Ультразвуковой контроль сварных соединений трубопроводов

Методика ультразвукового контроля сварных соединений

Метод ультразвуковой дефектоскопии сварных швов применяется с 1930 года. С тех пор разработаны различные способы эхолокации. Они выявляют нарушение целостности диффузного слоя, соответствие наплавки основному металлу по химическому составу, выявляются шлаковые включения, оксидные примеси. Процедура УЗД (ультразвуковой диагностики) по точности результатов сопоставима с рентгеном, радиолокацией. Прибором выявляют самые мелкие дефекты, снижающие прочность соединений.

Среди неразрушающих методов контроля швов ультразвуковой стал самым доступным и эффективным, поставлен на поток. Результаты проверки работы сварщика заносятся в специальный журнал. Область применения ультразвукового контроля сварных соединений ограничена только геометрическими параметрами свариваемых деталей. Диагностируют швы трубопроводов, сосудов высокого давления, металлоконструкций, испытывающих большую нагрузку.

Теория УЗК сварных швов

Физическая основа метода ультразвукового контроля сварных швов основана на способности ультразвука отражаться от границы раздела сред. Ультразвук – упругие механические колебания, получаемые различными методами. Они находятся за пределами слышимости. Вредного воздействия на уши оператора-контролера излучатели не оказывают.

Ультразвуковая диагностика проводится в диапазоне от 20 кГц до 500 МГц. В однородной среде направленные волны распространяются с одинаковой скоростью. На фазовом переходе отражаются или преломляются подобно световому лучу. Скорость продольной волны во всех твердых средах почти в два раза превышает скорость поперечной.

Чувствительность у приборов разная, зависит от конструктивных особенностей. Но по сути волны способны отражаться от дефектов, которые равны длине волны или превосходят ее по размеру. Ультразвуком можно определить мелкие дефекты сварных соединений: несплошности, раковины, включения шлака или нерастворимые соединения, крупные зерна, повышающие хрупкость металла.

Преимущества и недостатки ультразвуковой дефектоскопии

Сначала о достоинствах:

• Это неразрушающий контроль, исследуемую часть конструкции не нужно отделять, разрезать, везти в лабораторию.
• Ультразвуковыми дефектоскопами для контроля сварных соединений можно пользоваться в лабораторных и полевых условиях.
• Методы применяются для однородных и разнородных соединений.
• Для исследования шва не требуется много времени, результат получают на месте.
• Приборы безопасны для человека, не оказывают вредного воздействия.
• Достоверность результатов очень высокая, диагностируются многие виды дефектов.

Недостатки связаны с необходимостью подготовки специалистов, ограничениями. Ультразвук затухает в крупнозернистых металлах. Необходимо использовать преобразователи с определенным радиусом кривизны подошвы.

Виды УЗК сварочных швов

Стыки прозвучивают по различной методике:

• прямым лучом;
• однократно отраженным;
• двукратно отраженным;
• многократно отраженным.

Направление луча в ультразвуковом методе контроля сварных соединений подбирают по нормали, на которой дефекты особенно опасны.

Основные способы локации:

1. Эхо-импульсная УЗД. Прибор настроен на излучение и прием волны. Если аудиволна не зафиксирована датчиком, все в порядке, в шве дефекты не обнаружены. Если зафиксировано отражение, есть раздел сред.
2. Эхо-зеркальный метод предусматривает применение датчика, генерирующего волну, и улавливающего приемника. Приборы устанавливают под углом к оси шва. Приемник ловит отраженные волны. По результатам диагностируют трещины в сварном соединении.
3. Теневая диагностика подразумевает прохождение ультраволн по всей площади шва, приемник устанавливается за сварным соединением. Если звук отражается, возвращается к излучателю, приемник фиксирует теневой участок.
4. Зеркально-теневая дефектоскопия – сочетание зеркального и теневого исследования. Комплект датчиков регистрирует отраженные звуковые колебания. Чистая волна — шов сделан без нарушений. Наличие глухой зоны – признак несплошностей.
5. Дельта-метод основан на воздействии направленным лучом. Дефекты определяются по отражению ультразвука, изменению траектории. Для точных результатов требуется деликатная настройка диагностического оборудования.

На практике чаще используют первый и третий методы. Неразрушающий контроль с использованием ультразвука выявляет брак, провоцирующий разгерметизацию сварных изделий. Считается эффективным способом профилактики аварийных ситуаций.

Область и возможности применения методики УЗК

Проверка проводится на соединениях цветных металлов, чугуне, углеродистой и легированной стали. С помощью диагностики УЗК сварных швов выявляют:

• пористость, связанную с насыщением расплава атмосферными газами;
• включения ржавчины;
• непровары;
• участки с нарушением геометрии детали;
• трещины в зоне термовлияния;
• несплошности различной природы;
• инородные включения в расплаве;
• структурные расслоения;
• неоднородность наплавленного слоя;
• складки наплавочного материала;
• свищи (сквозные дефекты);
• провисание диффузионного слоя за пределами стыка.

УЗК-контролю сварных соединений подвергают различные конструкционные элементы:

• тавровые швы;
• трубные и фланцевые кольцевые соединения;
• стыки любой конфигурации, включая сложные формы;
• продольные и поперечные швы, подвергающиеся разнонаправленным нагрузкам или испытывающим высокое давление.

В инструкциях по ультразвуковому контролю сварных соединений указаны ограничения диагностики, связанные со способностью ультразвука рассеиваться при прохождении через металлическую решетку.

Геометрический диапазон контроля:

• толщина проверяемых заготовок: mах 0,5–0,8 м, min 8–10 мм;
• расстояние до контролируемого шва или углубление: mах 10 м; min 3 мм.

