что включает контроль качества сварных соединений стальных трубопроводов
Неразрушающий контроль качества сварных соединений трубопроводов
Стандарты в законодательстве создают строгие нормативы для процесса. Его проводят только профессионалы, обладающие соответствующими навыками.
Контроль качества сварных соединений и необходимость его проведения
Когда проводятся сварочные работы на трубопроводах, появления дефектов не избежать. В свою очередь, эти недостатки оказывают негативное влияние на внешний вид сварных соединений, их технические характеристики вместе с надёжностью. Всего выделяют две разновидности повреждений: формирования шва и дефекты металлургического типа.
Формирование структурного шва приводит к появлению металлургических изъянов. Они обычно появляются, пока материал охлаждается или нагревается. Вторая группа повреждений вызвана несоблюдением норм во время проведения работ.
Только в случае выявления каждого из дефектов можно гарантировать надёжность трубопровода на максимальном уровне.
Необходимо провести тщательную оценку того, как подобные изъяны влияют на конструкцию. Иначе невозможно исправить положение до того, как начинается эксплуатация трубопровода.
По каким принципам проводится неразрушающий контроль качества?
Всего существует два метода, на основании которых проводится контроль качества сварных соединений трубопроводов.
Чтобы оценить состояние всех сварных швов, применяют неразрушающий способ проверки качества. Такой контроль необходимо проводить как во время сварочных работ, так и после их завершения.
Это нужно для того, чтобы обезопасить конструкцию ещё до того, как начнётся непосредственная эксплуатация. В свою очередь, существуют свои методы для проведения неразрушающей оценки качества.
Что касается разрушающих методов, то их проводят на образцах изделия, которые уже вырезаны из своей первоначальной позиции.
Правила внешнего и технического осмотра
Любую проверку качества трубопровода начинают проведением внешнего осмотра. Он бывает не только чисто визуальным, но и предполагает использование измерительных и других видов технических инструментов. Это позволит выявить проблемы во внешних факторах, соответствие текущего состояния нормативам и требованиям законодательства.
Что включает контроль качества сварных соединений стальных трубопроводов
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
СТРОИТЕЛЬСТВО МАГИСТРАЛЬНЫХ И ПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Контроль качества и приемка работ
Дата введения 1989-01-01
РАЗРАБОТАНЫ взамен целого ряда отраслевых нормативных документов, регламентировавших требования к качеству и приемке работ, выполняемых при сооружении и реконструкции трубопроводов Всесоюзным научно-исследовательским институтом по строительству магистральных трубопроводов.
ВНЕСЕНЫ Всесоюзным научно-исследовательским институтом по строительству магистральных трубопроводов.
СОГЛАСОВАНЫ: Госстрой СССР 22.12.1988 г. письмо № АЧ 4473-8, Главгосгазнадзор СССР 5.12.1988 г. письмо № 11-5-2/337, Оргэнергонефть МНП 14.12.1988 г. письмо № 1015.
ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главным научно-техническим управлением Миннефтегазстроя.
УТВЕРЖДЕНЫ приказом Миннефтегазстроя № 375 от 27 декабря 1988 г.
ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное приказом Министерства строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности от 11.03.90 N 48, введенное в действие с 01.04.90.
Изменения внесены изготовителем базы данных.
Разделы, пункты, таблицы в которые внесены изменения, отмечены в настоящем документе (К).
С введением в действие «Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Контроль качества и приемка работ». Часть I утрачивают силу:
«Система показателей качества продукции. Технические средства для контроля качества строительства объектов нефтяной и газовой промышленности. Номенклатура показателей» ОСТ 102-89-83;
«Инструкция по радиографическому контролю сварных соединений трубопроводов различного диаметра» 
;
«Инструкция по освидетельствованию стальных труб диаметром 57…1420 мм» 
;
«Инструкция по ультразвуковому контролю сварных соединений трубопроводов на строительстве объектов нефтяной и газовой промышленности» 
;
«Инструкция по техническому расследованию отказов при испытании магистральных трубопроводов 
;
«Инструкция по метрологическому обеспечению контроля качества строительства магистральных трубопроводов» 
;
«Инструкция по контролю качества строительства и техническому надзору при производстве изоляционно-укладочных работ и сооружения средств электрохимической защиты на магистральных трубопроводах» 
;
«Инструкция по магнитографическому контролю сварных соединений магистральных трубопроводов» 
;
«Инструкция по нормированию технологической точности и метрологического обеспечения производства подготовительных и земляных работ при сооружении магистральных трубопроводов» 
;
«Инструкция по технологии контроля качества очистки наружной поверхности трубопровода инструментальными методами» 
;
«Инструкция по применению комплекса устройств для неразрушающего контроля сплошности изоляционных покрытий заглубленных трубопроводов» 
;
«Методические указания по нормированию технологической точности и метрологического обеспечения производства сварочно-монтажных работ при сооружении магистральных трубопроводов» РД 102-32-85.
