими размерами дефекта (мм): ширина раскрытия 0,001; глубина 0,01 —0,05; протяженность 0,3.

Среди магнитных методов дефектоскопии наибольшее рас­ пространение для контроля сварных швов получил магнитографи­ ческий метод благодаря низкой стоимости материалов, простоте применяемого оборудования, безопасности для обслуживающего персонала и др.

Магнитографическим методом выявляются трещины, непровары, несплавления, а также газовые поры и раковины. С умень­ шением глубины залегания дефектов чувствительность метода возрастает. Значительное влияние на чувствительность оказывает состояние поверхности шва. Грубая чешуйчатость, наплывы, брызги металла приводят к повышению уровня помех, которые

280

могут быть ошибочно приняты за дефекты. Для повышения эф­ фективности и достоверности контроля целесообразна предвари­ тельная подготовка стыков. Поверхность сварного соединения очищают от грязи, воды, металлических брызг, остатков шлака и др.

Магнитографический контроль осуществляют следующим об­ разом. На контролируемое изделие накладывают магнитную лен­ ту и плотно прижимают ее к поверхности, например, резиновым поясом. Намагничивают изделия путем перемещения намагничи­ вающего устройства вдоль шва. Магнитные поля рассеяния, появ­ ляющиеся в местах расположения дефектов, фиксируются на маг­ нитной ленте. Считывание информации с магнитной ленты осу­ ществляют протягиванием этой ленты через дефектоскоп, при этом определяют местонахождение дефекта.

Оптимальные режимы намагничивания сварных швов в каж­ дом конкретном случае определяют на эталонах, имеющих недо­ пустимые дефекты. Эталоны изготовляют из того же материала, что и контролируемое изделие.

Получение видимого изображения существенно расширяет возможности магнитографического контроля, делает его более на­ глядным, позволяя оценивать не только размеры, но и характер и форму дефектов.

Появившиеся на экране дефекты различных видов характери­ зуются присущими только им особенностями. Газовые поры и шлаковые включения появляются в виде темных пятен разнооб­ разной формы. Непровар по кромке изображается черной линией, смещенной от оси шва, а непровар в корне шва — линией посере­ дине. Подрезы дают изображение в виде широких черных линий по краям шва. При наличии трещин на экране появляются прямые или зигзагообразные линии с неровными краями.

6.8. МЕТОДЫ КАПИЛЛЯРНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Капиллярные методы неразрушающего контро­ ля основаны на капиллярном проникновении индикаторных жид­ костей (пенетрантов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объектов контроля и регистрации обра-

281

зующихся индикаторных следов визуальным способом или с по­ мощью преобразователя [29].

Капиллярный НК предназначен для обнаружения невидимых или слабовидимых невооруженным глазом поверхностных

исквозных дефектов в объектах контроля, определения их распо­ ложения, протяженности (для дефектов типа трещин) и ориента­ ции по поверхности. Этот вид контроля позволяет диагностиро­ вать объекты любых размеров и форм, изготовленные из черных

ицветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамики, а так­ же других твердых неферромагнитных материалов.

Капиллярный контроль применяют также для объектов, изго­ товленных из ферромагнитных материалов, если их магнитные свойства, форма, вид и местоположение дефектов не позволяют достичь требуемой чувствительности магнитопорошковым мето­ дом или магнитопорошковый метод контроля не допускается при­ менять по условиям эксплуатации объекта.

Капилляр, выходящий на поверхность объекта контроля толь­ ко с одной стороны, называют поверхностной несплошностью, а соединяющий противоположные стенки объекта контроля,— сквозной. Если поверхностная и сквозная несплошности являются дефектами, то допускается применять вместо них термины "по­ верхностный дефект" и "сквозной дефект".

Изображение, образованное пенетрантом, в месте расположе­ ния несплошности и подобное форме сечения у выхода на поверх­ ность объекта контроля, называют индикаторным рисунком. При­ менительно к несплошности типа единичной трещины вместо тер­ мина "индикаторный рисунок" допускается применение термина "индикаторный след".

