Капиллярные методы контроля

Магнитный метод

Магнитный метод неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. Контролю подвергаются только изделия, выполненные из ферромагнитных материалов.

В общем случае при намагничивании изделия, в которого имеется дефект, происходит изменение градиента напряженности магнитного поля. Магнитные линии обходят дефектный участок и образуют поля рассеивания силовых линий. Для получения информации о магнитных полях используют ферромагнитный порошок (или суспензии на его основе), либо поля рассевания записываются на магнитную плёнку с последующим считыванием результатов дефектоскопами. Изменение напряжённости магнитного поля используют как первичную информацию для выявления дефекта.

Все магнитные методы диагностики сплошности метала основаны на обнаружении локальных возмущений поля, создаваемых дефектами в намагниченном ферромагнетике.

В зависимости от способа регистрации магнитного поля рассеивания магнитные методы неразрушающего контроля подразделяются на магнитопорошковые [контроль неразрушающий магнитопорошковый метод гост 21105-87] и магнитографические методы [инструкция по диагностике технического состояния трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом].

Магнитопорошковый метод позволяет выявлять дефекты, которые не могут быть определены визуально. Под действием магнитного поля частицы порошка перемещаются по поверхности детали и скапливаются в виде валиков над дефектами. Форма этих скоплений порошка соответствует очертаниям выявленных дефектов. Нанесение магнитного порошка на контролируемую поверхность объектов контроля осуществляют двумя способами, реализующими "сухой" или "мокрый" метод. В первом случае для обнаружения дефектов используют сухой ферромагнитный порошок (например, ). При использовании "мокрого" метода контроль осуществляется с помощью магнитной суспензии, т.е. взвеси ферромагнитных частиц в жидких средах: трансформаторном масле, смеси трансформаторного масла с керосином, смеси обыкновенной воды с антикоррозионными веществами. В случае контроля контролируемых образцов, имеющих большую шероховатость или склонных к образованию дефектов, глубоко залегающих под поверхностью, применяют крупный порошок, который наносят на поверхность "сухим" способом. Сухой способ нанесения порошка имеет более высокую чувствительность по сравнению с применением магнитной суспензии.

Чувствительность контроля зависит от чистоты обработки объекта контроля. Магнитопорошковый метод даёт чёткое определение длины и конфигурации дефекта, но не позволяет определить глубину. Для определения глубины дефекта дополнительно используются потенциометрические датчики. Пропускание тока через дефектный участок и фиксация падения напряжения позволяет определить глубину трещины.

Для осуществления магнитопорошкового контроля используются портативные, переносные и универсальные дефектоскопы, как отечественного (МД-4П, МД-4К, МИ-20, МИ-31), так и зарубежного производства (MAG 20, MAG 40, MAG 50 и др.).

Магнитографический метод. Сущность этого метода заключается в намагничивании контролируемого участка с одновременной записью магнитного поля на магнитную ленту и последующим считывании с нее полученной информации специальными устройствами магнитографических дефектоскопов. Магнитографический метод контроля основан на магнитной памяти металла. Максимальная толщина контролируемого изделия 20…25 мм. Схема магнитографического метода контроля представлена на рис…

Рис... Картина магнитных полей рассеяния около наружных (1) и внутренних (2) дефектов в ферромагнитной трубе

Магнитные методы применяют для измерения толщины неферромагнитного покрытия на ферромагнитном основании; для дефектоскопии поверхностных и подповерхностных участков ферромагнитных материалов (магнитопорошковый метод); магнитографический метод в основном применяют для контроля стыковых швов, выполненных сваркой плавлением, и в первую очередь при дефектоскопии швов магистральных трубопроводов.

Магнитография выявляет плоскостные дефекты (трещины, непровары, несплавления), а также протяженные дефекты в виде шлака. Значительно хуже выявляет округлые дефекты (поры, шлаковые включения). Практикой установлено, что этот метод обнаруживает внутренние плоскостные дефекты (лежащие в плоскости), когда их вертикальный размер 8-10% толщины сварного шва.

При плановых и ремонтных работах коммунальными службами для обследования линейной части трубопроводов используется магнитный интроскоп МИ-20. Этим прибором выявляются дефекты типа нарушения сплошности (коррозионные и усталостные трещины, непровары, язвы) при толщине стенки объекта до 20 мм без удаления изоляции и остановки оборудования, что дает возможность повысить производительность и уменьшить затраты на проведение диагностических работ.

