Контроль качества сварных соединений трубопроводов

Неразрушающий контроль трубопроводов и сварных соединений. Чтобы вовремя выявить нарушения состояния внутренней и наружной поверхности труб, их швов, в местах стыков, применяют неразрушающий контроль трубопроводов и сварных соединений. От их исправного состояния зависит надежность и долговечность конструкции.

Внимание! Процесс проходит согласно строгим правила и требования Гост. Все работы могут проводить квалифицированные специалисты, имеющие специальное образование.

Способы проведения контроля качества

Учитывая важность надежного соединения сварных швов, контроль качества сварных соединений должен выполняться систематически. Это важный технологический процесс, который подразумевает выполнение поиска повреждений, которые могут стать причиной дальнейшего разрушения трубопровода и нарушения работоспособности системы в целом.

Процесс включает проведение систематического операционного контроля, проведение механических испытаний фрагментов трубопровода со сварным соединением. Также выполняется проверка параметра сплошности стыка по всей толщине металла, потому что место шва должно быть одним куском сплава без утончений, но при этом допускаются наплывы.

При помощи специальных стендов проводятся пневматические и гидравлические испытания. Все классические способы контроля качества сварных швов труб приведены в ГОСТе 3242-79.

Кроме разрушающих, также применяются неразрушающие методы:

• магнитографический контроль;
• контроль сварных соединений рентгеновским излучением;
• контроль сварных соединений гамма-излучением;
• ультразвуковая дефектоскопия соединений.

Рассмотрим каждый способ по отдельности, потому что все они имеют свои особенности, которые так или иначе влияют на процесс определения состояния сварного соединения. В этом случае выполняется контроль всего периметра стыка на соответствие толщине по всей структуре соединения. В зависимости от нагруженности трубопроводы принято делить на 4 категории.

Подрез сварного шва

Необходимая проверка трубопроводов

Вам потребуются услуги по инспекции которые включают продольное сканирование, рентгеновское сканирование новых труб и кольцевых сварных швов, типичных для трубопроводов горячего повторного нагрева.

• Паровой трубопровод
• Трубопроводы
• Компоненты нефтехимических трубопроводов
• Технологический трубопровод
• Котельные трубы
• Биофармацевтические трубопроводы

Требования к сварным швам

Любые сварные швы в трубопроводе не должны иметь трещин, кратеров, прожогов и иных дефектов некачественной сварки. Также весьма критичны будут подрезы глубиной более 0,5 мм. Данное требование особенно важно для трубопроводов, которые эксплуатируются под давлением от 10 МПа.

Качество сварных соединений разных толщин металлов проводится своим методом. Например, при толщине стали 16 мм и более применяется радиографический способ. А соединения из сталей ХМ, С и ХГ выполняется ультразвуковым методом, при котором проводится окончательная дефектоскопия.

Важно соблюдать последовательность проведения контроля качества сварных соединений. Например, перед тем, как провести радиографию или применить ту же ультразвуковую дефектоскопию, необходимо применить магнитопорошковый или цветной способ. Данное требование относится к зонам возле шва на расстоянии 20 мм.

Устройства для поиска повреждений трубопроводов

Протяженные коррозионные нарушения теплотрасс возникают по причине постепенного заполнения тепловых камер и каналов водой. Выявление повреждения трубопровода на тепловых сетях выполняется с помощью акустических и корреляционных течеискателей. Сущность поиска заключается в определении места утечки воды фиксацией звуковых сигналов датчиком вибрации, который отслеживает выброс воды вдоль контролируемого участка. Координаты нарушения устанавливаются по максимальному значению звукового сигнала в заданном диапазоне частот. Корреляционный метод предусматривает применение двух вибродатчиков, расположенных на удалении в несколько сотен метров друг от друга. Точки установки прибора определяются штатным расписанием.

Детектор повреждений трубопровода переносной марка ДПП А предназначен для нахождения точек нарушения изоляции старых и строящихся газовых сетей без раскопки котлована под любым видом дорожного покрытия. Используется для установки места нахождения труб, силовых электрических кабелей. Максимальный радиус действия при поиске действующего трубопровода – 500 м, вновь строящегося – 2 км.

Прибор позволяет проводить только периодический контроль. Он регистрирует характер изменения напряжения вдоль трассы при прохождении тока по цепи: гетеродин — труба — земля – гетеродин. Направление трассы и глубина её нахождения устанавливаются на основе метода индукции.

Прибор запитывается от батареи напряжением 9 В. Подключается к аппаратуре ОДК в контрольных пунктах, предусмотренных проектом. Длина проверяемого участка — 6 км, класс э/защиты – ІІ, сила тока – 1,5 мА. Аппарат можно эксплуатировать при температуре наружного воздуха в диапазоне – от -45 до +45°С и влажности – 45-75%.

Надежность работы систем газо-, водо-, теплоснабжения зависит от своевременного выявления причин повреждения трубопроводов и ликвидации их последствий. Закладывается она на этапе проектирования, монтажа и в процессе эксплуатации. Для этого сооружаются параллельные нитки распределительных систем, создаются закольцованные участки сети.

Магнитографический контроль

1 — ферромагнитная пленка; 2 — электромагнит; 3 — источник постоянного тока; 4 — трещина на сварке; импульсы: 5 — трещины, 6 — непровар, 7 — сетки из пор Магнитографический контроль представляет собой ничто иное, как магнитную дефектоскопию. Данный метод позволяет обнаружить, так называемые, поля рассеяния. Они обнаруживаются при намагничивании дефектных мест и отражаются на радиограмме в виде графиков.

