Неразрушающий контроль трубопроводов: методы проведения, важность процедуры, этапы, необходимые устройства, внутренние дефекты

Введение

Анализ причин аварий в тепловых сетях показывает, что из всей совокупности факторов, ведущих к нарушению герметичности линейной части этих сооружений, главную роль играют дефекты различного происхождения, ведущие к потере теплоносителя и снижению надёжности теплоснабжения потребителей. Образование дефектов возможно на всех этапах жизненного цикла трубопровода: при производстве труб, при проведении строительно-монтажных работ, в процессе эксплуатации.

Трубопровод является труднодоступным подземным сооружением большой протяжённости, поэтому для обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводов, и, соответственно, снижения затрат, необходимо реализовывать комплекс мер по совершенствованию технического обслуживания и ремонта трубопроводов, основанных на проведении систематического контроля трубопроводной системы.

До середины 90-гг. XX столетия главным методом оценки состояния трубопровода были предпусковые гидравлические испытания повышенным давлением. Однако такие испытания были не в состоянии выявить все дефекты, возникающие при эксплуатации трубопроводов. Параметры отдельных дефектов оказывались не столь значительными, чтобы явиться причиной разрушений в процессе «опрессовки», но достаточными для того, чтобы эти дефекты развивались под действием эксплуатационных факторов и служили причиной аварийных ситуаций в пределах нормативного срока службы трубопровода.

На современном этапе актуально проводить диагностическое обследование и оценку опасности выявленных дефектов без вскрытия протяжённых участков трубопровода на основе методов и средств неразрушающей диагностики состояния металла, в частности, внутритрубной диагностики. Полученная при этом информация позволяет достоверно оценивать техническое состояние трубопроводов, определять безопасные технологические режимы, устанавливать необходимость и очерёдность вывода участков трубопроводов в ремонт. Кроме того, наличие подобной информации позволяет прогнозировать остаточный ресурс трубопроводов и достоверно планировать сроки капитального ремонта .

Применение внутритрубной диагностики особо актуально для трубопроводов, проложенных в местности с плотной застройкой, под магистральными трассами и т.п.

На сегодняшний день существует достаточно много методов внутритрубной диагностики, которые активно и с успехом используют крупнейшие теплоснабжающие организации.

На данный момент определены участки для внутритрубного диагностирования АО «Татэнерго» «Казанские тепловые сети», где прорабатывается вопрос применения различных методов диагностики, поэтому положительный опыт коллег будет весьма актуален. В этой связи авторами проанализированы методы, которые давно используют в теплосетевых компаниях, в частности, Москвы и Санкт-Петербурга, а также новейшие разработки, применяющиеся в смежных отраслях, но пока ещё не получившие такого широкого распространения в теплоснабжении.

Методы контроля

Разрушающие исследования включают методы испытания сварных образцов:

Механические испытания

Контроль предназначен для определения механических свойств материалов. Цель – проверка соответствия механических качеств конструкции запросам технических условий или проекта. Для проведения эксперимента из изделия вырезают контрольный образец или вместе с основной конструкцией сваривают контрольную пластину.

Механические испытания сварных соединений, согласно ГОСТ 6996-66, включают проверку:

По характеру приложения нагрузки механические испытания разделяют на виды:

Статическое растяжение

Испытание проводится способом растяжения (разрыва) образцов и заключается в определении следующих механических свойств исследуемого материала:

Работа выполняется на специальных машинах, оборудованных приборами автоматической записи диаграммы растяжения. Проверяют образцы прямоугольного или круглого сечения (диаметр 3-10 мм).

Ударный изгиб

Для проведения испытаний применяют прямоугольные или квадратные образцы с односторонним надрезом. Надрез в зависимости от назначения контрольного эксперимента может располагаться:

Цель испытания – определение ударной вязкости исследуемого металла при заданной температуре в зоне соединения.

После проведения испытания выполняется исследование структуры излома. Цель – определение наличия дефектов сварного шва и степени кристалличности на изломе.

Металлографические исследования

Цель – определение структуры материала сварного соединения. Исследованием устанавливают:

Металлографический анализ включает макроструктурное и микроструктурное исследования материала сварного шва.

Макроструктурный метод

Служит для предварительной оценки качества сварного соединения. Макроструктуру шва на поверхности образца (шлифе и изломе сварного шва) можно наблюдать визуально или при двадцатикратном увеличении. Вырезанные темплеты для шлифов шлифуют и травят реактивами, подбираемыми в зависимости от типа металла и цели исследования.

