Методы контроля конструкционных материалов
Дефекты в металле становятся причиной изменения физических характеристик: плотности, электропроводности, магнитной проницаемости, упругих и других свойств. Исследование этих свойств и с их помощью обнаружение дефектов составляет физическую сущность методов неразрушающего контроля. Эти методы основаны на использовании проникающих излучений рентгеновских и гамма-лучей, магнитных и электромагнитных полей, колебаний, оптических спектров, явлений капиллярности и других.
Учитывая большое количество точек и участков, подлежащих контролю на объекте, разбросанность объектов по производству, недоступность подконтрольных точек, к методам и средствам неразрушающего контроля предъявляются следующие требования:
- достоверность и объективный контроль измеряемого параметра,
- сходимость и воспроизводимость результатов измерения,
- ограниченное время проведения анализа,
- малый вес и транспортабельность приборов,
- легкость подготовки объекта к исследованию,
- сопоставимость результатов анализа объекта с результатами анализа образцов,
- проведение экспертизы средним техническим персоналом,
- наличие памяти в регистрирующих устройствах приборов для фиксации параметров многочисленных точек исследования,
- наглядность и простота регистрации исследуемых параметров,
- анализ регистрируемых параметров,
- оперативность выдачи результатов обследования в форме отчета с помощью принтера,
- надежность в эксплуатации,
- взрывобезопасное исполнение.
Промышленностью выпускается широкий ассортимент приборов неразрушающего контроля и исследования состояния и свойств материалов и оборудования:
- переносные анализаторы химического состава металлов,
- переносные микроскопы,
- портативные наборы для измерения геометрических параметров,
- толщиномеры,
- эндоскопы для визуального обследования внутренних поверхностей,
- приборы термовидения с дистанционным обследованием объекта,
- дефектоскопы для обнаружения дефектов в материалах,
- портативные приборы для измерения твердости,
- переносные приборы для измерения шероховатости. Общие требования к средствам неразрушающего контроля изложены в стандартах: ГОСТы 21104-86, 21105-90, 23480-89, 23483-89, 23479-89, 20426-82, 20415-82, 18442-86. В стандартах установлена возможность применения конкретных видов неразрушаюшего контроля.
ГОСТы: 7512-88, 23702-90, 23764-88, 25113-90 регламентируют основные потребительские характеристики средств неразрушающего контроля, их комплектность, правила приемки, упаковки и другие требования.
Конкретные требования к методикам поверки и образцовой аппаратуре устанавливаются стандартами (ГОСТ 8.452-82), а также техническими условиями на конкретные средства неразрушаюшего контроля.
Согласно ГОСТ 18353-79 методы неразрушающего контроля классифицируют по видам: акустические, магнитные, оптические, проникающими веществами, радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические, электромагнитные. Каждый вид представляет собой условную группу методов, объединенных общностью физических характеристик.
Акустические методыоснованы на регистрации параметров упругих колебаний, возбужденных в исследуемом объекте. Эти методы применяют для обнаружения поверхностных и внутренних дефектов (нарушений сплошности, неоднородности структуры, межкристаллитной коррозии, дефектов сварки, пайки, склейки) в изделиях, изготовленных из разнообразных материалов, а также для наблюдения за динамикой их развития. Они позволяют измерять геометрические параметры при одностороннем доступе к объекту, а также физико-механические свойства материалов без их разрушения.
В зависимости от частоты акустические волны подразделяют на: инфракрасные - с частотой до 20 Гц, звуковые (от 20 до 2•104 Гц), ультразвуковые (от 2•104 до 109 Гц) и гиперзвуковые (свыше 109 Гц). Ультразвуковые дефектоскопы работают с УЗ К от 0,5 до 10 МГц.
Упругие волны характеризуются следующими параметрами: длиной, частотой, скоростью распространения, амплитудой волны, акустическим давлением, смещением, скоростью и ускорением частиц среды, энергией волны.
Для обнаружения различных дефектов применяют различные схемы прозвучивания. В зависимости от назначения, метода диагностирования, объекта и дефектов применяют различные преобразователи (датчики излучения и приема ультразвуковых волн). Пьезоэлектрические датчики различаются формой, направленностью ультразвуковой волны. Для поверки приборов и контроля точности используют стандартные образцы. Порядок утверждения и применения стандартных образцов в ультразвуковой дефектоскопии, методы и средства поверки ультразвуковых дефектоскопов изложены в РД: 50-263-81, 50-337-82 , 50-365-83, 50-407-83.
Для наглядности и большей информативности результатов звукового анализа дефектов в материале применяют методы ультразвуковой интроскопии, основанные на преобразовании поля акустических сигналов в оптическое изображение на экране дисплея (интегральные методы получения изображений, сканирование фокусирующими преобразователями, стробоскопические эффекты, методы вычислительной томографии, голографические методы и др.).
Акустические методы подразделяют на активные, основанные на излучении и приеме волн (теневой, резонансный, эхо-импульсный, велосиметрический методы), и пассивные, основанные на приеме колебаний волн исследуемого объекта (акустической эмиссии, виброшумодиагностические методы).
Теневой метод основан на уменьшении амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта.
Временной теневой метод основан на запаздывании импульса, вызванного огибанием дефекта.
Зеркально-теневой метод основан на ослаблении сигнала, отраженного от противоположной поверхности изделия (донный эффект).
Велосиметрический метод основан на изменении скорости упругих волн при наличии дефекта.
Эхо-методы основаны на регистрации эхо-сигналов от дефектов. В зеркальном эхо-методе импульсы отражаются от дефектов, ориентированных вертикально к поверхности, с которой ведется контроль.
Реверберационный метод основан на анализе длительности реверберации (затухания) ультразвуковых импульсов в одном из слоев слоистой конструкции (например, металл-пластик).
Импендансный метод основан на анализе изменения механического импенданса (сопротивления) участка поверхности контролируемого объекта, с которым взаимодействует источник колебаний. Об изменении импенданса судят по характеристикам колебаний: частоте, амплитуде, фазе.
В методах свободных колебаний используется анализ стоячих волн. Различают локальный и интегральный методы свободных колебаний. При локальном методе в части контролируемого изделия возбуждаются колебания с помощью молотка вибратора и затем анализируется спектр возбужденных колебаний. В интегральном методе ударом возбуждаются вибрации во всем изделии или значительной его части. В резонансных методах фиксируют частоты волн, на которых возникают резонансы.
Контролю неразрушающими методами следует подвергать сварные соединения и основной металл сосуда.
Контроль выполняет специализированная организация, имеющая лицензию на его проведение, обладающая методической документацией на контроль, специалистами не ниже 2 уровня квалификации в соответствии с ПБ 03-440-02 «Правилами аттестации специалистов неразрушающего контроля», утвержденных Министерством юстиции РФ от 17.04.02, по соответствующим видам контроля, а также необходимой материально-технической базой.
Контроль сварных соединений предусматривает применение не менее двух неразрушающих методов, один из которых предназначен для обнаружения поверхностных дефектов, а второй для выявления внутренних дефектов в сварных соединениях. Применяемые методы выбираются по усмотрению специалистов, проводящих техническое диагностирование.