Капиллярный контроль сварных соединений

Суть метода

Принцип действия капиллярного способа контроля заключается в проявлении структуры дефекта с помощью красящего пенетранта, которым обрабатывается целевая поверхность. Высокая проникающая способность активного состава позволяет ему проникать в мельчайшие поры поверхности, ярким цветом маркируя контуры трещин или непроваров.

Поэтапно технологию производства капиллярного метода контроля сварных швов можно представить так:

Подготовка поверхности. Качество выполнения дефектоскопии будет зависеть от чистоты рабочей зоны. Малейшие препятствия в виде грязи, пыли и жировых следов могут помешать процессу капиллярной маркировки. Поэтому выполняется зачистка поверхности, а иногда и шлифовка с последующей доработкой. Нанесение красящего состава. Как правило, используется красный пенетрант. Его распыляют или наносят кисточкой в достаточном объеме, чтобы масса могла свободно заполнить все имеющиеся дефекты. Очистка излишков пенетранта. Чтобы в дальнейшем удобнее было производить контроль дефектной зоны, с поверхности удаляется ненужный красящий раствор

Важно не затронуть маркированные контуры непосредственно трещин. Нанесение проявителя. Через некоторое время после высыхания пенетранта производится укладка проявителя – состава белого цвета, который позволит на контрасте выявить нарушения структуры. Контроль качества

После завершения проявочного процесса оператор фиксирует следы и контуры дефектов.

Функциональную сущность капиллярного метода контроля можно свести к двум технологическим факторам обнаружения дефектов. Во-первых, это описанный процесс точечного визуального проявления структуры трещин и непроваров. Во-вторых, это процедура непосредственной регистрации, измерения и анализа параметров дефекта, но уже с помощью другого функционального инструментария.

Принципы контроля качества

Методом неразрушающего контроля легко проверить состояние всех швов изделия.

Контроль состояния сварного соединения проводится 2 методами – с разрушением соединения и без нарушения его целостности. Неразрушающие методы контроля предназначены для оценки состояния всех сварных швов. Такой контроль должен осуществляться на стадии проведения сварочных работ и после их окончания. Их задача – не допустить наличия опасных дефектов в конструкции до начала эксплуатации, а также оценка изменения характеристик после определенного периода эксплуатации. Неразрушающая проверка проводится следующими способами: внешний осмотр и измерения; радиационная и капиллярная дефектоскопия; ультразвуковой метод; рентгенографический и магнитный контроль; проверка по проницаемости и некоторые другие специфические методы.

Разрушающие методы контроля сварных соединений проводятся на вырезанных образцах для определения соответствия технологии, присадочных материалов, флюса при сварных работах, проводимых в большом объеме. К таким способам относятся: механические испытания на разрушение (растяжение до разрыва, сжатие, изгиб, удар и т. п.); металлографические исследования структуры (в т. ч. с использованием микроскопов) и другие специальные методы.

Внешний и технический осмотр

Всякая проверка качества начинается с внешнего осмотра – визуального и с использованием измерительных и увеличивающих инструментов. Таким способом выявляются соответствия формы и размеров, а также внешние дефекты. Очистка участка шва и обработка его спиртом или слабым кислотным раствором (например, азотной кислотой) позволяет обнаружить даже очень маленькие трещинки. Для измерения геометрических размеров применяются линейка и штангенциркуль, шаблоны. Эффективность проверки повышается при обеспечении хорошего освещения и использовании лупы с 8-10-кратным увеличением.

Капиллярная методика

Этапы контроля капиллярным методом: 1-очистка; 2-нанесение пенетранта; 3-удаление пенетранта; 4-нанесение протравляющей смеси; 5-выявление дефектов.

Капиллярный способ оценки качества основан на просачивании контрастных жидкостей в мельчайшие повреждения материала. Наиболее распространено использование пенетрантов. Сущность их применения состоит в окрашивании дефектов при их наполнении таким веществом.

Выпускаются пенетранты на базе керосина, скипидара, бензола, трансформаторного масла. Существует несколько разновидностей составов: с содержанием люминесцирующих компонентов (люминесцентная дефектоскопия, а дефекты проявляются при воздействии ультрафиолетовых лучей) и с красителями, наблюдаемыми при дневном свете (цветная дефектоскопия, а краситель, чаще всего, ярко-красного цвета). Чувствительность метода достигает 0,1-0,5 мкм, при верхнем пределе – 500 мкм.