Микроструктурный метод

Предполагает исследование микроструктуры металла – строения металла, видимого под микроскопом. Анализ проводят на шлифах с отполированной и отшлифованной до блеска поверхностью, протравленной специальными растворами.

Исследование проводится с применением оптического микроскопа при увеличениях от 50 до 2000 раз. Микроструктурным методом устанавливаются:

Неметаллические включения могут быть разной формы и проявляются на белом фоне шлифа темными пятнами. Микротрещины выглядят тонкими извилистыми кривыми. Газовые поры – черными пятнами.

Источник

Неразрушающий контроль

Неразрушающий контроль – по существу это большая группа методов исследования, применяемых в науке и механике, техники для объективной оценки свойств материалов и его состава, различных компонентов без разрушения изучаемого материала или компонента. а вы знали что…

Само понятия контроля или неразрушающей оценки качества – очень также широко используется в данной технологии.

Обратите внимание, что НК не измеряет постоянно исследуемый предмет, поэтому это очень ценный метод. Который промышленника сберегает много время и денег, с его помощью можно легко устранить неполадки и произвести необходимые исследования

Как правильно выбрать метод неразрушающего контроля соединений трубопровода?

Выбор оптимального способа проверки соединений трубопровода не составит труда. Нужно учесть всего лишь следующие факторы.

Показатели экономии и технических свойств.
Особенности изготовления сварной конструкции.
Состояние, в котором находится поверхность.
Сварное соединение по толщине и типу.
Сам металл с определением физических свойств.

Видео

Сюжет про применение Неразрушающих Методов Контроля

Смотрите это видео на YouTube

Неразрушающий контроль сварных соединений с помощью ультразвука

В основе метода – акустические изменения, которые происходят, когда сквозь исследуемое соединение проводят звуковые колебания, со сверхвысокой частотой. Степень ослабления обратного сигнала и скорость распространения становятся самыми важными свойствами звука для данного исследования.

Ультразвуковая дефектоскопия проводится на основе следующих принципов.

Источник ультразвука генерирует звуковые волны. Они точно проходят через зону, которая и требует диагностики. Потом отражаются от тех мест, где вероятнее всего появление недостатков.
Звуковая волна обязательно должна отражаться от чего-либо, иначе выявление изъянов будет невозможным. Угловая искательная головка – специальное приспособление, которое обеспечивает появление должного эффекта.
Звуковая волна не только отражается от участка с изъяном, он способствует изменению в угле преломления. О величине внутренних дефектов судят по тому, насколько большими оказались подобные изменения.

Результат: устранение дефектов

Устранения требуют любые недочеты, не соответствующие начальным техническим условиям. Если это невозможно, то изделие просто считается бракованным.

Видео

Технологии сварки и контроль сварных соединений

Смотрите это видео на YouTube

Плазменно — дуговая резка в обычной ситуации помогает справиться с проблемами. Для этого же проводят проверку, с последующей обработкой с применением абразивных кругов.

После отпуска сварных изделий исправляют дефекты, которые допускают проведение тепловой обработке. Главное – соблюдать определённые правила.

Участки с недочетами должны оставаться меньшими по сравнению с удаляемыми участками по длине, с каждой из сторон.
Разделка так же требует особой выборки. Двойная ширина швов до процедуры должна оставаться примерно такой же, как и после.
Обязательно сохранение надёжности проваров.
Наличие плавных очертаний без разрывов обязательно для поверхности при каждой выборке. Наличие острых заусенцев вместе с углублениями так же недопустимо.

Участок необходимо полностью очистить после того, как ремонтные работы завершатся. Переходы к основному металлу от дефектных участков должны быть плавными.

Видео

лаборатория неразрушающего контроля сварных соединений Симферополь

Смотрите это видео на YouTube

Устраняя недостатки, берут те же материалы с технологиями, что использовались для наложения основного шва. После чего становится обязательным проведение повторного контроля.

Как определить, в каких объёмах требуется контроль качества соединений?

Это индивидуальная черта в каждом методе. Обычно опираются на нормативные документы, действующие в той или иной сфере. Объёмы контроля устанавливаются в процентах от общей протяжённости самих сварных соединений.

Обязательно надо учитывать, к какой категории относится то или иное сварное соединение трубопровода. А так же назначение вместе с условиями эксплуатации. И последствиями, к которым может привести разрушение на тех или иных участках.

Применение методов неразрушающего контроля стало привычным для многих отраслей промышленности. Причина того, что неразрушающий контроль сварных соединений трубопроводов стал таким популярным – в полном соответствии требованиям, которые предъявляются к самим методам контроля.

А таких требований тоже существует немало. Хорошо, если удаётся полностью автоматизировать контроль соединений. И использовать приборы, обладающие максимальной надёжностью.

