Контроль оборудования - дефекты и причины их образования

 ДЕФЕКТЫ И ПРИЧИНЫ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ

Поскольку количество дефектов весьма разнообразно, для возможности классификации и дальнейшей идентификации дефектов их признаки делятся на морфологические и генетические.

 Морфологические признаки дефекта:

 –                    ориентация по отношению к оси изделия,

–                    место расположения по длине,

–                    расположение и распределение по периметру,

–                    наличие изменения поперечных размеров изделия в районе дефекта,

–                    единичное или групповое расположение дефекта,

–                    периодичность повторения дефекта,

–                    форма полости дефекта и т.д.

Генетические признаки дефекта:

 –          наличие неметаллических, оксидных включений, окалины и смазки в зоне дефекта,

–            изменение микроструктуры в области расположения дефекта,

–           наличие структурной и ликвационной неоднородности,

–          характер расположения волокна в зоне дефекта.

 По природе происхождения дефекты подразделяются на производственно–технологические и эксплуатационные.

 Производственно–технологические в свою очередь делятся на:

 –          металлургические – дефекты, возникающие при отливке и прокате;

–          технологические – дефекты, возникающие при изготовлении и ремонте (механическая обработка, сварка, пайка, клепка, термообработка, нанесение гальванических покрытий).

Выявление этой группы дефектов очень важно на стадии изготовления металлических заготовок и полуфабрикатов, на стадии выходного контроля продукции, который проводит предприятие–изготовитель. Во втором случае входной контроль заготовок и полуфабрикатов проводит предприятие–потребитель, что позволяет в итоге обеспечить заданную (расчетную) надежность и долговечность сложных устройств в целом.

В дальнейшем при работе любого объекта после некоторой наработки изделия в результате усталости металла, коррозии, изнашивания, а также неправильной эксплуатации возникают эксплуатационные дефекты.

Таким образом, в любой детали прошедшей эксплуатацию, могут присутствовать дефекты, относящиеся к любой из перечисленных групп. Обнаружить все дефекты невозможно, поскольку само понятие дефект индивидуально для каждой детали (определяется сочетанием свойств материала, технологией изготовления и условий эксплуатации). Кроме этого каждый физический метод имеет порог чувствительности к дефектам, выражаемый в линейных или объемных величинах. Выявление дефектов ниже порога чувствительности маловероятно или невозможно. Поэтому главной задачей дефектоскопии является обнаружение всех недопустимых дефектов, наличие которых может привести к аварии либо инциденту на производстве.

Классификация дефектов по их опасности

Понятие дефект – относительно. Например, одинаковое нарушение сплошности для одного изделия можно квалифицировать как допустимое, а для другого (более ответственного) как недопустимое. Поэтому некоторое количество газовых или шлаковых пор внутри сварного соединения может считаться допустимым, т.к. эти дефекты не обладают концентраторами напряжений и их дальнейшее увеличение маловероятно. В этом случае всегда оговаривается максимальный размер (обычно диаметр) и их количество на базовом расстоянии.

В процессе изготовления каждая деталь проходит свой технологический цикл. В самом общем случае он может включать следующие основные операции, на которых возможно появление дефектов: литье, обработка давлением, термическая обработка, механическая обработка, соединение металлов, например, путем сварки. Готовые изделия эксплуатируются или хранятся, при этом также возникают дефекты.

При этом на всех перечисленных этапах механические и физико–структурные характеристики материала претерпевают изменения, и в том числе могут появиться дефекты, которые делают деталь непригодной к эксплуатации. Дефекты должны быть выявлены своевременно, а дефектная деталь быть забракована, иначе, риск аварии – неизбежен (рис. 19).

Контроль качества продукции заключается в проверке соответствия показателей ее качества установленным требованиям. Критериями качества могут являться физические, геометрические и функциональные показатели, а также технологические признаки, например, отсутствие нарушений сплошности материала, соответствие нормативным требованиям физико–механических свойств и структуры основного материала и покрытия, геометрических размеров и чистоты обработки поверхности и др.

Каждое несоответствие продукции установленным требованиям называют – дефектом. Различают дефекты явные и скрытые. Явными называют дефекты, которые можно обнаружить с использованием методов и средств испытаний, определенных нормативно–технической документацией, а скрытыми – дефекты, не обнаруживаемые этими методами.

 По степени опасности для работы конструкции все перечисленные дефекты делят на три категории:

–         Критические, с такими дефектами эксплуатация детали опасна и поэтому недопустима;

–        Значительные, оказывающие существенное влияние на эксплуатационные показатели изделия и в конечном счете на его долговечность, но не являющиеся критическими; детали с такими дефектами при определенных условиях можно использовать;

–                      Малозначительные, которые практически не влияют на нормальную работу конструкции и ее долговечность.

Категория дефекта характеризует его потенциальную опасность для изделия и определяет его долговечность.

Выявленные дефекты (обнаруженные визуально или с помощью неразрушающих методов контроля) разделяют на неустранимые и устранимые, если это возможно и экономически целесообразно. Деталь с неустранимым дефектом бракуют со всеми вытекающими отсюда последствиями.

