Аудит и экспертиза промышленной безопасности. Учебно-методическое пособие для выполнения практических работ

Вихретоковые дефектоскопы (ВТД) относятся к приборам неразрушающего контроля и предназначены для выявления дефектов нарушения сплошности типа трещин, расслоений, коррозионных поражений в различных объектах из ферромагнитных и неферромагнитных сталей, цветных металлов и сплавов, композиционных и углеграфитовых материалов, в том числе через неэлектропроводящие покрытия с переменной толщиной и в многослойных конструкциях.

Схемы ВТД, в зависимости от применяемого метода, могут быть частотными, амплитудными и фазовыми. Одновременное использование двух из перечисленных схем позволяет создать амплитудно-фазовые и амплитудно-частотные схемы ВТД.

При выборе ВТД следует обратить внимание на следующие его параметры.

–– Разрешение и диапазон измерений – это основные точностные параметры дефектоскопа, определяющие глубину проникновения зондирующего воздействия в материал, а также точность определения размеров, расположения и конфигурации дефекта.

–– Скорость сканирования. В самом общем случае, чем она выше, тем ниже точность и достоверность получаемых данных.

–– Стационарное или портативное устройство. В зависимости от поставленной задачи контроля выбирается тот или иной вариант.

–– Степень защиты и температурный режим устройства

определяются условиями эксплуатации.

Капиллярный контроль – самый чувствительный метод НК. К капиллярным методам НК материалов относят методы, основанные на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетрантов) в поверхностные и сквозные дефекты. Образующиеся индикаторные следы регистрируются визуальным способом или с помощью преобразователя. Капиллярным методом определяется расположение дефектов, их протяженность и ориентация на поверхности. Контроль капиллярным методом проводится в соответствии с ГОСТ 18442–80 (редакция от 01.01.2021).

Капиллярная дефектоскопия применяется для выявления малых по величине дефектов, к которым не может быть применен визуальный контроль. Капиллярные методы используются

11

для контроля объектов любых размеров и форм, изготовленных из черных и цветных металлов и сплавов, стекла, керамики, пластмасс и других неферромагнитных материалов. С помощью капиллярной дефектоскопии возможен контроль объектов из ферромагнитных материалов в случае, если применение магнитопорошкового метода невозможно в связи с условиями эксплуатации объекта или по другим причинам.

Капиллярная дефектоскопия используется при мониторинге ответственных объектов перед приемкой и в процессе эксплуатации.

В зависимости от способов получения первичной информации капиллярные методы подразделяют на цветной (хроматический), яркостный (ахроматический), люминесцентный, лю- минесцентно-цветной.

Визуально-измерительный контроль (ВИК) применяется для визуального и измерительного контроля основного металла и сварных соединений на стадиях входного контроля, подготовки к сварке и оценки их состояния в ходе эксплуатации с помощью специального набора инструментов (рис.  2.1).

Рис.  2.1. Набор инструментов для визуально-инструменталь- ного контроля

ВИК проводится для проверки наиболее важных характеристик законченного изделия – соответствия размеров за-

12

конченного сварного соединения нормативно-технической документации; общего вида шва (шероховатость поверхности, чешуйчатость, наличие сварных брызг); наличия зачистки металла в местах приварки временных креплений, под последующий неразрушающий контроль; отсутствия поверхностных трещин всех видов и направлений, пор, включений, отслоений, прожогов, свищей, наплывов, усадочных раковин, подрезов, непроваров и т.д.; контроля размеров поверхностных дефектов; наличия и правильности клеймения шва.

Контроль герметичности. Методы контроля герметичности предназначены для выявления течей как в основном материале, так и в сварных, паяных, разъемных и других соединениях различных изделий.

Методы контроля герметичности весьма разнообразны, и их можно классифицировать по различным признакам – характеру взаимодействия веществ или физических полей с объектом, первичным информативным признакам, способам получения первичной информации, чувствительности, избирательной реакции на пробное вещество, виду используемых пробных веществ и т.д.

Методы контроля герметичности основаны на регистрации пробных веществ, проникающих через сквозные дефекты контролируемого объекта. В качестве пробных веществ применяют жидкости, газы, пары легколетучих жидкостей.