Главное – чтобы они были доступными в условиях производства. Упрощёнными должны быть сами методики. А средства контроля нужно создавать так, чтобы они выдерживали продолжительную эксплуатацию.

Особенности выбора метода неразрушающего контроля

Выбор оптимального метода неразрушающего контроля зависит от следующих факторов:

1. От физических свойств контролируемого металла
2. От толщины сварного соединения
3. От типа сварного соединения и его толщины
4. От состояния поверхности соединения
5. От особенностей изготовления сварной конструкции
6. От технико-экономических показателей метода контроля и других факторов.

Характерной особенностью большинства методов неразрушающего контроля является,
то, что выявление дефектов происходит лишь косвенным путём, в результате анализа
определённых физических свойств сварного соединения, которые не влияют на работоспособность
изделия.

Например, при радиационной дефектоскопии дефекты типа «нарушения сплошности»
определяют по интенсивности ионизирующего излучения, проходящего через шов.
Результаты подобных методов контроля зачастую сложно расшифровать, поэтому в
их проведении должен быть задействован квалифицированный персонал.

Поскольку среди существующих методов контроля нет универсального, который гарантировал
бы выявление всех дефектов, то важно, в первую очередь, обнаружить недопустимые
дефекты. У каждого из методов есть свои преимущества и недостатки

В большинстве
случаев используют несколько методов. Такой подход позволяет обнаружить дефект
с большой долей вероятности. Далее рассмотрим каждый из методов контроля в отдельности.

Методы неразрушающего контроля качества сварных соединений

Визуальный контроль и измерения

Визуально-оптический контроль – это один из методов неразрушающего контроля оптического вида. Он основан на получении первичной информации об объекте при визуальном наблюдении или с помощью оптических приборов. Это органолептический контроль, т.е. воспринимаемый органами чувств (органами зрения) ГОСТ 23479-79 «Контроль неразрушающий. Методы оптического вида» устанавливает требования к методам контроля оптического вида. Визуальный метод контроля позволяет обнаруживать несплошности, отклонения размера и формы от заданных более 0,1 мм при использовании приборов с увеличением до 10х. Визуальный контроль, как правило, производится невооруженным глазом или с использованием увеличительных луп 2х до 7х. В сомнительных случаях и при техдиагностировании допускается увеличение до 20х.

Визуальный контроль выполняется до проведения других методов контроля. Дефекты, обнаруженные при визуальном контроле, должны быть исправлены до проведения контроля другими методами.

Радиографический контроль

Радиационный вид неразрушающего контроля в соответствии с ГОСТ 18353-79 делится на методы: радиографический, радиоскопический, радиометрический. Радиографический метод контроля основан на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в радиографический снимок. Требования к радиографическому контролю регламентированы ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Сварные соединения. Радиографический метод».

Схема просвечивания рентгеновскими лучами:
1 – рентгеновская трубка; 2 – кассета; 3 – фотопленка; 4 – экраны.

Метод ультразвуковой дефектоскопии

Данный метод относится к акустическому виду неразрушающего контроля (ГОСТ 3242-79), применяется при толщине металла шва не менее 4 мм. Он основан на использовании ультразвуковых волн, представляющих собой упругие колебания материальной среды с частотой выше 0,5-0,25 МГц (выше той, которую способны воспринимать слуховые органы человека). В этом методе контроля (ГОСТ 14782-86) используется способность ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух сред, обладающих разными акустическими свойствами. Когда при прохождении через сварной шов ультразвуковые волны встречают на своем пути дефекты (трещины, поры, шлаковые включения, расслоения и т. д.), они отражаются от границы раздела металл–дефект и могут быть зафиксированы при помощи специального ультразвукового дефектоскопа.

Магнитные методы контроля

Магнитные методы контроля основаны на принципе использования магнитного рассеяния, возникающего над дефектом при намагничивании контролируемого изделия. Например, если сварной шов не имеет дефектов, то магнитные силовые линии по сечению шва распределяются равномерно. При наличии дефекта в шве вследствие меньшей магнитной проницаемости дефекта магнитный силовой поток будет огибать дефект, создавая магнитные потоки рассеяния.

Прохождение магнитного силового потока по сварочному шву:
а – без дефекта; б – с дефектом

В соответствии с ГОСТ 18353-79 в зависимости от способа регистрации потоков рассеяния различают три магнитных метода контроля: магнитопорошковый, индукционный, магнитографический. Наиболее распространен магнитопорошковый метод или магнитопорошковая дефектоскопия (МПД).

