Визуальный и измерительный контроль

Визуальный и измерительный контроль — самый простой и в то же время информативный метод контроля. Это единственный метод неразрушающего контроля, который может выполняться и часто выполняется без какого-либо оборудования или проводится с использованием простейших измерительных средств. Он позволяет выявлять поверхностные поры и трещины, подрезы, кратеры, прожоги, свищи, наплывы, смещения кромок и другие дефекты. К недостаткам метода можно отнести низкую вероятность обнаружения мелких поверхностных дефектов, а также зависимость выявляемости дефектов от субъективных факторов (острота зрения, усталость, опыт работы выполняющего контроль специалиста) и условий контроля (освещенность, оптический контраст и др.). Тем не менее простота, малая трудоемкость и определенная информативность визуального и измерительного контроля делают его обязательным и предшествующим проведению неразрушающего контроля другими методами. Какими бы уникальными ни были методы и средства последующих контрольных операций, контроль изделий начинается с визуального осмотра невооруженным глазом. На оптимальном для глаз расстоянии-250 мм различают детали размером ~0,15 мм, однако возможности глаза ограничены при осмотре удаленных, движущихся, недостаточно освещенных объектов.

Наличие грубых поверхностных дефектов может указать на характер и место возможного разрушения конструкции. Учитывая, что различные дефекты имеют определенные доминирующие причины их образования, по результатам визуального и измерительного контроля можно ориентировочно оценить качество и стабильность технологического процесса изготовления или ремонта конструкций.

По внешнему виду сварного шва можно ориентировочно судить о внутреннем качестве шва. Превышение усиления сварного шва характерно для неполного проплавления кромок. Подрез на одной стороне сварного шва и наплыв на другой указывают на возможность непровара по кромке со стороны наплыва. При наличии поверхностных пор и грубой чешуйчатости шва, как правило, имеются и внутренние поры.

Визуально-измерительный контроль сосуда проводится аттестованными специалистами с целью выявления дефектов, которые могли возникнуть как в процессе его эксплуатации, так и при его изготовлении, транспортировке и монтаже.

При осмотре защитные покрытия и изоляция подлежат удалению на участках поверхности сосуда, где имеются явные признаки нарушения их целостности. Необходимость удаления защитного покрытия и изоляции на других участках поверхности сосуда определяется специалистами организации, проводящей диагностирование. Осмотру подлежат все доступные сварные соединения сосуда и его элементы с целью выявления в дефектов:

Особое внимание следует обратить на состояние сварных соединений в зонах концентрации напряжений (места приварки горловины люка и штуцеров к обечайке и днищам, особенно зоны входных и выходных штуцеров, участки пересечения швов, зоны сопряжения обечайки с днищами и др.), а также в местах возможного скопления конденсата и зонах проведенного ранее ремонта. Для сосудов из аустенитных сталей особое внимание при осмотре следует уделять местам возможного попадания на поверхность сосуда воды, паров, влажных газов, ввиду возможного образования в этих местах коррозионных трещин.

При проведении осмотра в случае возникающих сомнений по классификации размерам выявленных дефектов следует применять лупу 4 - 20-ти кратного увеличения, а также по усмотрению специалиста выполняющего осмотр, любой из неразрушающих методов в соответствии с РД 03-421-01.

Оценка выявленных при осмотре деформированных участков поверхности сосуда производится путем замера максимального прогиба и площади деформированного участка. Замер производится мерительным инструментом, обеспечивающим погрешность ±1,0 мм.

Нормы допустимых дефектов выявленных при наружном и внутренним осмотре, должны соответствовать требованиям ПБ 03-576-03, ОСТ 26-291.

Результаты осмотра оформляются в виде заключения (протокола), подписываемого специалистами организации, проводящей диагностирование.

Первый руководящий документ по визуальному и измерительному контролю, который распространялся на оборудование, подконтрольное Госгортехнадзору России, был разработан АНТЦ «Энергомонтаж». Несмотря на всю необходимость и своевременность выхода документа, он имел рад существенных недостатков. Документ был ориентирован в основном на объекты котлонадзора и не учитывал конструктивных особенностей грузоподъемных и горно-транспортных машин, в которых наряду со стыковыми широко применяются тавровые, угловые и нахлесточные сварные соединения. Отмеченные недостатки были учтены при разработке РД 03-606-03, который применяется при контроле конструкций грузоподъемных и горно-транспортных машин. При разработке РД 03-606-03 были использованы положения ЕН 970:1997 «Неразрушающий контроль сварных швов, выполненных плавле­нием. Визуальный контроль».

