Ручной ультразвуковой контроль (УЗК) сварных соединений сосудов и трубопроводов из сталей перлитных классов и мартенситно-ферритных классов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Шевченко С.А.1, Михайлова Н.Л.2, Шестаков А.А.3, Царева С.Г.4, Шишков Э.В.5 ©

1Кандидат технических наук, Ректор АНО ДПО ИПК "ТЕХНОПРОГРЕСС"; 2руководитель УЦ АНО НТЦ "ТЕХНОПРОГРЕСС"; 3преподаватель АНО НТЦ "ТЕХНОПРОГРЕСС"; ^заместитель руководителя отдела экспертизы промышленной безопасности и лицензирования ЗАО «НИЦ «ТЕХНОПРОГРЕСС»; 5эксперт АНО НТЦ

«ТЕХНОПРОГРЕСС»

РУЧНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ (УЗК) СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОСУДОВ И ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНЫХ КЛАССОВ И МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫХ КЛАССОВ

Аннотация

Данная статья посвящена вопросу области применения ручного ультразвукового контроля (УЗК) сварных соединений сосудов и трубопроводов из сталей перлитных классов и мартенситно-ферритных классов, кроме литых деталей.

Ключевые слова: ультразвуковой контроль, неразрушающий контроль, эхо-метод, электронное сканирование, линейное сканирование, секторное сканирование.

Keywords: ultrasonic testing, nondestructive testing, echo method, elec-tronic scanning, linear scanning, sector scanning.

Ручной ультразвуковой контроль (УЗК) сварных соединений, рассмотренный в настоящей статье, может использоваться при диагностике сосудов и трубопроводов из сталей перлитных классов и мартенситно-ферритных классов, кроме литых деталей [1].

УЗК контроль обеспечивает обнаружение и оценку допустимости несплошностей с эквивалентной площадью, предусмотренной нормами, регламентированными

Ростехнадзором.

Описанная в данной статье методика контроля может быть применена при выполнении ультразвукового контроля оборудования основного металла и сварных соединений технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте.

В сварных соединениях контролю и одинаковой оценке качества подлежит металл сварного шва и околошовной зоны. Ширина контролируемой околошовной зоны основного металла определяется в соответствии с требованиями Таблицы 1.

Таблица 1

Размер околошовной зоны основного металла, оцениваемой по нормам для сварных соединений

Вид сварки Тип соединения Номинальная толщина сваренных элементов Н, мм Ширина контролируемой околошовной зоны В, не менее, мм

Дуговая и ЭЛС Стыковое до 5 вкл. 5

св. 5 до 20 вкл. номинальная толщина

св.20 20

ЭШС Стыковое независимо 50

Независимо Угловое основной элемент 3

притыкаемый элемент как для дуговой сварки, так и для ЭЛС

© Шевченко С.А., Михайлова Н.Л., Шестаков А.А., Царева С.Г., Шишков Э.В., 2015 г.

Ширина контролируемых участков околошовной зоны определяется от граничной поверхности его разделки, указанной в конструкторской документации.

В сварных соединениях деталей различной толщины ширина указанной зоны определяется отдельно для каждой из сваренных деталей [7].

Ультразвуковой контроль проводят после исправления дефектов, обнаруженных при визуальном и измерительном контроле, при температурах окружающего воздуха и поверхности изделия в месте проведения контроля от + 5 до + 40 °C. Поверхности сварных соединений, включая зоны термического влияния и зоны перемещения ПЭП, должны быть очищены от сварочного грата, пыли, грязи, окалины, ржавчины. С них должны быть удалены забоины, отслаивающаяся окалина по всей длине контролируемого участка. При подготовке поверхности сканирования, ее шероховатость должна быть не хуже Rz=40 мкм.

Ширина подготовленной под контроль зоны должна быть не менее:

Htg6 + A + B - при контроле совмещенным ПЭП прямым лучом;

2Htg6 + A + B - при контроле однажды отраженным лучом и по схеме "тандем";

Н + A + B - при контроле PC ПЭП хордового типа, где А — длина контактной поверхности ПЭП (ширина для PC ПЭП) [1].

