Сварные соединения

РК, в частности радиографический метод, получил наибольшее распространение  для выявления внутренних дефектов соединений из металлов в широком  диапазоне толщин. Также применяются  радиоскопический и радиометрический метод, однако в виду специфических особенностей этих методов (недостаточная разрешающая способность, отсутствие документальности и другие особенности этих методов), радиография используется либо как окончательный, либо как арбитражный метод контроля изделий.

Во многих случаях УЗК  дополняет РК, способствуя выявлению  большинства опасных дефектов и  повышая тем самым надежность контроля.

В химическом машиностроении УЗК в сочетании с рентгено- и гамма-дефектоскопией широко применяют для контроля ответственных изделий. Для выявления поверхностных дефектов используют магнитопорошковый и люминесцентный методы.

В энергетике наибольший объем  контроля качества сварных соединений с толщиной стенки 3 – 102 мм приходится на долю УЗК. РК применяют в основном для контроля сварных соединений труб поверхностей нагрева и трубопроводов, выполняемых электродуговой сваркой  из сталей аустенитного класса толщиной 16-40 мм. Сварные соединения этих же изделий, но с толщиной стенки 3 – 8,5 мм контролируют с помощью УЗК. Ответственные  сварные соединения подвергают и  УЗК, и РК, в том числе с сочетанием магнитопорошкового и цветного методов.

 

 

2 ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

 

 

Различные неразрушающие  методы контроля качества характеризуются  общим параметром – чувствительностью, т.е. минимальными размерами дефектов, выявляемых данным видом контроля при определенных условиях проведения контроля. Следует рассмотреть чувствительность методов НК, наиболее часто встречающихся на практике – магнитопорошкового, капиллярного, ультразвукового и радиографического.

 

2.1 Чувствительность магнитопорошкового контроля

 

Чувствительность зависит  от размера частиц порошка и его  магнитных свойств; напряженности  поля или индукции в материале  изделия; размеров, формы и расположения дефектов; состояния и формы поверхности. С увеличением дисперсности порошка  и с ростом напряженности поля (до достижения индукции насыщения) возрастает чувствительность контроля и количество выявляемых дефектов. Округлые дефекты  выявляются хуже. Значительно снижают  выявляемость любых дефектов поверхностные неровности – усиление шва, его бугристость или чешуйчатость, а также магнитная неоднородность материала.

Согласно ГОСТ  21205-75, установлены  три условных уровня чувствительности магнитопорошкового метода: А, Б, В. Наименьшая ширина выявляемых дефектов: для уровня А – 2,5 мкм, Б – 10 мкм, В – 25 мкм  при минимальной протяженности 0,5 мм.

Для оптимизации режимов  контроля используют эталонирование на образцах с искусственными дефектами. Применяют также специальные  свидетели намагниченности в  виде пластин из материала изделия, прикладываемых к его поверхности  во время намагничивания [6, с.103-104].

 

 

 

2.2 Чувствительность капиллярного контроля

 

Согласно СТБ 1172-99, класс чувствительности контроля определяют в зависимости от минимального размера выявленных дефектов с поперечными размером 0,1 - 500 мкм.

Выявление дефектов, имеющих  ширину раскрытия более 0,5 мм, капиллярными методами контроля не гарантируется.

Чувствительность дефектоскопических материалов, качество промежуточной  очистки и контроль всего капиллярного процесса определяются на контрольных  образцах (эталонах для цветной дефектоскопии  ЦД), т.е. на металлических определенной шероховатости с нанесенными  на них нормированными искусственными трещинами (дефектами).

Класс чувствительности контроля определяют в зависимости от минимального размера выявляемых дефектов. Постигаемую  чувствительность в необходимых  случаях определяют на натурных объектах или искусственных образцах с  естественными или имитируемыми дефектами, размеры которых уточняют металлографическими или другими  методами анализа.

Согласно СТБ 1172-99, класс чувствительности контроля определяется в зависимости от размера выявляемых дефектов. В качестве параметра размера дефекта принимается поперечный размер дефекта на поверхности объекта контроля – так называемая ширина раскрытия дефекта. Поскольку глубина и длина дефекта также оказывают существенное влияние на возможность его обнаружения (в частности, глубина должна существенно больше раскрытия), эти параметры считаются стабильными. Нижний порог чувствительности, т.е. минимальная величина раскрытия выявленных дефектов ограничивается тем, что весьма малое количество пенетранта, задержавшееся в полости небольшого дефекта, оказывается недостаточным, чтобы получить контрастную индикацию при данной толщине слоя проявляющего вещества. Существует также верхний порог чувствительности, который определяется тем, что из широких, но неглубоких дефектов пенетрант вымывается при устранении излишков пенетранта на поверхности.