Одним из простых вариантов способа является проверка с помощью керосина, обладающего высокой проникающей способностью. Испытания проводятся следующим образом. На участок соединения наносится водная смесь каолина или мела и подсушивается до образования белой пленки. С обратной стороны сварной шов обильно смачивается керосином в течение 25-35 минут. При наличии даже микроскопических капилляров керосин проходит через толщу материала и выделяется на белом налете с другой стороны, что хорошо заметно визуально.

Проверка проницаемости

Пневматический контроль качества швов.

Оценка герметичности необходима при сварке емкостей, трубопроводов и т. д. Контроль на проницаемость может проводиться разными методами: течеиспусканием, пузырьковым, пневматическими и гидравлическими испытаниями. Пневматический способ включает подачу во внутреннюю полость воздуха или газа. На наружную поверхность шва наносится пенообразующий состав (мыльный раствор). При плохой герметичности появятся пенистые пузырьки.

Наглядный пневматический способ – использование аммиака. В качестве газа применяется аммиак, а с другой стороны размещается бинт, пропитанный фенолфталеином. При просачивании газа он оставит на бинте красные точки.

Область применения

Метод цветной дефектоскопии сварных швов хорошо зарекомендовал себя в ситуациях, когда по какой-то причине невозможно использовать более современные технологии контроля. Область его применения широка.

Судостроение

При монтаже обшивки корпуса или перегородок между отсеками важно обеспечить герметичность сварных швов. Ведь никто не хочет, чтобы спущенное со стапелей судно сразу дало течь. Прокладка трубопроводов различного назначения

Неважно, что перекачивается по трубам – обычная вода или ядовитые химикаты, нейтральные или горючие газы. Находясь под давлением, они быстро отыщут себе путь наружу. Утечка воды в жилом здании приведет к затоплению квартир, и придется оплачивать их ремонт. Утечка бытового газа вполне может стать причиной взрыва, при котором погибнут люди. Производство различных емкостей. Транспортные цистерны или стационарные резервуары – все они должны быть герметичны. Ведь даже обычная вода стоит денег. А что будет, если через не видимую глазом трещину наружу будет вытекать дорогостоящий химический реагент? Строительство домов. Каркасы конструкций из железобетона подвергаются высоким нагрузкам. Чтобы здание высотой в несколько десятков этажей простояло положенный ему срок, качество сварки должно быть безупречным.

Повсюду, где использование сложных, требующих специального оборудования, методов контроля, затруднено, на помощь приходит цветная дефектоскопия. Однако, при всей своей простоте эта технология все же требует аккуратности.

Проверка сварных соединений на проницаемость

В случае применения сварки при изготовлении резервуаров требуется контроль герметичности. Для этого проводят испытания на непроницаемость соединений. Контроль качества проходит с применением газов или жидкостей.

Суть метода основана на создании большой разности давлений между наружной и внутренней областью емкости. При сквозных изъянах в сварном шве жидкость или газ будут переходить из области с высоким давлением в область с низким давлением.

В зависимости от используемого вещества и способа получения избыточного давления контроль проницаемости осуществляют пневматикой, гидравликой или вакуумом.

Пневматический способ

Применение пневматического метода контроля качества сварки требует накачивания резервуара каким-либо газом до давления величиной 150% от номинального.

Затем все сварные швы смачивают мыльным раствором. В местах протечек образуются пузыри, что очень легко фиксируется. Для лучшей визуализации используют добавку аммиака, а шов покрывают бинтом пропитанным фенолфталеином. В местах протечек появляются красные пятна.

Если нет возможности накачать емкость, то применяют способ обдува. С одной стороны шов обдувается под давлением не менее 2,5 атмосферы, а с другой обмазывается мыльным раствором. Если имеется брак, то он выявится в виде пузырьков.

Гидравлический способ

При гидравлическом способе контроля качества сварки проверяемая емкость заполняется водой или маслом. В сосуде создается избыточное давление, которое больше номинального в полтора раза.

Затем в течение определенного времени, обычно 10 минут, область вокруг шва обстукивают молотком со скругленным бойком. При наличии сквозного дефекта сварки появится течь. Если избыточное давление невелико, то время выдержки резервуара увеличивают до нескольких часов.