Настоящие нормы составлены с учетом результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также результатов анализа отечественного и зарубежного опыта трубопроводного строительства, полученных в последние годы и, следовательно, не нашедших отражения в СНиП III-42-80, действующих с 1981 г. В связи с этим в случае расхождения требований ВСН (разд. 5 «Контроль качества сварных соединений трубопроводов») с требованиями СНиП III-42-80 в практической работе следуует руководствоваться первыми.
1.1. Требования настоящих Норм необходимо соблюдать при контроле качества и приемке работ, выполняемых в процессе сооружения новых и реконструкции действующих:
магистральных трубопроводов и ответвлений от них, область распространения которых регламентирована СНиП 2.05.06-85;
трубопроводов компрессорных (КС) и нефтеперекачивающих (НПС) станций, станций подземного хранения газа (СПХГ), дожимных компрессорных станций (ДКС), газораспределительных станций (ГРС), узлов замера расхода газа (УЗРГ), пунктов редуцирования газа (ПРГ), область распространения которых регламентирована СНиП 2.05.06-85, в том числе:
для транспортирования товарной продукции в пределах КС, НПС, СПХГ, ДКС, ГРС и УЗРГ;
трубопроводов импульсного, топливного и пускового газа газоперекачивающих агрегатов;
трубопроводов обвязки аппаратов нагнетателей, пылеуловителей, аппаратов воздушного охлаждения, холодильников и др.;
устройств приема и пуска скребка;
трубопроводных систем контрольно-измерительных приборов с главными и вспомогательными трубопроводами;
промысловых трубопроводов, область распространения которых регламентирована 
, в том числе:
газопроводов-шлейфов, предназначенных для транспортирования газа от скважин месторождений и СПХГ до установок комплексной подготовки газа (УКПГ), установок предварительной подготовки газа (УППГ) и от КС СПХГ до скважин для закачки газа в пласт;
газопроводов, газовых коллекторов неочищенного газа, межпромысловых коллекторов, конденсатопроводов, предназначенных для транспортирования газа и газового конденсата от УКПГ, УППГ до головных сооружений (ГС), ДКС, КС СПХГ, газоперерабатывающих заводов (ГПЗ);
выкидных трубопроводов от нефтяных скважин, за исключением участков, расположенных на кустовых площадках скважин до замерных установок;
нефтегазосборных трубопроводов для транспортирования продукции нефтяных скважин от замерных установок до пунктов первой ступени сепарации нефти;
газопроводов для транспортирования нефтяного газа от установок сепарации нефти до установок подготовки газа или до потребителей;
нефтепроводов для транспортирования газонасыщенной или разгазированной, обводненной или безводной нефти от пунктов сбора нефти и ДНС до центральных пунктов сбора;
газопроводов для транспортирования газа к эксплуатационным скважинам при газлифтном способе добычи;
газопроводов для подачи газа в продуктивные пласты с целью увеличения нефтеотдачи;
трубопроводов систем заводнения нефтяных пластов и захоронения пластовых и сточных вод в глубокие поглощающие горизонты;
трубопроводов пресной воды;
ингибиторопроводов для подачи ингибитора к скважинам или другим объектам нефтяных и газовых месторождений;
нефтепроводов для транспортирования товарной нефти от центральных пунктов сбора до сооружений магистрального транспорта нефти;
газопроводов для транспортирования газа от центральных пунктов сбора до сооружений магистрального транспорта газа.
1.2. Настоящие нормы не распространяются на трубопроводы, прокладываемые на территории городов и других населенных пунктов, в морских акваториях и районах с сейсмичностью свыше 8 баллов, а также на трубопроводы, предназначенные для транспортирования газа, нефти, нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов, оказывающих коррозионные воздействия на металл труб.
1.3. Настоящие нормы разработаны с учетом требований:
СНиП III-42-80 «Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ»;
СНиП 3.01.01-85 «Организация строительного производства»;
СНиП 3.01.04-87 «Приемка в эксплуатацию законченных строительством объектов. Основные положения»;
Кроме требований настоящих ВСН, следует выполнять требования, регламентированные ВСН по отдельным видам работ.
2. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВЫПОЛНЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
2.1. Контроль качества подготовительных работ следует осуществлять путем систематического наблюдения и проверки соответствия выполняемых работ требованиям проектной документации, а также, кроме перечисленных в п. 1.3, требованиям СНиП 3.01.03-84 «Геодезические работы в строительстве».
