Физические методы контроля сварных швов

Радиационная дефектоскопия - рентгено- и гамма-графичес­кий метод контроля.

Рентгено- и гамма-графия - это метод получения на рентгеновской пленке или экране изображения предмета (изделия), просвечиваемого рентгеновским или гам­ма-излучением. Он основан на способности рентгеновского и гамма-излучения проходить через непрозрачные предметы, в том числе через металлы, и действовать на рентгеновскую пленку и некоторые химические элементы, благодаря чему последние флуоресцируют (светятся).

При этом дефекты, встречающиеся при сварке в теле изделия и чаще всего имеющие характер пустот (непроваров, трещин, раковин, пор и т. д.), на рентгеновской пленке (на рентгенограммах) имеют вид пятен (раковины, поры) или полос (непроваров).

Как правило; просвечивают 3 - 15% общей длины сварного шва. У особо ответственных конструкций просвечивают все швы.

Рентгеновские аппараты, применяемые для контроля из­делий, состоят из рентгеновской трубки, источника питания и пульта управления. В качестве источника питания при­меняют повышающий трансформатор, во вторичную цепь которого включают кенотроны для выпрямления анодного тока и высоковольтные конденсаторы, позволяющие удвоить или утроить напряжение вторичной обмотки трансформатора. Схема просвечивания рентгеновским излучением изделия показана на рис. 120.

В зависимости от режима просвечивания (при толщине металла До 50 мм), качества пленки и правильности даль­нейшей ее обработки удается выявить дефекты размером 1 - 3% от толщины контролируемых деталей.

В настоящее время широкое применение нашли рентгенов­ские аппараты РУП-120-5-1, РУП-200-5, РУП-400-5, Мира-2Д и Мира-3Д и др.

Гамма-излучение образуется в результате внутриатомного распада радиоактивных веществ. В качестве источников гамма-излучения применяют следующие радиоактивные вещества: тулий-170, иридий-192, цезий-13 7, кобальт-60 для просвечивания металла толщиной 1-60 мм.

Гамма-излучение, действуя на пленку так же, как и рентгеновское, фиксирует на ней дефекты сварки. Чувствитель­ность гамма-контроля ниже чувствительности рентгеновских снимков; например, на гамма-снимках при просвечивании стали толщиной 10-15 мм кобальтом-60 выявляются дефекты глубиной 0,5 - 0,7 мм, тогда как на рентгеновских снимках видны дефекты глубиной 0,1-0,2 мм.

Чувствительность гамма-снимков, полученных при помощи радиоактивных изотопов - тулия-170, иридия-192 и других, приближается к чувствительности рентгеновских.

Гамма-излучение вредно для здоровья человека, поэтому ампулы с радиоактивным веществом помещают в специаль­ные аппараты - гамма-установки, имеющие дистанционное управление (рис. 121).

Схема панорамного просвечивания сварных стыков трубо­проводов с помощью гамма-источника показана на рис. 122.

Сварный шов при радиационной дефектоскопии бракуется, если на рентгеновском или гамма-снимке обнаружены сле­дующие дефекты:

шлаковые включения или раковины по группе А (отдельные дефекты) и В (скопление дефектов) размером по высоте шва более 10% толщины стенки, если она не превышает 20 мм, а также более 3 мм при толщине стенки более 20 мм;

шлаковые включения, расположенные цепочкой или сплош­ной линией вдоль шва (группа Б), при суммарной их длине, превышающей 200 мм на 1 мшва;

поры, расположенные в виде сплошной сетки;

скопление на отдельных участках шва свыше пяти пор на 1 см² площади шва.

Дефекты распределяют по группам А, Б, В по следую­щим признакам:

А - отдельные дефекты, которые по своему расположению не образуют цепочки или скопления;

Б - цепочка дефектов, расположенных на одной линии в количестве более трех с расстоянием между ними, рав­ным трехкратной величине дефектов и менее;

В - скопление дефектов в одном месте с расположением их в количестве более трех с расстоянием между ними, равным трехкратной величине дефектов и менее.

