CC BY
515
4. Sapel'nikov V.M. Problemy vosproizvedenija 5. Uolt Kester. Proektirovanie sistem cifrovoj i
smeshhaemyh vo vremeni jelektricheskih signalov smeshannoj obrabotki signalov [Tekst] / Kester Uolt.
i ih metrologicheskoe obespechenie [Tekst] / V.M. - M.: Izd-vo Tehnosfera, Analog Devices, Inc., 2010. -
Sapel'nikov, S.A. Kravchenko, M.K. Chmyh. - Ufa: 328 s. Izd-vo Bashkirsk. gos. un-ta, 2000. - 196 s.
Федосов А.В. Fedosov А. V.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленная безопасность и охрана труда» ФГБОУ ВО
«Уфимский государственный нефтяной технический университет», Россия, г. Уфа
Гайнуллина Л.А. GaynuШna L.A.
магистрант ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», Россия, г. Уфа
УДК 620.179.1:665.6
МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
Оценка состояния опасных производственных объектов занимает особое место в системе промышленной безопасности. На сегодняшний день экспертиза является ключевым элементом этой оценки. Экспертиза промышленной безопасности проводится для оценки состояния объекта, подтверждения соответствия требованиям, установленным законодательством в сфере промышленной безопасности, определения уровня риска возникновения аварии и угрозы для жизни и здоровья людей.
Сегодня ни одна экспертиза не проходит без методов неразрушающего контроля. Неразрушающий контроль - это оценка надежности, рабочей способности и параметров объекта или отдельных его элементов, не требующая выведения объекта из работы либо его демонтажа. Он является важнейшим элементом системы экспертизы промышленной безопасности, обеспечивающей техническую безопасность на опасном производственном объекте. Основной целью неразрушающего контроля является достоверное выявление дефектов путем анализа взаимодействия объекта контроля с полями разной природы (магнитными, электрическими, акустическими и пр.) и веществами. В зависимости от цели и предмета исследования выбирают подходящий метод неразрушающего контроля. Для этого эксперт должен знать о преимуществах и недостатках каждого и определить наилучший вариант, который подойдет выбранной им цели. Ведь каждый метод по-своему хорош и выгоден, но у каждого есть слабые стороны, так, например, с помощью капиллярного контроля выявляют поверхностные дефекты. Преимуществами данного метода перед другими остаются: хорошая выявляемость трещин, высокие чувствительность и разрешающая способность, но с помощью этого метода можно обнаружить только выходящие на поверхность дефекты и невозможно точно определить их глубину.
В данной статье рассмотрены три вида неразрушающего контроля и приборы, с помощью которых можно определить дефекты, представлена диаграмма сравнения статической выявляемости дефектов
с помощью ультразвукового и радиационного методов, определен самый перспективный и экономически выгодный метод.
Ключевые слова: экспертиза, оценка, дефекты, неразрушающий контроль, метод, промышленная безопасность, ультразвуковой, магнитопорошковый контроль, акустическая эмиссия, приборы, усилитель.
METHODS OF NON-DESTRUCTIVE TESTING
Assessment of hazardous production facilities occupies a special place in the system of industrial safety. Today, expertise is a key element of this assessment. Industrial safety review is conducted to assess the state of the object, confirmation of compliance with the requirements established by the
legislation in the sphere of industrial safety, determine the level of risk of accidents and threats to life and health of people.
Today no examination passes without NDT methods. Non-destructive testing is an assessment of reliability, working capacity and parameters of the object or some of its elements, not requiring the removal of the object from the work or dismantling. It is an essential element of the system of industrial safety expertise, providing technical safety at hazardous production facilities. The main purpose of nondestructive testing is reliable detection of defects by analyzing the interaction of the test object with fields of different nature (magnetic, electric, acoustic, etc.) and substances. Depending on the purpose and subject of research, choose the appropriate NDT method. To do this, the expert needs to know about the advantages and disadvantages of each and determine the best option that fits his goal. Because each method has its own good and profitable, but each has weaknesses, for example, using liquid penetrant inspection reveal surface defects. The advantages of this method over others are: good detectability of cracks, high sensitivity and resolution, but using this method can only be detected leading to surface defects and it is impossible to accurately determine their depth.
This article discusses 3 types of non-destructive control and devices with which help it is possible to detect the defects provided the comparison chart static detection of defects using ultrasonic and radiation method, and identified the most promising and cost-effective method.