Если шов выполнен качественно и металл сплавлен равномерно по всей толще, то магнитные линии распределяются в нем равномерно без искривлений. Если в шве присутствуют различные дефекты, то они будут распространяться хаотично. Поле отклоняется и в результате этого образуются, так называемые, поля рассеяния.

Этот метод применяется при выполнении контроля качества полуавтоматической сварки в среде под флюсом или в инертной среде. Толщина металла должна быть в пределах от 2 до 25 мм. Магнитографический метод позволяет выявить следующие дефекты:

• продольные микротрещины;
• непровары;
• цепочки и скопления шлака;
• газовых пор.

Все перечисленное оказывает существенно влияние на прочность соединения и может стать причиной фатального разрушения. Процедура контроля при помощи магнитографии проводится в два этапа:

Сначала изделие намагничивается специальным прибором. На этом этапе происходит запись полей намагничивания на магнитную ленту.

На втором этапе выполняется считывание информации с ленты. Для этого применяются дефектоскопы.

Ультразвуковой дефектоскоп Smartor

Для выполнения намагничивания применяются подвижные и стационарные намагничивающие приборы. Стационарные воздействуют на шов с двух сторон, снаружи и изнутри. Чаще применяются именно подвижные намагничиватели типа ПНУ. В процессе работа ими создается однородный поток, заключенный между двумя полюсами.

Полюсы соединены сердечником для создания полуцепи магнитного потока. Второй частью сердечника является сварной шов. На сердечник надета намагничивающая катушка. Перемещается аппарат для намагничивания на специальных немагнитных колесах. Важную роль играет расстояние между контролируемой поверхностью стыка и полюсами.

Подвижные намагничивающие приспособления используются для контроля сварных соединений малых и средних труб с диаметром от 100 до 1020 мм. Толщина стенки не должна быть более 16 мм. Если необходимо проконтролировать качество сварного стыка на трубе меньшего размера, то следует применять намагничивающие клещи или вилки.

Для проведения контроля качества сварного стыка труб большего диаметра в пределах от 1220 до 1420 мм применяется аппарат, который обладает шаговым перемещением. Называется такое устройство МУН-1. Он позволяет контролировать стыки из металла толщиной до 20 мм. Оснащается пультом дистанционного управления, благодаря которому контролируется процесс и происходит управление аппаратом. Для контроля качества стыка разных диаметров в этом диапазоне используются специальные сменные башмаки.

Для проведения проверки качества, строительные организации обращаются в центр строительного контроля

Если требуется проконтролировать соединение труб диаметром 1420 мм и со стеной до 25 мм, то необходимо использовать установку типа УМД-142. Она монтируется на специальные механизированные сварочные базы. Если необходимо выполнить контроль качества сварки стыков трубопровода на трассе, то для этих целей применяется мобильная лаборатория ЛПМ-К. В качестве намагничивающего устройства используется кольцевой магнит. Он позволяет полностью охватить всю поверхность стыка.

Для работы намагничивающего устройства, применяемых в контроле стыков больших труб, требуется мощный источник питания. Применяются мобильные станции типов СПП-1 и СПА-1. Также допускается возможность использования сварочных аппаратов, но в таком случае необходимо использовать реостат. Для записи данных раньше использовалась лента шириной 35-70 мм на триацетатной или лавсановой основах типов МК-1 и МК-2. Протягивалась она моторами над намагничиваемым участком. Аппарат имел лучевую трубку, на которой отражались одиночные импульсы намагничивания.

В качестве средств визуального отображения информации использовались МД-30Г, МД-11Г, МГК-1 и МДУ-2У.

Дефектоскопия сварных соединений труб на газо-нефтепроводах

Тепловой контроль

В основе метода — фиксация и преобразование ИК-излучения в видимый спектр. Тепловой метод неразрушающего контроля используют во всех промышленных областях, в которых о состоянии объектов можно судить по неоднородности теплового поля.

Сегодня тепловой метод очень востребован в строительство, производстве и теплоэнергетике. После того, как был принят новый закон о регламентировании энергоаудита объектов, направленный на экономию ресурсов, интерес к тепловому контролю усилился. В настоящее время этот метод является базовым методом для оценки состояния объектов.

У теплового контроля масса плюсов — универсальность применения, оперативность, большая производительность. Кроме того, тепловой контроль можно осуществлять дистанционно. Есть несколько видов метода — контроль плотности тепловых потоков, контроль температуры, контроль теплопроводности и тепловизионный контроль.

Контроль сварных соединений рентгеновским излучением

Одним из самых распространенных на сегодняшний день методов контроля качества сварных соединений является рентгеновское излучение. Его также называют рентгено- и гаммаграфическим. Особенность этого метода заключается в том, что гамма-лучи способны проходить сквозь сварное соединение. Для фиксации результатов применяется специальная радиографическая пленка. В результате действия гамма-лучей на пленке возникает скрытый для обычного зрения рисунок. Его можно увидеть только после проявления и закрепления, как и в случае с фотообработкой. С целью лучшей проявки дефектов применяются концентраторы из металлических или флюоресцентных экранов.

