Тема: «Технологія проведення неруйнівного контролю кільцевих з'єднань магістральних трубопроводів»

Виконав

ст. гр. ПБ-09-1

Петришин Т. В.

Перевірив

Лютак З.П.

Івано-Франківськ,

2014р.

Мета роботи: отримати практичні навики проведення неруйнівного контролю кільцевих і стикових поздовжніх зварних з'єднань магістральних трубопроводів з товщиною стінки не менше 8 мм і з номінальним зовнішнім діаметром не менше 44 мм.

Програма роботи

1 Ознайомлення з інструкцією ультразвукового контролю зварних з’єднань трубопроводів в будь-якому просторовому положенні.

2 Вивчення видів дефектів зварних з'єднань типу тріщин, непроварів, порів, неметалічних і металічних включень, які утворюються в результаті зварювання.

3 Вивчення можливості виявлення при контролі дефектів типу вольфрамових включень, дефектів, що розташовані в мертвій зоні перетворювача, дефектів, розміри яких менше довжини поперечної ультразвукової хвилі, плоских дефектів орієнтованих відносно акустичної осі шукача під кутом менше 70 градусів.

4 Оцінка якості зварного з'єднання шляхом перевірки дефектів зварного з'єднання радіографічними, магнітографічними та ультразвуковим методами контролю.

5 Вивчення документації для організації лабораторії неруйнівних методів контролю.

6 Висновки за результатами неруйнівного контролю.

Обладнання та інструменти: рулетка вимірювальна металева ГОСТ 7502-98 довжиною 2,0м, штангенциркуль, лупа 4-х кратного збільшення, набір шаблонів зварювальника МСШ-1, рентгенівський апарат РИНА-1Д, МИРА-2Д, гама-дефектоскоп Гамарид 192/40Г, джерело випромінювання Ірідій-192, Цезій 137, рентгенплівка РТ-1,РТ-2,РТ-3,РТ-4,РТ-5, набір реактивів для обробки рентгенівських плівок, ультразвуковий дефектоскоп УД2-12,УД2-70 з комплектом перетворювачів, магнітна стрічка , намагнічуючий пристрій, магнітографічний дефектоскоп МДУ-2У, МД-11Г, контрольна магнітограма.

Основні теоретичні відомості

Неруйнівний контроль кільцевих та поздовжніх з'єднань магістральних трубопроводів виконується в процесі їх спорудження і під час проведення ремонтних і вогневих робіт на діючих об'єктах нафтогазового комплексу. Для контролю зварних з’єднань використовують прямі ,роздільно-суміщені і нахилені перетворювачі з робочою частотою 1,8-10МГц і кутами введення 40, 45, 50, 60, 65 градусів. Для забезпечення достовірності результатів контролю потрібно провіряти наступні параметри:

- умовну чутливість;

- стрілу перетворювача;

- точку введення;

- кут введення;

- величину мертвої зони;

- роздільну здатність.

Особливість контролю з підкладним кільцем в тім, що сигнали від дефекта в корені шва і сигнали від підкладного кільця можуть прийти практично одночасно. Для того, щоб відрізнити ці сигнали і запобігти грубої помилки в оцінці якості зварного шва використовують окремі признаки. Встановлюємо п’єзоперетворювач на поверхню металу і переконуємось в наявності надійного акустичного контакту між п’єзоперетворювачем та поверхнею контролю (наявність структурних шумів на екрані дефектоскопа на підвищеній чутливості). За потреби нанести додатковий шар контактного масла. Пошук дефектів проводимо повздовжнім або поперечним скануванням (переміщенням) п’єзоперетворювача з постійним повертанням навколо осі на 15⁰ (рис.2.1). Крок поперечного переміщення повинен бути не менше .половини ширини його призми. Границя переміщеня визначається з умови контролю всього перерізу шва.

Рисунок 2.1- Схема проходження луно-сигналів в зварному шві

, (2.1)

де S - товщина металу; α - кут вводу променя; N - стріла п’єзоперетворювача.