В связи с поставленной задачей специалисту по контролю качества для успешной дефектоскопии очень важно владеть следующей информацией об объекте контроля:

– технология производства заготовки детали – позволяет оценить возможность наличия дефектов металлургического происхождения;

– технология изготовления детали – позволяет оценить возможность наличия дефектов второй группы – дефектов механической обработки, термообработки, дефектов сварных соединений и т. д.

– условия эксплуатации детали – диапазон рабочих температур, давление и агрессивность среды, механические нагрузки и области максимальных механических напряжений – позволяет оценить возможность возникновения усталостных дефектов и зоны их появления.

Наличие этой информации позволит более грамотно провести выбор метода контроля и в рамках выбранного метода разработать технологию контроля, позволяющую выявить дефекты, недопустимые для данного изделия.

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ

 К контролю сварных соединений физическими методами допускаются дефектоскописты, аттестованные в соответствии с правилами аттестации специалистов неразрушающего контроля СДАНК-02-2020.

Появление дефектов возможно даже при использовании хорошо отлаженного производства. Поэтому важнейшими операциями при изготовлении стальных вертикальных резервуаров являются операции контроля геометри­ческих размеров и качества. Главными задачами контроля являются: выявле­ние дефектов не пригодных к употреблению по за­данному назначению, а также выявление причин возникновения дефектов и определение путей их устранения. Чем раньше выяв­лен дефект, тем меньше затраты на обработку заведомо непригодных локально выявленных мест. Участки с выявленными дефектами в сварных соединениях и основном металле подлежат исправлению (ремонту). Своевременное обнаружение дефектов препятствует тому, чтобы бракованная продукция попадала в эксплуатацию. С этой целью были разработаны, а во многих случаях и стан­дартизированы, много разных методов контроля.

Широкое применение неразрушающих методов контроля, не требующих вырезки образцов или разрушения готовых изделий, позволяет избежать больших потерь времени и материальных затрат, обеспечить частичную или полную автоматизацию операций контроля при одновременном значительном повышении качества и надежности изделий. Большое преимущество та­кого контроля состоит в том, что благодаря своей оперативно­сти он позволяет учесть результаты контроля при всех стадиях производства. В настоящее время ни один технологический процесс ответственной продукции не внедряется в промышленность без соответствующей системы неразрушающего контроля. В рассматриваемом дипломном проекте, при изготовлении стальных вертикальных резервуаров согласно ГОСТ 31385–2016 могут быть применены следующие методы НК:

–          Визуальный и измерительный контроль;

–         Капиллярный контроль;

–          Магнитный контроль;

–          Радиационный контроль;

–          Ультразвуковой контроль;

–          Вакуумное течеискание.

Неразрушающий контроль (НК) – эффективное, а в ряде случаев единственное возможное средство предотвращения аварийных ситуаций на объектах повышенной опасности. Это совокупность таких видов контроля, которые производятся непосредственно на объекте, при этом исправ–ный объект сохраняет работоспособность без какого–либо повреждения материала.

Дефектоскопист – последняя инстанция, которая может предотвратить аварию, отказ, непредвиденную остановку машины или механизма. Любая авария, произошедшая по вине дефектоскописта, приводит к дискредитации всей системы профессиональной подготовки специалистов. В неразрушающем контроле должны работать квалифицированные специалисты, с умением обращаться современными средствами реализации контроля, что предполагает наличие профессионального опыта, соответствующего стажа и грамотное исполнение должностных инструкций в соответствии ПБ 03–440–02.

Должностные обязанности дефектоскопистов I и II уровня

 Специалист I уровня квалификации имеет право проводить неразрушающий контроль в строгом соответствии с методиками, под наблюдением персонала II или III уровня. Специалист I уровня квалификации выполняет работы по НК конкретных объектов конкретным методом, по инструкции и под наблюдением персонала II или III уровня квалификации, строго соблюдая технологические инструкции, технологию и методику контроля.

Специалист I уровня должен знать и грамотно исполнять:

 –          общие закономерности по физике, электротехнике, электронике, механике, технологии материалов и материаловедению;

–          типы дефектов, вероятные зоны и основные причины их образования в конкретных объектах;

–          принципы, основные физические процессы, на которых базируется метод контроля, назначение и область его применения;

–          принципы устройства и работы, органы управления и порядок настройки аппаратуры; для специалистов по капиллярному контролю – порядок подготовки дефектоскопических материалов, средств нанесения, ультрафиолетовых осветителей, средств индивидуальной защиты;

–          правила электробезопасности и пожарной безопасности, правила устройства и безопасной эксплуатации поднадзорных Ростехнадзору объектов, контроль которых он проводит.

–          подготовку объекта к контролю;

–          производить настройку и регулировку аппаратуры;

–          рационально организовывать свое рабочее место;

–          регистрировать и классифицировать результаты контроля в соответствии с нормами и критериями, установленными в документах, фиксировать на объекте и в соответствующей документации зоны, в которых предполагается наличие дефекта;

–          предоставлять отчет по результатам контроля;

–          выполнять необходимые операции с объектом по завершению контроля.

Специалист II уровня квалификации

 Должен обладать квалификацией, достаточной для осуществления и руководства НК в соответствии с утвержденными нормативными и техническими документами. Специалист должен иметь навыки выбора способа контроля, ограничения области применения метода; специалист II уровня выполняет работы по НК, настраивает оборудование и проводит оценку качества контролируемого объекта в соответствии с применяемыми нормативными документами и документирует результаты контроля; разрабатывает технологические инструкции в соответствии с действующими нормативными и методическими документами по конкретной продукции в области своей аттестации. Специалист II уровня может руководить специалистами I уровня и вести их подготовку, зная и выполняя при этом все требования, относящиеся к специалистам I уровня.