2.2. В процессе подготовительных работ исполнители контролируют:
правильность закрепления трассы с соблюдением следующих требований:
створные знаки углов поворота трассы, которые должны быть установлены в количестве не менее двух на каждое направление угла в пределах видимости;
створные знаки на прямолинейных участках трассы, которые должны быть установлены попарно в пределах видимости, но не реже, чем через 1 км;
створные знаки закрепления прямолинейных участков трассы на переходах через реки, овраги, дороги и другие естественные и искусственные препятствия, должны быть установлены в количестве не менее двух с каждой стороны перехода в пределах видимости;
высотные реперы должны быть установлены не реже чем через 5 км вдоль трассы, кроме устанавливаемых на переходах через водные преграды;
допустимые среднеквадратичные погрешности при построении геодезической разбивочной основы: угловые измерения ±2; линейные измерения 1/1000; определение отметок ±50 мм; кроме того проверяют:
соответствие работ по расчистке трассы от леса требованиям проекта и действующих нормативных документов лесного законодательства Союза ССР и союзных республик;
соответствие фактических отметок и ширины планируемой полосы требованиям проекта, особенно в зоне рытья траншей;
качество выполнения водопропускных сооружений;
крутизну откосов при устройстве полок, насыпей, планировке барханов, устройстве нагорных и дренажных канав;
величину уклонов, ширину проезжей части, радиусы поворотов;
несущую способность при устройстве временных и реконструкции постоянных транспортных коммуникаций;
мощность, равномерность и качественный состав плодородного слоя почвы.
2.3. Перед началом строительства генподрядная строительно-монтажная организация должна произвести контроль геодезической разбивочной основы с точностью линейных измерений не менее 1/500, угловых 2′ и нивелирования между реперами с точностью 50 мм на 1 км трассы.
3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
3.1. Способы производства земляных работ на строительстве трубопроводов определяются проектными решениями и должны выполняться в соответствии с требованиями нормативных документов, перечисленных в п. 1.3 и СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения. Правила производства и приемки работ».
3.2. Земляные работы должны производиться с обеспечением требований качества и с обязательным операционным контролем, который заключается в систематическом наблюдении и проверке соответствия выполняемых работ требованиям проектной и нормативной документации.
3.3. В зависимости от характера выполняемой операции (процесса) операционный контроль качества осуществляется непосредственно исполнителями, бригадирами, мастерами, прорабами или специальными контролерами.
4.4 Контроль качества сварных соединений стальных трубопроводов
Контроль качества сварных соединений стальных трубопроводов
При контроле качества сварных соединений трубопроводов надлежит руководствоваться требованиями настоящего раздела и требованиями раздела 5 настоящих Технических правил.
При операционном контроле качества сварных соединений стальных трубопроводов надлежит проверить соответствие стандартам конструктивных элементов и размеров сварных соединений (притупление и зачистку кромок, величину зазоров между кромками, ширину и усиление сварного шва), а также технологию и режим сварки, качество сварочных материалов, прихваток и сварного шва.
Все сварные стыки подлежат внешнему осмотру и измерению.
Результаты внешнего осмотра и измерения размеров сварных соединений считаются удовлетворительными, если:
— отсутствуют трещины любых размеров и направлений в шве и прилегающей зоне, а также подрезы, наплывы, прожоги, незаверенные кратеры и свищи;
— размеры и количество объемных включений и западаний между валиками не превышаютзначений, приведенных в таблице 4.1.
Таблица 4.1 (СНиП 3.05.03-85, таблица 1)
— размеры непровара, вогнутости и превышение проплава в корне шва стыковых соединений, выполненных без остающегося подкладного кольца (при возможности осмотра стыка изнутри трубы), не превышаютзначений, приведенных в таблице 4.2.
Таблица 4.2 (СНиП 3.05.03-85, таблица 2)
Стыки, неудовлетворяющие перечисленным требованиям, подлежат исправлению или удалению.
Сварные швы следует браковать, если при проверке неразрушающими методами контроля обнаружены трещины, незаваренные кратеры, прожоги, свищи, а также непровары в корне шва, выполненного на подкладном кольце.
На исполнительном чертеже трубопровода, составленном в соответствии со СНиП 3.01.03-84, следует указывать расстояния между сварными соединениями, атакже от колодцев, камер и абонентских вводов до ближайших сварных соединений.
ВОЗМОЖНО ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ
Автоматический график строительства
СНиП 3.05.05-84 Технологическое оборудование и технологические трубопроводы
4. СВАРНЫЕ И ДРУГИЕ НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
4.1. К сварке стыков стальных трубопроводов свыше 10 МПа (100 кгс/см ), I-IV категории (по СН 527-80) допускаются сварщики при наличии у них документов в соответствии с Правилами аттестации сварщиков, утвержденными Госгортехнадзором СССР. К сварке стыков стальных трубопроводов V категории могут быть допущены сварщики, не прошедшие указанной аттестации, но заварившие пробные стыки.