Толщинометрия

Для измерения толщины стенок аппарата и других деталей в результате износа и коррозии используют приборы, работающие на различных физических принципах: радиометрии, акустики (импульсные, по фазе прошедших через изделие ультразвуковых волн, резонансные), магнитных полей, радиоволновые и др.

Наибольшее распространение нашли ультразвуковые контактные толщиномеры, позволяющие обследовать объекты с односторонним доступом.

Ультразвуковая толщинометрия (УЗТ) применяется с целью определения количественных характеристик утонения стенок элементов сосуда в процессе его эксплуатации. По результатам УЗТ определяют скорость коррозионного или коррозионно-эрозионного изнашивания стенок и устанавливают расчетом на прочность допустимый срок эксплуатации изношенных элементов, уровень снижения рабочих параметров или сроки проведения восстановительного ремонта.

Для измерений толщины металла могут быть использованы отечественные или зарубежные ультразвуковые толщиномеры, соответствующие требованиям действующей нормативной документации, обеспечивающие погрешность измерения не более ±0,1 мм.

Все приборы должны иметь паспорт ежегодной метрологической Госповерки.

Контроль толщины стенки проводят в местах элементов сосуда, указанных в специальных инструкциях, в типовых или индивидуальных программах диагностирования, а также в зонах интенсивного коррозионно-эрозионного износа металла, в местах выборок дефектов и на поверхности вмятин или выпучин.

Толщинометрия согласно РД 03-421-01 может проводиться как по наружной, так и по внутренней поверхности сосуда. Измерения осуществляются по 4-м образующим обечайки и 4-м радиусам днищ через 90° по окружности элемента. На каждой царге обечайки сосуда проводится не менее 3-х измерений по каждой образующей (середине и по краям).

На днищах проводится не менее 5-ти измерений: на каждом из 4-х радиусов и в центре. При обнаружении зон с расслоением металла число точек измерения в этом месте должно быть увеличено до количества, достаточного для установления границ (контура) зоны расслоения.

Измерения толщины стенки вварных патрубков диаметром d₀ - диаметр отверстия не требующий укрепления, согласно ГОСТ 24 755, (Приложение 3) и более следует проводить в одном сечении в четырех точках, расположенных равномерно по окружности элемента.

В случае невозможности выполнения УЗТ сосуда по полной программе число точек замера толщины стенок должно быть таким, чтобы обеспечить максимально надежное представление о состоянии сосуда и проведение прочностных расчетов.

В местах измерения толщины поверхность должна быть защищена от металлического блеска. Толщина металла определяется как среднее значение результатов 3-х измерений.

Результаты УЗТ элементов сосуда рекомендуется оформлять в виде заключений или протоколов, в которых следует приводить схему расположения мест замера толщины и таблицу значений измеренной толщины.

Существуют два метода ультразвуковой толщинометрии: эхоимпульсный и резонансный.

При эхоимпульсной толщинометрии измеряют временной интервал между зондирующим и одним из отраженных импульсов .При этом измеряемая толщина определяется из выражения ,где t-измеренный интервал, -скорость ультразвука в данном материале.

Для импульсной толщинометрии используют прямые преобразователи или, чаще РС-преобразователи. Последние имеют значительно меньшую мертвую зону, что позволяет на практике на частоте 5-10МГц измерять изделия толщиной 1,0-1,5мм и выше. На погрешность измерений существенно влияет качество поверхности и длительность импульса.

Повышение качества поверхности (например, до ) и снижение длительности импульса с обычно применяемых значений до мкс позволяет производить импульсным методом измерение металлических изделий толщиной от мм. Относительная погрешность измерения %. Импульсные цифровые толщиномеры относительно просты по конструкции и удобны в эксплуатации. Габаритные размеры лучших из них не превышают пачку сигарет.

Резонансная толщинометрия основана на измерении частот акустических резонансов ,возбуждаемых в контролируемом изделии при модулировании (изменений) частоты возбуждаемых ультразвуковых колебаний.

Если в изделии возбуждаются резонансы на частотах и ,то толщину находят из выражения , и -номера гармоник, а -скорость ультразвука в изделии.

В резонансных толщиномерах пьезопластина преобразователя включена в колебательный контур автогенератора, в цепи которого находится сердечник с переменной индуктивностью. Изменение индуктивности приводит к модуляции частоты колебательного контура и, следовательно, к модуляции частоты возбуждаемых ультразвуковых колебаний. Переменное намагничивание сердечника осуществляется треугольным импульсом генератора временной развертки с экспоненциально спадающей амплитудой.

