Методы дефектоскопии в сварке

Дефектоскопия сварных швов: характеристика основных видов, правила выполнения, достоинства и недостатки

Неразрушающие испытания сварных швов призваны оценивать физические свойства изделий, то есть насколько соединение прочно или надежно. На эти свойства влияет наличие дефектов.

Физические методы контроля дефектов сварных швов называют дефектоскопией сварных швов. По термодинамическому признаку физические способы подразделяются на такие, которые используют:

• передачу энергии;
• движение вещества.

Дефектоскопия сварных швов предназначена для определения соответствия их физических свойств характеристикам, указанным в технических условиях, иными словами – пригодности изделия к эксплуатации.

Виды дефектоскопии

Методы дефектоскопии сварных швов относятся к группе неразрушающего контроля и включают:

• магнитопорошковую дефектоскопию;
• ультразвуковую;
• радиационную.

Магнитопорошковая

Относится к электромагнитным методам контроля. Принцип магнитопорошковой дефектологии строится на обнаружении магнитных полей рассеяния, образованных неоднородностями структуры или дефектами в исследуемом намагниченном образце.

Ферромагнитные частицы магнитного порошка, находясь в магнитном поле, перемещаются в направлении максимальной плотности магнитного потока и втягиваются в магнитное поле рассеяния над дефектной зоной сварного шва. Дефект обнаруживается по скоплению частиц порошка в форме валиков, которые очертаниями напоминают конфигурацию выявленных изъянов.

Для магнитопорошковой дефектоскопии применяют универсальные магнитные дефектоскопы с намагничиванием в постоянном или переменном магнитном поле.

Технология

Методика магнитопорошковой дефектологии сварного соединения включает последовательные действия:

1. Подготовка поверхности (очистка от окалины, загрязнений, следов шлака).
2. Намагничивание изделия.
3. Нанесение на поверхность намагниченного шва сухого ферромагнитного порошка или суспензии с мыльным раствором, маслом, керосином.
4. Осмотр поверхности спая. Обнаружение мест с отложениями магнитного порошка.
5. Размагничивание контрольного образца.

Применение

При соблюдении технологии магнитопорошковая дефектоскопия обладает чувствительностью к выявлению мелких и тонких трещин. Использование способа позволяет обнаружить дефекты как поверхностные, так и подповерхностные, с высотой (глубиной) дефекта от 0.05 мм и раскрытием от 0.01 мм.

Изъяны, имеющие округлую форму, выявляются хуже. Внутренние дефекты крупного размера , залегающие на глубине до 6 мм от верхней плоскости сварного шва, также выявляются. Их обнаружение требует применения магнитного порошка более крупной фракции.

Шлаковые включения и газовые поры в сварном шве магнитопорошковой дефектоскопией не выявляются.

Способ применяется для дефектоскопии продольных соединений труб, выполненных стыковым электроконтактным способом, и обнаружения трещин и стянутых (узких) непроваров в швах трубопроводов, сваренных электродуговым способом встык.

Ультразвуковая

Относится к одному из методов акустического неразрушающего контроля, при котором используются механические колебания упругой среды с частотой от 0.5 до 10 МГц.

Принцип работы ультразвуковой дефектоскопии основан на использовании пьезоэлектрического эффекта, при котором с помощью пьезокристаллов происходит превращение электрических колебаний в механические.

Контроль ультразвуковой дефектоскопии осуществляется с помощью ультразвукового дефектоскопа. Это прибор для излучения ультразвуковых колебаний, приема отраженных сигналов и их регистрации и для определения координат выявленных дефектов. Эхо-сигналы регистрируют по экрану электронно-лучевой трубки.

Технология

Передача ультразвуковых колебаний в исследуемый объект – сварной шов происходит с помощью щупов. Наклонные или призматические щупы применяются для исследования поперечными волнами, возбуждаемыми в спае методом превращения продольных колебаний, в момент их перехода через границу, разделяющую металл и материал щупа. С помощью поперечных волн обнаруживается брак более мелкого размера.

Признак обнаружения дефекта – поступление от отражателя, находящегося в металле шва, эхо-сигнала с амплитудой колебаний, превышающей заданный уровень.