Дефектоскопические материалы

Степень достоверности визуальной оценки итогов капиллярного контроля, зависит от качества целевых наборов дефектоскопических материалов, соответствующих условиям, которые предъявляются к объекту контроля. Целевой набор комплектуется химикатами:

• пенетрантом;
• очистителем;
• проявителем.

Химикаты из наборов или сочетаний должны обладать взаимной совместимостью и не должны снижать технического качества контролируемых сред, полуфабрикатов или изделий.

Один из лидеров отечественного рынка дефектоскопии – из Казани предлагает наборы и сочетания химикатов, необходимых при использовании капиллярного метода:

• проявитель Magnaflux SPOTCHECK SCD-S2 используется при температурах от -5°С до +50°С, совместимый с темно-красным пенетрантом Magnaflux SPOTCHECK SKL-SP2 и очистителем SKC-S;
• проявитель Sherwin D-106 пригодный для использования при температуре до -30°С совместно с очистителем Sherwin N-120 и низкотемпературным пенетрантом Sherwin LTP-82;
• проявитель для цветной дефектоскопии Helling NORD TEST U-89 обеспечивающий индикацию дефектов до 0,00025 мм размерами, применимый при температурах от -10°С до +100°С, совместимый с темно-красным пенетрантом Helling NORD TEST U-88;
• проявитель Sherwin D-100, совместимый с универсальным темно-красным пенетрантом Sherwin DP-55, очистителем Sherwin DR-60 в диапазоне рабочих температур от +10°С до +50°С.

Проявитель Sherwin D-100

Проявитель U-89

Очиститель Magnaflux SKC-S

Эти наборы и сочетания химикатов позволяют обнаружить поверхностные дефекты любых размеров и конфигурации, они охватывают весь спектр подлежащих контролю сред, изделий и полуфабрикатов по всем классам чувствительности.

Качество дефектоскопических химикатов, а также правильность методики капиллярного контроля проверяется стандартным образцом – эталоном. Образец – эталон, это пластина из стали Ст20 с выполненной на ее поверхности тупиковой трещиной, ширина раскрытия которой соответствует I, II или III классу чувствительности капиллярного контроля.

Рамки применения метода УЗК

Проведение ультразвукового контроля сварных соединений обеспечивает достаточно точные результаты и при соблюдении технологии способен предоставить исчерпывающую информацию в отношении любых дефектов. Но здесь следует понимать, что существуют определенные границы применения методики.

Дефекты, которые можно обнаружить методикой УЗК следующие:

• поры;
• непроваренные участки;
• трещины в швах и возле них;
• несплавления соединений;
• расслоения наплавленного материала;
• наличие свищей;
• провисание металла в нижних участках стыка;
• коррозионные образования;
• участки, на которых нарушены геометрические размеры или присутствует несоответствие химического состава.

УЗК сварных соединений осуществлять можно на конструкциях из легированной и аустенитной стали, меди, чугуна и металлов, которые ультразвук проводят плохо.

Геометрические параметры проведения УЗ-дефектоскопии:

• не более 10 метров составляет наибольшая глубина залегания шва;
• при минимальной толщине металла 3-4 мм;
• в зависимости от прибора наименьшая толщина шва должна быть в пределах 8-10 мм;
• 500-800 мм — максимальная толщина металла.

Что касается видов соединений, то сварка под УЗК предполагает выполнение продольных, плоских, сварных, кольцевых, тавровых стыков. Также применяют методику для сварных труб.

Области использования дефектоскопии

Ультразвуковая проверка сварных швов активно применяется в промышленной, строительной и других сферах. Чаще всего контроль ультразвуком применяют:

• для аналитической диагностики агрегатов и узлов;
• дефектоскопия сварных швов трубопроводов проводится с целью определения их целостности и степени износа труб;
• в атомной и тепловой энергетике для контроля состояния сварных конструкций;
• в области машиностроения и химической промышленности;
• для проверки сварных стыков в изделиях со сложной конфигурацией;
• при необходимости проверить прочность соединений металлов с крупнозернистой структурой.

Применять УЗК можно как в лабораторных, так и в полевых условиях при нахождении стыков на высоте, в замкнутых пространствах и труднодоступных местах.