При установлении акустического резонанса в стенке изделия резко изменяется постоянная тока автогенератора и срыв генерации, что фиксируется на стрелочном, цифровом или панорамном проградуированном индикаторе. Погрешность резонансных толщиномеров %. Однако они более капризны в эксплуатации, имеют относительно большие габаритные размеры и в настоящее время применяются весьма редко.

Ультразвуковая толщинометрия легко автоматизируемый процесс. Иммерсионные толщиномеры широко применяют при сортировке труб, листа, прутков и т. д.

На погрешность ультразвуковой толщинометрии оказывает влияние отклонение геометрии контролируемого слоя от эквидистантности; непостоянство и неоднородность свойств материала, например затухания и скорости УЗК; нарушение акустического контакта или изменение толщины контактного слоя; ошибки в настройке прибора и т. п.

Погрешность большинства контактных резонансных толщиномеров составляет % измеряемой толщины. Погрешность современных импульсных толщиномеров, например УТ-93П, составляет мм в диапазоне толщин мм и мм в диапазоне толщин мм, где - толщина изделия.

Толщиномер УТ-93П производственного объединения "Волна" (г. Кишенев) комплектуется шестью типами преобразователей на номинальные частоты МГц. Толщиномер УТ-93П имеет расширенный в сторону малых толщин диапазон измерений, уменьшенную погрешность измерения, повышенную устойчивость к воздействию окружающей среды.

Прибор снабжен системой автоматического выключения, срабатывающей через 1.5-4.5 мин после последнего измерения, а также при снижении напряжения источника питания ниже предельно допустимого значения. Измерения производят только после обеспечения акустического контакта преобразователя с поверхностью контролируемого изделия, о чем сигнализирует подсветка служебного знака (точки) после младшего разряда цифрового индикатора. Результат последнего измерения сохраняется в цифровой памяти толщиномера и воспроизводится на индикаторе даже при снятии преобразователя с изделия.

Имеются также другие толщиномеры например: толщиномер Булат-1S(г.Санкт-Петербург, Россия).

Рис. Ультразвуковой толщиномер Булат-1-S

Отличается отсутствием органов регулировки и настройки, прост и удобен в работе, обладает высокой чувствительностью.

Исполнение датчиков (корпуса из металла, многожильный кабель с внутренней металлической оплеткой, контактные поверхности и разделительный слой из синтетических полимерных материалов нового поколения с высокими механическими износостойкими свойствами ) обеспечивает их долговечность при эксплуатации в самых тяжелых условиях, в том числе при контроле корродированных поверхностей с большой шероховатостью.

Комплектование толщиномера несколькими датчиками обеспечивает широкий диапазон измерения (от 1,5 до 100 мм), возможность контроля изделий с сильно отличающимися геометрическими и физико-механическими свойствами. Толщиномер позволяет контролировать сильно корродированные изделия с шероховатостью Rz до 200 мкм;

Наличие встроенной микроЭВМ позволяет:

- выполнить автокалибровку и самотестирование для исключения температурного и временного ухода показаний;

- фиксировать минимальное показание за время акустического контакта датчика с изделием;

- фиксировать последний результат измерения при отрыве датчика от поверхности;

- компенсировать нелинейность датчиков в области малых толщин;

В ультразвуковом импульсном толщиномере типа Sonascope-650 фирмы "Сонатест" (Англия) благодаря работе на сверхвысоких частотах и МГц удается существенно продвинуть предел измерений в сторону минимальных значений до мм при погрешности измерений мм в диапазоне толщин до мм; и до м в диапазоне толщин до мм. Такую же погрешность измерений имеет толщиномер типа Microgage фирмы "Сонатест", работающий в диапазоне толщин мм.

Для контроля изделий, нагретых до температуры , например химических аппаратов, в процессе эксплуатации применяют специальные термостойкие силиконовые смазки в смеси с отборной кислотой и кварцевые акустические задержки.

Использование микропроцессорной техники позволяет существенно упростить проведение толщинометрии в сложных эксплуатационных условиях. В толщиномерах типа DME/DR1 фирмы "Крауткремер" (ФРГ) и типа T-Gage/T-Logger фирмы "Сонатест" (Англия) производится запоминание данных измерений. Оператору не надо записывать данные на месте контроля, а достаточно только нажать соответствующую клавишу для ввода номера точки измерения (по предварительно составленной схеме). Затем в лаборатории толщиномер подключают к микроЭВМ, которая осуществляет распечатку данных с топографической привязкой к изделию.