Пробные вещества должны легко проникать через течи и хорошо обнаруживаться средствами течеискания. Они должны быть недорогими, не оказывать вредного действия на людей и объект контроля. Пробное вещество выбирается в зависимости от метода испытания и величины испытательного давления, конструкции изделия, его назначения и нормы герметичности.

Магнитный контроль. Магнитопорошковый метод применяется для контроля изделий из ферромагнитных материалов, имеющихотносительнуюмагнитнуюпроницаемостьнеменее40. Чувствительность контроля данным методом зависит от различных факторов, в том числе от магнитных характеристик исследуемого материала, формы, размеров и шероховатости объекта контроля, напряженности приложенного магнитного поля, местоположения и ориентации дефектов и свойств магнитного по-

13

рошка. Согласно Р 56512–2015 устанавливаются три условных уровня чувствительности контроля данным методом (А, Б, В). Они характеризуются минимальной шириной раскрытия и минимальной протяженностью выявляемого дефекта.

Преимущества магнитопорошкового метода неразрушающего контроля заключаются в его относительно небольшой трудоемкости, высокой производительности и возможности обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов. С помощью этого метода выявляются не только полые несплошности, но и дефекты, заполненные инородным веществом. Магнитопорошковый метод можно применять не только при изготовлении деталей, но и в ходе их эксплуатации, например для выявления усталостных трещин.

Контроль твердометрии и шероховатости. Твердометрия – это метод неразрушающего контроля твердости металлов, сплавов, резины, пластмассы, бетона и других материалов.

Твердометрия является одним из основных видов механических испытаний металла и эффективным средством диагностики его структурно-механического состояния.

Твердость – это свойство материала оказывать сопротивление контактной деформации или хрупкому разрушению при внедрении индентора (твердосплавного наконечника) в поверхность материала.

При определении твердости материала необходимо строго выполнять условия проведения испытаний, которые изложены в стандартах или в других нормативных документах. В случае отклонения от принятых условий испытаний неизбежны погрешности при измерении твердости.

Твердомер – это прибор для измерения твердости. Существует несколько способов измерения твердости, раз-

личающихся по характеру воздействия наконечника. Твердость можно измерять вдавливанием индентора (способ вдавливания), ударом или же по отскоку наконечника – шарика. Твердость, определенная царапаньем, характеризует сопротивление разрушению, по отскоку – упругие свойства, вдавливанием – сопротивление пластической деформации. Перспективным и высокоточным методом является метод непрерывного вдавливания, при котором записывается диаграмма перемеще-

14

ния, возникающего при внедрении индентора, с одновременной регистрацией усилий. В зависимости от скорости приложения нагрузки на индентор различают твердость статическую (нагрузка прикладывается плавно) и динамическую (нагрузка прикладывается ударом).

Применение различных методов измерения твердости металлов обусловлено механическими свойствами металлов и кон- структивно-технологическими особенностями изделий.

Шероховатость металлических поверхностей определяется путем сравнения исследуемой поверхности с компараторами.

В ISO 8503 приводятся требования к определению компараторов профиля, который предназначен для визуального и тактильного сравнения стальных поверхностей, очищенных абразивоструйным способом. Компараторы профиля поверхности используются на строительных площадках для оценки шероховатости поверхности перед нанесением красок и других подобных продуктов или перед другими видами защиты поверхности. Используются следующие способы определения шероховатости поверхности:

–– визуальный (сравнение по образцам);

–– бесконтактный (с помощью микроскопа);

–– контактный (с помощью профилометра).

Тепловой контроль – один из видов неразрушающего контроля, основанный на фиксации и преобразовании инфракрасного излучения в видимый спектр. Тепловой метод применяется в тех отраслях промышленности, в которых по неоднородности теплового поля можно судить о техническом состоянии контролируемых объектов.

В настоящее время метод теплового неразрушающего контроля (ТНК) стал одним из самых востребованных в теплоэнергетике, строительстве и промышленном производстве. В России повышение интереса к тепловому контролю во многом связано с принятием Федерального закона от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении», регламентирующего энергоаудит объектов в целях экономии ресурсов. Согласно данным в законе определениям, базовым методом контроля текущего состояния промышленных объектов является тепловой метод.