Преимущества и недостатки методики

Ультразвуковой контроль сварных швов трубопроводов иди других типов металлоизделий обладает рядом преимущественных особенностей:

• высокая чувствительность оборудования обеспечивает точность результатов и скорость проведения проверок;
• удобность использования благодаря компактности приборов;
• возможность проведения выездной дефектоскопии если для контроля использовать портативные измерительные устройства;
• минимальные затраты на осуществление контроля сварочных швов, что обусловлено невысокой стоимостью самих дефектоскопов;
• возможность проверять соединения с большой толщиной;
• УЗК не нарушает структуру шва и не повреждает исследуемый объект;
• практически все разновидности дефектов сварных швов можно установить посредством ультразвукового контроля;
• контролируемый объект не требуется выводить из эксплуатации, проверку сварочных соединений можно проводить непосредственно в процессе его работы;
• абсолютная безопасность для человека, что нельзя отнести, например, к рентгеновской дефектоскопии.

К недостаткам контроля сварочных швов ультразвуковым методом относят некоторые трудности при проверке металлов с крупнозернистой структурой, возникающие вследствие сильного затухания и рассеивания волн. Также в числе минусов отмечают необходимость предварительно перед установкой дефектоскопов очистить и подготовить поверхность шва и некую ограниченность информации, выдаваемой прибором об обнаруженном дефекте.

В заключение следует сказать о том, что УЗК сварочных соединений — это гарантия безопасной эксплуатации готовых металлоизделий и сооружений. Если соблюдать сроки проверок, то это позволит своевременно устранить повреждения, продлить периоды и увеличить эффективность работы конструкций.

Контроль капиллярный керосином

Керосин является полярно-активной жидкостью с низкой вязкостью, отсюда и большая его проникающая способность. Обычно с его помощью выискиваются дефекты сварных швов диаметром 0,1 мм при толщине стыка в 25 мм. И раньше, и сейчас керосин используется для контроля сварки резервуаров, которые работают под давлением. Сам процесс достаточно простой.

Для этого понадобиться керосин и меловой раствор, который наносится на обратную сторону сварного шва. По сути, раствор будет выполнять функции индикатора, на котором проявятся керосиновые пятна. Саму жидкость можно распылить на поверхность, смочить ею валик или просто уложить по стыку смоченную в керосине ленты или тряпку. После определенного времени с обратной стороны начнут проявляться масляные пятна, хорошо видимые на меловой поверхности. Нередко в керосин добавляют яркие пигменты, чтобы увеличить чувствительность контроля.

Как и все капиллярные способы контроля с использование индикаторных жидкостей, керосин наносится на испытуемые поверхности сварных валиков разными способами.

• Вакуумным, для чего используются специальные вакуумные установки переносного типа. Их устанавливают со стороны нанесенной меловой смеси.
• Пневматический. Поверхность валика, смоченную керосином, обдувают потоком сжатого воздуха при давлении 0,3-0,4 МПа.
• Вибрационный. Проникновение материала проходит под действием ультразвуковых колебаний.

Используя керосин при капиллярном контроле сварочных швов, необходимо применять материал с большой чистотой. Ведь примеси только увеличивают вязкость керосина, что делает его проникающие свойства низкими. А это может привести к неопределению самых маленьких дефектов, что отразиться на искаженной информации о качестве сварочного шва.

Капиллярные способы контроля на сегодняшний день считаются самыми простыми, но в то же время самыми дешевыми и эффективными. Именно поэтому они чаще других способов сегодня используются при проверке сварочных конструкций.

Оформление документации

Для проведения сварки предусматривается специальный журнал. Он является первичным документом, оформляющийся по требованиям СНиП. Проектная организация составляет перечень узлов в металлоконструкции, которые необходимо сдать заказчику с оформлением сварочных документов.

Если проводились ультразвуковые или иные специфические исследования, то результаты и заключения по ним также прилагаются.

Все это позволяет говорить о качестве сварке и надежности конструкции. Только после сдачи в полном объеме сварочной документации производятся дальнейшие процедуры по принятию металлоконструкций объекта.