Методика применяется в строительной отрасли, автомобильной промышленности, на предприятиях, где есть сосуды высокого давления, котлы, технологические трубопроводы.

Устройство и принцип работы ультразвукового дефектоскопа

У всех приборов есть генератор, излучатель и приемник ультразвука, усилитель сигнала. Устройства различаются по типу генераторов. Чаще используются пьезоэлементы. Ультразвуковой датчик посылает сигналы импульсно, с паузами до пяти микросекунд. Длительность настраивают в зависимости от плотности металла, структурных особенностей изыскиваемых дефектов. По отражению делается качественная и количественная оценка: выявляется дефект, глубина его образования, размеры.

Излучатель находится в подвижном щупе, он двигается вдоль и поперек исследуемых швов.

Точность диагностики зависит от чувствительности приемника, улавливающего прошедшую или отраженную волну. На границе сред волна меняет направление, оператор должен это учитывать. Проще определяются теневые участки – места, где волна отражается. Звуковой сигнал преобразуется в электрический, картинка выводится на осциллограф. Отраженная волна показывает пик, постоянная – прямую линию.

Проверка сварных швов ультразвуком

Технология проверки регламентирована ГОСТ Р 55724-2013. Операторам-контролерам выдают удостоверения. Перед проверкой им проводят инструктаж по ТБ. Проверять приходится соединения, расположенные в труднодоступных местах. Прибор обязательно заземляется. Оценка результатов проводится по нескольким критериям. В журнал ультразвукового контроля качества заносятся следующие данные:

• протяженность контролируемого сварного шва;
• описание дефекта (ширина, высота, форма);
• диапазон пропускаемой волны.

Для диагностики проводится зачистка исследуемой области (валик плюс область термовлияния). Для лучшей проходимости ультразвука на поверхности создают маслянистую пленку. Прибор настраивают по стандарту. Поиск отраженного или пропускаемого сигнала проходит на максимальной амплитуде. В зависимости от важности соединения контроль проводится за один или два прохода.

Ультразвуковой контроль сварных соединений трубопроводов

А.А. Сельский, канд. техн. наук, вед. специалист, nondist@mail.ru (ЧОУ ДПО НУЦ «Регионтехсервис», Красноярск, Россия),
Е.Е. Мельчикова, специалист (ООО «РТС-НК», Красноярск, Россия),
В.А. Сельский, специалист (ООО «ИКЦ «Индустрия», Красноярск, Россия)

В условиях, когда владельцы опасных производственных объектов при техническом диагностировании технологических трубопроводов с толщиной стенки менее 8 мм по объективным причинам не разрешают применять рентгенографию сварных соединений, требуя заменить ее ультразвуковым контролем, специалисты встают перед проблемой выбора стандарта, в котором определены нормы чувствительности и разбраковки результатов. Часто дефектоскописты ошибочно применяют единую норму предельно допустимой эквивалентной площади 1,6 кв. мм для всех вариантов толщины менее 10 мм, в том числе и менее 8 мм. Это приводит к тому, что безопасность многих таких трубопроводов после их обследования остается негарантированной. Поэтому назрела необходимость внесения изменений в ГОСТ 32569—2013 в части нормирования ультразвукового контроля сварных соединений технологических трубопроводов с толщиной стенки от 2 до 8 мм.

В России изначально принята система, в которой технологию неразрушающего контроля (НК) определяет общий стандарт. Например, для ультразвукового контроля (УК) сварных соединений — ГОСТ Р 55724-2013 [1]. А нормы чувствительности и браковки для конкретных видов объектов устанавливают ведомственные руководящие документы, например [2–4]. Зарубежные системы НК принципиально отличаются от российских. Так, документы [5, 6] представляют технологию и уровни контроля сварных соединений ультразвуком, а [7, 8] содержат уровни приемки, которые для конкретных объектов либо устанавливаются надзорным органом, либо выбираются заказчиком контроля или страховой компанией. Но нормативы [5–8] строго ограничивают применение ультразвука по толщине соединения — не менее 8 мм независимо от назначения объекта. Видимо, поэтому авторам не удалось найти какиелибо зарубежные публикации на тему УК сварных
соединений технологических трубопроводов с толщиной стенки менее 8 мм. Российский стандарт [1] не ограничивает применение УК по значению толщины соединения, и для ряда подобных объектов в нашей стране действуют нормативные документы, регламентирующие УК при толщине стенки от 4 [9, 10] и даже от 2 мм [3, 11]. С одной стороны, это говорит о том, что российская система УК более маневренна, но с другой — это подчас ставит дефектоскопистов перед необходимостью логического выбора стандарта, в котором определены нормы браковки, что чревато ошибками, чему и посвящена данная статья.

Цели работы: изыскание, обоснование и популяризация логического выбора параметров УК сварных соединений технологических трубопроводов с толщиной стенки менее 8 мм в условиях отказа от радиографического метода.

Согласно требованиям ГОСТ 32569—2013 [2] УК сварных соединений технологических трубопроводов регламентирован, начиная от толщины стенки 8 мм. А для более тонких стенок предусмотрен только рентген. Но некоторые крупные организации — владельцы оборудования предпочитают отказываться от радиационных методов и настаивают на замене рентгена ультразвуком. Это требование, например, со стороны руководства предприятий ПАО «НК «Роснефть» представляется вполне оправданным: работы по диагностированию большого числа трубопроводов наряду с другими мероприятиями проводятся, как правило, в период капитальных ремонтов нефтеперерабатывающих установок в круглосуточном режиме и в сжатые сроки, и требование вывода посторонних лиц из зоны контроля на время рентгеновских съемок сильно замедляет работу других подразделений, участвующих в ремонтных работах. Но при этом у дефектоскопистов-акустиков нет специального нормативного документа, четко регламентирующего нормы чувствительности и разбраковки результатов УК трубопроводов с малыми значениями толщины стенки.