Известно, что рентгеновские лучи являются теми же электромагнитными колебаниями, имеющие определенную частоту. Принимает излучения специальная рентгеновская трубка. Она оснащена двумя электродами, расположенными в баллоне. Процесс образования излучения возникает в момент торможения электронов, которые задерживаются анодом. При этом электрон принимает кинетическую энергию, равную E=eU. Когда достигается минимальная длина волны Emax=hc/λ0.

электронов на аноде, генерируется максимальное количество рентгеновского излучения. Учитывая, что h – постоянная Планка и равна 6,625∙10-34 Дж/с, с – это скорость света в вакууме, а е – заряд электрона равный 1,602∙ 10-19 Кл, то приравняв Е и Emax, можно определить минимальную длину волны λ0 и она будет равна

Если увеличивать напряжение на аноде, то длина волны становится меньше. В результате излучается спектральный состав рентгеновского излучения. В результате этого увеличивается максимальная энергия непрерывного спектра. Если изменять ток анодной трубки, то аналогично изменяется и интенсивность рентгеновского излучения. Дозу облучения можно определить из произведения анодного тока и длительности времени, на протяжении которого происходило воздействие.

Рентгеновская трубка обладает очень малым КПД, которые не превышает 2% от всей энергии электронов. Все остальное уходит на нагрев, который выводится специальной средой наружу. Для регистрации рентгеновского излучения, прошедшего через сварное соединение, используется эмульсия специальной радиографической пленки.

1. Радиографическая техническая плёнка Р8Ф; 2. Рентгеновская плёнка Agfa D5

Так как любая используемая для контроля качества сварки радиографическая пленка не имеет идеального участка на кривой, то контрастность и градиент определяется индивидуально из соотношения γd = dD/(d lg D). D – Плотность почернения пленки. Если используется безэкранная пленка, то плотность почернения в них Dб определяется пропорциональностью проявленных пятен. Экспозиция X при этом определяется количеством квантов, которые прошли через пленку. В таком случае Dб = Dmaх[l-exp(-kX], k – чувствительность пленки, а Dmaх является величиной максимальной плотности почернения. Если используется экран, то уравнение будет иметь вид:

Пленки обладают, так называемой, спектральной чувствительностью. Это свойство указывает на способность получать разные плотности почернения с одинаковой экспозицией, но разной дозой. Спектральная чувствительность обозначается буквой Q и определяется по формуле

Все радиографические пленки характеризуются разрешающей способностью. Она определяет количество различимых штриховых линий на расстоянии 1 мм. Наиболее качественными в этом плане являются пленки типов РТ-4 М и РТ-5. Они также являются мелкозернистыми. Контроль с использованием усиливающих кранов позволяет получить более существенную картину, но при этом важно правильно выбрать материал для изготовления экрана, которым может быть олово, свинец, вольфрам. Материал выбирается в зависимости от величины питающего напряжения до 100 кВ и свыше 100 кВ.

В промышленных масштабах для проведения контроля качества сварного шва используют пленку РТ-СШ. В качестве экрана применяется лавсан с покрытием из тяжелых элементов, заменяющих свинец. Выделяют 4 класса рентгенографических снимков.

Магнитный контроль

Это совокупность методов НК, нужных для выявления дефектов в ферромагнитных металлах и сплавах. Магнитная дефектоскопия позволяет обнаружить включения неметаллического происхождения, трещины, волосовины, флокены. Найти дефекты можно при условии их нахождения на поверхности изделия или при залегании на небольшой глубине (2-3 мм).

Суть магнитных методов заключается в исследовании магнитных полей рассеяния возле прошедших намагничивание ферромагнитных материалов. На местоположение дефекта указывают перераспределенные магнитные потоки и сформированные магнитные поля рассеяния.

Контроль сварных соединений трубопроводов гамма-излучением

Гамма — дефектоскопы SENTINEL 880 серии Процесс контроля качества сварных соединений на трубах является важным этапом при прокладке коммуникаций с использованием стальных труб. В основном, применяется метод сваривания, так как он позволяет достичь наибольших показателей герметичности, а, соответственно, и надежности эксплуатации оборудования. Для определения качества сварки используются разные методы, и каждый имеет свои особенности, так как позволяет определять скрытые дефекты в металле любой толщины.

Есть разрушающие и неразрушающие технологии, которые позволяют получать разные данные. Одним из таких методов является процесс облучения гамма-излучением. Это ничто иное, как пучок энергии, который формируется во время распада ядер в различных веществах. Притом используются как натуральные, таки и искусственно произведенные компоненты. Для получения такого излучения необходим соответствующий источник. Таковым выступает радиоактивный изотоп тулии 170, индия 192 и цезия 137. Также нередко используется изотопы стронция 90, европия 152 и 155 и селена 75.

Особенность процесса распада ядер является нерегулируемым процессом, но при этом реакция относится к статической. Чтобы получить необходимый результат, нужно регулировать интенсивность распада, тем самым, изменяя количество радиоактивных веществ, которые вступили в реакцию. Здесь работает экспоненциальный закон. Формула зависимости активности распада имеет следующий вид:

Чтобы определить активность радиоактивных веществ, было введено понятие полураспада. Оно характеризует время, за которое в среде с определенными параметрами происходит распад ровно половины всех имеющихся ядер. Соответственно, для каждого вещества имеется свой конкретный срок. При этом степень активности веществ определяется из количества свободных атомов, которые могут вступать в реакцию полураспада. Эта величина также называется скоростью распада, которая указывает на общий результат реакции.

