книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи
..pdf45-50 45-50
Рис. 7.12. Ультразвуковая дефектоскопия замков бурильных труб
замков выполняют на частотах ультразвуковых колебаний 2,5 и 5,0 МГц искательными головками с углами 45-50° для стали и 50-55° для алюминия. Контроль ведется зигзагообразным дви жением искательной головки (рис. 7.12). Следует учитывать, что наиболее часто трещины возникают в местах сбега резьбы.
Контроль сварных швов выполняется призматическими иска тельными головками зигзагообразным перемещением их вдоль шва. Швы толщиной 10 - 25 мм проверяют искательными го ловками с углами 40 и 50° на частотах 2,5 и 5,0 МГц. При этом нижняя часть шва прозвучивается дважды отраженным лучом, а верхняя - лучом, отраженным один раз (рис. 7.13). Зона пере мещения искательной головки от зоны шва рассчитывается по следующим формулам:
Z-min - nHtg а - d + 3 мм;
Zmax= (n+ i)H tga - d,
Рис. 7.13. Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов
Рис.7.14. Ультразвуковая дефектоскопия вала турбобура
где п - число отражений импульсов ультразвуковых колебаний в металле; Я - толщина основного металла, мм; а - угол ввода ультразвуковых колебаний (при угле призматической искатель ной головки 50° а = 68°); d - расстояние центра излучения ис кательной головки от ее передней грани, мм.
На рис. 7.14 приведена схема ультразвуковой дефектоскопии валов на примере вала турбобура. Контроль вала ведется на час тотах 2,5—5,0 МГц. Переходы от одного диаметра к другому кон тролируются поверхностной волной на частоте 2,5 МГц со сто роны меньшего диаметра.
Современные ультразвуковые дефектоскопы обладают высо кой чувствительностью и точностью до 2 %.
К основным недостаткам ультразвуковых методов относятся необходимость достаточно высокой чистоты поверхности деталей и существенная зависимость качества контроля от квалификации оператора-дефектоскописта.
Магнитные методы основаны на регистрации магнитных по лей рассеивания над дефектами или магнитных свойств контро лируемого объекта. Их применяют для обнаружения поверхност ных и подповерхностных дефектов в деталях различной фбрмы, изготовленных из ферромагнитных материалов.
Магнитный поток, встречая на своем пути дефект с низкой магнитной проницаемостью по сравнению с ферромагнитным материалом детали, огибает его. Часть магнитных силовых линий выходит за пределы детали (рис. 7.15), образуя поле рассеива-
Рнс. 7.15. Схемы возникновения магнитных полей рассеяния при намагннчнва-
в - продольное; 6 - циркулярное; 1 - трещина; 2 - неметаллическое включе-
ния. Наличие последнего, а следовательно и дефекта, обнаружи вают различными методами (магнитопорошковый, магнитогра фический и феррозондовый).
При магнитопорошковом способе для обнаружения магнитно го потока рассеивания используют магнитные порошки (сухой способ) или их суспензии (мокрый способ). Проявляющийся материал наносят на поверхность изделия. Под действием маг нитного поля рассеивания частицы порошка концентрируются около дефекта. Форма их скоплений соответствует очертанию дефекта (рис. 7.16).
Сущность магнитографического метода заключается в намаг ничивании изделия при одновременной записи магнитного поля на магнитную ленту, которой покрывают деталь, и последующей расшифровке полученной информации.
Для обнаружения дефектов феррозондовым способом приме няют феррозондовые преобразователи.
При контроле деталей, поступающих в ремонт, наиболее рас пространен магнитопорошковый способ. Технология определения дефекта состоит из следующих операций: очистки детали от за грязнений; подготовки суспензии (мокрым способом); намагни чивания контролируемой детали; осмотра поверхности детали с целью выявления мест, покрытых отложениями порошка; раз магничивания детали.
Намагниченность деталей должна быть достаточной для соз дания около дефекта магнитного поля рассеивания, способного
2
4
Рис. 7.16. Схема выявления дефекта магнитопорошковым способом:
1 ~ трещина; 2 - магнитный поток; 3 ~ контролируемая деталь; 4 ~ ферромаг
нитные частицы
притягивать и удерживать частицы порошка. Через детали про пускают электрический ток или помещают их в магнитное поле соленоида. Различают три способа намагничивания: полюсное, циркулярное и комбинированное.
Полюсным намагничиванием создают продольное магнитное поле (вдоль детали). Деталь помещают между полюсами элек тромагнита (постоянного магнита) или в магнитное поле соле ноида. Это намагничивание применяют для выявления дефектов, расположенных перпендикулярно к продольной оси детали или под углом к ней не более 20-25°.
Циркулярным намагничиванием создают магнитное поле, магнитные силовые линии которого расположены в виде замкну тых концентрических окружностей. Через деталь пропускают электрический ток. При необходимости обнаружения дефекта на внутренней цилиндрической поверхности ток пропускают через стержень или кабель из немагнитного материала (медь, латунь, алюминий), помещенный в отверстие детали. Это намагничива ние служит для нахождения дефектов, расположенных вдоль продольной оси детали или под небольшим углом к ней.
