Методы обнаружения внутренних дефектов

Для обнаружения внутренних дефектов сварного соединения – пор, трещин, непровара, вольфрамовых и шлаковых включений и др. (рис. 2.5) – используются различные виды неразрушающего контроля, основанные на известных физических явлениях, из которых в строительстве наиболее часто применяют радиографический контроль (рентгено- и гаммаграфирование), ультразвуковая и магнитная дефектоскопия. Все эти, так называемые физические, методы различны по чувствительности к форме, положению в шве и размерам дефектов; по виду документального подтверждения наличия или отсутствия дефекта, а также по мобильности, трудоемкости и стоимости выполнения операций контроля.

	1 – источник электромагнитного излучения; 2 – контролируемое сварное соединение; 3 – дефект (пора); 4 – изменение интенсивности излучения; 5 – кассета с фотопластиной (пленкой)
	1 – рентгеновская трубка; 2 - контролируемое сварное соединение; 3 – кассета; 4 – фотопленка или другой запоминающий изображение слой; 5 – экраны

Рис. 2.6. Принципиальные схемы радиационной дефектоскопии

а – принцип радиографического контроля;
б – схема рентгеновского просвечивания сварного соединения

1) Радиографический контроль (или радиационная дефектоскопия) (ДСТУ EN 12517-2002) основан на использовании ионизирующего излучения для получения изображения внутренней структуры сварного соединения (рис. 2.6, а). Интенсивность излучения, прошедшего сквозь контролируемое изделие, меняется в зависимости от плотности материала и толщины изделия. При просвечивании в качестве детектора для фиксации лучей к обратной стороне изделия прикладывают чувствительные фотопластину, фотобумагу или селеновую пластину.

Применяют радиационную дефектоскопию для выявления в сварных соединениях внутренних дефектов: трещин, непроваров, пор, усадочных раковин, шлаковых, оксидных, вольфрамовых и других включений.

Один из недостатков этого метода – ненадежное выявление микротрещин, некоторых видов пор, непроваров и включений.

Рентгенографический метод контроля сварных соединений (ГОСТ 7512-82) – один из наиболее совершенных для контроля – позволяет контролировать сталь толщиной до 100 мм. Принципиальная схема представлена на рис. 2.6, б: рентгеновские лучи из рентгенаппарата, проходя через сварное соединение, воздействует на фотопластину, размещенную в кассете. Для контроля качества сварных швов принимают стационарные рентгенаппараты и (реже) переносные. Типы отечественных аппаратов: РУП, РАП, МИРА, ПИР и др.; зарубежных: Макротанк, Суперлилипут, Эреско, Изовольт и др.

Исследования проводят операторы, имеющие соответствующую лицензию.

Гамма-дефектоскопия (ГОСТ 23055-78*). Для контроля сварных соединений в труднодоступных местах, в условиях монтажной площадки, при отсутствии источников электропитания применяют гамма-дефектоскопию с использованием излучения γ-лучей искусственными радиоизотопами: кобальт-60, цезий-137; селен-75, иридий-192, тулий-170. Источник излучения выбирают в зависимости от толщины и плотности материала, возможной, технологии контроля. Например, для стали толщиной до 15 мм используют тулий-170; при толщине металла 30-60 и более – кобальт-60.

Принципиальная схема испытаний с использованием γ-излучения даны на рис. 2.7.

	1 – свинцовый защитный кожух; 2 – ампула с радиоактивным веществом; 3 – исследуемое сварное соединение; 4 – кассета; 5 – фотопленка или запоминающий изображение слой; 6 – экраны
1 – источник излучения; 2 – кассета с пленкой

Рис. 2.7. Просвечивание γ-лучами сварных соединений

а – принципиальная схема; б – контроль стыковых соединений; в, г, д – контроль нахлесточных, угловых и тавровых соединений; е – контроль стыковых соединений труб

В настоящее время используют гамма-аппараты: «Гаммарид», РИД, «Магистраль» и др.

2) Ультразвуковой метод контроля качества сварных соединений (ГОСТ 14782-86) основан на отражении направленного пучка высокочастотных звуковых колебаний (0,8-2,5 МГц) от металла сварного шва и существующих в нем дефектов в виде несплошностей. Получают ультрозвуковые волны с помощью пьезоэлектрических пластин из кварца или титанита бария, которые устанавливают в держателе-щупе. Отраженные колебания улавливаются искателем, преобразуются в электрические импульсы, передаются на усилитель и далее на индикатор (рис. 2.8).