Проведение контроля предусматривает использование следующего оборудования, материалов и инструментов:

- импульсные ультразвуковые дефектоскопы с комплектами преобразователей и соединительными высокочастотными кабелями;

- СО, ОСО, СОП, вспомогательные устройства, включая средства определения шероховатости поверхности (образцы шероховатости, профилометры);

- АРД и SKH-диаграммы, номограммы;

- вспомогательные приспособления, материалы и инструменты.

При контроле используются дефектоскопы с диапазоном регулировки измерительного аттенюатора не менее 60 дБ и шагом ступени не более 2 дБ (динамический диапазон экрана дефектоскопа - не менее 20 дБ). Скорость распространения ультразвука в материалах должна составлять 2500-6500 м/с для продольных волн и 1200-3300 м/с для поперечных. Диапазон прозвучивания по стали при работе с прямым совмещённым ПЭП в эхо-импульсном режиме - не менее 3000 мм, а при работе наклонным ПЭП - не менее 200 мм (по лучу). Диапазон измерений глубин залегания дефектов по глубиномерному устройству в эхо-импульсном режиме не менее 1000 мм по стали при работе прямым ПЭП, и не менее 100 мм по обеим координатам при работе с наклонным ПЭП.

Выбор наклонных совмещенных преобразователей и прямых преобразователей проводится с учетом толщины контролируемого сварного соединения по Таблицам 2 и 3 [4].

Выбор наклонных совмещенных преобразователей

Таблица 2

Номинальная толщина сваренных элементов, мм Частота, МГц Угол ввода, град, при контроле лучом

прямым отраженным

от 2 до 8 вкл. 4,0 - 10 70 - 75 70 - 75

св. 8 до 12 вкл. 2,5 - 5,0 65 - 70 65 - 70

св. 12 до 20 вкл. 2,5 - 5,0 65 - 70 60 - 70

св. 20 до 40 вкл. 1,8 - 4,0 60 - 65 45 - 65

св. 40 до 70 вкл. 1,25 - 2,5 50 - 65 40 - 50

св. 70 до 125 вкл. 1,25 - 2,0 45 - 65 Контроль не

ппово дится

Выбор прямых преобразователей

Таблица 3

Номинальная толщина сваренных элементов, мм Тип ПЭП Частота, МГ ц

до 20 вкл. PC или совмещенный 4 - 6

св. 20 до 40 вкл. PC или совмещенный 2,5 - 5,0

св. 40 до 60 вкл. PC или совмещенный 1,8 - 5,0

св.60 совмещенный 1,25 - 2,5

Процедура ультразвукового контроля включает следующие операции:

- настройка скорости развертки и глубиномера дефектоскопа;

- установка поискового, контрольного и браковочного уровня чувствительности, параметров ВРЧ (при необходимости);

- сканирование;

- при появлении эхо-сигнала от возможной несплошности: определение его максимума и идентификация несплошности (выделение полезного сигнала на фоне ложных сигналов);

- определение предельных значений характеристик несплошностей и сравнение их с нормативными;

- измерение и регистрация характеристик несплошности, если ее эквивалентная площадь равна или превышает контрольный уровень;

- оформление документации по результатам контроля [2; 3].

Результаты контроля оцениваются с точки зрения соответствия измеренных характеристик максимально допустимым значениям, установленным в нормативных документах. По тем же нормам оценивают качество околошовной зоны, размеры которой указаны в таблице 1.

Нормативы качества по результатам УЗК определяются по действующей на момент проведения контроля руководящей нормативно-технической документацией (РД, ПКД, ТУ, ПК). Если специальные нормативы для конкретного контролируемого сварного узла отсутствуют, допускается руководствоваться нормами, приведенными в Таблице 4 [2; 5].