Контроль проводиться, як правило, прямим і однократно відбитим променем. Сигнал від підкладного кільця появляється при меншій відстані між швом і перетворювачем, ніж сигнал від дефекту, тобто: Х_к завжди менше Х_д (рис.2.2)

Рисунок 2.2 - Схема проходження луно-сигналів в зварному шві з підкладним кільцем

При віддаленні п’єзоперетворювача від шва спочатку отримаємо луно-сигнал від кільця, а потім на екрані в тому ж місці луно-сигнал від дефекту. Глибина залягання дефекту- h_c, луно-сигнал від якого співпадає по часу з луно-сигналом від кільця, можна визначитись із співвідношення:

(2.2)

де n - кількість відбить в кільці; H_k і L_k - товщина і ширина кільця; H - товщина металу труби; α - кут входу променя.

Дефект виявляється з двох положень п’єзоперетворювача прямого і одноразово відбитого променя, а кільця - тільки з одного положення п’єзоперетворювача - прямого променя. Рекомендовано на цих ділянках знімати підсилення зварного шва, щоб використати вище зазначену ознаку. Луно-сигнал від кільця, як правило спостерігається по всьому кільцю зварного з’єднання, а дефекта - на умовній довжині дефекта в певних ділянках зварного шва. Луно-сигнал від кільця, як правило має більшу амплітуду, ніж сигнал від дефекту. В зварному з’єднанні на фоні сигналів від дефектів появляються сигнали від провисання в корені зварного шва. Відбиті від провису сигнали при контролі прямим променем співпадають по часу з сигналом, відбитим від надкореневим дефектом, виявленим однократно відбитим променем (рис.2.3):

Рисунок 2.3- Схема проходження луно-сигналів в зварному шві з провисанням в корені

- провисання виявляється при меншій відстані між п’єзоперетворювачем і швом , ніж при виявленні надкореневого дефекту, тобто Х_п менше Х _Д;

- луно-сигнали від провисання мають різні амплітуди при прозвучуванні з різних сторін шва;

- провисання найбільш часто утворюються на ділянці, коли зварювання проводиться в нижньому положенні. В горизонтальних і вертикальних положеннях зварного шва провисання не виявляється.

Для більш точної оцінки дефектної ділянки необхідно провести радіографічний контроль даної ділянки і оцінити провисання і надкореневого дефекту по результатам радіотехнічного контролю.

Для настроювання дефектоскопа і оцінки вимірювальних характеристик знайдених дефектів необхідно мати випробувальні зразки з штучними відбивачами заданих розмірів і місцезнаходження.

Таблиця 2.1 - Рекомендовані розміри випробувальних зразків

Товщина контрольованого виробу, Н, мм	Ширина, мм	Довжина, мм
До 10	20	80
Від 10 до 20	30	100
Від 20 до 30	40	5Н + 30
Від 30 до 60	60	4Н + 30

Відхилення товщини зразка від номінальної товщини контролюючого виробу не повинно перевищувати 3 мм.

Штучні відбивачі в випробувальних зразках можуть бути в вигляді плоскодонних, бокових циліндричних або плоских кутових відбивачів (зарубок).

При визначенні якості зварювальних матеріалів встановлюють наявність сертифікатів на кожну партію і марку матеріалів, відповідність маркування і умовного позначення матеріалів на етикетці упаковки і в сертифікаті, стан упаковки, стан поверхні покриття електродів (поверхні зварювального дроту та однорідність і колір флюсу).

Операційний контроль включає перевірку правильності і дотримання необхідної послідовності виконання технологіч-них збиральних і зварювальних операцій у відповідності з вимогами ВСН 006-89 та розроблених технологічних опера-ційних карт.

Під час збирання з'єднання під зварювання перевіряють:

- чистоту внутрішньої поверхні труб і ступінь зачищення кромок і дільниці, яка прилягає до них із середини і ззовні;

- дотримання в межах допусків різностінності елементів зварного з'єднання;

- дотримання допусків зміщення зовнішніх кромок;

- дотримання технологічних зазорів під час збирання з'єднання;

- довжину і кількість притримок;

- при необхідності підігрівання контролюють температуру зони підігрівання;

- дотримання режимів зварювання;

- порядок накладання і кількість шарів.

