Файл: Методы акустического неразрушающего контроля.pdf

Методы акустического неразрушающего контроля
В ГОСТ 18353–79 приведено следующее определение: акустический неразрушающий контроль – это вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и (или) возникающих в контролируемом объекте. При использовании волн ультразвукового диапазона частот (от 20 кГц до 1 ГГц) допустимо применение термина
«ультразвуковой контроль» вместо термина «акустический контроль».
ГОСТ 23829–85 делит понятие «акустический контроль» на понятия
«акустическая дефектоскопия» и «акустическая толщинометрия».
Акустическая дефектоскопия – акустический контроль наличия дефектов типа нарушения сплошности и однородности, а акустическая толщиномерия – измерение толщины объекта контроля методами акустического неразрушающего контроля. Акустический неразрушающий контроль проводится с использованием акустического прибора. Акустический прибор – средство неразрушающего контроля, состоящее из электронного блока и пьезоэлектрических преобразователей (на приборе отмечается как ПЭП), а также вспомогательных и регистрирующих устройств, использующее методы акустического неразрушающего контроля.
Акустический прибор регистрирует электрический или акустический сигнал, связанный с контролируемыми параметрами объекта контроля. Этот сигнал в ГОСТ
23829–85 определен термином «сигнал акустического прибора».
Пьезоэлектрический преобразователь в ГОСТ 23829–85 определен как преобразователь акустического прибора – часть акустического прибора, состоящая из излучающего и (или) приемного устройства, предназначенная для выработки электрических сигналов измерительной информации. В данном определении фраза «излучающее и (или) приемное устройство» поясняет, что преобразователь может быть совмещен или разделен по излучению и приему сигнала.

При проведении контроля акустическими методами используются следующие определения (рис. 1).
Рис. 1. Схема акустической толщинометрии: 1 – пьезоэлектрический преобразователь; 2 – точка ввода; 3 – поверхность ввода; 4 – донная поверхность; 5 – объект контроля;
– прямой сигнал;
– отраженный сигнал
Точка ввода – точка пересечения оси пьезоэлектрического преобразователя с поверхностью ввода упругих колебаний в объект контроля.
Поверхность ввода – поверхность объекта контроля, через которую вводятся упругие колебания.
Донная поверхность – поверхность объекта контроля, противоположная поверхности ввода.
Всего в ГОСТ 23829–85 описано 16 методов акустического неразрушающего контроля. Для контроля сварных соединений магистральных трубопроводов применяют акустический метод прохождения или акустический метод отражения, а также акустико-эмиссионный метод.
Акустический метод прохождения – метод акустического неразрушающего контроля, основанный на излучении и приеме волн, однократно прошедших через объект контроля в любом направлении, и анализе их параметров.
Акустический метод отражения – метод акустического неразрушающего контроля, основанный на излучении акустических колебаний, отражении их

от поверхности раздела двух сред и анализе параметров отраженных импульсов.
Согласно п. 8.5 «Ультразвуковой контроль» РД 25.160.10-КТН-016–15 ультразвуковому контролю могут быть подвергнуты сварные соединения трубопроводов наружным диаметром до 1220 мм включительно и с номинальной толщиной стенки до 40 мм включительно.
Требования к ультразвуковому контролю, изложенные в п. 8.5
РД 25.160.10-КТН-016–15, основаны на ГОСТ 14782–86. Ультразвуковой контроль проводится для выявления внутренних и поверхностных дефектов.
В ГОСТ 14782–86 дефекты определены как протяженные и непротяженные. К протяженным дефектам относят: непровары, несплавления, трещины, подрезы, цепочки скопления пор и включений. К непротяженным – одиночные газовые поры, шлаковые включения.
Сварное соединение допускается к проведению ультразвукового контроля при наличии положительного заключения о годности данного сварного соединения по результатам визуального и измерительного контроля.
Для проведения ультразвукового контроля необходимо наличие:
– ультразвукового дефектоскопа или толщиномера;
– контактных пьезоэлектрических преобразователей;
– стандартных образцов предприятия, регламентированных ГОСТ
14782–86
, или комплекта контрольных образцов и вспомогательных устройств из набора КОУ;
– контактной смазки;
– инструмента и приспособлений для разметки контролируемого соединения и измерения характеристик выявленных дефектов;
– измерителя шероховатости.
Для проверки технических параметров дефектоскопов и пьезопреобразователей, а также основных параметров контроля используются стандартные образцы, регламентированные ГОСТ 14782–86.