Key words: examination, evaluation, defects, non-destructive testing method, industrial safety, ultrasonic inspection, magnetic particle, acoustic emission, devices, power.
На сегодняшний день экспертиза промышленной безопасности является одним из главных инструментов, при помощи которого проводят оценку соответствия объекта [1].
Неразрушающий контроль (НК) является важнейшим элементом системы экспертизы промышленной безопасности, обеспечивающей техническую безопасность на опасном производственном объекте [1].
Основными методами неразрушающего контроля принято считать: акустико-эмиссионный (АЭ); радиационный (РК); ультразвуковой (УК); магнитопорошковый (МК); капиллярный (ПВК), вихретоко-вый (ВК); визуальный и измерительный (ВИК) [2].
Рассмотрим некоторые из них. Визуальный и измерительный контроль является самым простым, а также информативным методом контроля. Он считается единственным методом неразрушающе-го контроля, для выполнения которого не требуется какое-либо оборудование [3].
Для определения поверхностных дефектов используется капиллярный метод. Его преимуществами служат хорошая выявляемость трещин, высокие
чувствительность и разрешающая способность, также четкость результатов контроля и др. Однако с помощью данного метода невозможно точно определить глубину дефектов, также большим минусом является то, что он может выявить только выходящие на поверхность дефекты [3].
Магнитопорошковый контроль применяют для обнаружения дефектов, которые находятся на поверхности либо залегают на глубину до 10 мм. Он пригоден для оценки конструкций и деталей, изготовленных из ферромагнитных сталей обыкновенного качества либо из сталей качественных углеродистых и низколегированных[3].
С помощью вихретокового контроля можно обнаружить также поверхностные дефекты и дефекты, залегающие на глубину 1-4 мм. Этим методом обследуют основные металлы, сварные соединения конструкций [4].
Метод радиационного контроля используют, чтобы выявить внутренние и недоступные для визуального контроля поверхностные дефекты. Его целью является выявление в сварных соединениях внутренних и поверхностных дефектов [4].
Согласно отчету Института доктора Ферстера [5] самым распространенным физическим методом неразрушающего контроля является ультразвуковой контроль. Можно выделить следующие преимущества данного метода над другими: он очень чувствителен, имеет хорошую производительность, безопасный и дешевый. Отрицательной стороной данного метода является то, что очень сложно расшифровать полученный результат, невозможно применить ко всем металлам.
Самым важным плюсом ультразвукового контроля считается его способность выявлять более опасные плоскостные дефекты. Экспериментально доказано, что уровень производительности данного метода в 3-10 раз выше радиографического. Также при сравнении себестоимости этих двух методов контроля выяснилось, что стоимость ультразвукового контроля в 4-8 раз ниже [6].
Рис. 2. Ультразвуковые преобразователи
На рисунке 2 под цифрой 1 обозначен корпус, 2 - это демпфер, 3 - пьезопластина, 4 - защитное донышко, 5 - призма, 6 - токоподвод, а 7 - акустический экран.
Рассмотрим на примере дефектоскоп ДУК-13ИМ, который может выявить внутренние дефекты в изделиях из металлов, определить координаты дефектов в сварных и клепаных соединениях[8].
Рис. 1. Сравнение выявляемости между ультразвуковым (УЗД) и радиографическим (Рг) методами [8] (К - общее количество дефектов;
Кв - количество выявленных дефектов)
На сегодняшний день существует очень много приборов для оценки неразрушающего контроля. Рассмотрим самые распространенные из них. При выборе ультразвукового метода контроля следует пользоваться ультразвуковыми дефектоскопами, которые применяются для излучения УЗ-колебаний, служат приемником ЭХО-сигналов [7]. Он состоит из пьезопреобразователя, электронного блока и вспомогательных устройств. Преобразователи разделяются на прямые, наклонные и раздельно-совмещенные.
В прямых и наклонных преобразователях пье-зоэлемент является излучателем и приемником. У раздельно-совмещенных есть две пьезопластины, одна из которых подключена к излучающему генератору (Г), другая - к принимающему (П). Вследствие чего это все приводит к образованию акустического экрана между ними [7].
Рис. 3. Усилитель радиоимпульсов дефектоскопа ДУК-13ИМ
Это переносной прибор, который применяется для измерения в цеховых и полевых условиях. Эксплуатация возможна с прямыми и наклонными искательными головками [8]. Регулировать чувствительность данного прибора можно в широких пределах.
