Дефектоскоп для проверки сварных швов

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.

Окончание сварных работ – это начало контроля качества сварных соединений. Ведь понятно, что от качества проведенных работ зависит долгосрочная эксплуатация сборной конструкции. Дефектоскопия сварных швов – это методы контроля сварных соединений. Их несколько, поэтому стоит разобраться в теме досконально.

Виды контроля сварных соединений

Существует видимые дефекты сварочного шва и невидимые (скрытые). Первые легко можно увидеть глазами, некоторые из них не очень большие, но при помощи лупы обнаружить их не проблема. Вторая группа более обширная, и располагаются такие дефекты внутри тела сварного шва.

Обнаружить скрытые дефекты можно двумя способами. Способ первый – неразрушающий. Второй – разрушающий. Первый вариант, по понятным причинам, используется чаще всего.

Неразрушающий способ контроля качества сварных швов В этой категории несколько способов, использующихся для проверки качества сварных швов.

Визуальный осмотр (внешний).
Магнитный контроль.
Дефектоскопия радиационная.
Ультразвуковая.
Капиллярная.
Контроль сварных соединений на проницаемость.

Есть и другие способы, но используются они нечасто.

Визуальный осмотр

С помощью внешнего осмотра можно выявить не только видимые дефекты швов, но и невидимые. К примеру, неравномерность шва по высоте и ширине говорит о том, что в процессе сварки были прерывания дуги. А это гарантия, что шов внутри имеет непровары.

Как правильно проводится осмотр.

Шов очищается от окалин, шлака и капель металла.
Затем его обрабатывают техническим спиртом.
После еще одна обработка десятипроцентным раствором азотной кислоты. Она называется травление.
Поверхность шва получается чистой и матовой. На ней хорошо видны самые мелкие трещинки и поры.

Внимание! Азотная кислота – материал, разъедающий металл. Поэтому после осмотра металлический сварной шов надо обработать спиртом.

О лупе уже упоминалось. С помощью этого инструмента можно обнаружить мизерные изъяны в виде тонких трещин толщиною меньше волоса, пережоги, мелкие подрезы и прочие. К тому же при помощи лупы можно проконтролировать – растет ли трещина или нет.

При осмотре можно также пользоваться штангенциркулем, шаблонами, линейкой. Ими замеряют высоту и ширину шва, его ровное продольное месторасположение.

Магнитный контроль сварных швов

Магнитные методы дефектоскопии основаны на создании магнитного поля, которое пронизывает тело сварного шва. Для этого используется специальный аппарат, в принцип работы которого вложено явления электромагнетизма.

Есть два способа, как определить дефект внутри соединения.

С использованием ферромагнитного порошка, обычно это железо. Его можно использовать как в сухом виде, так и во влажном. Во втором случае железный порошок смешивают с маслом или керосином. Его посыпают на шов, а с другой стороны устанавливают магнит. В местах, где есть дефекты, порошок будет собираться.
С помощью ферромагнитной ленты. Ее укладывают на шов, а с другой стороны устанавливают прибор. Все дефекты, которые оказываются в стыке двух металлических заготовок, будут отображаться на этой пленке.

Этот вариант дефектоскопии сварных соединений можно использовать для контроля только ферромагнитных стыков. Цветные металлы, стали с хромникелевым покрытием и другие таким способом не контролируются.

Радиационный контроль

Это, по сути, рентгеноскопия. Здесь используются дорогие приборы, да и гамма-излучение вредно для человека. Хотя это самый верный вариант обнаружения дефектов в сварочном шве. Они четко видны на пленке.

Ультразвуковая дефектоскопия

Это еще один точный вариант обнаружения изъянов в сварочном шве. В его основе лежит свойство ультразвуковых волн отражаться от поверхности материалов или сред с разными плотностями. Если сварной шов не имеет внутри себя дефектов, то есть, его плотность однородна, то звуковые волны пройдут сквозь него без помех. Если внутри дефекты есть, а это полости, наполненные газом, то внутри получаются две разные среды: металл и газ.

Поэтому ультразвук будет отражаться от металлической плоскости поры или трещины, и вернется обратно, отображаясь на датчике. Необходимо отметить, что разные изъяны отражают волны по-разному. Поэтому можно итог дефектоскопии классифицировать.

Это самый удобный и быстрый способ контроля сварных соединений трубопроводов, сосудов и других конструкций. Единственный у него минус – сложность расшифровки полученных сигналов, поэтому с такими приборами работают только высококвалифицированные специалисты.

Капиллярный контроль

Методы контроля сварных швов капиллярным способом основаны на свойствах некоторых жидкостей проникать в тело материалов по самым мельчайшим трещинкам и порам, структурным каналам (капиллярам). Самое главное, что этим способом можно контролировать любые материалы, разной плотности, размеров и формы. Неважно, это металл (черный или цветной), пластик, стекло, керамика и так далее.

Проникающие жидкости просачиваются в любые изъяны поверхности, а некоторые из них, к примеру, керосин, могут проходить сквозь достаточно толстые изделия насквозь. И самое главное, чем меньше размер дефекта и выше впитываемость жидкости, тем быстрее протекает процесс обнаружения изъяна, тем глубже жидкость проникает.