Для диагностики линейной части коммунальных подземных трубопроводов применяется внутритрубный магнитный интроскоп МИ-31. Выявляются коррозионные, термические и усталостные трещины, язвы, шлаковые и газовые включения, непровары сварных швов.

Новым методом определения технического состояния метала трубопроводов является метод магнитного неразрушающего контроля [внутренней структуры металла] посредством послойного бесконтактного сканирования магнитного поля и последующей компьютерной обработки полученных сигналов с целью диагностики технического состояния ферромагнитного (стального, чугунного) трубопровода.

Бесконтактный магнитометрический метод, основанный на выявлении местоположения дефектов за счет регистрации изменения магнитной проницаемости при изменении напряжений под действием механических нагрузок или структурных изменений металла трубопровода (деформация трубы, внутренняя и наружная коррозия, провисы, оползневые нагрузки и т.п.).

Основным техническим средством данной технологии служит бесконтактный сканирующий магнитометр серии "СКИФ" (ООО НТЦ «Транскор-К», г. Москва), тип МБС (МБС-03, МБС-04) и портативные трассоискатели со встроенным генератором серии «Поиск» (ООО НТЦ «Транскор-К»). Типы выявляемых дефектов: «потеря металла» — общая или локальная коррозия, в том числе внутренняя; трещиноподобные дефекты; дефекты сварных соединений; общий уровень напряжений на участке.

Ограничения метода — невозможность выявления сквозных дефектов металла, создающих концентраторы механических напряжений до порога регистрации.

К достоинствам бесконтактного магнитометрического метода относится:

1. не требует подготовки трубопровода к обследованию и изменения рабочих режимов транспортирования продукта;

2. подходит для выявления дефектов различных типов;

3. не имеет ограничений по диаметрам обследуемых трубопроводов (любое проходное сечение) и их конструктивным особенностям (углам поворотов, подъемов; толщине стенки трубы, рабочему давлению в трубопроводе и т.п.);

4. удобен для организации мониторинга и создания базы данных по паспортизации объектов, поскольку осуществляется на любых дистанциях и с неограниченной минимальной периодичностью;

5. обеспечивает существенное сокращение времени полного цикла проведения работ.

Недостатки метода обусловлены его относительной новизной:

1. Необходимость накопления базы данных для трубопроводов ЖКХ (поверочное шурфование в 1-2 точках для каждого объекта).

2. Затруднения при проведении работ над линиями метрополитена (сильные электромагнитные помехи), что требует корректировки графиков работы.

Аналогичный принцип лежит в основе выявления дефектов по регистрации магнитных полей насыщения при работе магнитного снаряда-дефектоскопа (сканер-дефектоскоп «коплекс-2.05»). Эффективность выявления дефектов металла при этом сопоставима с аналогичным показателем внутритрубной дефектоскопии и составляет не менее 75 %.

Сканер-дефектоскоп магнитоанизотропный «комплекс-2.05» выявляет:

• Все опасные дефекты, создающие концентрацию механических напряжений (КНМ) и определяет степень их опасности;

• Места, где дефекты зародятся в будущем (сверхранняя диагностика, в том числе дефектов, не выявляемых традиционными средствами неразрушающего контроля);

• Отображает вид остаточных деформаций, зоны термического влияния сварки;

• Предоставляет информацию для оценки остаточного ресурса объектов контроля.

Ультразвуковой метод

В настоящее время ультразвуковой контроль составляет 70…80 % среди других методов неразрушающего контроля благодаря высокой чувствительности и достоверности обнаружения наиболее опасных дефектов типа трещин и непроваров, точности, высокой производительности, отсутствию вредного воздействия на организм человека и окружающую среду, низкой стоимости.

Данный метод контроля основан на регистрации параметров ультразвуковых волн, возникающих или возбуждаемых в объекте. Ультразвуковые волны представляют собой упругие колебания частотой 20 кГц. Это вид контроля применим ко всем материалам (металл, керамика, пластмасса, бетон) и обеспечивает одновременное выявление внутренних и поверхностных дефектов. Для возбуждения ультразвуковых колебаний в качестве источников энергии используют пьезоэлектрические преобразователи сухим контактным, контактным через жидкую среду или бесконтактным способом через воздушный зазор с помощью электромагнитно-акустического преобразователя.

