2.3. Приборы для дефектоскопии и толщинометрии.

Приборы для дефектоскопии

В зависимости от цели дефектоскопии и области его применения, кардинально меняется методика выявления повреждений и брака, на которой основывается работа того или иного дефектоскопа.

Дефектоскопия – мероприятия, которые направлены на выявление всевозможных отклонений от проекта и нормативов во время производства или эксплуатации объекта. Дефектоскопия помогает обнаружить неисправность задолго до того, как она даст о себе знать. Таким образом, можно предотвратить поломки механизмов, разрушение конструкций и аварии на производстве.

Дефектоскоп – прибор, предназначенный для проверки и выявления дефектов на поверхности или в теле всевозможных изделий. Дефекты могут быть самыми разнообразными. Одни приборы нужны для обнаружения следов коррозии, другие – для поиска полостей, утончения, несоответствия размеров и прочих физико-механических изъянов, а третьи могут определить дефекты на уровне молекулярного строения – найти изменения структуры тела, его химического состава.

Дефектоскоп относят к классу приборов под общим названием «средства неразрушающего контроля». В процессе производства изделия часто поддаются всевозможным проверкам. Некоторые детали подвергают испытаниям в лабораториях, где определяют их запас прочности, способность противостоять всевозможным нагрузкам и воздействиям. Недостаток такой методики в том, что она проводится выборочно и не гарантирует 100% качество всей продукции.

Дефектоскопом проверяют качество соединения (особенно важно это для сварки трубопроводов высокого давления), состояние конструкции в строительстве (металлической, железобетонной), степень износа механизма, наличие повреждения детали. Практически во всех отраслях промышленности, где важно контролировать состояние и соответствие нормам твердых элементов, применяют разные дефектоскопы.

В зависимости от метода проверки, выделяют такие типы дефектоскопов:

- акустические;

- вихретоковые;

- магнитные;

- рентгеновские аппараты;

- капиллярный;

- импедансный и другие.

Сравнивать их сложно, они настолько разные по строению, работе и даже внешнему виду, что объединяет их только назначение. Выделить какой-то из приборов и уверенно сказать, что он лучший, универсальный и заменит все остальные невозможно. Поэтому при выборе важно не принимать опрометчивых решений и не покупать первую попавшуюся модель.

Рис. 1. Панель управления ультразвукового дефектоскопа.

Самые популярные дефектоскопы, которыми можно проводить экспертизу неразрушающим методом: ультразвуковой (акустический), магнитный и вихретоковый. Они компактны, мобильны и просты в эксплуатации и понимании принципа. Другие используются не так широко, но каждый прочно занимает свою нишу среди других средств дефектоскопии.

Рис. 1. Виды дефектоскопии.

Основные параметры, на которые следует обратить внимание при выборе дефектоскопа любого типа:

- диапазон;

- назначение;

- производительность;

- сложность монтажа;

- диапазон температур;

- надежность.

Разные модели отличаются по диапазону измерения. Это значит, что одни способны выявить дефекты в 1 мкм, а предел для других – 10 мм, например. Если в машиностроении микротрещины в детали играют существенную роль, то для дефектоскопии в строительстве нет смысла покупать сверхточный прибор.

Также производитель обязательно указывает, для каких материалов предназначен конкретный дефектоскоп, недочеты какого характера он должен выявлять. Могут предъявляться требования к характеру поверхности элемента, наличию защитного слоя, размерам и форме объекта.

Под параметром «производительность» подразумевается скорость сканирования и объем работы, который можно выполнить за единицу времени при помощи определенного дефектоскопа. Так, вихретоковый и феррозондовый способы обеспечивают высокую скорость, в то время как процесс намагничивания и обработки каждого отдельного участка магнитным инструментом может занять довольно продолжительное время.

Важная деталь – установка. Выбирая модель дефектоскопа имеет смысл задуматься, как долго и насколько сложно его устанавливать. Ручные мобильные приспособления, которые можно достать из сумки в любой момент, предпочтительней для дежурной дефектоскопии в процессе производства или монтажа. Более сложное и точное оборудование требует длительной установки и наладки.

Поскольку неразрушающий контроль может производиться как в помещении, так и на улице, в том числе в зимнее время, заранее уточните, можно ли работать выбранным устройством при отрицательных температурах. Также обязательно выяснить, допустимо ли выполнять диагностику в условиях агрессивной среды, если это необходимо.

Зная, как работает дефектоскоп того или иного типа, вы легко сможете определиться с главным – способом дефектоскопии. А определиться с моделью поможет опытный консультант.