Показатель наличия непроваров и трещин – сохранение на трубке импульса при передвижении щупа по длине сварного шва. Если импульс быстро пропадает, это свидетельствует о наличии локализованного дефекта шва – шлаков сферической формы, газовых пор. Для выявления микроскопических отклонений в структуре металла требуются высокие частоты (6-8 Мгц), подаваемые на щуп. Для макроскопических – 1.5-3 Мгц.

Применение

Метод применяется для контроля сварных швов, выполненных всеми видами сварки плавлением. Например:

• соединений из низколегированных и низкоуглеродистых сталей толщиной до 700 мм (электрошлаковая сварка котлов, труб, корпусов доменных печей, корпусов судов);
• стальных соединений толщиной более 80 мм (выявление внутренних дефектов).

На порядок больший успех, чем при других неразрушающих методах контроля, проявляется при обнаружении дефектов в изделиях, выполненных ультразвуковым способом или сваркой давлением.

Ультразвуковой дефектоскопией сложно обнаружить поперечные трещины из-за слабой шероховатости их поверхности, отражение ультразвука от которой носит зеркальный характер.

Радиационная

В основе радиационной дефектоскопии лежит регистрация и анализ ионизирующего излучения после его взаимодействия с исследуемым предметом. Ослабление (поглощение и рассеивание) пучка излучения при его прохождении через разные зоны сварного шва происходит по-разному:

• большая степень – в местах включений большой толщины и плотности по сравнению с основным материалом;
• меньшая степень – в зонах с меньшей толщиной и плотностью материала.

Отсюда следует, что распределенная интенсивность пучка излучения по сечению контролируемого объекта является носителем информации его внутреннего строения или, иными словами – радиационным изображением объекта.

В соответствии со способом получения первичной информации существует три метода радиационной дефектоскопии:

• радиометрический (регистрация электрических сигналов);
• радиоскопический (наблюдение изображения на экране);
• радиографический (фиксация изображения на бумаге, пленке).

Выбор метода зависит от технических условий, требований стандартов к конкретному объекту контроля, его конструктивных особенностей, технологии изготовления, размеров дефектов.

Радиационная дефектоскопия предполагает использование рентгеновских аппаратов – совокупности технических средств, функции которых – получение и использование рентгеновского излучения.

• источник питания;
• излучатель;
• пульт управления;
• вспомогательные устройства и принадлежности.

Технология

Наиболее распространенный метод контроля – радиографический.

Источник излучения размещается на заданном расстоянии от сварного шва. С противоположной стороны располагается кассета с пленкой. Пленка просвечивается (выдерживается некоторое время под лучами), после чего изымается из кассеты и проявляется. По полученному изображению определяются дефекты.

Применение

Методы радиационной дефектоскопии применяют с целью обнаружения в испытуемых объектах дефектов и изменений внутренней конфигурации и расположения объектов контроля.

В сварных соединениях, выполненных сваркой плавлением, можно обнаружить:

• прожоги;
• трещины;
• разнородные включения;
• поры;
• подрезы;
• смещения кромок;
• непровары;
• раковины;
• превышения проплава;
• утяжины.

При работе точечной и роликовой сваркой:

• непровары;
• выплески;
• включения (металлические и неметаллические);
• поры;
• трещины.

Общие правила выполнения дефектоскопии

Проведение дефектоскопии сварных швов включает несколько этапов.

Вначале производится выбор метода контроля, на который влияют:

• технология сварки;
• вид основного металла;
• размеры и тип соединения, конфигурация;
• ожидаемый тип дефектов и их ориентация.

Проведение контроля выполняется в соответствии с нормами и правилами, указанными в государственных стандартах.

Перед началом исследования персонал должен получить доступ ко всей информации об объекте контроля. Работы в большинстве случаев рекомендуется проводить по окончании всех этапов термообработки изделия. Некоторые сварные соединения исследуются по прошествии минимального периода, указанного в спецификации на продукцию. Контроль по обнаружению поверхностных дефектов сварного шва проводится перед исследованием на внутренние дефекты.

Заключительным этапом дефектоскопии сварных швов является разбраковка контролируемых объектов.

Достоинства и недостатки

Ввиду того что дефектоскопия сварных швов относится к неразрушающим методам контроля, она имеет такие же преимущества и недостатки.