Для изложения сути проблемы рассмотрим п. 12.3.11 ГОСТ 32569—2013 [2], касающийся оценки качества сварных соединений по результатам УК, включая табл. 12.5.

Отметим, что в последнем абзаце данного пункта перед таблицей в скобках допущена опечатка: вместо союза «или» должна стоять запятая, как в документах [12, 13], предшествовавших данному стандарту. Молодых специалистов, не заставших периоды действия указанных документов, такая опечатка вводит в недоумение: в отношении трубопроводов I категории сказанное в скобках противоречит основному смыслу абзаца. Но главное — не в этом.

Вынужденный отказ от применения рентгена ставит специалистов УК перед необходимостью выбора норм чувствительности и браковки. Согласно ПБ 03-440—02 [14] и соответствующим международным документам [15, 16] у специалиста II и даже III уровня нет полномочий на самостоятельную разработку таких норм, они должны быть предоставлены ему документально. По результатам анализа около 150 заключений, выполненного при экспертизе промышленной безопасности технологических трубопроводов на одном из предприятий ПАО «НК «Роснефть», в зависимости от вариантов выбранных норм специалистов УК можно разделить на три группы.

Первая группа напрямую или через методический документ [11] ориентируется на нормы [3], действующие на объектах котлонадзора и предусматривающие УК при толщине стенки трубопровода h от 2 мм. При оформлении заключений они добавляют соответствующий документ в перечень использованных. Такой вариант представляется наиболее логичным, так как нормы [3] — очень жесткие и достаточно подробно проградуированы по значениям толщины.

Вторая группа опирается на нормы СТО 00220256-005—2005 [10], которые для малых толщин практически совпадают с нормами [3]. Но, во-первых, это другой тип объектов, потому ссылка в заключениях на данный документ формально не оправдана; во-вторых, нормы [10] регламентируют УК при толщине от 4 мм, поэтому значения толщины 2,5 и 3,5 мм остаются неохваченными.

Специалисты первой и второй групп понимают, что с переходом к более тонким стенкам трубопроводов предельно допустимая эквивалентная площадь дефекта Sэ должна снижаться как по соображениям обеспечения прочности и безопасности объекта, так и по чисто геометрическим условиям. Для примера на рис. 1 показана усредненная кривая, связывающая Sэ с h в области ее малых значений по нормам [3]. Снижение Sэ предполагает, что чувствительность дефектоскопа необходимо повышать на величину, определяемую по формуле:

где ΔА — надбавка к чувствительности прибора, дБ, которая должна вводиться при переходе от некоторого исходного значения предельно допустимой эквивалентной площади Sэ0 к меньшему Sэi. На рис. 1 она показана отдельной шкалой.

Третья группа дефектоскопистов, выделяя из контекста документов [2], [12] либо [13] фразу «1,6 кв. мм — при толщине стенки трубы до 10 мм включительно», применяет эту норму Sэ для всех вариантов толщины менее 10 мм. Но это — грубая ошибка.

Дефектоскописты третьей группы не учитывают, что при переходе ко все более малым значениям h (рис. 2, здесь 1 — возможные значения толщины стенки трубопровода h, мм; 2 — точки ввода УК; 3 — остаточная толщина «живого» металла hост, мм; 4 — дисковый отражатель с эквивалентной площадью Sэ = 1,6 кв. мм) с неизменным значением Sэ = 1,6hост также пойдет на снижение и на определенном этапе станет меньше нижнего предела h, который указан в конструкторской документации и регулярно пересчитывается при экспертизах промышленной безопасности. Иными словами, для толщинометрии область такой модели дефекта недопустима, а для дефектоскопии — нормальна. И такое противоречие явно неприемлемо.

Вызывает тревогу тот факт, что только на одном предприятии и в отношении только одной нефтеперерабатывающей установки обнаружено несколько десятков таких заключений, выданных в разные годы различными диагностическими организациями. Это, к сожалению, свидетельствует о весьма широком распространении такого опасного заблуждения.

Для обеспечения единого и однозначного подхода к оценке качества сварных соединений технологических трубопроводов с h до 8 мм необходимо внести изменения или дополнения в ГОСТ 32569—2013 [2] в части нормирования УК в этой области (с исправлением вышеуказанной опечатки).

До внесения этих изменений (дополнений) учебным центрам и независимым органам по аттестации персонала в области НК при подготовке специалистов УК для контроля технологических трубопроводов рекомендуется уделять особое внимание вопросу важности дифференцированного подхода к нормам браковки в зависимости от толщины стенки объекта и логического выбора этих норм.

Независимым органам по аттестации лабораторий НК при проверках служб контроля и консультациях также рекомендуется уделять внимание логическому выбору норм УК сварных соединений технологических трубопроводов с h до 8 мм в тех условиях, когда рентген запрещен или невозможен.

Отмечена еще одна область разногласий в части УК технологических трубопроводов — касательно контроля соединений из аустенитной стали. Но это — специфическая проблема, требующая отдельного рассмотрения.

Ультразвуковой контроль сварных швов, и как он проводится

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации различных объектов со сварными соединениями все швы необходимо подвергать регулярной проверке. Вне зависимости от их новизны или давнего срока эксплуатации металлические соединения проверяются различными методами дефектоскопии. Наиболее действенным методом является УЗД – ультразвуковая диагностика, которая превосходит по точности полученных результатов рентгенодефектоскопию, гамма-дефектоскопию, радио-дефектоскопию и др.