Ультразвуковые методы контроля используются в ультразвуковой толщинометрии, дефектоскопии (выявляют неоднородности структуры и места утечки жидкости и др.), при определении геометрических характеристик размеров изделий, для определения расхода жидкости. Измерение толщины ультразвуком не требует доступа к обратной стороне изделия.

Эти методы имеют следующие недостатки: сложность использования специальной аппаратуры, повышенные требования к чистоте поверхности изделия, влияние сторонних шумов на результаты измерений и др. Все эти недостатки приводят к возрастанию погрешностей измерения.

Ультразвуковая дефектоскопия сводится к решению следующих задач:

Выявлению дефектов, подлежащих регистрации;

Определение местоположения дефектов;

Оценка размера дефектов;

Протоколирование результатов контроля.

Методы ультразвукового контроля очень многообразны на практике широко применяются следующие:

Эхо-зеркальный метод, основанный на анализе ультразвуковых импульсов, зеркально отражённых от поверхности объекта контроля и дефекта.

Теневой метод основан на регистрации уменьшения амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта. При наличии дефекта уменьшается амплитуда прошедшего сигнала. Недостатки данного метода диагностирования: невозможно определить координаты, низкая чувствительность данного метода, необходимость двустороннего доступа к объекту контроля. Этот метод часто используется для контроля тонкостенных объектов.

Зеркально-теневой метод, основанный на измерении амплитуды данного сигнала.

Принцип работы ультразвуковых дефектоскопов основан на способности УЗ-колебаний отражаться от внутренних дефектов и границ изделий. Глубина залегания дефектоскопа определяется по формуле:

,

где Н – расстояние от точки ввода УЗ-колебаний до дефекта;

с – скорость распространения УЗ-колебаний от точки ввода до дефекта;

t – время прохождения УЗ-колебаний до дефекта.

К ультразвуковым методам контроля относят импульсный эхо-метод, основанный на посылке коротких ультразвуковых импульсов и отражении их от поверхности дефекта. Этот метод контроля называется ещё методом отражения и используется в толщинометрии и дефектоскопии. Оба прибора состоят из двух основных частей – электронный блок и пьезопребразователь. Импульсным эхо-методом контролируют сварные швы, изделия из пластмассы, измеряют толщину изделий и структуру материалов.

Реализация ультразвукового метода осуществляется применением следующих устройств: УЗ толщиномеры – UT-301, ТУЗ-3, УТ-82 (для измерения толщины стальных и пластмассовых изделий эхо-импульсным методом), УТ-83 (предназначен для контроля изделий из стали расположенных под водой), ультразвуковые дефектоскопы – УД2-70 (для контроля продукции на наличие дефектов типа нарушения сплошности и однородности материалов и сварных соединений, для измерения глубины и координат их залегания), Epoch 4, Epoch 4B, EPOCH 4PLUS (для контроля и толщины изделий из различного материала), дефектоскоп-томограф УД4-76 и др.

Принцип работы толщиномера UT-301, рис… основан на ультразвуковом импульсном эхо-методе измерения, который использует свойство ультразвуковых колебаний отражаться от границы раздела сред с разными акустическими сопротивлениями.

Передающая пластина преобразователя излучает импульс УЗК через линию задержки (призму) в направлении наружной поверхности изделия, толщину которого нужно измерить.

Рис. Блок схема толщиномера

1 - Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

2 - Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

3 - Клавиатура

4 - Блок микропроцессорного управления (БМУ)

5 - Блок интерфейса

6 - Измерительный блок

7 -Усилитель

8 - Генератор УЗК

9 - Преобразователь

10- Контролируемое изделие

Импульс УЗК распространяется в изделии до внутренней поверхности, отражается от нее, распространяется в направлении наружной поверхности и, пройдя линию задержки (призму), принимается приемной пластиной.

Работа толщиномера осуществляется под управлением блока микропроцессорного управления (БМУ) в соответствии с программой, находящейся в ПЗУ, и командами оператора, поступающими с клавиатуры толщиномера. Генератор формирует короткий отрицательный импульс УЗК амплитудой около 80 В и длительностью переднего фронта не более 20 нс, который через разъем « » толщиномера поступает на излучающую пластину преобразователя. Импульс УЗК, отраженный от внутренней поверхности изделия, принимается приемной пластиной преобразователя и преобразуется в электрический сигнал, который поступает на вход усилителя, а с выхода усилителя в измерительный блок. В измерительном блоке формируется импульс, который преобразуется в цифровой код и передаётся в БМУ.