Для экспоненциальной дозы гамма и рентгеновского излучений характерно наличие энергии квантового излучения. Она преобразуется в кинетическую, которая передается заряженными частицам, которые находятся в среде атмосферного воздуха. Мощность экспозиционной дозы определяется из дозы, которая была поглощена за единицу времени.

Единицей измерения этой характеристики являются амперы на килограмм. Также для расчетов используется соотношения рентген в секунду. Мощность определяется произведением мощности гамма-излучения без поглотителя на отношение дозового фактора накопителя к силе. При этом экспонента берется в степени из произведения коэффициента относительного уменьшения и площади поглотителя. Формула расчета данной характеристики выглядит следующим образом:

В данной формуле применены следующие символы:

• P0 – мощность экспозиционной дозы без поглотителя;
• µ — коэффициент уменьшения интенсивности излучения;
• B – дозовый фактор накопления.

Ионизирующее действие сравнивается по гамма-эквиваленту препарата, которые возникают при в результате ионизации. Эталонным является именно излучение радия, потому что оно отвечает основным законам. В результате опытных испытаний было доказано, что 1 г радия способен создавать экспозиционную дозу до 2,13х10-3 Кл/кг.

При этом обязательно используется платиновый фильтр, толщина которого составляет не менее 0,5 мм, а расстояние, на котором происходит измерение, составляет 1 см. Создаваемая экспозиционная доза одним граммом радия называется грамм-эквивалентом. При этом интенсивностью излучения называется отношение потока квантов излучения ко времени, за которое происходило облучение.

Для выполнения анализа сварного шва в трубах применяются специальные переносные устройства, называемые гамма-дефектоскопы. В них применяются специальные защитные радиационные головки. Их наличие обязательно, так как в процессе работы излучателя создается опасная, которая может привести к проблемам со здоровьем.

Контроль качества сварки проводится путем открытия затвора головки на небольшой угол. Созданного пучка излучения должно быть достаточно для просвечивания металла насквозь. Такие приборы получили название дефектоскопов шлангового типа.

Гаммарид 192-120, 170-400 — характеристики

Также применяется, так называемый, гаммарид-23. Данное устройство обладает способностью работать от нескольких источников излучения на основе цезия 137 и иридия 192. Обработка сварного шва выполняется из конического наконечника, испускаемого из закрытого контейнера. Аппарат оснащается дефектоскопами Гаммарид-20, Гаммаридд-25, Гаммарид-25М и др. Также можно выполнять проверку качества сварных соединений трубопровода на трассе, для этого применяются передвижные аппараты «Магистраль» и «Магистраль-1». С помощью подобных устройств можно обследовать трубы с диаметром 1420 мм, а толщина металла при этом может составлять все 40 мм.

Особенность подобных приборов состоит в том, что они могут использоваться не только снаружи, но и нутрии трубопровода, тем самым, позволяя проанализировать качество соединения с обратной стороны. При этом погружать в трубу активный прибор можно на расстояние до 1,5 км. Работает данная аппаратура только в составе с системой АКП-141.

Также применяется установка «Парус-3М» для проведения контроля качества сварных швов на трубах. Они передвигают излучатель со скоростью 15 м в минуту за счет встроенного двигателя.

При этом в качестве излучателя может быть использован любой вариант. Чтобы получить более полную картину шва, регистратор перемещается по кругу. На трассах проверяют качество сварки труб мобильными лабораториями типа РМЛ-2В и ВЛК-2.

Формула относительной чувствительности Wотн В ходе проведения контроля качества немаловажное значение имеет чувствительность Wотн. Она определяется по картинке, которая была сформирована в процессе анализа. Для выявления дефектов используются канавочные эталоны. С его помощью можно определить чувствительность по формуле:

В данной формуле учтены всевозможные факторы, которые могут повлиять на ход проведения контроля качества сварного соединения. Фактором наличия дефектов является общая нерезкость. Она, как правило, указывает на наличие ступенчатых переходов. В таком случае нерезкость рассеяния определяется по формуле: uр=uВgб. Где uВ – внутренняя нерезкость. а общая определяется по формуле

Для проверки качества сварного шва толстостенных труб в формулу необходимо вместо uВ подставить uР. Полученный контраст изображений является фактором наличия дефектов. Его можно определить расчетным путем по формуле:

При проведении практических измерений относительная чувствительность определяется по форму:

В уравнении применены обозначения:

• h – минимальная глубина канавки дефектоскопа;
• δ1 – показатель толщины основного металла;
• δ2 – размер эталона.

Измерение параметров сварного соединения выполняется снаружи. На поверхности монтируется источник, а с обратной стороны также снаружи размещается лента, на которой будут фиксироваться показания. Таким способом можно просвечивать трубы с размером меньше 400 мм и на расстоянии от шва до 20 мм.

Вихретоковый контроль

Основой для вихретокового метода НК служит взаимодействие электромагнитных полей — внешнего и поля вихревых токов, создаваемых в объекте контроля. Вихревые потоки заметил физик из Франции Араго в 1824 году. Ученый отметил, что находящийся под магнитной стрелкой медный диск вращается за счет вихревых токов.