15

Основными достоинствами теплового контроля являются универсальность, точность, оперативность, высокая производительность и возможность проводить контроль дистанционно. Можно выделить следующие виды теплового контроля:

–– тепловизионный контроль;

–– контроль теплопроводности;

–– контроль температуры;

–– контроль плотности тепловых потоков.

Ультразвуковые дефектоскопы. Ультразвуковой метод контроля относится к неразрушающим методам. Этот метод широко применяют для контроля сварных соединений из низколегированных и низкоуглеродистых сталей, алюминия, меди и их сплавов.

Распространяющиеся в упругом теле механические деформации называются акустическими или упругими волнами. Их подразделяют на инфразвуковые (частота колебания до 30 Гц), звуковые (20…20 104 Гц), ультразвуковые (от 2 104 до 109 Гц) и гиперзвуковые (свыше 109 Гц). При распространении акустической волны частицы среды, по которым они проходят, совершают колебания относительно точек равновесия. Если частицы колеблются вдоль твердого тела, то такие волны называются продольными, если перпендикулярно – поперечными. В твердом теле могут возникать как продольные, так и поперечные волны. Различают также поверхностные волны, распространяющиеся только по поверхности тела. Для контроля сварных соединений при ультразвуковой дефектоскопии в основном используют поперечные и продольные ультразвуковые волны. Скорость ультразвуковых волн зависит от свойств материала или среды, в которой они распространяются.

Ультразвуковая волна несет в направлении своего движения определенную энергию, которая характеризуется интенсивностью ультразвука (количеством энергии, которая переносится волной за 1 с через 1 см2 площади, перпендикулярной направлению распространения). По мере распространения ультразвуковой волны интенсивность ее падает. О длине пути волны можно судить по значению коэффициента затухания. В твердых телах он складывается из суммы коэффициентов поглощения и рассеяния.

16

Для возбуждения ультразвуковых колебаний используется пьезоэлектрический эффект, сущность которого заключается в том, что при растяжении и сжатии некоторых кристаллов в определенном направлении на их поверхности возникает электрический заряд. Электрические колебания от генератора высокой частоты с помощью пьезокристаллов превращаются в механические колебания частотой до 500 и 1000 МГц.

Для проведения ультразвукового контроля применяются специальные ультразвуковые дефектоскопы, которые обеспечивают излучение ультразвуковых колебаний, прием и регистрацию отраженных сигналов и определение координат места обнаружения дефектов. Ультразвуковой дефектоскоп состоит из электронного блока (собственно дефектоскопа), набора соединительных кабелей и различных вспомогательных устройств.

Цифровая радиография – это один из самых популярных методов неразрушающего контроля, при котором изображение изучаемого объекта (полученное с использованием ионизирующего излучения) преобразуется в цифровой сигнал. Далее этот цифровой сигнал с помощью специализированного программного обеспечения (ПО) преобразуется в двумерный массив данных, которые изучаются и анализируются.

Принцип действия систем цифровой радиографии основан на физическом эффекте фотостимулируемой люминесценции, т.е. на получении рентгеновского изображения на экране, покрытом специальным люминофорным веществом.

Суть метода цифровой радиографии – использование способности некоторых люминофоров формировать изображение на кристаллах, образующих покрытие пластины. Во время экспозиции экран накапливает энергию ионизирующего излучения, в результате чего формируется скрытое изображение, способное сохраняться в течение продолжительного времени. После завершения экспонирования экран помещается в сканер, считывающий скрытое в пластине изображение с помощью инфракрасного лазера. Лазер стимулирует свечение люминесцентного вещества вследствие высвобождения накопленной энергии в виде световых вспышек. Свечение пропорционально количеству квантов, поглощенных люминофором при контроле материала. Вспышки видимого света преобра-

17

зуются с помощью фотоэлектронного умножителя в электрические сигналы с последующим формированием с использованием аналого-цифрового преобразователя (АЦП) цифровых данных, которые образуют матрицу с яркостными показателями всех дефектов.