Візуальний контроль зварних з'єднань труб, труб з деталями трубопроводів, арматурою виконується після підго-товки шва до зовнішнього огляду, тобто зачистки від шлаку, зняття грату і т.п.

Під час огляду зварного з'єднання перевіряють:

- наявність на кожному з'єднанні клейма зварювальника або бригадного клейма;

- наявність на одному з кінців секцій труб порядкового номера;

- відсутність зовнішніх тріщин, не заплавлених кратерів і зовнішніх пор.

Геометричні розміри зварного з'днання повинні відпові-дати даним, занесеним в технологічну операційну карту зварювання.

Зварні з'єднання трубопроводів, виконані дуговими методами зварювання, які за результатами візуального контролю і вимірюваннях відповідають вимогам ВСН 006-89 підлягають неруйнівному контролю.

Методи і об'єми неруйнівного контролю визначаються від призначення, діаметру, категорій дільниць і умов прокладання.

Радіографічний (рентгенографія або томографія) контроль зварних з'єднань трубопроводів виконується з вико-ристанням рентгенівських апаратів, джерел радіоактивного випромінювання Ірідій-192, цезій-137, селен-75, тулій-170 і кобальт-60 та радіографічної плівки згідно ГОСТ 7512-82.

При радіографічному контролі використовують вітчизняні рентгенівські плівки РТ-5, РТ-4М, РТ-2, РТ-3, РНТМ-1, РТ-1, РТ-СШ та інші імпортного виготовлення.

Для просвічування використовують рентгенівські апарати безперервної дії, імпульсні рентгенівські апарати, гама-дефектоскопи, внутрішньо-трубні самохідні установки.

Зварні з'єднання, які підлягають контролю, розмічають на дільниці, довжина яких залежить від формату касет, а потім маркують фарбою. Початок накладання мірного пояса відмічається на трубі, при використанні мірних поясів зі свинцевими цифрами забезпечують перенесення, зображення цифр довжини шва по периметру на плівку, напрямок відліку встановлюється за годинниковою стрілкою (відносно ходу продукту).

На дільниці зварного шва, який підлягає радіографічним методам контролю, встановлюють еталони чутливості, імітатори і свинцеві знаки.

Для визначення чутливості радіографічного контролю використовують дротяні, канавчаті і пластинчаті еталони чутливості, форма і розміри встановлюються ГОСТ 7512-82.

Кільцеві шви трубопроводів, переходів і трубних вузлів просвічуються за однією із схем, в залежності від геометричних розмірів труб, типу і активності джерел випромінювання.

Примітка: При тиску в трубопроводі до 10МПа включно чутливість контролю повинна відповідати 3-ому класу, при тиску більше 10 МПа-2-ому класу.

Чутливість контролю К визначають (К' в мм і К'' в %). по зображенню на плівці канавчатого, дротяного або пластин-чатого еталону за формулами:

- при використанні канавчатих або пластинчатих етало-нів чутливості:

К'h _min , (2.3)

або

К"  (2.4)

- при використанні дротяного еталону чутливості:

К' d_min , (2.5)

або

К" , (2.6)

де S - товщина контрольованого металу в місці встановлення еталону, мм; S' - товщина контрольованого металу разом з товщиною еталону (Sh), мм; h_min – глибина найменшої видимої на плівці канавки канавчатого еталону; товщина пластинчатого еталону, коли на плівці виявляється отвір діаметром, який дорівнює подвоєній товщині цього еталону, мм; h – товщина еталону чутливості, мм; d_min – діаметр найменшого видимого на плівці дроту дротяного еталону, мм.

Довжина кожної плівки повинна забезпечувати перекриття зображення сусідніх дільниць зварного з'єднання на величину не меншу 20 мм, а його ширина-одержання зображення зварного з'єднання і суміжних до нього біля шовних зон шириною не менше 20мм з обох боків.