Специалист II уровня может производить выбор технологии и средств контроля, выдавать заключение по результатам контроля, выполненного им самим или под наблюдением специалистом I уровня.

Специалист II уровня квалификации должен уметь:

–          осуществлять все операции, перечисленные для I уровня;

–          выбирать схему контроля для применяемого метода;

–          проверять работоспособность аппаратуры и настраивать ее на заданные параметры, осуществлять полный комплекс работ по НК;

–          правильно документировать, толковать и оценивать результаты в соответствии с применяемыми стандартами, нормами, руководящими документами, оформлять результаты контроля с выдачей соответствующего заключения;

–          составлять (разрабатывать) технологические инструкции (технологические карты) контроля конкретных объектов с использованием стандартов и действующих НТД;

–        проводить экспериментальные работы по определению оптимальных режимов контроля;

давать заключение по результатам контроля объектов, проконтролированных персоналом.         

 АНАЛИЗ ДЕЙСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Визуальный и измерительный контроль

Визуальным и измерительным контролем дефектоскописты, совместно с отделом качества проводят 100% длины всех сварных соединений и конструктивных элементов резервуара в соответствии с табл. 11

Табл. 11

На территории Российской Федерации действуют Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности "Основные требования к проведению неразрушающего контроля технических устройств, зданий и сооружений на опасных производственных объектах".Настоящий документ устанавливает порядок проведения визуального и измерительного контроля основного материала (далее материала) и сварных соединений (наплавок) при изготовлении, строительстве, монтаже, ремонте, реконструкции, эксплуатации, техническом диагностировании (освидетельствовании) технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах, подконтрольных Ростехнадзору России.

Визуальный и измерительный контроль проводят невооруженным глазом и (или) с применением визуально–оптических приборов до 20–кратного увеличения (луп, микроскопов, эндоскопов, зеркал и др.). При контроле материала и сварных соединений (наплавок) при изготовлении (строительстве, монтаже, ремонте и реконструкции) технических устройств и сооружений используют лупы с 2 – 7–кратным увеличением, а при оценке состояния технических устройств и сооружений в процессе их эксплуатации – лупы до 20–кратного увеличения.

Визуальный и измерительный контроль выполняют до проведения контроля материалов и сварных соединений (наплавок) другими методами неразрушающего контроля, а также после устранения дефектов.

Поверхности материалов и сварных соединений (наплавок) перед контролем очищаются от влаги, шлака, брызг металла, ржавчины и других загрязнений, препятствующих проведению контроля.

Измерения проводят после визуального контроля или одновременно с ним. Измерения деталей, подготовленных под сварку, проводятся до их сборки.

Визуальный и измерительный контроль материалов, сварных соединений (наплавок), подлежащих термической обработке, производят до и после указанной операции. Если контролируемая деталь, конструкция или узел подлежит полной термической обработке (нормализации или закалке с последующим отпуском), контроль проводят после ее выполнения.

Визуальный и измерительный контроль материалов и сварных соединений, подлежащих механической обработке, в том числе с удалением валика усиления шва, или деформированию, проводят до и после указанных операций.

При визуальном и измерительном контроле сварных соединений контролируемая зона должна включать в себя поверхность металла шва, а также примыкающие к нему участки материала в обе стороны от шва шириной:

не менее 5 мм – для стыковых соединений, выполненных дуговой и электронно–лучевой сваркой, электроконтактной сваркой оплавлением, сваркой встык нагретым элементом при номинальной толщине сваренных деталей до 5 мм включительно;

не менее номинальной толщины стенки детали – для стыковых соединений, выполненных дуговой и электронно–лучевой сваркой, электроконтактной сваркой оплавлением, сваркой встык нагретым элементом при номинальной толщине сваренных деталей свыше 5 до 20 мм;

не менее 20 мм – для стыковых соединений, выполненных дуговой и электронно–лучевой сваркой, электроконтактной сваркой оплавлением, сваркой встык нагретым элементом при номинальной толщине сваренных деталей свыше 20 мм, а также для стыковых и угловых соединений, выполненных газовой сваркой, независимо от номинальной толщины стенки сваренных деталей и при ремонте дефектных участков в сварных соединениях;

не менее 5 мм (независимо от номинальной толщины сваренных деталей) – для угловых, тавровых, торцевых и нахлесточных сварных соединений и соединений вварки труб в трубные доски, выполненных дуговой и электронно–лучевой сваркой;

не менее 50 мм (независимо от номинальной толщины сваренных деталей) для сварных соединений, выполненных электрошлаковой сваркой.

Дефекты, выявленные при визуальном и измерительном контроле, должны быть устранены до выполнения последующей технологической операции или до приемки объекта контроля. Устранение выявленных дефектов должно выполняться в соответствии с требованиями ПТД. Если дефекты, выявленные при визуальном и измерительном контроле, не препятствуют дальнейшему применению других видов (методов) неразрушающего контроля, эти дефекты могут быть устранены после завершения контроля другими видами (методами) контроля.