Таблица 4

Максимально допустимые значения характеристик несплошностей, выявляемых при

контроле

Номинальная Эквивалентная Число фиксируемых Протяженность несплошностей

толщина сварного площадь одиночных несплошностей

соединения, мм одиночных несплошностей, 2 мм на любых 100 мм длины сварного соединения

Суммарная в Одиночных в

корне шва сечении шва

от 2 до 3 0,6 6 20 % внутреннего периметра Условная протяженность компактной (точечной) несплошности

от 3 до 4 0,9 6

от 4 до 5 1,2 7 сварного соединения

от 5 до 6 1,2 7

от 6 до 9 1,8 7

от 9 до 10 2,5 7

от 10 до 12 2,5 8

от 12 до 18 3,5 8

от 18 до 26 5,0 8

от 26 до 40 7,0 9

от 40 до 60 10,0 10

от 60 до 80 15,0 11

от 80 до 120 20,0 11

Качество сварных соединений оценивается по двухбалльной системе:

- балл 1 - неудовлетворительное качество: сварные соединения с несплошностями, измеренные характеристики или количество которых превышают максимально допустимые значения по действующим нормам;

- балл 2 - удовлетворительное качество: сварные соединения с несплошностями, измеренные характеристики или количество которых не превышают установленных норм. При этом сварные соединения считают ограниченно годными (балл 2а), если в них обнаружены несплошности с Ак<А<Абр; AL <ALo; n< no, и абсолютно годными (балл 2б), если в них не обнаружены несплошности с А > Ак, где А - измеренная амплитуда эхо-сигнала от несплошности; Ак и Абр - амплитуды контрольного и браковочного уровней чувствительности на глубине залегания несплошности; AL и AL0 - измеренная условная протяженность несплошности и ее предельно допустимое значение; n и n0 - измеренное количество несплошностей с Ак < A < Абр и ДL < ДL0 на единицу длины сварного соединения (удельное количество) и предельно допустимое количество.

Основными измеряемыми характеристиками выявленной несплошности являются:

- соотношение амплитудной и/или временной характеристики принятого сигнала и соответствующей характеристики опорного сигнала;

- эквивалентная площадь несплошности;

- координаты несплошности в сварном соединении;

- условные размеры несплошности;

- условное расстояние между несплошностями;

- количество несплошностей на определенной длине соединения.

Измеряемые характеристики, используемые для оценки качества конкретных соединений, должны быть регламентированы технологической документацией на контроль.

Несплошность считают поперечной (тип «Т» по ГОСТ Р 55724-2013, приложение Г), если амплитуда эхо-сигнала от нее при озвучивании наклонным совмещенным ПЭП вдоль шва (независимо от условной протяженности) A^ не менее, чем на 9 дБ больше, чем при озвучивании поперек шва Апрод. При этом рассматриваются только эхо-сигналы с амплитудой, равной или большей контрольного уровня чувствительности Ак для глубины залегания данной несплошности [1; 6].

Если разница амплитуд эхо-сигналов в указанных направлениях озвучивания меньше 9 дБ, несплошность считают продольной [2].

При измерении ориентации несплошности усиление шва в месте измерений должно быть удалено и заглажено заподлицо с основным металлом.

Несплошность считают или объемной, или плоскостной в зависимости от измеренных значений идентификационных характеристик (признаков) по ГОСТ Р 55724-2013, раздел 10 [1].

Идентификацию формы несплошности допускается проводить с помощью дефектоскопов с визуализацией дефектов.

При контроле сварных соединений с проточкой под подкладное кольцо оценку дефектов проводят для номинальной толщины сваренных элементов (в зоне проточки).

При экспертном или дублирующем контроле результаты контроля двумя дефектоскопистами следует считать сопоставимыми, если эквивалентные площади одной и той же несплошности отличаются не более, чем в 1,4 раза (3 дБ).

Отступления от норм оценки обнаруженных несплошностей допускаются в соответствии с порядком, предусмотренным Правилами Ростехнадзора, а также по специальным техническим решениям, согласованным в установленном порядке.

Литература

1. ГОСТ Р 55724-2013 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые ».

2. ГОСТ 12.1.001 «Ультразвук Общие требования безопасности».

3. ГОСТ 12.3.019 «Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности».

4. ГОСТ 26266-90 «Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Общие

технические требования».

5. ПБ 03-440-02 «Правил аттестации специалистов неразрушающего контроля».

6. РД 34.10.133-97 «Инструкция по настройке чувствительности ультразвукового дефектоскопа».

7. СП 53-101-98 «Изготовление и контроль качества стальных конструкций».