Ультразвуковой метод контроля. Этот метод основан на способности высокочастотных колебаний частотой около 20000 Гц проникать в металл и отражаться от поверхности дефектов (от встретившихся препятствий). Отраженные ультра­звуковые колебания имеют ту же скорость, что и прямые колебания. Это свойство имеет основное значение в ультра­звуковой дефектоскопии.

Узкие направленные пучки ультразвуковых колебаний для целей дефектоскопии получают при помощи пьезоэлектри­ческих пластин кварца или титаната бария (пьезодатчика). Эти кристаллы, помещенные в электрическом поле, дают обратный пьезоэлектрический эффект, т. е. преобразуют элект­рические колебания в механические. Таким образом, пьезо-кристаллы под действием переменного тока высокой частоты (0,8 - 2,5 МГц) становятся' источником ультразвуковых коле­баний и создают направленный пучок ультразвуковых волн в контролируемую деталь.

Отраженные ультразвуковые колебания улавливаются иска­телем (щупом) и затем преобразуются в электрические им­пульсы. Отраженные электрические колебания через усилитель подаются на осциллограф и вызывают отклонение луча на экране электронной трубки. По виду отклонения судят о характере дефекта.

Схема ультразвукового метода контроля сварных соединений показана на рис. 123.

Современные ультразвуковые дефектоскопы работают по схеме импульсного излучения, т. е. ультразвуковые колебания от пьезокристалла посылаются не непрерывно, а импульсами; во время пауз отраженные колебания поступают на тот же пьезокристалл, что обеспечивает высокую чистоту приемаотраженных волн.

Пьезокристалл ультразвукового дефектоскопа помещается в специальный призматический или плоский щуп. Поверх­ность, по которой перемещается щуп, должна быть зачище­на до металлического блеска. Для обеспечения необходимо­го акустического контакта между щупом и контролируемым изделием наносится слой минерального масла.

Промышленностью выпускаются ультразвуковые дефекто­скопы УДМ-3, УД-55ЭМ, ДУК-13ИМ и др. Чувствительность дефектоскопов обеспечивает выявление дефектов площадью 2 мм² и более. При ультразвуковом методе трудно опре­делить характер дефекта. Наиболее эффективно контроль вы­полняется при толщине металла более 15 мм; при толщине металла 4-15 мм контроль этим методом возможен, но требует весьма высокой квалификации дефектоскописта (опе­ратора).

Магнитный метод дефектоскопии. Сварной шов стального или чугунного изделия покрывают смесью из масла и магнитного железного порошка (размер частиц 5 - 10 мкм). Изделие намагничивают пропусканием тока через обмотку, состоящую из нескольких витков, намотанных вокруг изделия. Под действием магнитного поля, обтекающего дефект, части­цы железного порошка гуще располагаются вокруг дефектов

Этим методом выявляются поверхностные дефекты глубиной до 5 -6 мм. Разрешающая способность порошковой дефекто­скопии весьма низкая по сравнению с другими методами контроля-, поэтому она эффективна в основном для контро­ля гладких, чистых, блестящих поверхностей. Магнитным методом можно проверять качество деталей, изготовленных только из ферромагнитных металлов.

Магнитографический метод контроля. При этом методе, разработанном в нашей стране, результаты записываются на магнитную ленту. Сущность этого метода контроля состоит в намагничивании сварного соединения и фиксации магнит­ного потока на ферромагнитную ленту. Лента накладывается на контролируемое изделие, которое намагничивается импульс­ным полем. Магнитное поле, при наличии дефектов, рас­пределяется по поверхности детали по-разному, и соответ­ственно ферромагнитные частицы на ленте намагнитятся в различной степени. Затем ферромагнитная лента снимается с контролируемого изделия и ее «протягивают» через вос­производящее устройство (рис. 124), состоящее из механизма протяжки и осциллографа с усилителем электрических им­пульсов.