Глубина несплошности — размер несплошности в направле­ нии внутрь объекта контроля от его поверхности. Длина несплош­ ности — продольный размер несплошности на поверхности объекта. Раскрытие несплошности — поперечный размер не­ сплошности у ее выхода на поверхности объекта контроля.

Необходимым условием выявления капиллярным контролем дефектов нарушения сплошности материала типа полостных, име­ ющих выход на поверхность объекта и глубину распространения, значительно превышающую ширину их раскрытия, является отно­ сительная их незагрязненность посторонними веществами.

Следует различать максимальную, минимальную и среднюю

282

глубину, длину и раскрытие несплошности. Если не требуется за­ ранее оговаривать, какое из указанных значений размеров имеет­ ся в виду, то для исключения недоразумений следует принять термин "преимущественный размер". Для несплошностей типа округлых пор раскрытие равно диаметру несплошности на поверхности объекта.

Все методы капиллярного неразрушающего контроля по ха­ рактеру взаимодействия проникающих пенетрантов с объектом контроля рассматриваются как молекулярные, что не указывается в определениях для сокращения.

Капиллярные методы подразделяют на основные, использую­ щие капиллярные явления, и комбинированные.

Основные капиллярные методы контроля подразделяют в за­ висимости от типа проникающего вещества на следующие:

1. Метод проникающих растворов — жидкостный метод ка­ пиллярного неразрушающего контроля, основанный на использо­ вании в качестве проникающего вещества жидкого индикаторно­ го раствора.

2. Метод фильтрующихся суспензий — жидкостный метод ка­ пиллярного контроля, основанный на использовании в качестве проникающего вещества индикаторной суспензии, которая обра­ зует индикаторный рисунок из отфильтрованных частиц диспер­ сной фазы.

Капиллярные методы в зависимости от способа выявления ин­ дикаторного рисунка подразделяют на люминесцентный, осно­ ванный на регистрации контраста люминесцирующего в длинно­ волновом ультрафиолетовом излучении видимого индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля;

цветной, основанный на регистрации контраста цветного в видимом излучении индикаторного рисунка на фоне поверхно­ сти объекта контроля;

люминесцентно-цветной, основанный на регистрации кон­ траста цветного или люминесцирующего индикаторного рисунка на фоне поверхности объекта контроля в видимом или длинновол­ новом ультрафиолетовом излучении;

яркостный, основанный на регистрации контраста в видимом излучении ахроматического рисунка на фоне поверхности объек­ та контроля.

При контроле качества кольцевых сварных соединений строя­ щихся трубопроводов и диагностике технического состояния экс-

283

плуатируемых трубопроводов применяется цветной метод дефек­

тоскопии.

Капиллярный дефектоскопический материал применяют при цветном методе контроля и используют для пропитки, нейтрализа­ ции или удаления избытка проникающего вещества с поверхности

ипроявления его остатка с целью получения первичной информа­ ции о наличии несплошности в объекте контроля.

Дефектоскопические материалы выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к объекту контроля, его состояния

иусловий контроля. Их укомплектовывают в целевые наборы, в которые входят полностью или частично взаимообусловленные совместимые дефектоскопические материалы, приведенные ниже.

Набор дефектоскопических материалов — взаимозависимое целевое сочетание дефектоскопических материалов: индикатор­ ного пенетранта, проявителя, очистителя и гасителя.

Индикаторный пенетрант (пенетрант) И — капиллярный де­ фектоскопический материал, обладающий способностью прони­ кать в несплошности объекта контроля и индицировать их.

Очиститель от пенетранта (очиститель) М — капиллярный де­ фектоскопический материал, предназначенный для удаления ин­ дикаторного пенетранта с поверхности объекта контроля; его можно применять в сочетании с органическим растворителем или водой.