Комбинированное намагничивание заключается в одновре менном воздействии на деталь двух взаимно перпендикулярных магнитных полей. В результате их сложения образуется резуль тирующее магнитное поле, величина и направление которого за висят от вектора магнитной напряженности каждого из слагае мых. Для получения комбинированного магнитного поля обычно через деталь пропускают электрический ток, создавая в ней цир кулярное магнитное поле, и одновременно помещают в соленоид (или электромагнит), создавая продольное магнитное поле.
Магнитные силовые линии результирующего поля направле ны по винтовым линиям к поверхности изделия, что позволяет обнаруживать дефекты разной направленности.
После контроля все детали, кроме бракованных, размагничи вают. Восстановление неразмагниченных деталей механической, обработкой может привести к повреждению рабочих поверхно стей из-за притягивания стружки. Не следует размагничивать детали, подвергающиеся при восстановлении нагреву свароч но-наплавочными и другими способами до температуры 600700 °С.
Детали размагничивают, воздействуя на них переменным маг нитным полем, изменяющимся от максимального значения на пряженности до нуля. Крупногабаритные детали (коленчатые и распределительные вады и др.) размагничивают, пропуская через них ток, постепенно уменьшая его значение до нуля. Детали с отношением длины к щирине, равным более пяти, размагничи-
вают перемещением их через открытый соленоид. Короткие из делия с большим поперечным сечением размагничиваются плохо. Поэтому их предварительно соединяют в пакет и располагают вдоль оси соленоида.
Степень размагниченности контролируют, осыпая детали стальным порошком. У хорошо размагниченных деталей поро шок не должен удерживаться на поверхности. Для этих же целей применяют приборы, снабженные феррозондовыми полюсоискателями.
Для контроля деталей магнитопорошковым способом серийно выпускают стационарные, переносные и передвижные дефекто скопы. Последние включают: источники тока, устройства для подвода тока, намагничивания деталей и для нанесения магнит ного порошка или суспензии, электроизмерительную аппаратуру. Стационарные приборы характеризуются большой мощностью и производительностью. На них можно проводить все виды намаг ничивания.
В ремонтном производстве широко распространены перенос ные и передвижные магнитные дефектоскопы. Они имеют отно сительно небольшие массу, габариты и дают возможность полу чать магнитные поля достаточной напряженности.
Вихретоковые методы основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электро проводящем объекте.
Контроль методами вихревых токов базируется на зависимо стях параметров (амплитуды, фазы, переходных характеристик и др.) вихревых токов, возбуждаемых в детали, от ее формы, раз меров, сплошности и физико-механических свойств материала. Возбудителями вихревых токов могут служить переменное поле тока в проводе, движущиеся магниты, волны радиоизлучения. Для контроля деталь или ее часть помешается в переменный магнитный поток Фо напряженностью Я0 (рис. 7.17). Под дейст вием магнитного потока в детали возбуждаются вихревые токи плотностью S, создающие вторичный встречный магнитный по ток Фв напряженностью Яв. Исследуя параметры потока Фв при известных параметрах первичного потока Ф0, можно судить о качественных показателях деталей.
Методы вихревых токов позволяют обнаруживать поверхно стные дефекты, в том числе под слоем металлических и неметал лических покрытий, контролировать размеры покрытий и дета лей (диаметры шаров, труб, проволоки, толщину листов и др.), определять физико-механические свойства материалов (твер дость, структуру, глубину азотирования и др.), измерять вибрации
256
Рис.7.17. Схема контроля методом вихревых токов
и перемещения деталей в процессе работы машины. Не всегда требуется непосредственный контакт датчика с исследуемой де талью, возможен контроль при одностороннем доступе (измере ние толщины листов коробчатых конструкций и т.п.). Методы пригодны для контроля деталей из немагнитных металлов (по значению электропроводности). Важным преимуществом этих методов является автономность и портативность приборов, лю бой вид индикации, хорошая приспособленность к автоматиза ции. Контроль методами вихревых токов отличается хорошей точностью, а в случае выявления поверхностных трещин обеспе чивает очень высокую чувствительность: минимальная ширина раскрытия трещины 0,0005-0,001 мм, глубина 0,15-0,2 мм. Для выявления трещин отечественной промышленностью выпускают ся портативные дефектоскопы. Их чувствительность несколько ниже.
Недостатками рассматриваемых методов являются сравни тельная сложность оборудования, необходимость в высокой ква лификации персонала для обслуживания, использования и ана лиза результатов контроля. Приборы контроля, выпускаемые промышленностью, являются узкоспециализированными по ви-
дам контроля и материалам, что сдерживает их широкое приме нение.
