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.

Аппаратура включает:

• 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.

Положительные моменты:

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.

Недостатки:

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).