Обычно источников электромагнитного поля становится вихретоковый преобразователь (ВТП) — индуктивная катушка. В катушках действует ток, который создает электромагнитное поле, возбуждающее вихревые токи. Их поле действует на ВТП, создавая в них ЭДС или преобразуя их сопротивление. Появившееся на катушках напряжение или сопротивление — ключ к информации о свойствах объекта.

С помощью вихретокового метода можно не только выявить дефекты и оценить свойства объектов контроля. Вихретоковый контроль широко применяется и при производстве деталей, и при их ремонте. Высокоточное современное оборудование — это возможность для обработки и хранения большого объема данных о результатах контроля. Системы сканирования автоматизированы, что увеличивает точность визуализации объекта контроля во много раз.

В каких областях используют вихретоковый контроль? Список широк:

1. Вихретоковым методом исследуют сварные и резьбовые соединения, детали разнообразных форм и размеров для оборудования. Кроме того, это метод контроля корпусного оборудования, гибов трубопроводов, лопаток паровых турбин. С помощью вихретокового метода также проверяют поверхность осевого канала роторов турбин.
2. Вихретоковый контроль нужен, чтобы измерять толщину защитных покрытий, тонких труб и тонкого листового проката. Помимо этого, с помощью вихретокового метода ищут коррозионные повреждения.
3. Вихретоковый метод позволяет оценить состояние металла тепломеханического оборудования (как исходное, так и текущее). Метод применим и для оценки качества термообработки; с его помощью проводят сортировку объектов и определяют состав контролируемого вещества.
4. Посредством вихревых токов измеряют глубину поверхностных трещин, обнаруженных на электропроводящих материалах.

Все методы и приборы неразрушающего контроля служат одной цели — выявить даже незначительные повреждения, в том числе грибок, коррозию, расслоение. Востребованность НК объясняется просто: его методы сочетают в себе множество достоинств и соответствуют строгим требованиям промышленной безопасности.

Контроль качества сварных швов при помощи ультразвуковой дефектоскопии

Линии магнитного потока при прохождении через сварной шов Ультразвуковая дефектоскопия применяется для контроля качества сварных соединений с толщиной стенки труб от 20 мм. Данный метод по сравнению с другими неразрушающими технологиями обладает множеством преимуществ. Суть измерения состоит в использовании ультразвуковых волн на разных частотах. Как правило, используются значения: 0.8, 1.8, 2.5, 3.5 МГц. Особенность ультразвуковых волн на таких пределах колебаний состоит в их высокой проникающей способности в глубину металла.

В качестве резонаторов колебаний применяется кварц или сегнетовая соль. С их помощью можно мгновенно преобразовать энергию электрических колебаний в механическую и в обратном направлении. Естественно, для их возникновения к резонатору подводится питающий ток с определенной частотой. Существует зависимость мощности резонатора от площади пластинки и квадрата амплитуды напряжения питания.

После введения импульсов в упругую среду формируются волны, которые подразделяются на параллельные и поперечные. Для определения качества сварных соединений применяются исключительно поперечные волны. Резонатор или искатель создает и водит волны в изделие под углом 29-70 градусов в зависимости от ряда факторов. Это предусмотрено для непрерывного контроля без изменения питающего тока от генератора.

В ходе проведения измерений определяется акустическое сопротивление, которое зависит от плотности среды и скорости звука. При этом коэффициент отражения R будет определяться по формуле:

В вычислениях применялись показания акустических сопротивлений в обеих сред.

Волна, проходя через сварной шов, отражается от образовавшейся прослойки воздуха в местах некачественного провара. Естественно, она отражается и распространяется в разных направлениях, что фиксируется специальными датчиками.

Важно выполнить установку дефектоскопа таким образом, чтобы между ним и стальной трубой не оставалось воздуха. В противном случае результат измерений будет сильно искажен. Устранить карманы с воздухом можно обильным смазыванием глицерином или жидкими маслами.

Ультразвуковой контроль сварных швов

Обзор методов дефектоскопии при обследовании трубопроводов

В статье рассмотрены современные методы неразрушающего контроля при обследовании участков трубопроводов и соединительных деталей, находящихся в эксплуатации. Описаны области применения приборов, которые используются для контроля, их принципы работы. Анализируются их достоинства и ограничения области применения. Определены оптимальные методы выявления дефектов, намечены критерии улучшения работы приборов.

Ключевые слова: контроль труб, дефектоскопы, обследование труб, неразрушающий контроль, наружные сканеры.

В условиях эксплуатации на протяжении длительного времени трубопроводы подвергаются различным внешним и внутренним воздействиям, в результате чего происходит деградация материала, коррозионные повреждения, возникают и развиваются трещины усталости на поверхностях труб и другие виды дефектов. Несмотря на то, что проектирование трубопроводов по современным кодам и технология изготовления и монтажа должны обеспечить реализацию назначенного ресурса, исключить возможность возникновения таких дефектов не удается. Чтобы избежать серьезных последствий подрастания дефектов, проводят различные обследования, применяя методы неразрушающего контроля. Неразрушающий контроль — контроль надежности основных рабочих свойств и параметров объекта, не требующий выведения объекта из эксплуатации, либо его демонтажа [1].