Приборы для толщинометрии

Существуют три вида задач при измерении толщины, которым соответствует три группы приборов:

1. Ручной контроль изделий с гладкими параллельными поверхностями.

2. Ручной контроль изделий с грубыми параллельными поверхностями, например, изделий, внутренняя поверхность которых поражена коррозией.

3. Автоматический контроль в потоке (обычно трубного проката).

Для задач 1 и  3 необходима точность измерения. При решении задачи 2 требования к точности снижены, но нужна высокая чувствительность, чтобы зафиксировать рассеянное отражение от неровной противоположной поверхности. Главная трудность – в снижении минимальной измеряемой толщины, которая определяется мертвой зоной. Поэтому в толщинометрии применяют РС-преобразователи. Для приборов группы 1 и 3 минимальная измеряемая толщина составляет 0,1 . . . 0,5 мм, а  приборах группы 2 – 0,5 . . . 1,0 мм.  Мертвая зона зависит от частоты и размеров преобразователя: чем выше частота и чем меньше размеры преобразователя, тем меньше мертвая зона. Максимальная толщина контролируемых изделий физическими причинами не ограничивается, кроме большого затухания ультразвука в некоторых материалах (чугуны, высоколегированные стали, полимеры и др.). Обычно она составляет 200 . . . 1000 мм. Ограничивающими факторами также являются большая неровность поверхностей контролируемого изделия, их непараллельность и кривизна поверхности ввода. В некоторых современных толщиномерах для снижения ошибки измерения, указанными причинами, имеется возможность переключения частоты измерения. Обычно показания усредняются по 4 измерениям в секунду, но можно провести измерение (особенно в условиях высоких температур) на повышенной частоте – 20 измерений в секунду. Следует также помнить, что точность измерения сильно зависит от состояния контактной и донной (отражающей) поверхностей изделия, толщины и вязкости контактной жидкости.  Другое важное требование при настройке толщиномера – контрольный образец должен иметь ту же шероховатость поверхности, что и изделие, и при контроле должна использоваться та же контактная жидкость. Используются специальные контактные жидкости, основное требование к которым – коррозионостойкость к материалу призмы преобразователя и сохранение требуемой вязкости при изменении температуры изделия. При измерении толщины на крутоизогнутых поверхностях, например на трубном прокате, РС-преобразователями его рабочая поверхность должна располагаться так, чтобы акустический барьер был поперек продольной оси трубы. На заводах нефтяной, химической и других отраслях промышленности ультразвуковой метод исследования является самым востребованным. Ультразвуковой метод применяют для измерения толщины плакирующего слоя биметаллов, штампованных днищ, изделий сложной конфигурации, например блоков компрессоров и т.д. Часто возникает необходимость измерить отдельные детали, подверженные износу вследствие технологического процесса. Конструктивные особенности многих таких деталей не позволяют измерить их обычными способами, поскольку, зачастую, доступ к внутренней стороне изделия затруднен или невозможен. Бывает необходимо определить размеры деталей без их демонтажа из узлов оборудования (шпильки, фланцы, оболочки аппаратов и др.). В этих случаях эффективным методом контроля является ультразвуковая толщинометрия. Ультразвуковой толщиномер позволяет с высокой точностью измерить толщину объекта без каких-либо  разрушений.

Ультразвуковой метод неразрушающего контроля применяют для контроля металла, полиэтилена, бетона, сварных соединений, литых заготовок и стального литья, теплотрасс, водопроводов, газопроводов, качества котлов, сварных стыков рельс, труб, поковок и др. Ультразвуковой контроль труб и трубопроводов является эффективным неразрушающим методом контроля качества трубопроводов, диагностики дефектов труб, водопроводов и теплотрасс без вывода их из эксплуатации. Ультразвуковой  метод контроля качества трубопроводов позволяет выполнять весь комплекс работ по ультразвуковой диагностике трубопроводов, выявлять слабые места сварных швов, внутреннюю коррозию труб теплотрасс и водопроводов.  При использовании этого метода исключаются традиционные погрешности, а также погрешности, обусловленные объемным распределением электромагнитно-динамических сил в поверхностном слое объекта контроля. Своевременное и плановое устранение разрушающихся участков трубопроводов позволит сэкономить на ремонте в чрезвычайных обстоятельствах. Ультразвуковые толщиномеры измеряют время прохождения импульса от излучателя до противоположной поверхности объекта контроля и обратно к преобразователю. Для проведения таких измерений доступ к противоположной поверхности объекта контроля не требуется. Благодаря этому, если противоположная поверхность объекта контроля является труднодоступной или полностью недоступной, необходимость разрезать объект контроля, что требуется при использовании микрометра или штангенциркуля, отсутствует.