Классы чувствительности капиллярного метода НК согласно СТБ 1172-99 приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Уровни чувствительности КК

Уровень чувствительности	Минимальная ширина раскрытия  выявляемых несплошностей при использовании заданного набора дефектоскопических материалов, мкм
1	10 – 500
2	1 – 10
3	<1

 

Установленный уровень чувствительности достигается при соблюдении следующих  условий:

– использование аттестованного набора дефектоскопических материалов, обеспечивающего требуемую чувствительность согласно его паспортным данным;

– соблюдение технологии проведения контроля;

– соответствие атмосферных  условий (температуры, влажности, скорости воздуха);

– соответствие шероховатости  контролируемой поверхности на дефектоскопические материалы;

– отсутствие загрязнений  и жировой пленки на контролируемой поверхности и в дефектах для  обеспечения доступа в них  пенетранта [7].

 

2.3 Чувствительность радиографического контроля

 

В основе радиационных методов  обнаружения дефектов лежат законы ослабления ИИ веществом и способы  регистрации интенсивности излучения  за просвечиваемым объектом. В качестве регистраторов излучения в радиографическом методе НК используют рентгеновские пленки. При просвечивании ОК на рентгеновскую пленку расположение, форма и размеры внутренних дефектов определяются по фотографическому изображению теневой проекции изделия – рентгеновскому снимку.

В радиографии используют свойство рентгеновских пленок чернеть  после соответствующей фотообработки под действием ИИ. Десятичный логарифм отношения интенсивности видимого света, падающего на пленку, и интенсивности света после прохождения его через пленку, называется оптической плотностью почернения S. Величина, обратная дозе в рентгенах, необходимой для получения определенной оптической плотности почернения, называется чувствительностью рентгеновской пленки. Способность пленки преобразовывать дозу D излучения в оптическую плотность почернения характеризуется градиентом пленок g:

 

Значение градиента g в области, в которой S линейно зависит от lgD и которая практически соответствует промышленной радиографии, называют коэффициентом контрастности рентгеновской пленки.

При одной и той же длине  волны и одинаковом факторе проявления одинаковая плотность будет при  выполнении условия:

 

где k и p – коэффициенты, характеризующие чувствительность пленки к излучению, t – время облучения.

Для рентгеновского или гамма-излучения  с достаточной степенью точности можно считать, что p = 1. Собственная вуаль неэкспонированной пленки не должна превышать 0,15 – 0,2.

Макродефекты в неразъемных соединениях имеют, как правило, характер пустот (раковин, трещин, непроваров и т.д.). На рентгеновских снимках эти дефекты выявляются в виде темных пятен (раковина, пора), искривленных линий (трещины) или полос (непровары) и т.д. Для пустотных дефектов можно записать:

 

Для того, чтобы оценить величину изменения оптической плотности под действием этого контраста в излучении, применим выражение (1) для конечных приращений:

 

Учтем теперь, что изображение  дефекта образуется в течение  всего времени просвечивания. В  этом случае, относя к изменению мощности дозы под дефектным участком, можно записать:

 

Отсюда:

 

Под чувствительностью радиографического  метода НК подразумевают минимальную  протяженность обнаруживаемого  по рентгено- и гаммаграмме дефекта в направлении просвечивания, выраженную либо в миллиметрах (Δl)_min, либо в процентах от толщины просвечиваемого материала (Δl/l)_min 100%.

Чувствительность радиографического  метода НК зависит от следующих основных факторов: энергии прямого излучения, рассеянного излучения, плотности  и толщины просвечиваемого металла, формы и места расположения дефекта  по толщине исследуемого металла, геометрических условий просвечивания (геометрических размеров источника, размера поля облучения  и фокусного расстояния), оптической плотности и контрастности снимка, сорта и качества пленок, типа усиливающих  экранов и т.д.