Вихретоковый контроль

Методы вихретокового контроля основаны на регистрации изменения электромагнитного поля вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. Вихревые токи – это замкнутые токи, индуктированные в проводящей среде изменяющимся магнитным полем. Если через катушку пропускать ток определенной частоты, то магнитное поле этой катушки меняет свой знак с той же частотой. Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зависят от его геометрических, электромагнитных параметров и от взаимного расположения измерительного вихретокового преобразователя (ВТП) и объекта. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный или импульсный ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное сопротивление. Регистрируя напряжение на зажимах катушки (трансформаторный вихретоковый метод) или ее сопротивление (параметрический вихретоковый метод) получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.

Теория ультразвуковой дефектоскопии сварных швов

В основе метода УЗК контроля лежит способность колебаний высокой частоты (от 0.8 до 2.5 Мгц) проникать в металл сварочного шва и отражаться от поверхности находящихся в швах дефектов.

Контроль ультразвуковой неразрушающий требует применения узконаправленных пучков УЗК колебаний. Их получают с использованием пьезоэлектрических пластин из титана бария или кварца. Кристаллы, размещенные в электрическом поле, обладают обратным пьезоэлектрическим эффектом — преобразуют колебания электрические в механические. Чем создают источник ультразвуковых колебаний, проникающих в металл.

Отраженные колебания принимаются щупом (искателем), после чего опять преобразуются в электрические колебания. Электрические импульсы передаются на осциллограф. Несплошности определяются по характеру отклонений, наблюдаемых на экране осциллографа. Размер образования устанавливается оператором по амплитуде отраженного импульса, расстояние до которого зависит от времени распространения акустической волны.

На экране слева — шов без дефектов, справа — с дефектами

Как правильно выбрать метод неразрушающего контроля соединений трубопровода?

Показатели экономии и технических свойств.
Особенности изготовления сварной конструкции.
Состояние, в котором находится поверхность.
Сварное соединение по толщине и типу.
Сам металл с определением физических свойств.

Видео

Сюжет про применение Неразрушающих Методов Контроля

Неразрушающий контроль сварных соединений с помощью ультразвука

Ультразвуковая дефектоскопия проводится на основе следующих принципов.

Источник ультразвука генерирует звуковые волны. Они точно проходят через зону, которая и требует диагностики. Потом отражаются от тех мест, где вероятнее всего появление недостатков.
Звуковая волна обязательно должна отражаться от чего-либо, иначе выявление изъянов будет невозможным. Угловая искательная головка – специальное приспособление, которое обеспечивает появление должного эффекта.
Звуковая волна не только отражается от участка с изъяном, он способствует изменению в угле преломления. О величине внутренних дефектов судят по тому, насколько большими оказались подобные изменения.

Результат: устранение дефектов

Видео

Технологии сварки и контроль сварных соединений

Плазменно – дуговая резка в обычной ситуации помогает справиться с проблемами. Для этого же проводят проверку, с последующей обработкой с применением абразивных кругов.

Участки с недочетами должны оставаться меньшими по сравнению с удаляемыми участками по длине, с каждой из сторон.
Разделка так же требует особой выборки. Двойная ширина швов до процедуры должна оставаться примерно такой же, как и после.
Обязательно сохранение надёжности проваров.
Наличие плавных очертаний без разрывов обязательно для поверхности при каждой выборке. Наличие острых заусенцев вместе с углублениями так же недопустимо.

Видео

лаборатория неразрушающего контроля сварных соединений Симферополь

Источники ультразвуковых волн

Во время анализа УЗ-колебания в объекте создают несколькими способами. Чаще с использованием пьезоэлектрического эффекта. Преобразователь создает ультразвуковое излучение, которое далее переводит электрические колебания в акустические. При переходе через измеряемую среду эти колебания оказываются на приемной пьезопластине преобразователя, а после снова становятся электрическими. Это фиксируют измерительные цепи. При этом пьезопластины могут выступать в роли только приемника или только излучателя, а также совмещать в себе функции того и другого.

Популярные статьи Холодильники Stinol

Пьезоэлемент является источником ультразвуковых волн.

Плюсы и минусы диагностики ультразвуком

Главным достоинством метода является то, что он относится к неразрушающему контролю. Исследуемый объект не выводится из эксплуатации, не подвергается разборке, взятию образцов, не требует других дорогостоящих действий.

Другие преимущества УЗД:

Метод доступен для работы с металлическими материалами и неметаллами.
Точность в определении положения дефекта и оценке его размера и формы.
Высокая скорость исследования.
Низкая цена работ.
Безопасность для здоровья (меньший вред в сравнении с работой рентгена).
Мобильность, т.е. работа в полевых условиях.