Современные методы и средства неразрушающего контроля [17], используемые для диагностики трубопроводов, получили широкое развитие и распространение. Наибольшее применение получили такие методы, как магнитные (магнитной анизотропии, магнитной памяти металла, магнитной проницаемости), акустические (импульсные ультразвуковые, волн Лэмба, фазовые, акустической эмиссии), электрические и оптические (визуальные — эндоскопические, лазерные, голографические). Такие методы применяются для выявления различных дефектов: нарушения герметичности, контроля напряженного состояния, контроля качества и состояния сварных соединений, контроля протечек и других параметров, ответственных за эксплуатационную надежность трубопроводов. При этом программы, методы и средства контроля трубопроводов различного назначения (теплопроводов, газопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов, водопроводов) незначительно отличается друг от друга [5].

Актуальность данной темы объясняется тем, что в наше время имеется значительное число трубопроводов в эксплуатации и процессе производства; повреждения и разрушение компонентов которых может приводить к серьезным экономическим потерям и пагубным воздействиям на природу [19]. Существенно, что трубопроводы включают много соединительных деталей, как металлических, так и неметаллических, имеющих сложные геометрические формы (узлы), доступ к некоторым частям которых может быть ограничен. В таких случаях методы и технические средства неразрушающего контроля являются оптимальным и максимально удобным решением для проведения обследования определенных районов трубопроводов, без выведения объекта из эксплуатации, а также обследования труднодоступных участков для выявления дефектов.

Дефектоскопия как средство выявления признаков деградации материала трубопроводов и предупреждения аварийных ситуаций [18] естественно находится в поле внимания инженерного и научного сообщества. Постоянно развиваются методы определения размеров, ориентации дефектов, совершенствуется оборудование, проводятся исследования и испытания на выявление характеристик моделей дефектоскопов, а также проводится анализа для последующего улучшения работы средств дефектоскопии.

Вопросам дефектоскопии материалов и конструкций уделяется все большее внимание как у нас в стране, так и за рубежом, о чем свидетельствует непрерывный рост числа учебных центров, задачей которых является подготовка и квалификация специалистов для работы в области разработки методов дефектоскопии и их применения [5].

В связи с актуальностью темы неразрушающего контроля растет число публикаций, в которых исследуются взаимодействия дефектоскопов с трубопроводами. Результат диагностики подобных исследований трубопроводов показал, что нормативная база и приборная часть требуют дальнейшего совершенствования с учетом особенностей системы трубопроводов [2, 3].

Необходимость поддержания трубопроводов в хорошем состоянии заставляет искать новые эффективные методы контроля труб с целью выявления дефектов и трещин, а также коррозии на их поверхности. Появление современных автоматизированных роботов в разных сферах промышленности привело к разработке робота в области дефектоскопии, который позволит уменьшить время диагностирования различных типов трубопроводов, а также сократить затраты на контроль состояния трубопроводов [4].

История самого старого метода контроля показывает наглядный переход от сложного процесса реализации контроля, зависящего от человеческого фактора, к автоматизированным и экологически чистым методам в настоящее время [6].

В настоящее время обследования методами неразрушающего контроля следует производить в соответствии с [13–15], что позволит существенно повысить показатель надежности при эксплуатации [9].

Зарубежные источники, в частности [20–22], рассматривают возможности применения методов неразрушающего контроля для повышения уровня точности результатов.

Особенности критериев по выбору дефектоскопа

Принципы работы дефектоскопов различны, но при этом существует ряд параметров, по которым можно объективно дать оценку оборудованию по проведению диагностики методом неразрушающего контроля [10].

При выборе дефектоскопа следует учитывать:

1. Разрешение дефектоскопа. Точность определения размеров(расположения) дефекта.
2. Скорость диагностики. Как правило, чем быстрее идёт диагностика, тем ниже точность определения дефекта.
3. Способ крепления прибора.
4. Уровень защиты прибора от внешних воздействий. К внешним воздействиям можно отнести влагу, давление, осадки и др.
5. Температурный режим. Проводя сканирование при критических температурах, прибор может показывать не точные измерения или выйти из строя.

Анализ методов дефектоскопии трубопроводов

Сканеры дефектоскопы [23] используют для обследования трубопроводов. Дефектоскоп- прибор для нахождения дефектов в объектах из различных металлических и неметаллических материалов методом неразрушающего контроля. К дефектам относятся появление коррозии, развитие трещин, нарушение целостности структуры и др.

В данном обзоре рассмотрим следующие дефектоскопы:

В основе метода вихретоковой дефектоскопии лежит измерение вихревых токов, возникающих возле подповерхностных дефектов в магнитном поле. При возникновении таких токов на исследуемом участке фиксируются показания электромагнитного поля вихревых токов, образующихся при нахождении дефекта. В результате обработки параметров, имеющих отклонения, можно получить информацию о внутренних дефектах (рисунок 1) [8].

Рис. 1. Принцип работы вихретокового дефектоскопа

 Метод позволяет быстро провести диагностику

 Результаты контроля с минимальной погрешностью

 Сравнительно невысокая стоимость

 Глубина исследования до 2мм

 Контроль может осуществляться на определённых материалах объекта

 Надежность оборудования среднее

В ультразвуковых дефектоскопах используются эхо-метод и теневой методы контроля. Эхо-метод основан на подаче импульсов и измерении эхо-сигналов (рисунок 2). Принцип действия заключается в отправке ультразвукового сигнала в виде импульса от дефектоскопа к объекту исследования, при этом фиксируется интервал времени прихода эхосигналов, отраженных от дефектов. Метод позволяет обнаруживать поверхностные и глубинные дефекты с различной ориентировкой [7].