Подготовка толщиномера к контролю начинается с выбора наиболее подходящего преобразователя. Возбуждение и прием упругих волн осуществляется путем преобразования электрических колебаний в акустические, а затем обратно акустических в электрические с помощью специальных устройств – пьезоэлектрических преобразователей, имеющих чувствительный элемент – пьезопластину.  В комплект прибора толщиномера входит 6…8 РС-преобразователей для контроля изделий в различных диапазонах толщин (от 0,6…10,0 мм до 1…1000 мм), с различной шероховатостью и кривизной поверхности (минимальный радиус кривизны 3,0; 5,0 и 10,0 мм для различных преобразователей). Затем настраивают измерительный узел толщиномера – наиболее точный способ настройки – по двум образцам, изготовленным из материала изделия и  соответствующие минимальной и максимальной измеряемой  толщине. Настройку  ’’нуля преобразователя’’ проводят на тонком образце, а настройку по скорости звука – на толстом. Данные настройки повторяют до тех пор, пока на цифровом индикаторе не появятся точные значения толщины образцов. Настраивать измерительный узел можно также по прилагаемым к прибору образцам, после чего выполняют настройку на скорость звука на участке изделия, доступном для измерения механическими измерительными средствами, или на образце из материала изделия. Оперативную проверку толщиномера  после настройки на скорость звука по двум образцам проводят путем измерения толщин набора образцов, прилагаемых к прибору или специально изготовленных и проверенных. Измеренные значения не должны отличаться от номинальной толщины образцов больше, чем указано в технической характеристике толщиномера.

Кривизна,  шероховатости и не параллельности поверхностей изделий влияют на возможность и точность измерения толщины. Перед началом и в процессе контроля настроенный толщиномер проверяют по краю изделия или образцу, имеющему кривизну и шероховатость поверхностей, соответствующих изделию.

Прижимая преобразователь последовательно к точкам изделия, указанным в методическом документе по контролю и считывая показания прибора, выполняют ручной контроль изделий. При необходимости эти точки зачищают и смазывают контактной жидкостью. Появление точки справа на индикаторе указывает на то, что акустический контакт преобразователя с изделием достигнут.

В процессе эксплуатации трубопровода уменьшение толщины стенок одинаково вероятно в любом месте. Поэтому делая контроль сосуда давления или трубопровода, преобразователь прижимают к точкам поверхности объекта через заданные интервалы по предварительно составленной сетке. На выпуклой поверхности сгиба труб или вблизи сварных швов, где утонение наиболее вероятно, следует обязательно измерять толщину, при этом для получения верных данных, максимальная шероховатость измеряемой поверхности ультразвуковым толщиномером не должна превышать 100 Rz . При регистрации результатов замеров указывают  номер точки или координаты, где проводилось измерение, и полученное значение толщины. Если измерения превышают допустимые пределы, их отмечают.

Для сравнения с ультразвуковым методом исследования  толщины изделия используют механические измерительные средства. Это микрометр и штангенциркуль. Для  измерения механическими средствами необходимо соблюдать общие правила и тогда погрешность измерения не будет больше значений, установленных для используемого инструмента.

Общие правила измерения механическими средствами:

1)      Проводить измерения предварительно поверенныи инструментом.

2)      Производить измерения чистым инструментом по чистой поверхности.

3)      Избегать перекоса измерительного инструмента.

4)      При измерении изделий с искривленной поверхностью инструмент должен быть со скругленной или заостренной внутренней  губкой, что позволит обеспечить плотный контакт губки с вогнутой поверхностью изделия.

5)      Следует стабилизировать сжатие измеряемого изделия инструментом, например, при измерении микрометром пользоваться трещоткой.

6)      Делать измерения  2…3 раза, исключая промахи и усредняя результаты.           

 Наиболее перспективны применительно к  толщинометрии возможности электромагнитно-акустического метода исследования. Измерение толщины изделий осуществляется импульсами сдвиговых ультразвуковых колебаний, что, при прочих равных условиях, позволяет контролировать меньшие толщины. Обработка сигнала при измерении осуществляется двумя методами:

1. По временному интервалу между зондирующим импульсом и любым донным импульсом.

2. По временному интервалу между любой парой донных сигналов.

Наиболее целесообразно применение такого  режима при толщинометрии тонких изделий из неферромагнитных металлов с низкой электропроводностью.

Анализ потребности рынка неразрушающего контроля в толщинометрах и состояние их поставок показывает, что электромагнитно-акустические толщиномеры могут существенно дополнить имеющую гамму измерительных приборов и повысить возможности толщинометрии.