Ультразвуковая дефектоскопия позволяет предотвратить возможные разрушения.

Недостатки диагностики ультразвуком:

Нужна предварительная подготовка поверхности.
Не поддаются проверке грубые материалы, детали неправильной формы, слишком маленькие или тонкие.
Невозможна работа с чугуном и крупнозернистыми материалами (из-за высокого уровня шума и низкого уровня звука).
УЗД может не определить повреждения, ориентированные параллельно звуковому лучу.

Контроль качества сварных соединений и необходимость его проведения

Когда проводятся сварочные работы на трубопроводах, появления дефектов не избежать. В свою очередь, эти недостатки оказывают негативное влияние на внешний вид сварных соединений, их технические характеристики вместе с надёжностью. Всего выделяют две разновидности повреждений: формирования шва и дефекты металлургического типа.

Формирование структурного шва приводит к появлению металлургических изъянов. Они обычно появляются, пока материал охлаждается или нагревается. Вторая группа повреждений вызвана несоблюдением норм во время проведения работ.

Заранее требуется выявлять следующие разновидности недостатков. Они все негативно влияют на качество всего трубопровода в итоге.

Нарушения в металлической микроструктуре. Приводят к тому, что повышается содержание оксидов, появляется крупная зернистость, зёрна с окисленными краями.
Наличие газовых включений или пор. Бывают групповыми или единичными, иногда выглядят как мостики. Или выходят на поверхность. Тогда их называют свищами.
Примеси со шлаками внутри швов. Из-за них изделие теряет первоначальную прочность.
Возникновение трещин разных типов характерно для участков со швами, околошовного пространства. Отличия кроются в размерах.
Группа непроваров. Это название для локальных участков шва, в котором нет сцепления с основным материалом.
Прожоги или отверстия в сварных швах, которые появляются при вытекании расплава, когда проходит сварка.
Подрезы. Название для канавок в продольной плоскости на границах со швами, поверхности основного металла.
Нарушения в формах и размерах швов.

Необходимо провести тщательную оценку того, как подобные изъяны влияют на конструкцию. Иначе невозможно исправить положение до того, как начинается эксплуатация трубопровода.

Ультразвуковой метод и его технология

Технология ультразвукового контроля используется производством, промышленностью с момента развития радиотехнического процесса. Эффект и устройство технологии в том, что ультразвуковые волны акустического типа не меняют прямолинейную траекторию движения при прохождении однородной среды. Ультразвуковой метод используется также при проверке металлов и соединений, имеющих различную структуру. Такие случаи подразумевают, что происходит частичный процесс отражения волн, зависит от химических свойств металлов, чем больше сопротивление звуковых волн, тем сильнее воздействует эффект отражения.

Дефектоскопия или ультразвуковой контроль не разрушают соединения по структуре. Технология проведения ультразвуковой диагностики включает поиск структур, не отвечающих по химическим или физическим свойствам показателям, любые отклонения считаются дефектом. Показания колебаний рассчитываются по формуле L=c/f, где L описывает длину волны, Скорость перемещения ультразвуковых колебаний, f частоту колебаний. Определение дефекта происходит по амплитуде отраженной волны, тем самым возможно вычислить размер недочета.

Процесс ультразвукового метода

Сварные соединения подразумевают работу с наличием газовых ванн, испарения которых не всегда успевают удалиться в окружающую среду. Ультразвуковой метод контроля позволяет выявить газообразные вещества в сварных соединениях, за счет сопротивления волн. Газообразная среда веществ обладает сопротивлением в пять раз меньшим по отношению к кристаллической решетке металлических материалов. Ультразвуковой контроль металла позволяет вывить среды за счет отражения колебаний.

Заключение

Прямые способы контроля бетонных конструкций, несмотря на то, что повреждают бетонный монолит готовой конструкции, не настолько влияют на прочность конструкции в целом, как разрушающие методы контроля. Также они сопряжены с довольно длительной подготовкой или большими усилиями. При этом прямые способы обеспечивают большую точность результата практически без погрешностей, не требуя особо сложного и технологичного оборудования. Косвенные же методы контроля бетона оставляют конструкцию неповрежденной, никак не влияют на ее прочность и несущие способности. Но при этом их точность существенно ниже, чем у прямых методов, в проверке задействовано технологичное оборудование, которое необходимо регулярно проверять на погрешность, и для получения окончательных результатов нужно проводить дополнительные вычисления. Тем не менее, радиографический и ультразвуковой методы контроля, несмотря на трудности в применении, связанные с тем, что они требуют специального оборудования и участия специалиста, обеспечивают высокую точность проверки бетона.