Технологія радіографічного контролю на рулонні радіографічні плівки полягає в наступному.

Рулонну плівку при поперечному різанні засвічують на довжину 30-50мм. У деяких випадках відкритий край плівки шириною смужки до 70мм засвічується, тому рекомендується екранувати вільний край плівки від дії світла. Для цього використовуються великі конверт, які склеюють із світло-непроникаючого паперу або перегинають місця на ширину до 10мм і затискають зкріпками (або склеюють клейкою стрічкою).

Перед встановленням на стик рулонної плівки з світлозахисною упаковкою паралельно шву на віддалі біля 5мм від краю підсилення шва необхідно встановити допоміжний вимірювальний пояс, який складається із двох смуг лейкопластира або клейкої стрічки, між якими на віддалі 300мм встановлюють свинцеві цифри. В пояс можна вкладати еталони чутливості або імітатори.

При панорамному просвічуванні на кожному зварному з'єднанні повинно бути встановлено не менше 4-х еталонів чутливості, розташованих на віддалі ПД/4 один від одного (де Д- діаметр трубопроводу зовнішній, мм).

Рулонну плівку встановлюють на зварне з'єднання у чітко визначеному напрямку за годинниковою стрілкою (за ходом руху продукту). Початок відліку виконується від риски, проведеної перпендикулярно кільцевому зварному з'єднанню поруч з номером з'єднання. Напрям укладання плівки визначають за свинцевими цифрами 9 за наростанням чисел). При відсутності вимірювального поясу напрямок вкладання плівки показують стрілками, нанесеними на трубу біля зварного з'єднання (крейдою) і на плівку (олівцем).

Відрізок рулонної радіографічної плівки в світлозахис-ній упаковці довжиною ПД+0,1м встановлюють на трубу і фіксують гумовим поясом, клейкою стрічкою, магнітними тримачами і т.п., для забезпечення щільності прилягання плівки до контрольованого шва. Під рулонну плівку в світлозахисній упаковці, встановлену на зварне з'єднання, вкладають маркувальні знаки.

Головним методом радіографічного контролю зварних з'єднань трубопроводів діаметром до 530мм є просвічування через дві стінки, коли товщина металу в напрямку випромінювання є різною. Чутливість контролю під час просвічування "на еліпс" за одну або дві експозиції визначають по відношенню до подвійної товщини стінки труби:

- при використанні канавчатих або пластинчатих етало-нів чутливості

К'= h_min , (2.7)

або

К"= , (2.8)

- при використанні дротяного еталону чутливості

К'= d_min , (2.9)

або

К"= . (2.10)

При просвічуванні "на еліпс" з використанням канавчатих еталонів чутливість плівки може бути недостатньою, якщо видима наступна менша за величиною канавка по відношенню до тієї, яка відповідає допустимій величині дефектів.

При гама-просвічуванні зварних з'єднань доцільно використовувати гнучкі ампулопроводи, якими укомплекто-вані серійні дефектоскопи типу ГАММАРИД.

Фотообробку експонованої плівки виконується у добре вентильованій фото-кімнаті, яка протоплюється в холодний період часу. Обробка плівки виконується при темно-червоно-му або жовтому світлі. Вітчизняну плівку рекомендують проявляти проявником Рентген-2, який постачається у відповідності з ДОСТами. Закріплення плівки виконується після її промивання у воді, для цього використовують кислий фіксаж. після фіксажу плівку промивають у проточній воді протягом 20-25хв. і висушують. Рулонна радіографічна плівка обробляється з використанням автоматизованого, механічного і ручного методу. Для автоматичної обробки плівки застосовують автомати роликового типу АФ-40, АФ-20, для механізованої фотообробки проявляючий прилад ПП-7М. Після остаточної фотообробки і висушування плівки продивляються на негатоскопі, дається оцінка зварного з'днання, за результатами контролю оформляється заключення про придатність його. Готові форматні плівки групують за зварними з'єднаннями, зберігають до здачі трубопроводу в експлуатацію.