Подготовка мест производства работ

 Участки контроля, особенно стационарные, рекомендуется располагать в наиболее освещенных местах цеха, имеющих естественное освещение. Для создания оптимального контраста дефекта с фоном в зоне контроля необходимо применять дополнительный переносной источник света, т.е. использовать комбинированное освещение. Освещенность контролируемых поверхностей должна быть достаточной для надежного выявления дефектов, но не менее 500 лк. Окраску поверхностей стен, потолков, рабочих столов и стендов на участках визуального и измерительного контроля рекомендуется выполнять в светлых тонах (белый, голубой, желтый, светло–зеленый, светло–серый) для увеличения контрастности контролируемых поверхностей деталей (сборочных единиц, изделий), повышения контрастной чувствительности глаза, снижения общего утомления специалиста, выполняющего контроль.

Для выполнения контроля должен быть обеспечен достаточный обзор для глаз специалиста. Подлежащая контролю поверхность должна рассматриваться под углом более 30 град. к плоскости объекта контроля и с расстояния до 600 мм (рис. 20).

Рис. 20. Условия для визуального контроля

Подготовка поверхности

 Подготовка контролируемых поверхностей в обязанности специалиста по контролю не входит.

Перед проведением визуального и измерительного контроля поверхность объекта в зоне контроля подлежит зачистке до чистого металла от ржавчины, окалины, грязи, краски, масла, влаги, шлака, брызг расплавленного металла, продуктов коррозии и других загрязнений, препятствующих проведению контроля (приведены размеры зон для различных сварных соединений)

Шероховатость зачищенных под контроль поверхностей деталей, сварных соединений, а также поверхность разделки кромок деталей (сборочных единиц, изделий), подготовленных под сварку, должна быть не более Ra 12,5 (Rz 80).

Оценка качества

По внешнему виду сварные швы должны соответствовать следующим требованиям:

 –          металл шва должен иметь плавное сопряжение с основным металлом;

–          швы не должны иметь следующих дефектов: трещин любых видов и размеров, несплавлений, грубой чешуйчатости, наружных пор и цепочек пор, прожогов и свищей.

Значения подрезов основного металла не должны превышать значений, указанных в табл. 12.

Допускаемое значение подреза основного металла в стыковом шве

Табл. 12

 Примечание: Длина подреза не должна превышать 10% длины шва в пределах листа.

 Выпуклость швов стыковых соединений стенки резервуара не должна превышать значений, указанных в табл. 13

Выпуклость стыковых сварных швов стенки

Табл. 13

Для стыковых соединений деталей резервуара одной толщины допускается смещение свариваемых кромок относительно друг друга не более:

–          для деталей толщиной не более 10 мм – 1,0 мм;

–          для деталей толщиной более 10 мм – 10% толщины, но не более 3 мм.

Максимальные катеты угловых сварных швов не должны превышать 1,2 толщины более тонкой детали в соединении.

Для деталей толщиной 4 – 5 мм катет углового сварного шва должен быть равен 4 мм. Для деталей большей толщины катет углового шва должен определяться расчетом или конструктивно, но быть не менее 5 мм. Данное требование не распространяется на размер шва приварки настила легкосбрасываемой крыши к верхнему кольцевому элементу стенки.

Выпуклость или вогнутость углового шва не должна превышать более чем на 20% значение катета шва.

Допускается уменьшение катета углового шва не более чем на 1 мм. Увеличение катета углового шва допускается не более чем на:

–          1,0 мм – для катетов до 5 мм;

–          2,0 мм – для катетов свыше 5 мм.

Нахлесточное соединение, сваренное сплошным швом с одной стороны, допускается только для соединений днища и настила стационарной каркасной крыши; значение нахлеста должно быть не менее 60 мм для соединений полотнищ днища и не менее 30 мм – для соединений листов крыши и днища, но не менее пяти толщин наиболее тонкого листа в соединении. Примеры дефектов и их измеряемые параметры приведены в табл. 14.