1. Возможность проведения испытаний непосредственно на изделии, включая его опасные участки.
2. Не выполняется разрушение деталей, что важно для дорогостоящих экземпляров.
3. Контроль возможен без прекращения работы установки.
4. Стоимость исследования ниже, чем при разрушающем контроле.

1. Выполняется косвенная оценка некоторых свойств, не имеющих значения при эксплуатации изделия.
2. Для установления корреляционной связи «результат неразрушающего контроля – эксплуатационная надежность» требуются специальные исследования.
3. Испытания чаще носят альтернативный характер (годен – негоден).

​Дефектоскопия сварных швов: виды, методы и особенности

Востребованный метод контроля сварных соединений — дефектоскопия сварных швов. Этот прием обеспечивает внушительный срок службы изделий, конструкций и материалов; позволяет сохранить их надежность; получить оценку свойств деталей; определить некачественную работу и пр. С помощью этой методики выявляется отсутствие герметичности соединений, допуск которого категорически запрещен и опасен.

Дефектоскопия сварных швов трубопроводов и прочих конструкций должна быть проведена сразу по окончании узкоспециализированных действий в обязательном порядке. В отличие от разрушающих методов контроля и проверки качества, эти технологии популярнее и активнее распространены повсеместно. Существует несколько способов проведения процедуры, которые определяются в зависимости от проверяемого объекта и его особенностей.

Виды проверки

Способы неразрушающего контроля, объединенные в общую группу «дефектоскопия сварных швов» получили широкое распространение во всех отраслях работы, так или иначе связанных со сварочными стыками. Принято структурировать методики на несколько типов.

• Визуальный и измерительный контроль. Внешний осмотр, позволяющий определить наличие дефектов и выявить как наружные, так и внутренние проблемы. О наличии непроваренных мест судят по неравномерности складок, ширине и высоте швов. Для достижения максимальной результативности визуальный контроль проводится с применением мощной лупы и специализированных световых приборов.
• Капиллярная дефектоскопия сварных швов. Популярный способ контроля, в основе которого способность жидкости к заполнению мельчайших трещин и каналов. Эта система подходит для любых материалов и разнообразных форм. Улучшение качества проверки обеспечивают пенетранты — вещества, способные окрашивать дефекты, облегчая работу специалистов.
• Магнитная дефектоскопия сварных швов. Метод, созданный на основе особенностей электромагнетизма. Регистрация искажений осуществляется при помощи создания магнитного поля в определенном месте.
• Ультразвуковая проверка. Процедура проводится с помощью приборов для ультразвуковой дефектоскопии сварных швов. Специализированные датчики позволяют зафиксировать искажения волн и определить место наличия проблемы. Для дешифровки сигналов требуется мощная теоретическая база и большой практический опыт.
• Радиографические методы. Сердце технологии — знание уникальных особенностей рентгеновского излучения и гамма-лучей, и их проникающие возможности. Этот метод самый точный и достоверный из всех типов контроля, но и более дорогостоящий.

Дефектоскопия сварных швов — обязательный процесс для результативной, продуктивной и безопасной деятельности.

Дефектоскопия сварных швов

Некачественные соединения могут стать причиной аварий. Трубопроводы, детали, испытывающие динамическую нагрузку, швы, работающие на излом, не должны содержать шлака, раковин, непроваров. Методы дефектоскопии сварных швов относятся к неразрушающей диагностике. Они используются для выявления внутренних, невидимых дефектов в металле – несплошностей, снижающих прочность соединения.

Разработано 10 методов диагностики, все они имеют достоинства и недостатки, ограничения. Дефектоскопией сварных швов проверяют качество работы сварщиков, выявляют нарушения технологии. Используют методы диагностики металла для входного, промежуточного и сдаточного контроля.

Принцип дефектоскопии

Диагностика сварных соединений включает разные методы исследований, основанных на физических свойствах металлов, структурных превращениях на границе фазового перехода. На исследуемые участки воздействуют радиоволнами, ультразвуком, магнитным электростатическим полем, красителями. Разнородные структуры по-разному воспринимают воздействие. Принципы выявления дефектов подбирают под металл. К примеру, немагнитящиеся легированные стали, цветные металлы нельзя проверить в магнитном поле. Эхолокация неэффективна для крупнозернистых структур.