Дефектоскопия деталей радиационными методами основана на регистрации ослабления интенсивности радиоактивного излу чения при прохождении через контролируемый объект. Схема просвечивания детали радиационными лучами представлена на рис. 7.18. Наиболее часто применяются рентгеновский и у- контроль деталей и сварных швов. Промышленностью выпуска ются как передвижные рентгеновские аппараты для работы в условиях мастерских , так и портативные для работы в полевых условиях. Для работы вблизи взрыво- и пожароопасных объек тов, при отсутствии на месте работ электроэнергии или при ог раниченном доступе к объекту контроля (например, при работе на машинах) вместо рентгеновских используются гаммадефектоскопы. Некоторые дефектоскопы снабжаются шлангомампулопроводом для подачи источника излучения из радиацион ной головки в труднодоступные места на расстояние до 12 м.
Регистрация результатов радиационного контроля осуществ ляется визуально (изображение на экранах, в том числе стерео скопическое изображение) в виде электрических сигналов,
Рис. 7.18. Схема просвечивания детали радиационным методом:
1 - источник излучения; 2 - деталь; 3 - раковина; 4 - эпюра интенсивности
излучения; 5 - плотное включение
фиксацией на фотопленке или обычной бумаге (ксерорадио графия).
Достоинства радиационных методов - высокое качество кон троля, особенно литья, сварных швов, состояния закрытых по лостей элементов машин; возможность документального под тверждения результатов контроля, не требующего дополнитель ной расшифровки. Существенными недостатками являются сложность аппаратуры и организации выполнения работ, связан ной с обеспечением безопасного хранения и использования ис точников радиационного излучения.
Радиоволновые методы основаны на регистрации изменения электромагнитных колебаний, взаимодействующих с контроли руемым объектом. На практике получили распространение сверхвысокочастотные (СВЧ) методы в диапазоне длин волн от 1 до 100 мм. Взаимодействие радиоволн с объектом оценивают по характеру поглощения, дифракции, отражения, преломления волны, интерференционным процессам, резонансным эффектам. Эти методы применяют для контроля качества и геометрических параметров изделий из пластмасс, стеклопластиков, термозащит ных и теплоизоляционных материалов, а также для измерения вибрации.
Тепловые методы. В тепловых методах в качестве диагности руемого параметра используется тепловая энергия, распростра няющаяся в объекте, излучаемая объектом, поглощаемая объек том. Температурное поле поверхности объекта является источни ком информации об особенностях процессов теплопередачи, ко торые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних и наруж ных дефектов, охлаждения объекта или его части в результате истечения среды и т.п.
Различают пассивные и активные методы теплового контроля. При пассивном контроле анализ тепловых полей производят в процессе их естественного возникновения. При активном - на грев производят внешним источником тепловой энергии.
Контроль температурного поля осуществляют с помощью термометров, термоиндикаторов, пирометров, радиометров, ин фракрасных микроскопов, тепловизоров и других средств.
Тепловизионная аппаратура, получившая в настоящее время широкое применение в диагностике, основана на сканировании поверхности объекта лучом инфракрасного спектра, приеме, уси лении и развертке отраженного луча. В технической диагностике приборы термовидения с дистанционным обследованием объекта применяют:
при контроле качества изоляции, футеровки; при контроле напряженного состояния металла.
Оптические методы. Оптический неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия оптического излучения с объектом. Для получения информации используют явления ин терференции, дифракции, поляризации, преломления, отражения, поглощения, рассеивания света, а также изменение характери стик самого объекта исследования в результате эффектов фото проводимости, люминесценции, фотоупругости и других.
Оптическое излучение или свет - электромагнитное излуче ние с длиной волн от 1(Г5 до 103 мкм, в котором принято вы делять ультрафиолетовую (от 10~3 до 0,38 мкм), видимую (от 0,38 до 0,78 мкм) и инфракрасную (от 0,78 до 103 мкм) области спектра.
К числу дефектов, обнаруживаемых оптическими методами, относятся нарушения сплошности, расслоения, поры, трещины, включения инородных тел, изменения структуры материалов, коррозионные раковины, отклонение геометрической формы от заданной, а также внутренние напряжения в материале.
Применение переносных микроскопов дает возможность ис следовать состояние и структуру поверхности материалов при увеличении. В сочетании со стробоскопом оптические методы позволяют исследовать подвижные детали.
Визуальная энтроскопия позволяет обнаружить дефекты на поверхностях объекта. Энтроскопы для внутреннего обследова ния труднодоступных мест объекта включают зонд из стеклово локна, с помощью которого исследователь может проникать внутрь объекта, и экран визуального наблюдения поверхности, а также принтер для видеозаписи исследуемой поверхности объек та. Применение оптических квантовых генераторов (лазеров) по зволяет расширить границы традиционных оптических методов контроля и создать принципиально новые методы оптического контроля: голографические, акустооптические.
Капиллярный метод дефектоскопии основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхност ных и сквозных несплошностей объекта и регистрации образую щихся индикаторных следов визуально или с помощью преобра зователя (датчика).
Капиллярные методы применяют для обнаружения дефектов в деталях простой и сложной формы. Эти методы позволяют об наруживать дефекты производственно-технологического и экс плуатационного происхождения - трещины шлифовочные, тер мические, усталостные, волосовины, закаты и др. В качестве проникающих веществ используют керосин, цветные, люминес центные и радиоактивные жидкости, а также применяют метод избирательно фильтрующихся частиц.