Примеры дефектов и их измеряемые характеристики

Табл. 14

Контролируемый дефект, параметр	Измеряемые характеристики	Рисунок, пояснения	Требования к измерениям	Материалы, оборудование
Трещина	Длина, ширина трещины L, W		Измеряется каждый дефект	Линейка измерительная,  штангенциркуль
Вмятина, выпучина	Длина, ширина, глубина L, W, h		Измеряется каждый дефект	Линейка измерительная, штангенциркуль (в том числе модернизированный), универсальный шаблон
Потеря металла (в результате коррозии)	Длина, ширина, глубина/высота, остаточная толщина L, W, h, tост		Измеряется каждый дефект	Линейка измерительная, штангенциркуль (в том числе модернизированный), универсальный шаблон, приспособление для измерения подрезов, ультразвуковой толщиномер
Уменьшение/Увеличение толщины стенки	Длина, ширина, глубина/высота, остаточная толщина L, W, h, tост		Измеряется каждый дефект	Линейка измерительная, штангенциркуль (в том числе модернизированный), универсальный шаблон, приспособление для измерения подрезов, ультразвуковой толщиномер
Механические повреждения: риска, задир (забоина))	Длина, ширина, глубина L, W, h		Измеряется каждый дефект	Линейка измерительная, штангенциркуль (в том числе модернизированный), универсальный шаблон, приспособление для измерения подрезов
Дефекты поверхности: раскатанное загрязнение, рябизна, чашуйчатость, перегрев поверхности, вкатанная окалина, раковина от окалины, раковина вдавливания, неоднородность поверхности, риска прокатная	Длина, ширина, глубина L, W, h		Измеряется каждый дефектный участок	Линейка измерительна, штангенциркуль (в том числе модернизированный), универсальный шаблон, приспособление для измерения подрезов
Одиночные несплошности	Диаметр, длина, ширина		Измерению подлежит каждая несплошность	Лупа измерительная
Скопления включений	Максимальный размер скопления, максимальная ширина скопления A, B		Измерению подлежит каждое скопление	Штангенциркуль, линейка, лупа измерительная
Форма и размер шва	Ширина шва, высота шва е, (е1), g, (g1)	а – размеры стыкового одностороннего шва с наружной и внутренней стороны; в – то же двухстороннего сварного шва;	Измерения в местах, где допустимость вызывает сомнения визуально.	Шаблон универсальный (измерения УШС–3 при g более 2,5 мм), штангенциркуль (модернизированный: 1 – штангенциркуль, 2 – опора). Приспособление для измерения подрезов
Форма и размер шва	Вогнутость обратной стороны шва g2	б – размеры стыкового одностороннего шва с внутренней стороны	Параметр измеряется в случае доступности обратной стороны шва для контроля. Измерения каждого дефекта в 2–3 местах в зоне максимальной величины.	Штангенциркуль (модернизированный), приспособление для измерения подрезов
Подреза и неполное заполнения разделки	Протяженность, глубина L, h	г – подрез и неполное заполнение разделки кромок	Измеряется каждый дефект.	Штангенциркуль, в том числе модернизированный, приспособление для измерения глубины подрезов (ИЧ с оснасткой): 1 – индикатор часового типа ИЧ 0–10, 2 – опорный кронштейн, 3 – измерительная игла.
Чешуйчатость шва	Чешуйчатость шва		Измерения не менее чем в 4 точках по длине шва. Измерение глубины чешуйчатости валика при условии, что высоты двух соседних чешуек отличаются друг от друга, выполняют относительно чешуйки, имеющего меньшую высоту.	Штангенциркуль (модернизированный), приспособление для измерения подрезов
Глубина западаний между валиками	Глубина западаний между валиками		Измерения не менее чем в 4 точках по длине шва. Измерение глубины западаний между валиками при условии, что высоты валиков отличаются друг от друга, выполняют относительно валика, имеющего меньшую высоту.	Штангенциркуль (модернизированный), приспособление для измерения подрезов
Смещение кромок листов в стыковых соединениях	Смещение кромок листов в стыковых соединениях, определенное по срединной поверхности B	B – смещение кромок, B1 и B2 – расстояния между поверхностями листов стыкуемых элементов; s – наименьшая толщина листа стыкуемых элементов; s1 – большая толщина листа стыкуемых элементов.	Измерения в местах, где допустимость вызывает сомнения визуально. При измерении смещения B кромок листов толщиной s и в стыковых соединениях необходимо учитывать, что: В1≤0,5(s1–s)+B; B2≤0,5(s1–s)–B;	Линейка (с вырезом под шов), набор щупов, штангенциркуль, приспособление для измерения подрезов, универсальный шаблон
Увод (угловатость) кромок	Увод (угловатость) кромок f	1 – шаблон; 2 – линейка; f – увод (угловатость) кромок; s – толщина обечайки (днища); D – диаметр обечайки (днища)	Измерения в местах, где допустимость вызывает сомнения визуально. Увод (угловатость) кромок в продольных сварных соединениях обечаек и конических днищ, стыковых сварных соединениях днищ из лепестков определяют шаблоном длиной не менее 1/6D [см. рисунки а), б)], а в кольцевых сварных соединениях обечаек и конических днищ – линейкой длиной не менее 200 мм [см. рисунки в), г)]. Увод (угловатость) кромок определяют без учета усиления шва, для чего в средней части шаблона (или линейки) необходимо предусмотреть местный вырез.	Шаблон длиной не менее 1/6D (с вырезом), линейкой длиной не менее 200 мм (с вырезом), набор щупов, штангенциркуль, приспособление для измерения подрезов, универсальный шаблон

Табл. 15

Капиллярный контроль

Капиллярный контроль проводят согласно ГОСТ 18442–80. При капиллярном контроле используют капиллярные дефектоскопические материалы (рис. 21) – индикаторную жидкость (пенетрант), очищающую жидкость (очиститель) и проявитель (проявляющую краску, порошок или суспензию).

Рис. 21. Аэрозольный комплект дефектоскопических материалов

Для выявления дефектов на предварительно очищенную поверхность контролируемого изделия (рис. 22, а) наносят окрашенную, желательно в ярко – красный цвет или люминесцирующую в лучах ультрафиолета смачивающую жидкость – пенетрант (рис. 22, б). Под действием капиллярных сил жидкость проникает в полость дефекта, после чего ее удаляют с поверхности изделия (рис. 22, в). При этом из трещин и других дефектов эта жидкость, удерживаемая капиллярными силами, практически не удаляется.