Дефектоскопией сварных соединений называют комплекс методов контроля качества визуально или с использованием специальной аппаратуры для выявления дефекта. Принцип дефектоскопов, методика диагностики утверждаются стандартами. По результатам дефектоскопии определяется прочность (эксплуатационная надежность) сварных швов после завершения работы.

Важно!

Каждый сварщик несет ответственность за соблюдение технологии.

Преимущества и недостатки

• низкая трудоемкость исследований, контролирует соединения один человек в течение нескольких минут;
• безопасность проведения контроля, только радиационная диагностика предполагает влияние вредных факторов;
• разнообразие контролирующих приборов, для основных методов дефектоскопии выпускают мобильные дефектоскопы;
• разнообразие контролируемых объектов: проверяют плоские, объемные детали, трубы;
• контроль швов, произведенных любым видом сварочного аппарата.

• у каждого из методов существуют определенные ограничения по применению, ввиду выявляемых изъянов;
• необходимость использования специальных реагентов, расходных материалов;
• приходится специально подготавливать исследуемые поверхности;
• контролируемые фрагменты после диагностики необходимо дополнительно обрабатывать антикоррозионными средствами, при снятии окалины, оксидной пленки защитные свойства металла ухудшаются.

Основные методы дефектоскопии

Дефекты соединений бывают двух типов:

• видимые выявляют при визуализации;
• скрытые (внутренние) определяют дефектоскопией сварных швов.

Существуют разрушающие методы контроля, они необходимы при разработке технологии сварного соединения. Зону фазового перехода рассекают, рассматривают структуру металла под микроскопом.

Неразрушающую дефектоскопию сварных швов создали для определения качества сварки. Металл проверяют на проницаемость, однородность, пользуясь современными методами и приборами.

Визуальный осмотр

Проверка сварных швов производится на месте. Это самый часто применяемый способ контроля. Анализируя состояние шовного валика, дефектоскопией выявляют непровары. Они проявляются неравномерностью наплавочного слоя, трещинами, пористостью. Для точности результата до осмотра со шва снимают окалину, протирают поверхность валика растворителем (техническим метанолом). Затем производят травление металла 10% азотной кислотой, она растворяет оксидную пленку. Остатки кислоты снимают спиртом.

На матовой поверхности хорошо видны внешние дефекты, сопутствующие структурным изменениям в зоне термовлияния. Для визуального исследования используют лупу, микроскоп.

Магнитная

Этот метод дефектоскопии подходит только для углеродистых и низколегированных сталей, способных намагничиваться. На контролируемые участки воздействуют циркулярным или продольным полем. Используют электрические или постоянные магниты. В местах дефектов происходит искажение электромагнитных линий.

Существует два метода фиксации рассеяния поля:

1. Порошковая дефектоскопия основана на свойствах частиц скапливаться над местами структурных повреждений. Порошок рассыпают в сухом или влажном виде, для снижения трения, увеличения подвижности порошка используют масло или керосин. Допустимо применение магнитогуммированной пасты и суспензий. Вид магнитящего состава выбирают под тип стали. Снизу контролируемого участка сварного шва устанавливают магнит. Над трещинами, пустотами опилки металла под воздействием искаженного поля собираются в валики, комкуются.
2. Вместо порошка используют ферромагнитную ленту, ее накладывают на шов, плотно фиксируют. Во время дефектоскопии на информационном носителе записываются электроволновые изменения. Прибор их считывает подобно магнитофону. Магнитно-порошковые дефектоскопы улавливают значительные несплошности, снижающие прочность соединений.

Ультразвуковая

Процедура ультразвуковой дефектоскопии регламентирована ГОСТ Р 55724-2013. Метод основан на способности звуковых волн отражаться от границы раздела сред различной плотности. Применяется для мелкозернистых металлов. Фиксирует крупные зерна, разрастающиеся в местах фазового перехода при любом способе сварки.

Приборы контроля трубопроводов и объемных деталей со стыковыми, тавровыми, нахлесточными и угловыми сварными швами бывают разных типов:

• импульсные дефектоскопы фиксируют интенсивность и время прохождения отраженных волн;
• теневые определяют снижение энергии или смещение фазы ультразвуковых волн, огибающих дефект;
• зеркально-теневые менее чувствительные, предназначены для обнаружения структурных уплотнений и несплошностей;
• импедансные необходимы для исследования сварных тонкостенных деталей, труб.