Для минимально выявляемых дефектов:

 

 

Эти формулы устанавливают  соотношение между минимальным  размером дефекта в направлении  просвечивания, энергией первичного излучения, плотностью и толщиной просвечиваемого металла, степенью рассеяния излучения в ОК. Таким образом, в случае электронных источников излучения имеется возможность регулировать чувствительность метода за счет изменения энергии рентгеновского излучения.

Практически область применения любого источника излучения может  быть ограничена задаваемой величиной  минимального выявляемого дефекта. При выборе источника излучения  для контроля качества изделий из металлов различной плотности и  толщины в первую очередь учитывают, насколько контроль с применением  данного источника по степени  обнаружения дефектов будет удовлетворять  техническим требованиям на изготовление, приемку и эксплуатацию контролируемого  изделия.

Резкостью или четкостью  снимка называется его качество, дающее возможность различать линии  и контуры элементов и дефектов ОК на полученном снимке. Эта величина характеризуется шириной границы перехода от потемнения к посветлению. Чем шире переход от светлых участков к темным, тем размытость контуров больше, тем труднее различить границы областей, тем выше нерезкость. Кроме того, рентгеновские пленки обладают собственной внутренней нерезкостью. Собственная нерезкость пленок, металлических и флуоресцирующих усиливающих экранов увеличивается с ростом энергии излучения. Так, при просвечивании рентгеновским излучением, генерируемым при напряжении на трубке около 80 кВ, величина собственной нерезкости пленок и металлических экранов достигает 0,05 – 0,1 мм, для гамма-излучения Ir¹⁹² равняется 0,2 мм, для излучения Со⁶⁰ – 0,4 мм.

Для флуоресцирующих экранов  величина собственной нерезкости изменяется в пределах 0,3…0,7 мм, причем нижний предел нерезкости (0,3 мм) соответствует мелкозернистым экранам.

Снимки кажутся нерезкими, когда собственная нерезкость превышает 0,125 мм. Условия получения четких снимков сводятся к выполнению основных требований: фокус рентгеновской трубки и источника гамма-излучения должен быть как можно меньше (подразумевается величина оптического фокуса, проектируемого в направлении центрального луча); фокусное расстояние должно быть максимально возможным; рентгеновскую пленку следует располагать непосредственно у ОК, если это невозможно, то пленку располагают по возможности ближе к нему.

На практике при радиографическом контроле в стационарных условиях со свободным доступом к контролируемым участкам расстояние между ОК и источником излучения устанавливают равным 500 – 1000 мм. Когда толщина изделия не превышает 100 мм, чаще всего используют фокусное расстояние, т.е. расстояние между источником и рентгеновской пленкой, равное 750 мм.

Выявляемость дефектов по снимку зависит также от размеров дефектов в плоскости снимка, с их уменьшением требуется большая величина ΔS для уверенного обнаружения. Для больших дефектов, размеры которых превышают одну угловую минуту, можно принять ΔS = 0,01 – 0,02. Объективно величина ΔS для конкретного дефекта зависит от свойств рентгеновской пленки. Ее величина при прочих заданных условиях просвечивания определяется градиентом рентгеновской пленки. Здесь необходимо учитывать два обстоятельства.

Во-первых, градиент промышленных пленок увеличивается с увеличением  оптической плотности вплоть до значений 3,0 и выше. ГОСТ 7512-82 устанавливает, что  плотность снимков должна быть не ниже 1,5. Целесообразно увеличивать эту плотность, увеличивая время просвечивания (с учетом характеристик существующих негатоскопов). На практике плотность снимков доводят до 1,5 – 1,8 и более.

Во-вторых, градиент зависит  от типа применяемой рентгеновской  пленки. Мелкозернистые пленки имеют  больший градиент, но эти пленки малочувствительны к излучению  и требуют большего времени просвечивания. При использовании данных по областям применения различных пленок необходимо учитывать, что для повышения  надежности выявления дефектов и  выявления более мелких дефектов следует использовать пленки более  высокого класса.

Качество снимков улучшается, если при просвечивании пленки помещают между двумя свинцово-оловянистыми экранами. При работе с рентгеновскими аппаратами хорошие результаты получают при использовании фольги толщиной 0,05 мм; начиная с напряжения 100 кВ и выше такие фольги сокращают примерно в 2 раза время просвечивания и уменьшают долю рассеянного излучения, воздействующего на рентгеновскую пленку.