При ультразвуковій дефектоскопії кільцевих зварних з'єднань вибираємо нахилені шукачі - п'єзоперетворювачі з характеристиками в залежності від товщини стінки труб, вказаними в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 -Характеристики нахилених шукачів - п'єзоперетворювачів

Товщина стінки основного металу зварного з'єднання, мм	Робоча частота шукача, Гц	Кут призми шукача, град.	Діаметр п'єзопере-творювача, мм
4,0  5,5 6,0  7,5 8,0  11,5 12,5  25,5 26,0  40,0	5,0 5,0 5,0 2,5 (1,25) 2,5 (1,25)	55 53 50 50 (45) 50 (40)	5 6 8 12 12 (18)

Примітка: В дужках вказані кути призми контролю з середини труби.

При ультразвуковій дефектоскопії кільцеві зварні з'єднання контролюють шляхом послідовного прозвучування їх по периметру з'єднання плавним переміщенням шукача - п'єзоперетворювача по поверхні труби.

В даному випадку оператор - дефектоскопіст виконує п'єзоперетворювачем зворотньо - поступовий рух таким чином, щоб пучок ультразвукових коливань, який випромінюється шукачем, був постійно напрямлений до шва в межах L_max та L_min, які визначаються за номограмою.

В процесі руху шукач повертають на 1015⁰ відносно твірної труби, забезпечуючи постійний акустичний контакт з поверхнею труби. Величина зміщення шукача на один крок сканування L_minL_maxL_min повинна знаходитись в межах 2-6мм, як показано на схемі прозвучування зварного з'єднання. Прозвучування кільцевого зварного з'єднання виконується в режимі пошукової чутливості. Ознакою виявлення дефекту в зварному з'єднанні є поява в межах строб-імпульсу на екрані дефектоскопа сигналу, який відповідає відбиттю із прозвучуваної зони зварного з'єднання. При появі вказаного сигналу зону переміщення шукача зменшуємо до меж, щоб на екрані дефектоскопу постійно був луно-сигнал, отриманий від контрольованого з'єднання і вимірюють координати Д_х та Д_у.

Характерними дефектами кільцевих зварних з'єднань, виконаних ручним електродуговим зварюванням є непровари в корні шва, пори, шлакові включення, розташовані переважно в середній і верхній частинах шва. Для визначення виявленого дефекту необхідно регулятором "розгортка плавно" довжину строб-імпульсу встановити, щоб дорівнювала значенню, вказаному в таблиці.

Таблиця 2.3 – Довжина строб - імпульсу

Товщина стінки труби, мм	Довжина строб-імпульса, мм	Розміри дільниць строб-імпульсів (у відповідності зі схемою)
		А	Х	Б
До 6 6,0-7,5 8,0-11,5 12,0-20,0	16-18 19-20 22-24 25-30	3 2 2 2	10-12 12-13 13-14 15-18	3-4 4-5 7-8 8-10

Строб-імпульс умовно ділять на дільниці А, Х, Б.

Дільниця А - є зоною появи луно-сигналів від дефектів, розташованих в корневому шарі шва; дільниця Х – зона дефектів над корнем шва (а також від перевищення проплавлення); дільниця Б – зона луно-сигналу від дефекту в верхній частині шва.

Результати ультразвукового контролю кільцевих зварних з'єднань записуються в журнал і заключення відповідної форми.

Для запису необхідно використовувати наступні позначення:

А – дефект, амплітуда луно-сигналу від якого дорівнює або менша частина допустимих значень;

Д – дефект, амплітуда луно-сигналу від якого більша допустимого значення;

Г – дефект не значної довжини;

Е – дефект значної довжини;

В – ланцюжок і скопичення.

Під час проведення магнітографічного контролю на поверхню підготовленого до контролю кільцевого зварного з'єднання накладають магнітну стрічку таким чином, щоб вона магнітним шаром щільно прилягала до шва, закривала валок підсилення, була симетрично розташована до середини шва на протязі всього периметру. Довжина магнітної стрічки повинна мати довжину на 120мм більшу від периметра кільцевого зварного з'єднання.