Рис. 2. Обнаружение скрытого дефекта с помощью ультразвукового дефектоскопа (эхо-метод)

Рис. 3. Обнаружение скрытого дефекта с помощью ультразвукового дефектоскопа

При теневом методе используют отражатели, установленные напротив друг друга (источник (А) и приемник (В)). Если известно расстояние от А до В и измерено время прохождения волн от А к В, то в результате расчетов можно получить распределение скорости распространения волны на определенном участке объекта исследования(рисунок 3). Таким образом можно обследовать участки на наличие дефектов [12].

 Контроль может осуществляться практически из любых материалов

 Широкая распространённость метода

 Высокие требования к состоянию поверхности исследуемого тела (тип, габариты, форма)

 Стоимость сравнительно высокая

 Время контроля от среднего до длительного

 Надежность оборудования среднее

Метод основан на выявлении рассеяния магнитного поля над дефектами (рисунок 4). Этот метод является самым наглядным, т. к. принцип обследования заключается в нанесении магнитного порошка на исследуемый участок, в результате чего при действии магнитного поля частицы намагничиваются и соединяются. Визуально можно наблюдать скопления порошка в зонах трещин. Данный метод позволяет контролировать различные по форме детали, сварные швы, внутренние поверхности отверстий [11].

Рис. 4. Магнитно-порошковый дефектоскоп: 1 – выключатель, 2 – сердечник, 3 – клеммовый щиток, 4 – корпус, 5 – трехжильный кабель, 6, 7 – намагничивающая и дополнительная катушки

 Эффективное и быстрое нахождение поверхностных дефектов

 Визуально наглядные результаты

 Высокая надежность оборудования

 Трудности, возникающие при размагничивании больших деталей

 Недоступность контроля в стыках или узлах, не прибегая к разборке

 Невозможность контроля деталей из пластмассы, цветных металлов и некоторых видов сталей.

Метод капиллярной дефектоскопии [24] позволяет обнаруживать невооружённым глазом тонкие поверхностные трещины и несплошности материала. Полости поверхностных трещин заполняют специальными индикаторными веществами (пенетрантами), проникающими в них под действием сил капиллярности. На очищенную от избытка пенетранта поверхность наносят тонкий порошок белого проявителя (окись магния, тальк и т. п.), обладающего сорбционными свойствами, за счёт чего частицы пенетранта извлекаются из полости трещины на поверхность, обрисовывают контуры трещины и ярко светятся в ультрафиолетовых лучах.

 Высокая надежность оборудования

 Время контроля среднее

 Нахождение исключительно дефектов, выходящих на поверхность

Результаты обзора

Резюмируя достоинства, недостатки и принципы действия различных методов [16], можно сделать следующие выводы:

 Эффективность выявления коррозионных повреждений (наружных и внутренних) с помощью ультразвуковых дефектоскопов может быть повышена в результате дополнительной обработки результатов дефектоскопии.

 Для обследования трубопроводов оптимальными по своим характеристикам и широкому распространению являются ультразвуковые и вихретоковые дефектоскопы.

 С внедрением новых моделей дефектоскопов производительность увеличивается, но требуются квалифицированные и подготовленные специалисты для работы с более современной техникой.

 Требования в нормативных документов к капиллярному контролю принципиальных различий не имеет, важна чувствительность.

 Особое внимание стоит уделять материалу исследуемой поверхности, т. к. от этого зависит точность диагностики и минимальная погрешность.

 Адаптация средств вихретокового контроля к электромагнитным свойствам поверхности может значительно увеличить достоверность контроля и уменьшить присутствие человеческого фактора.

Заключение

В результате проведенного обзора видно, что необходимо проводить дальнейшие исследования для усовершенствования оборудования. Также новые разработки могут существенно повысить надежность диагностики и выявлять проблему контроля состояния труб в отрасли международного уровня.

Своевременное и достоверное определение размеров и конфигурации дефектов исключительно важно для оценок остаточного ресурса компонентов трубопроводов, для планирования и выбора технологии восстановления поврежденных участков, для назначения сроков проведения инспекций.