Это далеко не новый (впервые УЗК проведен в 1930 году) метод, но является очень популярным и используется практически повсеместно. Это обусловлено тем, что наличие даже небольших дефектов сварочных соединений приводит к неизбежной утрате физических свойств, таких как прочность, а со временем к разрушению соединения и непригодности всей конструкции.

Теория акустической технологии

Ультразвуковая волна при УЗД не воспринимается ухом человека, но она является основой для многих диагностических методов. Не только дефектоскопия, но и другие диагностические отрасли используют различные методики на основе проникновения и отражения ультразвуковых волн. Особенно они важны для тех отраслей, в которых основным является требование о недопустимости нанесения вреда исследуемому объекту в процессе диагностики (например, в диагностической медицине). Таким образом, ультразвуковой метод контроля сварных швов относиться к неразрушающим методам контроля качества и выявления места локализации тех или иных дефектов (ГОСТ 14782-86).

Качество проведения УЗК зависит от многих факторов, таких как чувствительность приборов, настройка и калибровка аппарата, выбор более подходящего метода проведения диагностики, от опыта оператора и других. Контроль швов на пригодность (ГОСТ 14782-86) и допуск объекта к эксплуатации не возможен без определения качества всех видов соединений и устранения даже мельчайшего дефекта.

Определение

Ультразвуковой контроль сварных швов – это неразрушающий целостности сварочных соединений метод контроля и поиска скрытых и внутренних механических дефектов не допустимой величины и химических отклонений от заданной нормы. Методом ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) проводится диагностика разных сварных соединений. УЗК является действенным при выявлении воздушных пустот, химически не однородного состава (шлаковые вложения в металле) и выявления присутствия не металлических элементов.

Принцип работы

Ультразвуковая технология испытания основана на способности высокочастотных колебаний (около 20 000 Гц) проникать в металл и отражаться от поверхности царапин, пустот и других неровностей. Искусственно созданная, направленная диагностическая волна проникает в проверяемое соединение и в случае обнаружения дефекта отклоняется от своего нормального распространения. Оператор УЗД видит это отклонение на экранах приборов и по определенным показаниям данных может дать характеристику выявленному дефекту. Например:

• расстояние до дефекта – по времени распространения ультразвуковой волны в материале;
• относительный размер дефекта – по амплитуде отраженного импульса.

На сегодняшний день в промышленности применяют пять основных методов проведения УЗК (ГОСТ 23829 – 79), которые отличаются между собой только способом регистрации и оценки данных:

• Теневой метод. Заключается в контроле уменьшения амплитуды ультразвуковых колебаний прошедшего и отраженного импульсов.
• Зеркально-теневой метод. Обнаруживает дефекты швов по коэффициенту затухания отраженного колебания.
• Эхо-зеркальный метод или “Тандем”. Заключается в использовании двух аппаратов, которые перекликаются в работе и с разных сторон подходят к дефекту.
• Дельта-метод. Основывается на контроле ультразвуковой энергии, переизлученной от дефекта.
• Эхо-метод. Основан на регистрации сигнала отраженного от дефекта.

Откуда колебания волны?

Практически все приборы для диагностики методом ультразвуковых волн устроены по схожему принципу. Основным рабочим элементом является пластина пьезодатчика из кварца или титанита бария. Сам пьезодатчик прибора для УЗД расположен в призматической искательной головке (в щупе). Щуп располагают вдоль швов и медленно перемещают, сообщая возвратно-поступательное движение. В это время к пластине подводится высокочастотный ток (0,8—2,5 Мгц), вследствие чего она начинает излучать пучки ультразвуковых колебаний перпендикулярно своей длине.

Отраженные волны воспринимаются такой же пластиной (другим принимающим щупом), которая преобразует их в переменный электрический ток и он сразу отклоняет волну на экране осциллографа (возникает промежуточный пик). При УЗК датчик посылает переменные короткие импульсы упругих колебаний разной длительности (настраиваемая величина, мкс) разделяя их более продолжительными паузами (1—5 мкс). Это позволяет определить и наличие дефекта, и глубину его залегания.

Процедура проведения дефектоскопии

1. Удаляется краска и ржавчина со сварочных швов и на расстоянии 50 – 70 мм с двух сторон.
2. Для получения более точного результата УЗД требуется хорошее прохождение ультразвуковых колебаний. Поэтому поверхность металла около шва и сам шов обрабатываются трансформаторным, турбинным, машинным маслом или солидолом, глицерином.
3. Прибор предварительно настраивается по определенному стандарту, который рассчитан на решения конкретной задачи УЗД. Контроль:
4. толщины до 20 мм – стандартные настройки (зарубки);
5. свыше 20 мм – настраиваются АРД-диаграммы;
6. качества соединения – настраиваются AVG или DGS-диаграммы.
7. Искатель перемещают зигзагообразно вдоль шва и при этом стараются повернуть вокруг оси на 10-15 0 .
8. При появлении устойчивого сигнала на экране прибора в зоне проведения УЗК, искатель максимально разворачивают. Необходимо проводить поиск до появления на экране сигнала с максимальной амплитудой.
9. Следует уточнить: не вызвано ли наличие подобного колебания отражением волны от швов, что часто бывает при УЗД.
10. Если нет, то фиксируется дефект и записываются координаты.
11. Контроль сварных швов проводится согласно ГОСТу за один или два прохода.
12. Тавровые швы (швы под 90 0) проверяются эхо-методом.
13. Все результаты проверки дефектоскопист заносит в таблицу данных, по которой можно будет легко повторно обнаружить дефект и устранить его.

Иногда для определения более точного характера дефекта характеристики от УЗД не хватает и требуется применить более развернутые исследования, воспользовавшись рентгенодефектоскопией или гамма-дефектоскопией.