Результаты магнитографического контроля рассматривают на экране 9 осциллографа 7, на котором при наличии дефектов в контролируемом изделии возникают всплески (вер­тикальные импульсы). По величине и форме отклонения луча на экране осциллографа судят о величине и характере дефекта сварного соединения.

Магнитографический метод применяется для контроля сварных соединений толщиной не более 12 мм. Этим ме­тодом можно выявлять макротрещины, непровары глубиной 4 - 5% от толщины контролируемого металла, шлаковые включения и газовые поры.

Магнитографический метод требует высокой квалификации оператора.

Рентгено-телевизионный контроль. Сущность способа контро­ля заключается в том, что дефект сварного шва изобража­ется в момент просвечивания на телевизионном экране.

Схема рентгено-телевизионной установки показана на рис. 125. Сварное соединение 2 просвечивается с помощью рентге­новского аппарата 1.Рентгеновское излучение проходит через электронно-оптический преобразователь 3, состоящий из вакуумированной трубки, внутри которой со стороны, обращен­ной к источнику излучения (рентгеновскому аппарату) и про­свечиваемому изделию, укреплен тонкий алюминиевый экран, покрытый флуоресцирующим слоем. На этот слой нанесен светочувствительный слой - фотокатод (такой же, как в обыч­ных телевизионных трубках). С другой стороны электронно-оптический преобразователь имеет диафрагму и усиливаю­щий экран. С такого преобразователя через переходную оптику 4 сигналы поступают на передающую телекамеру 5 и на телевизор 7. Такой метод контроля позволяет резко увеличить производительность труда оператора. При этом можно не только визуально наблюдать внутреннее состояние просвечиваемого изделия, но и фотографировать его при помощи фото- или киноаппарата. Управление такой установкой осуществляется с пульта управления 6.

Контроль плотности соединений. Сварные швы испытывают на герметичность (непроницаемость) керосином, сжатым возду­хом (пневматикой), вакуум-аппаратом, при помощи аммиака, гелиевым и галлоидным течеискателями и гидравлическим давлением.

Испытание керосином применяют для сосудов, работающих без внутреннего давления, и как предваритель­ный метод контроля для сосудов, работающих под давлением.

Керосин обладает высокой капиллярностью. На этой его способности основана методика контроля плотности сварных швов. Сварные швы должны быть тщательно очищены от шлака, грязи и осмотрены. Дефекты, выявленные внешним осмотром, должны быть устранены до начала контроля.

Для выявления дефектов (неплотностей) методом кероси­новой пробы одну сторону сварного соединения окрашивают мелом, разведенным в воде. После высыхания мела вторую сторону сварного шва обильно смачивают керосином. Ке­росин, проникая через дефекты в сварном шве, оставляет на меловой краске жирные темные пятна, характеризую­щие наличие и расположение дефектов. Обнаруженные дефек­ты вырубают и заваривают вновь. Контроль керосином при­меняется при положительной температуре (выше 0°С). Свар­ные швы должны выдерживаться под керосином 12 г и более.

Вакуум-методом проверяют сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны, на­пример сварные швы днищ резервуаров, газгольдеров и других емкостей.

В комплект установки для контроля плотности сварных шзов вакуум-методом входит следующее оборудование: ва­куум-насос, вакуум-камера с вакуум-метром и пневматический шланг.

Гидравлические испытания. При этом способе контроля сварное изделие (сосуд) заполняют водой. Затем насосом или гидравлическим прессом создают давление, превышающее рабочее в 1,25 раза и более.

Способ гидравлического испытания, время выдержки, вели­чина давления и допустимая утечка устанавливаются техни­ческими условиями на контролируемый объект. Гидравлические испытания выполняют при проверке прочности и плотности паровых и водяных котлов, трубопроводов и сосудов, ра­ботающих под давлением.

Испытание сжатым воздухом (пневматическое испытание). Это испытание применяется для проверки сосудов и трубо­проводов на герметичность, как правило, только при рабочем давлении изделия. Плотность сварных соединений проверяют мыльным раствором или погружением сосуда в воду. В местах пропуска газа появляются пузыри.