Стандартные образцы изготавливаются из труб того же типоразмера, что и трубы, сварные соединения которых подлежат контролю. Материал труб, из которых изготавливают стандартные образцы, должен быть идентичен по акустическим свойствам материалу труб контролируемого соединения. Для кольцевых швов труб более 530 мм допускается применять стандартные образцы с плоской поверхностью. Для проведения контроля сварных соединений трубопроводов, заполненных нефтью, настройку чувствительности следует производить на стандартных образцах, нижняя поверхность которых, соответствующая внутренней поверхности трубы, погружена в нефть.
Для повышения производительности контроля рекомендуется применение мерительных поясов, шаблонов.
Перед проведением контроля следует произвести подготовку сварного соединения к контролю:
– обеспечить доступ к сварному соединению для беспрепятственного сканирования околошовной зоны;
– очистить околошовную зону сварного соединения по обе стороны от шва и по всей его длине от изоляционного покрытия, пыли, грязи, окалины, застывших брызг металла, забоин и других неровностей;
– добиться, чтобы чистота обработки поверхности околошовной зоны была не ниже Ra6,3 (Rz40);
– добиться, чтобы ширина подготавливаемой зоны, мм, с каждой стороны шва обеспечивала прозвучивание шва прямым и однократно отраженным лучом и превышала значение, определяемое по формуле
Х = 2Stgα+ЗТВ+n, где S – толщина стенки; α – угол ввода ультразвука в металл; ЗТВ – зона термического влияния, подвергаемая ультразвуковому контролю; n – длина
ПЭП.

Операции и последовательность их выполнения при настройке дефектоскопа каждого конкретного типа и проведении контроля излагаются в технологической инструкции к дефектоскопу.
Ультразвуковой контроль проводят в соответствии с технологической инструкцией и операционной технологической картой контроля (рис. 2-3).
Рис. 2. Операционная технологическая карта ультразвукового контроля сварных соединений

Рис. 3. Операционная технологическая карта ультразвукового контроля сварных соединений (продолжение)

Акустико-эмиссионный контроль проводят в соответствии с ГОСТ
20415–82
. Согласно ГОСТ Р 54907–2012 обследованию акустико- эмиссионным методом подлежат участки трубопроводов, на которых в силу их конструктивных параметров не проводят внутритрубную дефектоскопию, и участки с отсутствием диагностической информации по результатам внутритрубной дефектоскопии.
Акустико-эмиссионный контроль основан на том, что объект контроля подвергают механическому напряжению, т. е. создают в нем внутреннее давление. При этом трещины развиваются скачками. При каждом акте подрастания (скачке) от венца трещины в материал излучается импульс акустической энергии – щелчок (эмиссия). Такие импульсы улавливаются и анализируются специальной акустико-эмиссионной аппаратурой (АЭА) (рис. 4).
Рис. 4. Схема акустико-эмиссионного метода акустического контроля
Основной целью выполнения акустико-эмиссионного контроля является обнаружение, определение координат и мониторинг источников акустической эмиссии, вызванных несплошностями на поверхности или в объеме стенки трубопровода, сварного соединения и конструктивных элементов.

Отбраковка выявленных дефектов
При строительстве, ремонте или реконструкции трубопроводов по результатам неразрушающего контроля все сварные соединения делятся на две категории, обозначаемые как «годен» и «не годен».
К категории «годен» относятся сварные соединения, в которых выявленные дефекты удовлетворяют требованиям допустимости или вообще отсутствуют.
К категории «не годен» относят сварные соединения, в которых:
– выявленные дефекты не удовлетворяют требованиям допустимости;
– выявлены дефекты, суммарная протяженность которых превышает 1/6 длины сварного соединения, несмотря на то, что каждый единичный дефект удовлетворяет требованиям допустимости.
Недопустимые дефекты, выявленные в процессе проведения неразрушающего контроля, устраняются до ввода трубопровода в эксплуатацию.
Сварные соединения, которые по результатам неразрушающего контроля отнесены к категории «не годен», подлежат вырезке. При этом повторный ремонт одного и того же дефектного участка сварного стыка с применением сварки при строительстве, капитальном ремонте или реконструкции трубопроводов не допускается, стык подлежит вырезке. Для определения категории допустимости приняты условные обозначения, приведенные на рис. 5.
На основании рис. 5 в табл. 1–5 приведены критерии оценки допустимости дефектов, выявляемых по результатам визуального и измерительного, капиллярного, магнитопорошкового, радиографического и ультразвукового контролей.