Рамки применения данной методики при выявлении дефектов

Контроль сварочных швов, основанный на УЗД довольно четкий. И при правильно проведенной методике испытания шва дает полностью исчерпывающий ответ по поводу имеющегося дефекта. Но рамки применения УЗК так же имеет.

С помощью проведения УЗК возможно выявить следующие дефекты:

• Трещины в околошовной зоне;
• поры;
• непровары шва;
• расслоения наплавленного металла;
• несплошности и несплавления шва;
• дефекты свищеобразного характера;
• провисание металла в нижней зоне сварного шва;
• зоны, пораженные коррозией,
• участки с несоответствием химического состава,
• участки с искажением геометрического размера.

Подобную УЗД возможно осуществить в следующих металлах:

• чугун;
• медь;
• аустенитные стали;
• легированные стали;
• и в металлах, которые плохо проводят ультразвук.

УЗД проводится в геометрических рамках:

Проверки подвергаются следующие виды швов:

• плоские швы;
• продольные швы;
• кольцевые швы;
• сварные стыки;
• тавровые соединения;
• сварные трубы.

Пескоструйная очистка поможет избавиться от многих загрязнений металла. Подробнее об этом читайте здесь.

Основные области использования данной методики

Не только в промышленных отраслях используют ультразвуковой метод контроля целостности швов. Данную услугу – УЗД заказывают и в частном порядке при строительстве или реконструкции домов.

УЗК чаще всего применяется:

• в области аналитической диагностики узлов и агрегатов;
• когда необходимо определить износ труб в магистральных трубопроводах;
• в тепловой и атомной энергетике;
• в машиностроении, в нефтегазовой и химической промышленности;
• в сварных соединениях изделий со сложной геометрией;
• в сварных соединениях металлов с крупнозернистой структурой;
• при установке (сварки соединений) котлов и узлов оборудования, которое поддается влиянию высоких температур и давления или влиянию различных агрессивных сред;
• в лабораторных и полевых условиях.

Испытания в полевых условиях

Ультразвуковой контроль сварных соединений трубопроводов

ГОСТ Р 55724-2013

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОНТРОЛЬ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ. СОЕДИНЕНИЯ СВАРНЫЕ

Non-destructive testing. Welded joints. Ultrasonic methods

Дата введения 2015-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным предприятием «Научно-исследовательский институт мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта» (НИИ мостов), Государственным научным центром РФ «Открытое акционерное общество «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»), Федеральным государственным автономным учреждением «Научно-учебный центр «Сварка и контроль» при Московском государственном техническом университете им.Н.Э.Баумана»

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 371 «Неразрушающий контроль»

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы ультразвукового контроля стыковых, угловых, нахлесточных и тавровых соединений с полным проваром корня шва, выполненных дуговой, электрошлаковой, газовой, газопрессовой, электронно-лучевой, лазерной и стыковой сваркой оплавлением или их комбинациями, в сварных изделиях из металлов и сплавов для выявления следующих несплошностей: трещин, непроваров, пор, неметаллических и металлических включений.

Настоящий стандарт не регламентирует методы определения реальных размеров, типа и формы выявленных несплошностей (дефектов) и не распространяется на контроль антикоррозионных наплавок.

Необходимость проведения и объем ультразвукового контроля, типы и размеры несплошностей (дефектов), подлежащих обнаружению, устанавливаются в стандартах или конструкторской документации на продукцию.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.001 Система стандартов безопасности труда. Ультразвук. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.003 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.004 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.2.003 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.002 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 2789 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 18353* Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов
________________
* Утратил силу. Действует ГОСТ Р 56542-2015.

ГОСТ 18576-96 Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые

ГОСТ Р 55725 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые пьезоэлектрические. Общие технические требования

ГОСТ Р 55808 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

3.1 В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 А-развертка: Форма представления ультразвукового сигнала на экране ультразвукового прибора, при котором ось абсцисс представляет время, а ось ординат — амплитуду.

3.1.2 акустическая ось: Линия, соединяющая точки максимальной интенсивности акустического поля в дальней зоне преобразователя и ее продолжения в ближней зоне.

3.1.3 АРД-диаграмма: Графическое изображение зависимости амплитуды отраженного сигнала от глубины залегания плоскодонного искусственного отражателя с учетом его размера и типа преобразователя.

3.1.4 боковое цилиндрическое отверстие: Цилиндрический отражатель, расположенный параллельно поверхности ввода.

3.1.5 дефект: Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.

3.1.6 иммерсионный способ: Акустический контакт через слой жидкости, толщиной больше пространственной длительности акустического импульса для импульсного излучения или нескольких длин волн для непрерывного излучения.

3.1.7 контактный способ: Акустический контакт через слой вещества толщиной менее половины длины волны.

3.1.8 контролепригодность: Свойство объекта, характеризующее его пригодность к проведению диагностирования (контроля) заданными средствами диагностирования (контроля).

3.1.9 мера (калибровочный образец): Образец из материала определенного состава с заданными чистотой обработки поверхности, режимом термообработки, геометрической формой и размерами, предназначенный для калибровки (поверки) и определения параметров ультразвукового прибора неразрушающего контроля.

3.1.10 мертвая зона: Область, прилегающая к поверхности ввода, в пределах которой не регистрируются эхо-сигналы от несплошностей.

3.1.11 настроечный образец: Образец, изготовленный из материала, аналогичного материалу объекта контроля, содержащий определенные отражатели; используется для настройки амплитудной и (или) временной шкалы ультразвукового прибора.

3.1.12 несплошность: Нарушение однородности материала.

3.1.13 плоскодонный отражатель: Плоский отражатель, имеющий форму диска.

3.1.14 преобразователь: Электроакустическое устройство, имеющее в своем составе один или более активных элементов и предназначенное для излучения и (или) приема ультразвуковых волн.