1. Афанасьев В. Б., Чернова Н. В. Современные методы неразрушающего контроля // Успехи современного естествознания. — 2011. — № 7 — С. 73–74
2. Шмаков В. А., Смирнов Ю. Н., Гиззатуллин Р. Р. Планирование ремонта магистральных трубопроводов по результатам внутритрубной диагностики // Роль науки в развитии топливно-энергетического комплекса. Матер. научн.-практ. конф. 24 октября 2007 г. − Уфа, 2007. — С. 90–92.
3. Зубаилов Г. И., Гумеров К. М., Гиззатуллин Р. Р. Ударная вязкость металла и прочность трубопровода // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта. Матер. научн.-практ. конф. 22 мая 2007 г. — Уфа, 2007. — С. 169–171.
4. Поезжаева Е. В. Разработка робота для контроля трубопроводов / Е. В. Поезжаева, А. Г. Федотов, П. В. Заглядов // Молодой ученый. — 2015. — № 16. — С. 218–222.
5. Потапов, И. А. Акустические методы и средства неразрушающего контроля и дистанционной диагностики трубопроводов [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук 05.02.11/ Потапов Иван Анатольевич. — Санкт-Петербург, 2007. — С. 26–30.
6. Сайфутдинов С. М. Капиллярный контроль: история и современное состояние. М., 2008.
7. Жумаев К. К. Выявление внутренних и наружных дефектов трубопроводов ультразвуковыми дефектоскопами [Текст] / К. К. Жумаев, Н. О. Каландаров // Молодой ученый. — 2014. — № 16. — С. 67–68.
8. Зацепин Н. Н. Исследование магнитного поля вихревых токов над поверхностными дефектами. Дефектоскопия, 1969, № 4, с. 104–112.
9. Р Газпром 2–2.3–620–2011. Методика расчета показателей надежности при эксплуатации объектов линейной части. М., 2011.
10. Чистяков В. В., Молотков С. Л. Сравнительный анализ технических возможностей ультразвуковых дефектоскопов общего назначения. В мире неразрушающего контроля. 2002 № 2 с. 40–44.
11. Григорьев П. А., Фридман JI.A., Халилеев П. А. Намагничивающая система дефектоскопа для контроля труб подземных магистральных трубопроводов.- Дефектоскопия. 1976, № 4, с.7–17.
12. Гурвич А. К., Ермолов И. Н. Ультразвуковой контроль сварных швов.-Киев: Техшка,-1972.
13. СНиП III-18–75. Металлические конструкции. М., 1976.
14. ГОСТ 23118- 99. Конструкции стальные строительные. Общие технические условия. М., 2001.
15. Пособие по методам контроля качества сварных соединений металлических конструкций и трубопроводов, выполняемых в строительстве (к СНиП III-18–75)/ ЦНИИПроектстальконструкция им. Мельникова. –М.: Стройиздат, 1988.
16. ГОСТ 18353–79. Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов. М., 2004.
17. Клюев В. В. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник. -2003.- С. 10–15.
18. Щербинский В. Г. Методы дефектоскопии сварных соединений. -1987.- С. 57–64
19. Дмитриева В.Д, Мишукова Б. Г. Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения. -1988. — С. 124
20. Kline R. A., Hsiao C. P., Fidaali M. A. Nondestructive evolution of adhesively bonded joints//Trans.ASME: J.Eng. Mater and Technol. 1986. — 108. — N 3. s. 214–217.
21. Pollock A. A. Nondestructive Testing. 1969, — 9. — s. 178.
22. Defect Detection in Stainless Stel Uranus 45 FiG-Welded Joints // Materials Evaluation. 1987, -45, N 3, s. 348–352.
23. Васильев Н. Н., Исаакян Н. О., Смолянский В. А. Дефектоскоп // Технический Железнодорожный словарь. М., Государственное транспортное железнодорожное издательство.1951.
24. Филинов М. В. Капиллярный контроль. –М.: Машиностроение. -2004. С. 736.

Проверка на практике

На практике применяется контроль качества сварки трубопроводов эхоимпульсным методом. Искатель в устройстве создает звуковые колебания, которые направляются под определенным углом к месту шва. Когда волны наткнутся на дефект, то отразятся от него и направляются на принимающую пластину.

Колебания механические преобразуются в электрические, которые, затем, проходя через усилитель, поступают в электронно-лучевую трубку. В результате измерений луч различным образом отклоняется, что и является фактором наличия дефектов. По виду отклонения луча определяют вид дефекта в сварном шве.

В составе ультразвукового прибора также имеется устройство, которое показывает глубину, на которой находится дефект. Современные модели подобного оборудования оснащены ЖК-индикаторами, на которые выводится вся необходимая информация.

Чтобы получить наиболее достоверные значения, необходимо правильно расположить искатель. Угол падения луче должен быть выбран таким образом, чтобы его ось пересекала шов ровно по центру и проникала на глубину, которая была бы равна половине толщины металла.

Дефекты полиэтиленовых труб

Полиэтилен представляет собой высокомолекулярный продукт полимеризации этилена. Изготавливают трубы методом непрерывного выдавливания материала на специализированном оборудовании. При всех плюсах материала — небольшой массе, устойчивости к коррозии, он хрупкий и непрочный. Чаще всего разрушение трассы происходит при вскрытии грунта экскаватором. При этом возможно:

• локальное нарушение целостности;
• появление вмятины;
• частичный или полный разрыв трубопровода;
• утечка транспортируемого сырья.

Случается производственный брак или дефекты при пайке полипропиленовых труб.

В результате местного нарушения в виде прокола для его устранения применяются электросварные заглушки, усиливающие накладки. Место утечки обрабатывается и на него накладывается пластырь с последующей приваркой специальным аппаратом. Вмятины на поверхности образуются в основном при монтаже газопровода. Их устраняют полной запрессовкой трубы. Если деформации поверхности полиэтиленового изделия составляют величину более 1/10 от полной толщины стенки, то устанавливают новый фрагмент.

При разрыве изделия ремонт дефектов трубопроводов заключается в полной замене разрушенного куска, который фиксируется на двух муфтах с помощью электросварочного устройства. При работах на подводных трассах крепление осуществляется механическим способом. Чаще всего утечки – это следствие не механического повреждения, а нарушения технологии сварки, наличия остатков воды в трубе или ошибки из-за неопытности.

Поэтому требованием по качественному исправлению полиэтилена является чистая и сухая внутренняя полость трубы. В противном случае при нагревании и обжатии муфты образуется пар под избыточным давлением. Он меняет параметры сплавления синтетического материала. Возникают сквозные каналы, которые делают стык полностью непригодным к эксплуатации. Чем больше полость изделия, тем серьезнее негативные последствия.