Наименьшей глубиной обнаружения дефектов является глубина около 3 мм.
Максимальной глубиной прозвучивания -600 мм.
Преимуществом данного прибора также является то, что при помощи него можно контролировать объект в двух режимах: по слоям и от поверхности [8].
Среди всех методов контроля необходимо выделить метод акустической эмиссии (АЭ) как один из наиболее перспективных методов. Этот метод
отличается от остальных возможностью оценить ряд параметров качества обработки в процессе шлифования [9].
Аппарат, регистрирующий сигнал АЭ при шлифовании, состоит из датчика (пьезопреобразовате-ля), который преобразует механические колебания в электрический сигнал; предварительного усилителя; детектирующего звена; самописца [9].
При круглом врезном шлифовании (при вращении детали) регистрация сигнала происходит из-за поджима датчика 3 к поверхности детали 2. Чтобы уменьшить трение между датчиком и деталью используют тефлоновую пробку. Уменьшение диаметра детали не влияет на плотность контакта датчика с обрабатываемой поверхностью благодаря кулисному механизму поджима 4 [9] (рис. 4).
Центральным узлом системы неразрушающего контроля на основе явления акустической эмиссии является модуль акустической эмиссии, который должен выполнять следующие функции [10]:
- регистрацию сигнала акустической эмиссии;
- усиление сигнала акустической эмиссии и подавление шумов;
- обработку сигнала и определение параметров акустической эмиссии;
- отображение параметров акустической эмиссии с помощью устройств вывода информации;
- выработку оповещения в случае выхода параметров акустической эмиссии за границы установленного интервала.
Для реализации представленных функций модуль акустической эмиссии имеет структуру, приведенную на рисунке 6.
Как видно из рисунка 5, модуль акустической эмиссии состоит из четырех основных подсистем:
- подсистемы датчиков;
- подсистемы усиления и фильтрации сигнала;
- подсистемы обработки сигнала;
- подсистемы ввода-вывода.
В состав модуля акустической эмиссии, как правило, входят множество датчиков, что делает необходимым использование системы обработки сигнала, поддерживающей независимую обработку [10].
Очень важную часть в методах неразрушающе-го контроля занимают магнитные методы, созданные для того, чтобы обнаружить магнитный поток рассеяния, который создается из-за различных дефектов в намагниченных изделиях из ферромагнитных материалов [11].
По способности регистрировать магнитный поток рассеяния магнитные методы неразрушающего контроля можно разделить на магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый.
Рис. 4. Крепление пьезопреобразователя в рабочей зоне
Рис. 5. Структурная схема модуля акустической эмиссии
Действие магнитопорошкового метода возможно в том случае, если суспензия состоит из феррог-магнитного порошка и керосина (вместо керосина можно использовать масло или мыльный раствор) нанесена на поверхность намагниченной детали. Вместо суспензии можно использовать аэрозоль, что является сухим методом. Его используют на этапе предварительного контроля для выявления грубых дефектов, так как он менее чувствителен. Частицы порошка в силу действия втягивающей силы магнитных полей рассеяния будут перемещаться на поверхности деталей и скапливаться валиками около дефектов. Формы этих самых скоплений анологичны очертаниям выявляемых дефектов [11] (рис. 7).
Рис. 6. Распределенный магнитный поток (качественный сварной шов (б) и дефектный (а))
магнитное поле (магнитно-силовые линии)
Рис. 7. Схема метода
Рассмотрев три вида неразрушающего контроля, можно сделать вывод, что самым перспективным и экономически выгодным остается ультразвуковой метод неразрушающего контроля. Как и в других методах, у него есть свои минусы и плюсы, но лучшим и более востребованным вариантом остается именно он.
Список литературы
1. Приказ Ростехнадзора от 14.11.2013 № 538 «Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности» (Зарегистрировано в Минюсте России 26.12.2013 № 30855) [Текст].
2. ГОСТ 16504-81. Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения [Текст]. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004.
3. РД 03-606-03. Инструкция по визуальному и измерительному контролю [Текст]. - М.: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004.
4. EN 970:1970. Неразрушающий контроль
сварных швов, выполненных плавлением. Визуальный контроль// Измерения. Контроль. Качество. Неразрушающий контроль: Сб. [Текст]. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. - С. 668-674.
5. Report on the actual situation of INSTITUTE DR. FOSTER. Information for customer and friends of INSTITUTE DR. FOSTER [Text]. - 1993. - № 12.