Физические основы капиллярной дефектоскопии

Капиллярные методы контроля предназначены для обнаружения нарушений сплошности в поверхностных слоях сварных соединений. В большинстве случаев согласно техническим требованиям выявлению подлежат настолько малые дефекты сварных соединений, которые заметить при визуальном осмотре почти невозможно. Применение оптических приборов, например лупы или микроскопа, не позволяет обнаруживать поверхностные дефекты вследствие недостаточной контрастности их изображений на фоне металла и малого поля зрения, обеспечиваемого при большом увеличении.

Методы капиллярной дефектоскопии позволяют выявлять разного рода трещины, свищи, микропоры и другие дефекты, выходящие на поверхность, за счет повышения контрастности индикаторного рисунка, образующегося на дефектах на фоне поверхности контролируемого объекта.

Изменить соотношение оптической плотности изображения дефекта и фона можно двумя способами. Первый способ повышения контрастности изображения заключается в полировании поверхности контролируемого сварного соединения с последующим травлением ее в растворах кислот. При такой обработке дефект забивается продуктами коррозии, чернеет и становится заметным на светлом фоне полированного материала. Этот способ имеет целый ряд ограничений. В частности, в производственных условиях нерентабельно полировать поверхность сварного соединения и особенно шва. К тому же данный способ неприменим при контроле прецизионных полированных деталей и неметаллических материалов. Травление приемлемо только при контроле локальных участков поверхности металла, если имеется подозрение на наличие дефектов.

Второй способ повышения контрастности изображения основан на изменении светоотдачи дефектов заполнением их со стороны поверхности специальными светои цветоконтрастными индикаторными проникающими жидкостями — пенетрантами. Если в состав пенетранта входят люминофоры — вещества, испускающие свет под действием ультрафиолетового излучения, то такие жидкости называются люминесцентными, а метод контроля — люминесцентной дефектоскопией (ЛД). Если же основой пенетранта являются красители, видимые при дневном свете, то метод контроля называется цветной дефектоскопией (ЦД). Красители при ЦД используют ярко-красного цвета.

Контроль, осуществляемый методами капиллярной дефектоскопии, заключается в следующем. Поверхность контролируемой детали очищают от пыли, лакокрасочных покрытий, органических и других загрязнений, обезжиривают и сушат. На подготовленную поверхность наносят слой пенетранта и выдерживают некоторое время, чтобы жидкость проникла в открытую полость дефекта (рис. 40, а). Затем жидкость удаляют с поверхности (рис. 40, б), но при этом часть ее остается в полости дефекта.

Для повышения выявляемости дефектов на поверхность детали наносится специальный проявитель (рис. 40, в) в виде быстросохнущей суспензии (например, из каолина или коллодия) либо лаковое покрытие. Проявляющий материал (обычно белого цвета) вытягивает пенетрант из полости дефекта, что приводит к образованию на проявителе индикаторного следа, полностью повторяющего конфигурацию дефекта в плане, но имеющего бо́льшие размеры. Такие следы легко различимы даже без использования оптических средств. Степень увеличения размеров индикаторного следа зависит от глубины расположения дефекта, т. е. от объема пенетранта, заполнившего дефект, и промежутка времени, прошедшего с момента нанесения проявляющегося слоя.

Физической основой методов капиллярной дефектоскопии служит явление капиллярной активности — способность жидкости втягиваться в мельчайшие сквозные отверстия и открытые с одной стороны каналы.

При попадании жидкости в капиллярный канал ее поверхность искривляется, образуя так называемый мениск. Силы поверхностного натяжения стремятся уменьшить свободную границу мениска, и в капилляре начинает действовать дополнительная сила, приводящая к всасыванию смачивающей жидкости. Глубина, на которую жидкость проникает в капилляр, прямо пропорциональна коэффициенту ее поверхностного натяжения и обратно пропорциональна радиусу капилляра. Иными словами, чем меньше радиус капилляра (дефекта) и лучше смачиваемость материала, тем быстрее и на большую глубину жидкость проникает в капилляр.

Рис. 40. Стадии контроля поверхности детали капиллярным методом с применением проявителя: а — полость трещины заполняется проникающей жидкостью — пенетрантом; б — жидкость удаляется с поверхности детали; в — наносится проявитель, трещина выявляется; 1 — деталь; 2 — полость трещины; 3 — проникающая жидкость; 4 — проявитель; 5 — индикаторный след трещины