Ультразвук генерирует наклонный преобразователь. Его перемещают вдоль шва вращательными движениями. Стационарные установки контроля используют в лаборатории. Для работы на местах используют мобильные дефектоскопы. Они определяют место расположения и характер дефекта. Ультразвуковой метод контроля не отличается высокой точностью. Чувствительность дефектоскопов определяется минимальными размерами эталонов (отражателей). Для расшифровки результатов необходима специальная подготовка.

Радиационная

Такая дефектоскопия основана на способности металлов поглощать рентгеновские лучи. По сути, это рентген. Изображение, зафиксированное на пленке, расшифровывают негатоскопом. Метод характеризуется высокой точностью. Выявляет непровары, трещины, шлаковые включения и другие дефекты, не обнаруженные дефектоскопами другого типа. Дает представление о виде, характере и расположении несплошностей. Используется только в лабораторных условиях. Установки необходимо экранировать, так как контролеры подвергаются воздействию излучения.

Метод утвержден ГОСТ 23055-78. Дефектограмма не определяет:

• несплошности, размером меньше двойной чувствительности, расположенные по направлению лучей;
• дефекты: менее 0,1 мм при толщине заготовок 40 м, (0,2 – от 40 до 100; 0,3 – от 100 до 150);
• непровары и трещины, совпадающие с острыми углами, посторонними деталями.

Капиллярная

Метод капиллярной дефектоскопии применяется для любых плотных материалов (цветных и черных металлов, пластика, керамики, стекла). Пенетранты (цветовые индикаторы) обладают хорошей проницаемостью, заполняют даже самые мелкие пустоты. Они производятся на водной или органической основе (масло, керосин).

Капиллярные дефектоскопы для проверки сварных швов разделяют по способу информации:

• цветные (хроматические), используются жидкости с устойчивой контрастной окраской, чаще красные;
• яркостные (ахроматические), определяют интенсивность цвета, характеризующие глубину дефекта;
• люминесцентные, используемые жидкости содержат вещества, видимые в ультрафиолетовом излучении;
• люминесцентно-цветные, пенетранты видимы по всему спектру.

Чувствительность контролирующих устройств:

• I класс – выявляются дефекты швов от 0,1 мм до микрона;
• II класс – до 0,5 мкм.

Пенетранты выпускают жидкостные и в аэрозолях. В комплекте с ними идут очистители, проявители, атлас дефектов (эталонные фотографии, по которым анализируют получившийся рисунок).

Цветная дефектоскопия проводится в соответствии с ГОСТ 18442-80. Процесс состоит из пяти стадий:

• предварительная очистка исследуемой поверхности химическим способом или паром с последующей сушкой;
• нанесение индикаторного пенетранта любым возможным способом;
• удаление излишек красителя через определенный временной интервал, указанный в инструкции (от 5 до 20 минут в зависимости от проницаемости жидкости);
• обработка поверхности проявителем, меняющим или усиливающим цвет пенетранта;
• анализ полученного рисунка.

Выбор метода

Учитывают основные параметры исследуемых швов:

• физические характеристики;
• толщину и габариты заготовок;
• состояние поверхности: для ультразвука необходима зачистка с контактной смазкой, для магнитно-резонансного метода – проводят осадку шва (снимают поверхностные напряжения), для капиллярного исследования требуется идеально ровная и очищенная поверхность.

При выборе метода дефектоскопии необходимо учитывать:

• размеры допустимых дефектов, по техническим условиям подбирают чувствительность приборов;
• условия проведения исследований.

Если важно выявить объемные дефекты, пустоты – надежнее провести радиационный контроль. Трещины и непровары определяют ультразвуком, магнитным полем. Дефекты, выходящие на поверхность, выявляют капиллярным методом.

Источники:

http://elsvarkin.ru/texnologiya/kontrol/defektoskopiya-shvov/
http://arhibild.ru/defektoskopiya-svarnykh-shvov/
http://svarkaprosto.ru/tehnologii/defektoskopiya-svarnyh-shvov