Проявитель пенетранта (проявитель) П — капиллярный дефектоскопический материал, предназначенный для извлечения индикаторного пенетранта из капиллярной полости несплошно­ сти с целью образования четкого индикаторного рисунка и созда­ ния контрастирующего с ним фона.

В табл. 6.3 и 6.4 представлены наиболее распространенные наборы для цветной дефектоскопии и классы чувствительности капиллярного контроля.

Основными операциями капиллярного неразрушающего кон­ троля являются:

подготовка объекта к контролю (зачистка, шлифовка); обработка объекта дефектоскопическими материалами; проявление дефектов; обнаружение дефектов и расшифровка результатов контроля; окончательная очистка объекта.

284

ю

со

От

							Таблица 6.3
		Наиболее распространенные наборы дефектоскопических материалов
	Дефектоскопические материалы набора				Показатели назначения набора
				Материал объекта		Параметр	Диапазон	Класс
	Пенетрант	Проявитель	Очиститель			шероховатости	температур
								чувстви­
				контроля		поверхности Ra,	объекта
								тельности
						мкм	контроля, °С

ЛЖ-6А	ПР-1	ОЖ-1
«К»	«м»	Маслокероси
		новая смесь
ЛЖ-6А	ПР-4	ОЖ-1
ЛЖ-12	Окись магния	ОЖ-1
ЛЖ-4	Тоже	Вода с ПАВ
ЛЖ-12	ПР-5	ОЖ-1
ЛЖ-1 или	ПР-4	ОЖ-1
керосиновый
раствор ЛЖ-1 К
ЛЖ-1 или	Окись магния	Вода с ПАВ
керосиновый
раствор ЛЖ-1 К
Нориол-А	ПР-4	ОЖ-1
Керосиновый
раствор
SPOTCHECK	SKD-S2	SKC-S
SKL-SP1 (WP)
SHERWIN	D-100	DR-60
DP-51

Металлы,	2,5 — 5,0	15-35
пластмассы, стекло,
керамика
Тоже	5,0-10,0	- 4 0 - - + 4 0	I
Тоже	2,5-5,0	15--35	II
Тоже	Необработанная	15--35	II
	поверхность
	(12,5-50,0)
Тоже	Тоже	15--35	III
Тоже	2,5-5,0	15--35	II
Тоже	Необработанная	15--35	II
	поверхность
	(12,5-50,0)
Тоже	Тоже	15--35	III
Тоже	2,5-5,0	15-35	II
Тоже	Необработанная	10 — 50
	поверхность
	(12,5-50,0)
Тоже	Тоже	10-50

Таблица 6.4.

Классы чувствительности капиллярного контроля

	Класс чувствительности	Минимальный размер (ширина
		раскрытия) дефектов, мкм
	I	Менее 1
	II	1-10
	III	10-100
	IV	100-500
	Технологический	Не нормируют

6.9. НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБО К КОНТРОЛЮ КАЧЕСТВА

Для обеспечения требуемого уровня качества кольцевых сварных соединений трубопроводов необходимо выполнять:

пооперационный контроль; визуальный контроль;

контроль по макрошлифам (в случае двусторонней сварки под флюсом);

контроль неразрушающими физическими методами; механические испытания образцов сварных соединений; регистрацию параметров процесса сварки.

Для выполнения контроля привлекают организации, имею­ щие лицензию Госгортехнадзора России [5, 25].

Пооперационный контроль производитель работ выполняет непосредственно и непрерывно в процессе проведения операций по сборке и сварке трубопроводов. При пооперационном контро­ ле проверяют соответствие выполняемых работ проекту, требова­ ниям государственных стандартов, технологических инструкций и карт.

Визуальный контроль и обмер сварных соединений выполня­ ют работники служб контроля подрядчика с использованием необ­ ходимого измерительного инструмента.

Пооперационному контролю и визуальному осмотру подле-

286