Затем наносят белую проявляющую краску, либо проявитель в виде сухого порошка или суспензии, на фоне которого через некоторое время образуется красный или люминесцирующий рисунок, указывающий форму и место расположения несплошности (рис. 22, г). Изображение, образованное пенетрантом в слое проявителя в месте расположения дефекта и подобное форме его сечения у выхода на поверхность контролируемого объекта, называют – индикаторным следом (рисунком).

Рис. 22. Этапы капиллярного контроля:

а) подготовка контролируемой поверхности и полости дефектов от всевозможных загрязнений

б) контрольная жидкость заполнила полость трещины

в) жидкость удалена с поверхности, но осталась внутри трещины

г) на поверхность объекта контроля нанесен проявитель, над  трещиной образован индикаторный рисунок

Метод позволяет констатировать факт наличия дефекта вплоть до тысячной части миллиметра, что дает ему преимущество, и делает его одним из самых чувствительных методов неразрушающего контроля. Таким образом, капиллярный контроль – это метод неразрушающего контроля, основанный на проникновении смачивающей индикаторной жидкости в поверхностные несплошности контролируемого объекта и ее извлечения проявителем из несплошностей с целью образования индикаторных изображений дефектов, обнаружение которых происходит благодаря дефектоскопистам.

Современная дефектоскопия проведения капиллярного контроля рассчитана на температурный режим от – 40°С до + 40°С и относительной влажности воздуха не более 90%.

В соответствии с ГОСТ 31385–2016 капиллярный метод контроля проводят с цветным (хроматическим) способом получения первичной информации, применяемым по ГОСТ 18442–80 по 4–му классу чувствительности (табл. 16). Контроль капиллярным методом проводят после проведения визуально измерительного контроля, в объеме, предусмотренной табл. 17.

Табл. 16

Табл. 17

Интерпретация выявленных изображений

Осмотр изделий при капиллярном контроле выполняют в три этапа:

1.             Визуальный осмотр для оценки качества нанесения проявителя;

2.             Общий осмотр поверхности для обнаружения рисунка дефектов;

3.             Анализ индикаторных рисунков выявленных дефектов

Если состояние проявителя в зонах контроля затрудняет рассмотрение индикаторного рисунка, изделие промывают и повторяют все технологические операции. При удовлетворительном качестве нанесения проявителя выполняют общий осмотр контролируемой поверхности или невооруженным глазом, или применяя лупу до 7–кратного увеличения. Целью осмотра является обнаружение окрашенного или люминесцирующего индикаторного рисунка.

Виды дефектов определяют по характеру их индикаторных следов, которые можно разделить на три группы (рис. 23).

Рис. 23. Виды дефектов

а) рассеянные точки или звездочки: поры, язвенные коррозии, выкрашивание или эрозия материала

б) скопления отдельных коротких линий, сетки, различные полосы: трещины, коррозионное растрескивание материалов

в) сплошные или прерывистые линии различной конфигурации: шлифовочные, усталостные или закалочные трещины, волосовины, непропаи, оксидные пленки и другие подобные дефекты.

     Далее приведены наиболее встречающиеся дефекты, обнаруживаемые капиллярным методом контроля (табл. 18).

Табл. 18

Вид дефекта	Допускаемое условное обозначение дефекта	Схематическое обозначение дефектов
Единичная пора	Аа
Цепочка пор	Аb
Скопление пор	Ас
Продольная трещина	Еа
Поперечная трещина	Еb
Разветвленная трещина	Ес
Подрез наружный	Fс

  Некоторые индикаторные рисунки будут выцветать и даже исчезать с течением времени. Это было обычным явлением при ранее используемых цветных пенетрантах, которые содержали малую концентрацию красителя. При предельно толстом покрытии суспензированного в воде или в растворителе проявителя будут появляться индикаторные рисунки, которые будут выцветать в слое проявителя.

Индикаторные рисунки, которые могут быть перепроявлены, обычно индицируют большую несплошность, в которой содержится некоторое количество пенетранта. Тонкая трещина может содержать такое малое количество пенетранта, что он не может быть повторно выявлен.

На стабильность индикаторных рисунков влияет много факторов, среди них наиболее значительными являются:

–          способы предварительной очистки (следы кислот или щелочей на поверхности деталей могут обесцветить красители);                                                                            

–          тип пенетранта и его система окраски;

–          технологический процесс контроля (например, способ удаления пенетранта);

– температура (высокая температура, слишком длительная сушка);

– тип проявителя;

– концентрация эмульгатора и полная продолжительность его контакта с поверхностью объекта контроля (например, переэмульгирование).

Различают протяженные и округлые индикаторные следы

В нормах, спецификациях для оценки индикации разделены на две группы:

 Протяженный индикаторный след (рис. 24, а) характеризуется отношением максимальной длины к максимальной ширине более трех: Lmаx / Bmаx > 3 (трещины, несплавления, закаты, подрезы, резкие западания наплавленного металла, заковы, близко расположенные поры и тд).

Округлый индикаторный след (рис. 24, б) характеризуется отношением максимальной длины к максимальной ширине, равным или менее трех: Lmаx / Bmаx ≤ 3 (поры (микропоры) и их скопления, свищи, рыхлоты и тд).

Рис. 24. Линейный (а) и округлый (б) индикаторные следы.

Обнаруженный индикаторный рисунок анализируют. В результате анализа контролер должен установить действительное наличие дефекта, его характер и размеры.