Рис. 5. Схема определения категории допустимости дефектов сварных соединений: S – толщина стенки трубопровода или детали; d – диаметр дефекта округлой формы; h – глубина дефекта; l – протяженность дефекта; t – ширина дефекта; L – расстояние между соседними дефектами; d
min
– диаметр наименьшего из расположенных рядом отдельных дефектов или дефектов, входящих в скопление или цепочку
Таблица 1

Таблица 2
Таблица 3

Таблица 4

Продолжение таблицы 4

Продолжение таблицы 4

Таблица 5
Основы технического диагностирования объектов трубопроводного
транспорта
Согласно РД 25.160.10-КТН-016–15 неразрушающий контроль сварных соединений трубопроводов проводят в последовательности, приведенной на рис. 6:
Рис. 6. Схема проведения неразрушающего контроля сварных соединений трубопроводов:
ВИК – визуальный и измерительный контроль; ПВК – контроль проникающими веществами (капиллярным методом); МК – магнитный контроль (магнитопорошковым методом); РК – радиографический контроль; УЗК – ультразвуковой контроль; ВИП – контроль с применением внутритрубного инспекционного прибора
Кроме того, в ГОСТ Р 54907–2012 приводится классификация видов технического диагностирования, включающая помимо наружного диагностирования методами неразрушающего контроля внутритрубную диагностику и электрометрическое диагностирование.

Таким образом, в данном пособии остались нерассмотренными два вида технического диагностирования – внутритрубное и электрометрическое.
Техническое диагностирование – это определение технического состояния объекта контроля. Вид технического диагностирования определяется на основании предложений по его проведению, сформулированных исполнителем технического диагностирования.
Исполнитель технического диагностирования в свою очередь руководствуется сведениями, полученными от эксплуатирующей организации.
Эксплуатирующая организация формирует техническое задание на основании сформулированных задач и требований на проведение работ по техническому диагностированию. В техническом задании могут указываться требования к видам и методам проведения технического диагностирования и объемам контроля. Техническое диагностирование проводится с использованием диагностического оборудования и методик, отвечающих требованиям, установленным в эксплуатирующей организации.
В числе задач технического диагностирования – обнаружение и идентификация определенных типов дефектов с требуемой точностью.
К основным требованиям к точности обнаружения дефектов относятся точность определения размеров дефектов и точность определения положения дефектов на трубопроводе.
Внутритрубная диагностика
Внутритрубную диагностику применяют при обследовании линейной части магистральных трубопроводов с целью выявления дефектов геометрии трубопровода, стенки трубы и сварных швов.
Внутритрубную диагностику проводят до ввода в эксплуатацию вновь построенных трубопроводов, а также после завершения строительно- монтажных работ по реконструкции или капитальному ремонту трубопроводов, а выявленные при этом дефекты должны быть устранены в установленном порядке.

Для проведения внутритрубной диагностики трубопровод должен быть оборудован узлами пуска и приема средств очистки и диагностики (рис. 7 и 8).
Рис. 7. Камера запуска СОД: А – патрубок подвода потока; В – патрубок для датчика давления; Г – патрубки для присоединения трубопроводов газовоздушной линии; Д – патрубок для подачи пара или инертного газа; Е – патрубок для установки сигнализатора рычажного; Ж – патрубок для установки запасовочного устройства; К – патрубок для установки манометра; М – патрубки для присоединения дренажных трубопроводов; Н – датчик контроля герметичности
Максимальная дистанция, обследуемая внутритрубным инспекционным прибором, определяется механическими свойствами прибора, а также состоянием внутренней полости трубопровода (наличием абразивных примесей, шероховатостью стенки трубы), так как это влияет на износ элементов прибора. Максимальную дистанцию и время работы прибора необходимо учитывать еще и исходя из ресурса встроенного источника питания и объема запоминающего устройства прибора.

Рис. 8. Камера приема СОД: Б – патрубки отвода продукта; В – патрубок для установки датчика давления; Г – патрубок для присоединения трубопровода газовоздушной линии; Д
– патрубок для подачи пара или инертного газа; Е – патрубок для установки рычажного сигнализатора; К – патрубок для установки манометра; Л – сигнализатор прохождения средств очистки и диагностики; М – патрубки для присоединения дренажных трубопроводов; Н – датчик контроля герметичности
В целях предупреждения застревания инспекционного прибора в полости трубопровода необходимо выполнение следующих критериев:
– диаметр прибора должен быть меньше проходного сечения трубопровода;
– параметры прибора должны позволить осуществить его пропуск по трубопроводу при прохождении трубопроводной арматуры и изгибов трубопровода;
– параметры узлов пуска и приема средств очистки и диагностики должны обеспечивать безопасные запасовку, пуск, прием и извлечение прибора;
– используемый во время диагностирования режим работы трубопровода (скорость потока, давление на всей протяженности трубопровода) должен обеспечивать перемещение прибора со скоростью в допустимом в соответствии с техническими характеристиками прибора диапазоне.