4.2. Сварщики (по любому виду сварки), впервые приступающие к сварке трубопроводов на монтаже данного объекта или имевшие перерыв в своей работе более 2 мес, а также все сварщики в случаях применения новых сварочных материалов или оборудования, независимо от наличия у них документов об аттестации, должны заварить пробные стыки в условиях, тождественных с теми, в которых производится сварка трубопроводов на данном объекте.
4.3. Пробные стыки стальных трубопроводов должны подвергаться внешнему осмотру, механическим испытаниям по ГОСТ 6996-66, в соответствии с обязательным приложением 3, а также проверке сплошности неразрушающими методами контроля в соответствии с требованиями пп.4.8, 4.10-4.14 настоящих правил.
В случаях неудовлетворительного качества сварки пробных стыков, выявленного:
а) при внешнем осмотре, стык бракуют и другим методам контроля не подвергают;
б) при проверке сплошности неразрушающими методами контроля, сварщик, допустивший брак, сваривает еще два пробных стыка и, если при этом хотя бы один из стыков при контроле неразрушающими методами будет забракован, сварку пробных стыков бракуют;
в) при механических испытаниях, производят повторное испытание удвоенного количества образцов, взятых из этого же стыка или из вновь сваренного данным сварщиком стыка, и, если хотя бы один из образцов при повторных механических испытаниях будет забракован, сварку пробных стыков бракуют.
В указанных выше случаях сварщик, выполнявший сварку забракованных пробных стыков, может быть допущен вновь к сварке пробных стыков трубопроводов только после сдачи испытаний по программам, утвержденным министерством (ведомством) СССР.
4.4. К выполнению неразъемных соединений из цветных металлов и сплавов, к сварке и склеиванию пластмассовых трубопроводов допускаются рабочие, прошедшие подготовку и сдавшие испытания по программам, утвержденным министерством (ведомством) СССР.
4.5. Сварку стальных трубопроводов разрешается производить при температурах, указанных в правилах, утвержденных Госгортехнадзором СССР, ведомственных нормативных документах и отраслевых стандартах.
Сварку трубопроводов из цветных металлов, а также сварку и склеивание пластмассовых трубопроводов разрешается производить при температуре окружающего воздуха не ниже 5 °С.
4.6. Поверхность концов труб и деталей трубопроводов, подлежащих соединению, перед сваркой должна быть обработана и очищена в соответствии с требованиями ведомственных нормативных документов и отраслевых стандартов.
Контроль качества соединений стальных трубопроводов
4.8. Контроль качества сварных соединений стальных трубопроводов должен производиться путем: систематического операционного контроля; механических испытаний образцов, вырезанных из пробных стыков; проверки сплошности стыков с выявлением внутренних дефектов одним из неразрушающих методов контроля, а также последующих гидравлических или пневматических испытаний согласно разд.5 настоящих правил. Методы контроля качества сварных соединений приведены в ГОСТ 3242-79.
Проверка качества сварных швов трубопроводов V категории ограничивается осуществлением операционного контроля.
В случаях, оговоренных в проекте, следует производить испытание сварных соединений из нержавеющих сталей на склонность к межкристаллитной коррозии в соответствии с ГОСТ 6032-75 и ведомственными нормативными документами.
4.9. Операционный контроль должен предусматривать проверку состояния сварочных материалов, качества подготовки концов труб и деталей трубопроводов, точности сборочных операций, выполнения заданного режима сварки.
Сварные швы не должны иметь трещин, прожогов, кратеров, грубой чешуйчатости, подрезов глубиной более 0,5 мм. [В сварных швах трубопроводов свыше 10 МПа (100 кгс/см ) подрезы не допускаются].
4.11. Объем контроля сварных соединений стальных трубопроводов неразрушающими методами в процентах к общему числу стыков, сваренных каждым сварщиком (но не менее одного стыка), должен составлять для трубопроводов:
Контроль качества сварных соединений трубопроводов
Контроль качества сварных соединений трубопроводов
При проведении строительных и любых монтажных работ с использованием стальных труб очень важен контроль качества сварных соединений трубопроводов. От этого напрямую зависит надежность и зачастую безопасность эксплуатации оборудования.
Нередко из-за допущенной ошибки или пропуска места непровара происходит разрыв под высоким давлением, что может привести к серьезным последствиям.
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:
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
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.
Магнитографический контроль
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:
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
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.
Контроль сварных соединений трубопроводов гамма-излучением
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:
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.
Особенности выполнения контроля качества сварных швов с использованием гамма-излучения
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.
Другое оборудование для контроля при помощи гамма-излучением
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.
Что получается?
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:
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.
Контроль качества сварных швов при помощи ультразвуковой дефектоскопии
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
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.