3.1.15 стрела преобразователя: Расстояние от точки выхода луча наклонного преобразователя до его передней грани.

3.1.16 точка выхода луча: Точка пересечения акустической оси преобразователя с его рабочей поверхностью.

3.1.17 щелевой способ: Акустический контакт через слой жидкости, толщиной порядка длины волны.

3.1.18 электромагнитоакустический преобразователь; ЭМА-преобразователь: Преобразователь, принцип действия которого основан на явлении магнитной индукции (эффекте Лоренца) или магнитострикции материала объекта контроля, при котором электрические колебания преобразуются в звуковую энергию или наоборот.

3.1.19 SKH-диаграмма: Графическое изображение зависимости коэффициента выявляемости от глубины залегания плоскодонного искусственного отражателя с учетом его размера и типа преобразователя.

3.1.20 браковочный уровень чувствительности: Уровень чувствительности, при котором принимается решение об отнесении выявленной несплошности к классу «дефект».

3.1.21 дифракционный способ: Способ ультразвукового контроля методом отражений, использующий раздельные излучающий и приемный преобразователи и основанный на приеме и анализе амплитудных и/или временных характеристик сигналов волн, дифрагированных на несплошности.

3.1.22 контрольный уровень чувствительности (уровень фиксации): Уровень чувствительности, при котором производят регистрацию несплошностей и оценку их допустимости по условным размерам и количеству.

3.1.23 опорный сигнал: Сигнал от искусственного или естественного отражателя в образце из материала с заданными свойствами или сигнал, прошедший контролируемое изделие, который используют при определении и настройке опорного уровня чувствительности и/или измеряемых характеристик несплошности.

3.1.24 опорный уровень чувствительности: Уровень чувствительности, при котором опорный сигнал имеет заданную высоту на экране дефектоскопа.

3.1.25 погрешность глубиномера: Погрешность измерения известного расстояния до отражателя.

3.1.26 поисковый уровень чувствительности: Уровень чувствительности, устанавливаемый при поиске несплошностей.

3.1.28 угол ввода: Угол между нормалью к поверхности, на которой установлен преобразователь, и линией, соединяющей центр цилиндрического отражателя с точкой выхода луча при установке преобразователя в положение, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя наибольшая.

3.1.29 условный размер (протяженность, ширина, высота) дефекта: Размер в миллиметрах, соответствующий зоне между крайними положениями преобразователя, в пределах которой фиксируют сигнал от несплошности при заданном уровне чувствительности.

3.1.30 условное расстояние между несплошностями: Минимальное расстояние между положениями преобразователя, при которых амплитуды эхо-сигналов от несплошностей фиксируются при заданном уровне чувствительности.

3.1.31 условная чувствительность контроля эхо-методом: Чувствительность, которую определяют по мере СО-2 (или СО-3Р) и выражают разностью в децибелах между показанием аттенюатора (калиброванного усилителя) при данной настройке дефектоскопа и показанием, соответствующим максимальному ослаблению (усилению), при котором цилиндрическое отверстие диаметром 6 мм на глубине 44 мм фиксируется индикаторами дефектоскопа.

3.1.32 шаг сканирования: Расстояние между соседними траекториями перемещения точки выхода луча преобразователя на поверхности контролируемого объекта.

3.1.33 эквивалентная площадь несплошности: Площадь плоскодонного искусственного отражателя, ориентированного перпендикулярно акустической оси преобразователя и расположенного на том же расстоянии от поверхности ввода, что и несплошность, при которой значения сигнала акустического прибора от несплошности и отражателя равны.

3.1.34 эквивалентная чувствительность: Чувствительность, выражаемая разностью в децибелах между значением усиления при данной настройке дефектоскопа и значением усиления, при котором амплитуда эхо-сигнала от эталонного отражателя достигает заданного значения по оси ординат развертки типа A.

4 Обозначения и сокращения

4.1 В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

— условная высота дефекта;

— условная протяженность дефекта;

— условное расстояние между дефектами;

— условная ширина дефекта;

— шаг поперечного сканирования;

— шаг продольного сканирования.

4.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

БЦО — боковое цилиндрическое отверстие;

НО — настроечный образец;

ПЭП — пьезоэлектрический преобразователь;

УЗ — ультразвук (ультразвуковой);

УЗК — ультразвуковой контроль;

ЭМАП — электромагнитоакустический преобразователь.

5 Общие положения

5.1 При УЗК сварных соединений применяют методы отраженного излучения и прошедшего излучения по ГОСТ 18353, а также их сочетания, реализуемые способами (вариантами методов), схемами прозвучивания, регламентированными настоящим стандартом.

5.2 При УЗК сварных соединений используют следующие типы УЗ волн: продольные, поперечные, поверхностные, продольные подповерхностные (головные).

5.3 Для УЗК сварных соединений используют следующие средства контроля:

— УЗ импульсный дефектоскоп или аппаратно-программный комплекс (далее — дефектоскоп);

— преобразователи (ПЭП, ЭМАП) по ГОСТ Р 55725 или нестандартизированные преобразователи (в том числе — многоэлементные), аттестованные (калиброванные) с учетом требований ГОСТ Р 55725;

— меры и/или НО для настройки и проверки параметров дефектоскопа.

Дополнительно могут быть использованы вспомогательные приспособления и устройства для соблюдения параметров сканирования, измерения характеристик выявленных дефектов, оценки шероховатости и др.

5.4 Дефектоскопы с преобразователями, меры, НО, вспомогательные приспособления и устройства, используемые для УЗК сварных соединений, должны обеспечивать возможность реализации методов и способов УЗК из числа содержащихся в настоящем стандарте.