Отдельные, объемные, поверхностные поры вмещают достаточное количество пенетранта и по истечении времени пенетрации образуют большие округлые индикации. Так же могут выглядеть индикации глубоких (объемных) трещин. У некоторых несплошностей индикации выглядят, по окончании времени проявления, по – другому (другой тип или форма), чем в начале проявочного времени. Поэтому лучше в начале проявления оценить наличие или характер дефекта. Спорные места очистить, затем снова нанести проявитель, остаточный пенетрант уже образует более слабые индикации, что позволяет лучше определить вид дефекта. В сомнительных случаях, контроль произвести повторно – полным циклом.

Считается, не всегда правильно, что округлые индикации соответствуют круглым несплошностям (рис. 25), оценка таких дефектов менее строгая, чем протяженных, потому что они являются менее критическими для прочности материала.

Рис. 25. Пример одного и того–же дефекта в металлическом листе

а) округлая капиллярная индикация б) сформированные сетчатые валики порошка над дефектом

Полученная индикация одного и того–же дефекта «разветвленная шлифовочная трещина», выявленная ПВК и МК дает безусловное лидерство МК, картинка более информативная, дающая право на объективную оценку (интерпретацию) выявленного дефекта. Индикаторный след полученный капиллярным методом, более субъективен, может быть расценен малоопытным специалистом как дефект подобный поре, т.к. имеет округлую форму.

Примеры комплектов дефектоскопических материалов

Широкое применение для капиллярного контроля, нашли комплекты от ведущих фирм производителей (табл. 19): СHЕMЕTЕLL, HЕLLING, SHЕRWIN, MAGNAFLUX, MR СHЕMIЕ, ОVЕRСHЕK, KARL–DЕUTSСH, КЛЕВЕР, ИНВОТЕКС, адаптированые для Российского климата и имеют положительные заключения от ведущих материаловедческих институтов «НИКИМТ–Атомстрой и ЦНИИ «Прометей».

1.                      Дефектоскопические наборы (комплекты) могут быть использованы для контроля по III и IV классам чувствительности.

2.                      Материалы представлены в виде аэрозольной металлической упаковки, объемом от 300 до 500 мл. с широким рабочим, температурным диапазаном.

3.                      Замена (пенетранта, очистителя или проявителя) внутри комплета другими материалами производителей – недопустима.

4.                      Индикаторные жидкости традиционно красного цвета, не вызывающие коррозию металла.

5.                      Время проникновения пенетранта в полость дефекта от 5 до 30 мин в зависимости от условий контроля и состава материала. 

6.                      В целях безопасности избегать контакта с кожей. В случае попадания в глаза обильно промыть проточной водой.

7.                      Срок годности материалов от 3 до 5 лет (дата указана на упаковках и в сертификатах качества).

В соответствии с         ГОСТ 31385–2016 контроль пробой "мел – керосин" проводят до сварки шва с внутренней стороны уторного шва (соединения стенки с днищем).

Капиллярный метод может быть использован в целях течеискания. Для этого поверхность стенки объекта порывают проявителем (на основе мела или каолина), а другую (противоположную) – пенетрантом. Если в данной зоне имеется сквозной дефект (течь), индикаторная жидкость через некоторое время проникнет сквозь него в проявитель и вызовет на противоположной поверхности различимый ахроматический след (рис. 25), который обнаруживается в видимом излучении на белом фоне непропитанного пенетрантом проявителя. 

Рис. 25. Ахроматический индикаторный след дефекта.

  Способ относительно прост, также называют меловой или керосино – меловой пробой, т.к. в качестве индикаторной жидкости чаще всего используется керосин (для улучшение цветовой восприимчивости керосин допускается подкрашивать).

В сфере неразрушающего контроля метод относительно прост, не требует ни высокой квалификации в области диагностики ни затрат на привлечение специалистов, ни расходов на средства контроля и в то же время позволяет своевременно, на этапе изготовления, обнаружить нарушение герметичности шва и принять меры по устранению дефектных мест.

Метод нашел широкое применение в контроле герметичности сварных швов резервуаров, топливных систем, баллонов и т.д.

Этапы капиллярного контроля

Условия контроля, включающие подготовку к контролю и настройку:

          Выбор дефектоскопических материалов производится в соответствии с действующим НТД, не ниже IV класса чувствительности и рабочей температурой от +10°С.

Ознакомиться с результатами предшествующего контроля. Убедиться в безопасности производимых работ. Проверить наличие контроледоступности и контролепригодности. Оборудование и вспомогательные инструменты должны иметь соответствующие сертификаты качества и действующие сведения о поверках (калибровках).

Контролируемая зона включает в себя сварной шов и прилегающие к нему участки основного металла шириной 20 мм. по обе стороны от шва. Контролируемая поверхность должна быть очищена от грязи, лакокрасочного покрытия, брызг металла и прочих загрязнений. Профилометром (или по образцам шероховатости) – произвести замер шероховатости контролируемой поверхности, которая должна быть не хуже Rz 25 мкм. Психрометром –  измерить относительную влажность воздуха, которая должна быть не более 90%. Освещение на участке контроля должно быть комбинированным не менее 500 лк., которое измеряется Люксметром. Термометром измерить температуру окружающего воздуха, допустимым является диапазон от +5 до +40°С. Пирометром – проверить температуру металла контролируемой поверхности, которая должна быть не выше +40°С.