6. Волченко В.Н. Сравнение выявляемости дефектов при ультразвуковом и радиографическом контроле сварных соединений толщиной 30-40 мм [Текст] / В.Н. Волченко, В.Г. Лупачев // Комплексная дефектоскопия сварных и паяных соединений: Сб. статей. - М.: МДНТП, 1975. - С. 73-77.
7. Волченко В.Н. Производственная методика статистического регулирования качества сварных соединений [Текст] / В.Н. Волченко, Б.Ф. Демидов // Сварочное производство. - 1989. - № 11. - С. 27-29.
8. Капустьян М.Ф. Контроль качества изделий методами неразрушающего контроля [Текст] / М.Ф. Капустьян, В.А. Рыбник. - ОмГУПС, Омск 2002. -27 c.
9. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: справочник [Текст] / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1986. -357 с.
10. Шахнов В.А. Аппаратно-программный ком-
плекс обработки сигналов для мониторинга и анализа состояния технических систем [Текст] / В.А. Шахнов, А.И. Власов, В.С. Князев // 3-я Международная конференция «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике», Москва, 18-21 марта 2002 г.
11. СТО 70238424.27.100.005-2008. Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования [Текст]. - Москва, 2008.
References
1. Prikaz Rostehnadzora ot 14.11.2013 № 538 «Ob utverzhdenii federal'nyh norm i pravil v oblasti promy-shlennoj bezopasnosti «Pravila provedenija jekspertizy promyshlennoj bezopasnosti» (Zaregistrirovano v Minjuste Rossii 26.12.2013 № 30855) [Tekst].
2. GOST 16504-81. Sistema gosudarstvennyh ispytanij produkcii. Ispytanija i kontrol' kachestva produkcii. Osnovnye terminy i opredelenija [Tekst]. -M.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2004.
3. RD 03-606-03. Instrukcija po vizual'nomu i izmeritel'nomu kontrolju [Tekst]. - M.: Federal'noe gosudarstvennoe unitarnoe predprijatie «Nauchno-tehnicheskij centr po bezopasnosti v promyshlennosti Gosgortehnadzora Rossii», 2004.
4. EN 970:1970. Nerazrushajushhij kontrol' svar-nyh shvov, vypolnennyh plavleniem. Vizual'nyj kontrol'// Izmerenija. Kontrol'. Kachestvo. Nerazrushajushhij kontrol': Sb. [Tekst]. - M.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2002. - S. 668-674.
5. Report on the actual situation of INSTITUTE DR. FOSTER. Information for customer and friends of INSTITUTE DR. FOSTER [Text]. - 1993. - № 12.
6. Volchenko V.N. Sravnenie vyjavljaemosti defektov pri ul'trazvukovom i radiograficheskom kontrole svarnyh soedinenij tolshhinoj 30-40 mm [Tekst] / V.N. Volchenko, V.G. Lupachev // Kompleksnaja defektoskopija svarnyh i pajanyh soedinenij: Sb. statej. - M.: MDNTP, 1975. - S. 73-77.
7. Volchenko V.N. Proizvodstvennaja metodika statisticheskogo regulirovanija kachestva svarnyh soedinenij [Tekst] / V.N. Volchenko, B.F. Demidov // Svarochnoe proizvodstvo. - 1989. - № 11. - S. 27-29.
8. Kapust'jan M.F. Kontrol' kachestva izdelij metodami nerazrushajushhego kontrolja [Tekst] / M.F. Kapust'jan, V.A. Rybnik. - OmGUPS, Omsk 2002. -27 c.
9. Pribory dlja nerazrushajushhego kontrolja materialov i izdelij. Spravochnik [Tekst] / Pod red. V.V. Kljueva. - M.: Mashinostroenie, 1986. - 357 s.
10. Shahnov V.A. Apparatno-programmnyj komp-leks obrabotki signalov dlja monitoringa i analiza sostojanija tehnicheskih sistem [Tekst]/ V.A. Shahnov, A.I. Vlasov, V.S. Knjazev // 3-ja Mezhdunarodnaja konferencija «Komp'juternye metody i obratnye zadachi v nerazrushajushhem kontrole i diagnostike», Moskva, 18-21 marta 2002.
11. STO 70238424.27.100.005-2008 Osnovnye jelementy kotlov, turbin i truboprovodov TJeS. Kontrol' sostojanija metalla. Normy i trebovanija [Tekst]. -Moskva, 2008.