БМУ осуществляет расчет толщины изделия в соответствии с цифровым кодом, скоростью УЗК, введенной оператором и хранящейся в ОЗУ.

Современные ультразвуковые анализаторы дефектов позволяют контролировать герметичность в труднодоступных местах трубопроводов и резервуаров, регистрировать кавитационные процессы – (FlexUs), диагностировать работу гидравлических и пневматических систем, фиксировать неплотности в запорной арматуре – (SDT170), производить мониторинг движущегося оборудования (насосов, турбин и др.) – (например, прибор SDT270 имеет встроенный пирометр, тахометр).

Ультразвуковые методы широко используются в приборах для измерения расхода жидкости (расходомерах). Они имеют много преимуществ по сравнению с другими расходомерами (возможность проводить измерения в неблагоприятных условиях, быстрота получения результата, цифровая обработка сигналов и т.д.).

Эти расходомеры применяются для измерения расходов чистой, морской воды, потоков воды с небольшим содержанием частиц, для сточных вод, масел, нефти и т.д. На практике широко используются следующие виды расходомеров: Fuji (Япония), Ultraflux (Франция), рис…, Ultraflux (Франция), и др.

Ультразвуковые расходомеры рассчитывают скорость и расход жидкости на основе прохождения скорости ультразвука между двумя преобразователями

Рис. Схема прохождения и обработки данных с использованием ультразвуковых расходомеров

Капиллярные методы контроля

Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетранта) в полость поверхностных дефектов с последующим проявлением рисунков. В качестве индикаторных жидкостей применяют органические люминофоры - вещества, дающие яркое собственное свечение под действием ультрафиолетовых лучей, а также различные красители. Поверхностные дефекты выявляют с помощью средств, позволяющих извлекать индикаторные вещества из полости дефектов и обнаруживать их присутствие на поверхности контролируемого изделия.

Капилляр, выходящий на поверхность объекта контроля только с одной стороны, называют поверхностной несплошностъю, а соединяющий противоположные стенки объекта контроля, – сквозной.

Согласно [контроль неразрушающий капиллярные методы общие требования гост 18442-80] основными этапами проведения капиллярного неразрушающего контроля являются:

1. подготовка объекта к контролю;

2. обработка объекта дефектоскопическими материалами;

3. проявление дефектов;

4. обнаружение дефектов и расшифровка результатов контроля;

5. окончательная очистка объекта.

Таким образом, при проведении тестирования капиллярным методом необходимо три вида материала: пенетрант; очиститель; проявитель.

Тот же гост регламентирует следующие способы заполнения дефектов индикаторным пенетрантом:

· капиллярный - самопроизвольное заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом, наносимым на контролируемую поверхность смачиванием, погружением, струёй, распылением сжатым воздухом, хладоном или инертным газом;

· вакуумный - заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом при давлении в их полостях менее атмосферного;

· компрессионный - заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом при воздействии на него избыточного давления;

· ультразвуковой - заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом в ультразвуковом поле с использованием ультразвукового капиллярного эффекта;

· деформационный - заполнение полостей дефектов индикаторным пенетрантом при воздействии на объект контроля упругих колебаний звуковой частоты или статического нагружения, увеличивающего минимальный размер дефектов.

В зависимости от способа проявления индикаторных рисунков различают люминесцентный и цветной методы.

При люминесцентном методе дефект проявляется ультрафиолетовыми лучами, при цветном– при помощи проявителя.

Чувствительность капиллярных методов определяется по величине минимально выявленных дефектов, табл…

Табл….

Минимальные выявляемые дефекты

при капиллярной дефектоскопии

Метод	Размеры дефекта, мкм
ширина	глубина	длина
Люминесцентный	10…30	100…300	2…3
Цветной	5…10	40…50	2…3

Наличие коррозии и загрязнений в полостях трещин затрудняют поиск дефекта. Перед применением данного метода поверхность контролируемого объекта должна быть очищена от загрязнений.

Предназначены для обнаружения поверхностных дефектов изделий, неопознаваемых визуально, выполненных из магнитных и немагнитных материалов, пластмасс, стекла, керамики, возможность контроля больших площадей при неизвестной ориентации дефекта. Капиллярный контроль применяется также при течеискании и, в совокупности c другими методами, при мониторинге ответственных объектов и объектов в процессе эксплуатации.

Достоинствами капиллярных методов дефектоскопии являются: простота операций контроля, несложность оборудования, применимость к широкому спектру материалов, в том числе к немагнитным металлам.