Электроискровые дефектоскопы. Электроискровой дефектоскоп – переносное устройство, назначением которого является поиск дефектов и трещин, недопустимых утолщений или утончений, а также других нарушений целостности защитных покрытий. Базовая конфигурация дефектоскопа включает следующие элементы:

–– блок контроля;

–– съемные электроды различного вида, назначения и диаметра;

–– источник питания;

–– повышающие напряжение трансформаторы.

Принцип работы прибора заключается в пропуске через электрод (преобразователь) тока, который подается на обследуемую поверхность. Эта манипуляция носит название искровой пробы. После обнаружения дефектов в результате такой манипуляции, информация о них передается на датчик, который оповещает пользователя звуковым или световым сигналом. Таким образом производится эксплуатация прибора. Искровой дефектоскоп используется также для поиска дефектов непроводящих покрытий, нанесенных на электропроводящее основание, т.е. для контроля покрытий трубопроводов, резервуаров, мостов и других объектов, качество изоляции которых сильно влияет на сохранение эксплуатационных характеристик.

Радиационный контроль – это вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации и анализе ионизирующего излучения после его взаимодействия с объектом контроля.

Основными направлениями радиационной дефектоскопии являются рентгено- и гамма-дефектоскопия.

Различие между рентгеновской и гамма-дефектоскопией заключается в используемых источниках ионизирующих излучений. Однако ввиду общности способов регистрации излучения и целей испытаний, для этих видов дефектоскопии раз-

18

работана общая методика и технология проведения контроля в производственных условиях.

Наиболее широко используемым методом радиационного контроля является рентгенографический контроль, при котором генерирование рентгеновского излучения происходит с помощью рентгеновской трубки, в которой излучение возникает при взаимодействии быстрых электронов с атомами вещества анода, а регистрация изображения осуществляется с использованием детектора излучения – на пленке или пластине.

Рентгенографический контроль является наиболее достоверным способом контроля сварных соединений и основного металла трубопроводов, оборудования при проведении экспертизы промышленной безопасности. Рентгенографический контроль применяют для выявления грубых трещин, непроваров, пор, раковин, шлаковых, вольфрамовых, окисных и других включений в литых и сварных стальных изделиях толщиной до 80 мм и в изделиях из легких сплавов толщиной до 250 мм.

Рентгенографический контроль имеет следующие разновидности: радиография и радиометрия. Радиография основана на просвечивании контролируемых объектов ионизирующим излучением, преобразовании прошедшего излучения в светотеневое или электронное изображение с последующим усилением, передачей и анализом изображения на экране оптического устройства или телевизионного приемника. Применение телевизионных систем позволяет обеспечивать радиационную безопасность персонала, усиливать яркость и контрастность изображения и изменять его масштаб.

Радиометрия основана на просвечивании изделия ионизирующим излучением и преобразовании плотности потока или спектрального состава прошедшего излучения в электрический сигнал. В качестве источника излучения применяют в основном радиоизотопы (γ-излучение), ускорители, реже – рентгеновские аппараты и источники нейтронов. В качестве детекторов используют ионизационные камеры, газоразрядные счетчики (пропорциональные и счетчики Гейгера), фиксирующие ионизацию или газовый разряд под действием ионизирующего излучения, а также сцинтилляционные счетчики, принцип действия которых основан на измерении с помощью электронных умножителей интенсивности световых вспышек в люминофорах.

19

2.3.  Порядок выполнения работы

При проведении работы по изучению способов неразрушающего контроля выполните следующие действия.

1.  Изучите особенности способов неразрушающего контроля и области их возможного применения, используя сведения, приведенные в данном пособии и ресурсах Интернета.

2.  Изучите приборы, используемые при проведении неразрушающего контроля каждым из рассмотренных в разд.  2.2 способом.

2.4.  Требования к отчету

Отчет должен содержать три презентации в электронном виде в соответствии с индивидуальным заданием. Варианты индивидуального задания приведены в табл.  2.1.

Вопросы для самоконтроля

1.  Перечислите методы измерения твердости. 2.  Что представляет собой компаратор профиля?

3.  Какие способы неразрушающего контроля применяются для проверки сварных швов на трубопроводах?

4.  В каких случаях применяется тепловой метод неразрушающего контроля?

5.  Какие виды теплового неразрушающего контроля существуют?

20