Задача ультразвукового контроля сварных соединений опасных объектов

Относительный градиент дефекта и ультразвуковой контроль сварных соединений

 

Ленский О.В., специалист УК III, уровень

 

В настоящей статье отдаётся предпочтение анализу понятий предмета рассмотрения, нежели точности вычислений.

Её целью является лучшее прояснение сущности понятия об ультразвуковом контроле сварных соединений таких объектов контроля, - ОК, - которые подконтрольны государственной структуре - Ростехнадзору - со статусом «опасные».

Статус «опасные» применим и к дефектам сварных соединений «опасных» ОК.

На заре эры дефектоскопии часто использовалась формулировка: «Никакие дефекты не допускаются». Оказалось, что строгое следование такому требованию нормативной документации – НД - невозможно. Не все дефекты критичны в равной степени. Существуют такие, которые не проявляют своего агрессивного действия на состояние ОК.

 

В этой статье раскроем ситуацию яснее. Покажем, что кроме своего размера дефекты могут различаться по их градиенту размера – отношению максимального размера дефекта к минимальному. Выше градиент – выше степень опасности дефекта.

Ультразвуковой контроль сварных соединений – это один из методов неразрушающего контроля качества сварки швов объекта контроля (ОК). Под качеством сварки, очевидно, следует понимать её целевое служебное свойство нести рабочую нагрузку длительное (нормативное) время, не проявляя «отказ», - не разрушаясь.

 

Метод реализуется за счёт способности ультразвукового зондирующего зону контроля импульса проникать в металл и отражаться от его внутренних препятствий – дефектов и поверхностей, ограничивающих его распространение в материале ОК.

Зондирующий импульсформируется системой «дефектоскоп-преобразователь», и, отражаясь от дефекта, трансформируется в эхо-сигнал, несущий информацию о его параметрах.

Прозвучивание зоны контроля сварного шва, содержащего дефект, рождает эхо-сигнал от дефекта, воспринимаемый системой «преобразователь-дефектоскоп». Индикацию эхо-сигнала от дефекта можно наблюдать на экране дефектоскопа. Острый пик огибающей эхо-сигнала соответствует непротяжённому – компактному дефекту, а пологая и широкая огибающая эхо-сигнала говорит о протяжённом дефекте.

 

К онтроль диагностическим ультразвуком мобилен, имеет относительно невысокую стоимость достижения результата и, в противоположность радиационному, безопасен для организма человека. Информация о внутреннем состоянии ОК, получаемая эхо-методом, не требует длительной обработки, и выдаётся прибором сразу, без каких-либо задержек. Поэтому не удивительно, что эхо-метод УЗК приобрёл такое исключительно широкое распространение и основополагающее для своей главной цели значение в строительстве, промышленности, транспорте, медицине.

Сварные соединения – сварные швы металлоконструкций и пластмасс – чрезвычайно разнообразны, и составляют мощную часть фундаментальной основы строительного созидания человечества во всех его сферах, имеют классификацию, данную в стандартах, и, конечно, не могут быть бездефектными.

Что такое дефект?

 

Коварная роль дефектов замечена с незапамятных времён. Изделия рук человеческих не совершенны. Дефекты обесценивают вещи, порой делая невозможным их применение по назначению.

Дефект сварного соединения – это несплошность или нарушенная сплошность материала шва.

Дефект металла шва радикально снижает егодлительную прочность - несущую способность материала ОК.

 

При эхо-методе УЗК дефект отражает ультразвуковой зондирующий импульс,- УЗИ, трансформируясь в эхо-сигнал противоположного направления. При этом эхо-сигнал обогащается информационным содержанием о параметрах дефекта.

Итоговая формула, выдаваемая в Заключении о проведённом УЗК сварного соединения, например, гласящая, что «Дефект не обнаружен», - вовсе не означает, что дефекта в металле нет. Его обнаружение зависит от ряда причин, из которых первостепенными являются:

· размер дефекта,

· угловая ориентация дефекта относительно акустической оси преобразователя,

· разница акустических импедансов (волновых сопротивлений) на границе вещества дефекта и основного материала шва,

· состояние границы дефекта, - она может быть диффузно-размытой, и содержать трещиноватые разломы причудливых форм, которые не дадут сформироваться эхо-сигналу и поглотить / рассеять его энергию.

 

В таких случаях УЗК сварных швов имеем стелс-дефект (англ. stealth — невидимка) — дефект, полностью или частично скрывающий своё присутствие в металле шва и его околошовной зоне термического влияния - ЗТВ.

Примеры стелс-дефектов при ультразвуковом контроле сварных соединений:

· дефект с рыхлой поверхностной окалиной своей границы из-за её высокой способности к поглощению и рассеиванию ультразвукового импульса;

· сильно сжатый непровар, - не является препятствием для ультразвукового зондирующего импульса, следовательно, и не даёт эхо-сигнал;

· плоскостной трещино-подобный дефект, вектор ориентации которого не совпадает с вектором акустической оси преобразователя более чем на половину угла его диаграммы направленности.

В этом случае эхо-сигнал от дефекта не возвращается к преобразователю, и – как следствие – не индицируется на экране дефектоскопа.

Методика ультразвукового контроля сварных соединений опирается на нормативный документ, регламентирующий проведение такого контроля – ГОСТ Р 55724-2013.

Явным преимуществом эхо-метода УЗК является его способность к контролю с односторонним доступом одним преобразователем – со стороны внешней поверхности сварного соединения ОК.

 

Кроме эхо-импульсногосуществуют и другие ультразвуковые методы контроля сварных соединений по другими схемам контроля – теневому, зеркальному и их комбинациями с эхо-методом. В настоящее время их доля в сравнении с эхо-методом незначительна.

 

Задача ультразвукового контроля сварных соединений опасных объектов.

К опасным объектам контроля относятся: трубопроводы высокого давления, газо-нефте-продукто-проводы, резервуары нефти и нефтепродуктов, компрессорные газовые станции, насосные станции перекачки нефти и т. д.

Задача контроля - обнаружение дефектов сварных соединений металла шва и его околошовной зоны термического влияния.

Примеры реальных дефектов сварных соединений: трещина, непровар в корне шва, несплавление по кромке разделки элементов под сварку, газовая пора, шлаковое включение, подрез, прожог и другие. Дефекты сварных соединений описаны и классифицированы: ГОСТ 30242-97 - металлы, ГОСТ Р 54792-2011 – термопласты.