Сегодня специалисты пользуются несколькими видами проникающих жидкостей.

Пенетранты

С английского это слово переводится, как впитывающий. В настоящее время существует более десятка составов пенетрантов (водные или на основе органических жидкостей: керосин, масла и так далее). Все они обладают малым поверхностным натяжением и сильной цветовой контрастностью, что позволяет их легко увидеть. То есть, суть метода такова: наносится пенетрант на поверхность сварочного шва, он проникает внутрь, если есть дефект, окрашивается с этой же стороны после очистки нанесенного слоя.

Сегодня производители предлагают разные проникающие жидкости с разным эффектом обнаружения изъяном.

Люминесцентные. Из названия понятно, что в их состав входят люминесцентные добавки. После нанесения такой жидкости на шов нужно посветить на стык ультрафиолетовой лампой. Если дефект есть, то люминесцентные вещества будут отсвечивать, и это будет видно.
Цветные. В состав жидкостей входят специальные светящиеся красители. Чаще всего это красители ярко-красные. Они хорошо видны даже при дневном свете. Наносите такую жидкость на шов, и если с другой стороны появились красные пятнышки, то дефект обнаружен.

Есть разделение пенетрантов по чувствительности. Первый класс – это жидкости, с помощью которых можно определить дефекты с поперечным размером от 0,1 до 1,0 микрона. Второй класс – до 0,5 микрон. При этом учитывается, что глубина изъяна должна превосходить его ширину в десять раз.

Наносить пенетранты можно любым способом, сегодня предлагаются баллончики с этой жидкостью. В комплект к ним прилагаются очистители для зачистки дефектуемой поверхности и проявитель, с помощью которого выявляется проникновение пенетранта и показывается рисунок.

Как это надо делать правильно.

Шов и околошовные участки необходимо хорошо очистить. Нельзя использовать механические методы, они могут стать причиной занесения грязи в сами трещины и поры. Используют теплую воду или мыльный раствор, последний этап – очистка очистителем.
Иногда появляется необходимость протравить поверхность шва. Главное после этого кислоту убрать.
Вся поверхность высушивается.
Если контроль качества сварных соединений металлоконструкций или трубопроводов проводится при минусовой температуре, то сам шов перед нанесением пенетрантов надо обработать этиловым спиртом.
Наносится впитывающая жидкость, которую через 5-20 минут надо удалить.
После чего наносится проявитель (индикатор), который из дефектов сварного шва вытягивает пенетрант. Если дефект небольшой, то придется вооружиться лупой. Если никаких изменений на поверхности шва нет, то и дефектов нет.

Керосин

Этот способ можно обозначить, как самый простой и дешевый, но от этого эффективность его не снижается. Его проводят по этой технологии.

Очищают стык двух металлических заготовок от грязи и ржавчины с двух сторон шва.
С одной стороны на шов наносится меловой раствор (400 г на 1 л воды). Необходимо дождаться, чтобы нанесенный слой просох.
С обратной стороны наносится керосин. Смачивать надо обильно в несколько подходов в течение 15 минут.
Теперь нужно наблюдать за стороной, где был нанесен меловой раствор. Если появились темные рисунки (пятна, линии), то значит, в сварочном шве присутствует дефект. Эти рисунки со временем будут только расширяться. Здесь важно точно определить места выхода керосина, поэтому после первого нанесения его на шов, нужно сразу проводить наблюдение. Кстати, точки и мелкие пятнышки будут говорить о наличие свищей, линии – о наличии трещин. Очень эффективен этот метод при стыковочных вариантах соединение, к примеру, труба к трубе. При сварке металлов, уложенных внахлест, он менее эффективен.

Методы контроля качества сварных соединений на проницаемость

В основном этот способ контроля используется для емкостей и резервуаров, которые изготовлены методом сварки. Для этого можно использовать газы или жидкости, которыми заполняется сосуд. После чего внутри создается избыточное давление, выталкивающее материалы наружу.

И если в местах сварки емкостей есть дефекты, то жидкость или газ тут же начнут через них проходить. В зависимости от того, какой контрольный компонент используется в проверочном процессе, различаются четыре варианта: гидравлический, пневматический, пневмогидравлический и вакуумный. В первом случае используется жидкость, во втором газ (даже воздух), третий – комбинированный. И четвертый – это создание внутри емкости вакуума, который через дефектные швы будет втягивать внутрь резервуара окрашивающие вещества, наносимые на внешнюю сторону шва.

При пневматическом способе внутрь сосуда закачивается газ, давление которого превышает номинальный в 1,5 раза. С внешней стороны на шов наносится мыльный раствор. Пузырьки покажут наличие дефектов. При гидравлической дефектоскопии в сосуд заливается жидкость под давлением в 1,5 раза превышающее рабочее, производится обстукивание околошовного участка. Появление жидкости говорит о наличии изъяна.

Вот такие варианты дефектоскопии трубопроводов, резервуаров и металлоконструкций сегодня используют для определения качества сварного шва. Некоторые из них достаточно сложные и дорогие. Но основные просты, поэтому и часто используемые.

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.

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:

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.
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.