5.5 Средства измерений (дефектоскопы с преобразователями, меры и др.), используемые для УЗК сварных соединений, подлежат метрологическому обеспечению (контролю) в соответствии с действующим законодательством.

5.6 Технологическая документация на УЗК сварных соединений должна регламентировать: типы контролируемых сварных соединений и требования к их контролепригодности; требования к квалификации персонала, выполняющего УЗК и оценку качества; необходимость УЗК околошовной зоны, ее размеры, методику контроля и требования к качеству; зоны контроля, типы и характеристики дефектов, подлежащих выявлению; методы контроля, типы применяемых средств и вспомогательного оборудования для контроля; значения основных параметров контроля и методики их настройки; последовательность проведения операций; способы интерпретации и регистрации результатов; критерии оценки качества объектов по результатам УЗК.

6 Способы контроля, схемы прозвучивания и способы сканирования сварных соединений

6.1 Способы контроля

При УЗК сварных соединений применяют следующие способы (варианты методов) контроля: эхо-импульсный, зеркально-теневой, эхо-теневой, эхо-зеркальный, дифракционный, дельта (рисунки 1-6).

Допускается применение других способов УЗК сварных соединений, достоверность которых подтверждена теоретически и экспериментально

Способы УЗК реализуют с помощью преобразователей, включенных по совмещенной или раздельной схемам.

1. НАЗНАЧЕНИЕ МЕТОДА

1.1. Ультразвуковой контроль предназначен для выявления в сварных швах и околошовной зоне трещин, непроваров, несплавлений, пор, шлаковых включений и других видов дефектов без расшифровки их характера, но с указанием координат, условных размеров и количества обнаруженных дефектов.

1.2. Ультразвуковой контроль проводится при температуре окружающего воздуха от +5°С до +40°С. В случаях подогрева контролируемого изделия в зоне перемещения искателя до температур от +5°С до +40°С разрешается проведение контроля при температурах окружающего воздуха до минус 10°С. При этом должны применяться дефектоскопы и искатели, сохраняющие работоспособность (по паспортным данным) при температурах от минус 10°С и ниже.

1.3. Ультразвуковой контроль проводят при любых пространственных положениях сварного соединения.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ДЕФЕКТОСКОПИСТАМ И УЧАСТКУ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

2.1. Требования к дефектоскопистам по ультразвуковому контролю.

2.1.1. Ультразвуковой контроль должен проводиться группой из двух дефектоскопистов.

2.1.2. К проведению ультразвукового контроля допускаются лица, прошедшие теоретическую и практическую подготовку на специальных курсах (в учебном комбинате) в соответствии с программой, утвержденной в установленном порядке, имеющие удостоверение на право проведения контроля и выдачи заключения о качестве сварных швов по результатам ультразвукового контроля. Дефектоскописты должны проходить переаттестацию не реже одного раза в год, а также при перерыве в работе более 6 месяцев и перед допуском к работе после временного отстранения за низкое качество работ.

Для проведения переаттестации по месту работы рекомендуется следующий состав аттестационной комиссии: главный сварщик треста, начальник сварочной лаборатории треста, начальник учебных курсов, руководитель группы или старший инженер по ультразвуковой дефектоскопии, инженер по технике безопасности. Результаты переаттестации оформляются протоколами и фиксируются в удостоверении дефектоскописта.

2.1.3. Руководство работами по ультразвуковому контролю должны осуществлять инженерно-технические работники или дефектоскописты не ниже 5 разряда, имеющие стаж работы по данной специальности не менее трех лет.

2.2. Требования к участку ультразвукового контроля сварочной лаборатории.

2.2.1. Участок ультразвукового контроля должен иметь производственные площади, обеспечивающие размещение рабочих мест дефектоскопистов, оборудования и принадлежностей.

2.2.2. На участке ультразвукового контроля размещают:

ультразвуковые дефектоскопы с комплектом стандартных искателей;

распределительный щит от сети переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В ± 10%, 36 В ± 10%, переносные колодки сетевого питания, заземляющие шины;

стандартные и испытательные образцы, вспомогательные устройства для проверки и настройки дефектоскопистов с искателями;

наборы слесарного, электромонтажного и измерительного инструмента, принадлежности (мел, цветные карандаши, бумага, краски);

контактную жидкость, масленку, обтирочный материал, фальцевую кисть;

рабочие столы и верстаки;

стеллажи и шкафы для хранения дефектоскопов с комплектом искателей, образцов, материалов и документации.

3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

3.1. При работе с ультразвуковыми дефектоскопами необходимо выполнять требования безопасности и производственной санитарии в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75; СНиП III-4-80, «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденными Госэнергонадзором СССР 12.04.1969 г. с внесенными дополнениями и изменениями и «Санитарными нормами и правилами при работе с оборудованием, создающим ультразвук, передаваемый контактным путем на руки работающих № 2282-80», утвержденными Министерством здравоохранения СССР.

3.4. Дефектоскопистам запрещается вскрывать подключенный к источнику питания дефектоскоп и производить его ремонт, ввиду наличия блока с высоким напряжением.

3.5. Запрещается проведение контроля вблизи мест выполнения сварочных работ без ограждения светозащитными экранами.

3.6. Запрещается применять масло в качестве контактной жидкости при проведении ультразвукового контроля вблизи мест кислородной резки и сварки, а также в помещениях для хранения баллонов с кислородом.

3.7. При проведении работ по высоте, в стесненных условиях рабочие места должны обеспечивать дефектоскописту удобный доступ к сварному соединению при соблюдении условий безопасности (сооружение лесов, подмостей, использование касок, монтажных поясов, спецодежды). Запрещается проведение контроля без устройств защиты от воздействия атмосферных осадков на дефектоскописта, аппаратуру и место контроля.