Проверка качества набора дефектоскопических материалов. Для начала убедиться в пригодности образцов (контрольный и арбитражный) к работе (наличие действующей калибровки и отсутствие механических, а также коррозионных повреждений).

Проверить срок годности дефектоскопических материалов (соответствующая отметка на аэрозольных баллонах) ни один материал из набора не должен быть просрочен. Очистить поверхность рабочего образца при помощи входящего в набор дефектоскопических материалов очистителя  и безворсовой обтирочной ткани (бязевого типа).

Нанести на поверхность контрольного образца пенетрант из комплекта дефектоскопических материалов с расстояния от распылительной головки примерно в 300 мм. Выдержать пенетрант на поверхности контрольного образца 10 – 15 мин, не допуская его высыхания (для чего каждые 2 мин. повторять нанесение пенетранта на образец).

Удалить избыток пенетранта с поверхности образца тканью, смоченной в очистителе. Затем участок протереть сухой, желательно белого цвета, безворсовой тканью, убедиться в должном качестве удаления – ткань не должна быть окрашенной и влажной.

Очиститель распылять и поливать на поверхность объекта контроля запрещается.

Предварительно встряхнув аэрозольный баллон 2 – 3 мин. с целью перемещивания содержимого, нанести на контролируемую поверхность проявитель. Распыление производить с расстояния примерно 300 мм. Начинать распыление нужно в стороне от контролируемого участка, плавно переходя на контролируемую поверхность, не допуская наплывов проявителя (что может локально увеличивать его слой). Проявитель наносить тонким ровным слоем без подтеков и проблесков непокрытого металла, лучше нанести 2 – 3 тонких слоя чем один толстый. Осмотреть поверхность рабочего образца сразу после высыхания проявителя (до 5 мин.) и через 15 – 20 мин. Проверить соответствие полученной индикации с паспортом на образец. Если индикации совпадают, можно приступить к контролю. В противном случае повторить процедуру с задействованием арбитражного образца. При получении неудовлетворительного (отрицательного результата) заменить комплект дефектоскопических материалов. Приступить непосредственно к контролю.

Обезжирить контролируемую поверхность входящем в набор материалов очистителем. Контролируемая поверхность после обезжиривания должна быть осушена струей чистого сухого воздуха с температурой 50 – 80°С.

Промежуток времени между окончанием подготовки объекта к контролю и нанесением индикаторного пенетранта не должен превышать 30 мин. В течение этого времени должна быть исключена возможность конденсации атмосферной влаги и контролируемой поверхности, а также попадание на нее различных жидкостей и загрязнений.

Подробные указания по выполнению контроля:

Пенетрант следует наносить на контролируемую зону аэрозольным распылением, пример в 5 – 6 слоев, с расстояния от распылительной головки баллона до контролируемой поверхности примерно 300 мм. Выдержать пенетрант на поверхности не менее 10 мин. не допуская его высыхания (для чего каждые 2 мин. повторять нанесение пенетранта на контролируемую поверхность).

Этап удаления избыточного количества пенетранта с поверхности объекта контроля идентичен процедуре по проверке работоспособности материалов на контрольном образце. По истечении времени избыток индикаторной жидкости удалить с поверхности тканью смоченной в очистителе, затем участок протереть сухой, желательно белого цвета, безворсовой тканью, убедиться в должном качестве удаления – ткань не должна быть окрашенной и влажной. Время контакта очищающей жидкости с пенетрантом является критичным и оказывает существенное влияние на результат контроля, поэтому время удаления следует максимально минимизировать, при этом распылять и поливать очиститель на поверхность объекта контроля запрещено

           Проявитель следует наносить на контролируемую поверхность немедленно после удаления пенетранта, предварительно встряхнув баллон 2 – 3 мин. с целью восстановить взвешенное состояние частиц дисперсной фазы. Распыление производить с расстояния 250 – 300 мм. от контролируемой поверхности. Начинать распыление нужно в стороне от контролируемого участка, плавно переходя на контролируемую поверхность, не допуская наплывов проявителя (что может локально увеличивать его слой). Проявитель наносить тонким ровным слоем без подтеков и проблесков непокрытого металла, лучше нанести 2 – 3 тонких слоя чем один толстый. Распыление следует закончить, направив струю проявителя в сторону от объекта.

Последующие операции после контроля:

Осмотр контролируемой поверхности следует проводить через 20–30 мин. после высыхания проявителя. В случаях, вызывающих сомнение при осмотре контролируемой поверхности, следует использовать лупу 5 или 10–кратного увеличения. Обращать внимание на конфигурацию, цвет, контраст с фоном, место расположения, направление распространения и другие признаки дефектов.

Индикаторные следы дефектов подразделяются на две группы – протяженные и округлые: протяженный индикаторный рисунок характеризуется отношением длины к ширине больше 3, округлый – отношением длины к ширине равном или меньше 3.

           Отметить дефектные участки специальным цветным карандашом, результат контроля занести в протокол, дефектограмму.

Стабильность рабочих характеристик, прочность конструкции и безопасность продукта — ключевые критерии, на которые опираются наши инженеры при разработке любого нового продукта.