1 – дефект - трещина; 2 – усилитель отраженных сигналов; 3 – высокочастотный генератор электрических импульсов; 4 – щуп с пьезодатчиком; 5 – направление введенного
и отраженного ультразвуковых сигналов; 6 – электронно-лучевая трубка

Рис. 2.8. Схема ультразвукового контроля качества сварных соединений

а – принцип эхоимпульсного метода; б – общий вид дефектоскопа;
в – сигналы на экране электронно-лучевой трубки

Для обеспечения акустического контакта пьезоискателя поверхность металла в месте контроля укрывают слоем масел, технического вазелина или гелей. Граничная чувствительность при толщине металла: до 10 мм – 0,2-2,5 мм²; с 10 до 50 мм – 2-7 мм²; с 50 до 150 мм – 3,5-15 мм².

Метод весьма мобилен, надежность зависит от квалификации оператора.

Применяют дефектоскопы: УДМ-1, УДМ-3, ДУК-13-ИМ, ДУК-66П и др.

3) Магнитографический контроль (ГОСТ25225-82) базируется на выявлении полей рассеивания, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий, которые фиксируются на эластичной магнитной ленте, плотно прижимаемой к поверхности металла (рис. 2.9).Этим методом выявляют: поверхностные микротрещины, непровары, поры и шлаковые включения глубиной до 2-7% на металле толщиной 4-12 мм и внутренние дефекты.

1 – сварное соединение; 2 – дефект; 3 – магнитный поток; 4 – электромагнит;
5 – магнитная лента; 6 – опорные диамагнитные ролики; 7 – катушки; 8 – магнитный искатель; 9 – усилитель; 10 – дефектоскоп; 11 – импульс при отсутствии дефекта; 12 – импульс при наличии трещины, непровара; 13 – импульс при наличии шлакового и газового включений.

Рис. 2.9. Магнитографический контроль качества сварных соединений

а – схема распределения магнитного потока в сварном соединении;
б – схема намагничивания и записи магнитного поля на магнитную ленту;
в – схема воспроизведения записи на экране дефектоскопа; г – характер импульсов на экране

Применяют для контроля сварных соединений дефектоскопы типов: МДУ-1, МДУ-24, МД-11 и др.

Контроль на непроницаемость

Испытание сварных соединений на непроницаемость.В зависимости от условий эксплуатации рабочей среды потеря сварной конструкцией работоспособности может наступить не из-за разрушения, а вследствие течи в сварных соединениях. В связи с этим изделия, которые предназначены для работы под действием жидкостей и газов, подвергаются контролю сварных соединений на непроницаемость. Это резервуары и др. емкости для хранения и переработки газов и жидкостей, трубопроводы, судовые конструкции. Изделия являются герметичными, т.е. непроницаемыми, если утечка рабочего вещества через его стенку не превышает допустимой величины и не нарушает нормальной работоспособности изделия в течение заданного времени. Нарушения непроницаемости сварных соединений вызывают сквозные дефекты, например: трещины, прожоги, непровары и др.

Существуют различные способы испытания на непроницаемость.

Керосиновая проба

Этот метод прост, имеет сравнительно высокую чувствительность, поэтому широко распространен для контроля конструкций на непроницаемость.

Из жидких углеводородов керосин наиболее распространен для контроля непроницаемости сварных соединений. Это объясняется его неполярностью, высокой смачиваемостью, сравнительно малой вязкостью, обеспечивающими достаточно высокую чувствительность контроля. Керосин под действием поверхностных сил проникает в мельчайшие (10^-3 – 2×10^{-4 мм) неплотности, растворяет пленки жира и пробки в неплотностях. В качестве индикатора применяют меловую обмазку.}

Технология контроля керосином состоит в следующем. Со стороны, где доступен осмотр и легче устранить дефект, шов предварительно очищают от шлака, покрывают водным раствором мела или каолина (350-450 г на 1 литр воды). После высыхания мела шов с противоположной стороны (обычно изнутри объекта) смачивают керосином или покрывают лентой из ткани, смоченной керосином. Можно обильно смачивать, используя краскопульт, бачок керосинореза, паяльную лампу или кисть.

Через некоторое время (от нескольких минут до часу и более) осматривают соединение. При наличии дефектов керосин выступает на окрашенной мелом поверхности в виде жирных точек, пятен и полос, которые с течением времени расплываются.

Для лучшей фиксации пятен керосина в местах неплотностей рекомендуется использовать керосин, подкрашенный в красный цвет путем добавления в него краски "Судан Ш" в количестве (2,5-3)х10^-3г/м³.

Это особенно важно в жаркую погоду, когда пятна быстро высыхают.