3.8. Дефектоскописты не реже одного раза в год должны проходить медицинские осмотры в соответствии с приказом Министерства здравоохранения СССР № 400 от 30 мая 1969 г. и «Лечебно-профилактическими мероприятиями по улучшению состояния здоровья и условий труда операторов ультразвукового контроля», утвержденными Министерством здравоохранения СССР 15 марта 1976 г.

3.9. К работам по ультразвуковой дефектоскопии допускаются лица в возрасте не моложе 18 лет, прошедшие инструктаж по технике безопасности с регистрацией в журнале по установленной форме. Инструктаж должен проводиться периодически в сроки, установленные приказом по организации (трест, монтажное управление, завод).

3.10. Администрация организации, проводящей ультразвуковой контроль, обязана обеспечить выполнение требований техники безопасности.

3.11. При нарушении правил техники безопасности дефектоскопист должен быть отстранен от работы и вновь допущен к ней после дополнительного инструктажа.

4. ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРЕ И МАТЕРИАЛАМ

4.1. Для контроля рекомендуется использовать ультразвуковые импульсные дефектоскопы УДМ-1М и УДМ-3, выпущенные не ранее 1975 года, ДУК-66П (ДУК-66ПМ), УД-10П, УД-10УА, УД-24, специализированный комплект «ЭХО» («ЭХО-2») или другие дефектоскопы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 14782-76. Основные технические характеристики дефектоскопов приведены в справочном приложении 1 .

4.2. Для проведения контроля качества сварных швов в труднодоступных местах (в стесненном пространстве, на высоте) на строительных или монтажных площадках рекомендуется использовать облегченные малогабаритные дефектоскопы: комплект «ЭХО» («ЭХО-2») или другие аналогичные приборы.

4.3. Дефектоскопы должны быть укомплектованы типовыми или специальными наклонными искателями с углами призм для оргстекла 30°, 40°, 50°, 53°, 54° (55°) на частоты 1,25 (1,8); 2,5; 5,0 МГц и прямыми искателями на частоты 2,5 и 5,0 МГц. Допускается применение искателей других типов с призмами из других материалов. При этом углы призм искателей выбирают такими, чтобы соответствующие им углы ввода были равны углам ввода искателей с призмами из оргстекла.

4.4. Для проверки основных параметров дефектоскопов и искателей, а также параметров контроля в состав комплекта аппаратуры должны быть включены стандартные образцы №№ 1, 2, 3 — по ГОСТ 14782-76 или комплект контрольных образцов и вспомогательных устройств (КОУ-2) по ТУ 25-06.1847-78. Помимо этого должны быть изготовлены испытательные образцы с искусственными отражателями для настройки дефектоскопов.

4.5. Для оценки работоспособности дефектоскопов и искателей на участке ультразвукового контроля следует периодически проверять их основные параметры на соответствие паспортным данным, о чем делают запись в документации на прибор. Вновь полученные дефектоскопы и искатели, у которых параметры не проверены, использовать при контроле не разрешается.

4.7. Условную чувствительность и погрешность глубиномера проверяют по стандартным образцам №№ 1, 2 ( черт. 1 , 3 ). Линейность развертки проверяют по методике, изложенной в рекомендуемом приложении 2 .

4.9. Дефектоскопы считаются пригодными к работе, если значения проверенных параметров ( п. 4.6 .) соответствуют значениям, указанным в паспорте на прибор.

4.10. Искатели следует считать пригодными к работе, если значения проверенных параметров ( п. 4.8 .) не превышают допустимых значений отклонений, указанных в разделе 1 ГОСТ 14782-76.

4.11. Дефектоскопы и искатели, у которых результаты проверки значений параметров оказались неудовлетворительными, подлежат ремонту или замене новыми. Ремонт дефектоскопов, за исключением неисправностей, оговоренных инструкцией по эксплуатации прибора, должен производиться специалистами завода-изготовителя или в специализированных мастерских.

Стандартный образец №3

1 — максимальная амплитуда отраженного сигнала; 2 — точка выхода ультразвукового луча; n — стрела искателя

Стандартный образец №2

1 — шкала; 2 — блок из стали марки 20 ГОСТ 1050-74 в нормализованном состоянии с величиной зерна балла 7 или более по ГОСТ 5839-65; 3 — винт; 4 — отверстие для определения угла ввода луча; 5 — отверстие для проверки мертвой зоны.

5. ПОДГОТОВКА К КОНТРОЛЮ

5.1. Основанием для проведения первичного контроля, а также повторного контроля после устранения дефектов в сварном шве является заявка, подписанная заказчиком. Заявку, форма которой приведена в рекомендуемом приложении 3 , регистрируют в сварочной лаборатории в журнале (рекомендуемое приложение 4 ).

5.2. Контролю подлежат только сварные соединения, принятые по результатам внешнего осмотра и удовлетворяющие требованиям ГОСТ 16037-80.

5.3. Запрещается производить контроль сварных соединений трубопроводов, заполненных жидкостью.

5.4. Рабочие места для выполнения ультразвукового контроля должны быть подготовлены заблаговременно. Для работы в труднодоступных местах и на высоте в помощь дефектоскопистам должен быть выделен вспомогательный персонал.

5.5. Выбор способа прозвучивания, типа искателя, контактной жидкости, схемы контроля.

5.5.1. В зависимости от толщины свариваемых элементов (ГОСТ 16037-80) выбирают такой способ прозвучивания, который позволяет обеспечить контроль сечения всего наплавленного металла ( табл. 1 ).

— при прозвучивании прямым лучом

— при прозвучивании прямым и однократно отраженным лучом

— при прозвучивании однократно и двукратно отраженным лучом