Один вільний кінець магнітної стрічки маркується надписом найменування об'єкту, діаметр і товщина стінки трубопроводу, номер шва, клеймо зварювальника, тип намагнічуючого пристрою, режим намагнічення, дата контролю і прізвище дефектоскопіста. Початковою міткою приймається повздовжній зварний шов. Намагнічування кільцевого зварного з'єднання виконується постійним струмом, який протікає обмоткою електромагніту і забезпечує рівномірне намагнічування всієї товщини зварного з'єднання. Намагнічування також виконується аперіодичним імпульсом струму тривалістю не менше 0,1с, яка виключає можливість виникнення в контрольованому зварному з'єднанні вихрових струмів.

В процесі магнітографічного контролю силу струму намагнічування зварного з'єднання встановлюють і контролю-ють за допомогою амперметра. При магнітографічному контролі швидкість переміщення намагнічуючого пристрою по периметру кільцевого з'єднання, щоб запобігти виникнення в зварному з'єднанні шкідливих вихревих струмів не повинна перевищувати 400 мм/с. В процесі намагнічування кільцевого зварного з'єднання необхідно стежити за тим, щоб полюси намагнічуючого пристрою були розташовані симетрично до середини шва по всьому периметру. Після намагнічування зварного з'єднання магнітну стрічку з поверхні шва знімають і виконують відтворення магнітограм з розшифруванням сигналів дефектів. Перед відтворенням магнітного запису контрольованих зварних з'єднань дефектоскоп настроюють за контрольною магнітограмою. Браковочний рівень на шкалі імпульсної індикації або діаграмі реєстратора повинен відповідати мінімальному показнику величини допустимого дефекту, регламентованого нормативно-технічною документа-цією.

Для відтворення магнітограми кільцевого зварного з'єд-нання магнітну стрічку встановлюють в пристрій дефектоскопу таким чином, щоб відтворюючі магнітні головки в процесі перебігання поперек стрічки доторкались до її магнітної основи.

За результатом відтворення двох-трьох кадрів з кожного кінця магнітограм вибирають той напрямок повздовжнього протягування магнітної стрічки і зчитування запису з неї, при якому забезпечується найбільш чітке зображення магнітних відбитків полей розсіювання зварного шва та існуючих дефектів.

За зображенням на індикації яркості визначають характер дефекту, його розташування по ширині зварного з'єднання і його довжину, за шкалою імпульсної індикації визначають сумарну амплітуду сигналу і оцінюють відносну величину дефекту таким чином:

а) якщо амплітуда сигналу від виявленого дефекту нижча бракованого рівня, встановленого на екрані імпульсної індикації при настроюванні чутливості дефектоскопу за контрольною магнітограмою, то величина дефекту вважається допустимою;

б) якщо амплітуда імпульсу від дефекту більша браковочного рівня, то величина дефекту є недопустимою.

В процесі відтворення магнітограм контрольованих зварних кільцевих з'єднань всі виявлені дефекти повинні бути відзначені олівцем з боку магнітного шару стрічки. Оцінка якості кільцевих зварних з'єднань виконується за результатами аналізу інформації, одержаної в процесі виконання магнітографічного контролю. Під час проведення магнітографічного контролю основними вимірювальними характеристиками дефектів є:

- амплітуда і довжина сигналу від дефекту на екрані імпульсної індикації або рівень діаграми на носію запису реєстратора;

- умовна довжина дефекту вздовж зварного шва при заданій чутливості дефектоскопу;

- умовна віддаль між сусідніми дефектами при заданій чутливості дефектоскопу;

- розташування дефекту по ширині шва.

Всі кільцеві зварні з'єднання трубопроводів за результатами магнітографічного контролю можуть бути оцінені як "придатними" або "непридатними" до експлуатації.

Під час оформлення результатів магнітографічного контролю застосовують встановлені позначення для різних видів дефектів, які використовувались в радіографічній дефектоскопії.