Ультразвуковому контролю подвергаются технологические трубопроводы (в объеме согласно категории трубопровода), трубопроводы тепловых сетей (в зависимости от условий прокладки трубопровода и требований эксплуатирующей организации), пожарные трубопроводы, газопроводы, паропроводы, бурильная и насосно компрессорная труба и т.д.

Ультразвуковой контроль труб - это диагностика трубопровода на предмет наличия внутренних дефектов. Контролю может подвергаться как само тело трубы так и сварной шов. Данный вид дефектоскопии возможно произвести как в специально оборудованной лаборатории на территории нашего предприятия (если габариты изделия не превышают 2000 мм в длинну и 500 мм в диаметре и вес изделия не более 150 кг), так и по фактическому меcту нахождения объекта.

В случае если трубопровод действующий, ультразвуковой контроль производится после дренирования (удаления) транспортирующейся среды. Проведение ультразвукового контроля возможно без остановки технологического процесса, без остановки производства (в отличие от рентгеновского контроля).

Проведение ультразвукового контроля необходимо осуществлять не только при вводе трубопроводов в эксплуатацию, при проведении процедуры сертификации труб, но и на регулярной основе в целях предотвращения преждевременного износа труб и возникновения аварийных ситуаций.

Процедура ультразвуковой дефектоскопии трубопроводов состоит из следующих мероприятий:

подготовка сварных соединений к проведению контроля (зачистка). Осуществляется силами заказчика или силами лаборатории по договоренности.

маркировка сварных швов

непосредственно контроль трубопроровода - контроль сварных швов или сплошной контроль металла трубопровода, толщинометрия при необходимости.

разметка дефектных участков в случае возможности ремонта

составление схемы трубопровода и заключения по результатам контроля

Как Вы уже убедились, ультразвуковой контроль труб - весьма эффективный метод дефектоскопии. Кроме того, данный вид контроля зарекомендовал себя еще и как наиболее точный, оперативный, низкозатратный и безопасный для человека.

Обратитесь в и мы организуем Вам весь комплекс работ по ультразвуковому контролю трубопроводов, выявим слабые места объектов, имеющиеся дефекты, дадим полную информацию об их размерах и местонахождении относительно поверхности изделия, исследуем сварные швы и соединения также в целях контроля их качества. Именно благодаря проведению подобных проверок Вы обеспечиваете долговременную бесперебойную, и самое важное безопасную работу оборудования.

Швы в конструкциях со сварными соединениями должны постоянно подвергаться контролю. И это не зависит от того, когда соединение было сделано. Для этого используются различные методы, один из которых – ультразвуковая дефектоскопия (УЗД). Она по точности проведенных исследований превосходит и рентгеноскопию, и радио-дефектоскопию, и гамма-дефектоскопию.

Необходимо отметить, что эта методика не нова. Ее используют с тридцатых годов прошлого столетия, и сегодня ультразвуковой контроль сварных соединений популярен, потому что с его помощью можно выявить мельчайшие дефекты внутри сварочного шва. И, как показывает практика, именно скрытые дефекты являются основными серьезными причинами ненадежности свариваемой конструкции.

Технология ультразвуковой дефектоскопии. (Слева отсутствие дефекта, справа дефет)

В основе ультразвуковых колебания лежат обычные акустические волны, которые имеют частоту колебания выше 20 кГц. Человек их не слышит. Проникая внутрь металла, волны попадают между его частицами, которые находятся в равновесии, то есть, колеблются в одной фазе. Расстояние между ними равно длине ультразвуковой волны. Этот показатель зависит от скорости прохождения через металлический шов и частоты самих колебаний. Зависимость определяется по формуле:

• L – это длина волны;
• с – скорость ее перемещения;
• f – частота колебаний.

Скорость же зависит от плотности материала. К примеру, в продольном направлении ультразвуковые волны двигаются быстрее, чем в поперечном. То есть, если на пути волны попадаются пустоты (другая среда), то изменяется и ее скорость. При этом, встречая на своем пути различные дефекты, происходит отражение волн от стенок раковин, трещин и пустот. А соответственно и отклонение от направленного потока. Изменение движения оператор видит на мониторе УЗК прибора, и по определенным характеристикам определяет, какой дефект встал на пути движения акустических волн.

К примеру, обращается внимание на амплитуду отраженной волны, тем самым определяется размер дефекта в сварочном шве. Или по времени распространения ультразвуковой волны в металле, что определяет расстояние до дефекта.

Виды ультразвукового контроля

В настоящее время в промышленности применяются несколько способов ультразвуковой дефектоскопии сварных швов. Рассмотрим каждый из них.

1. Теневой метод диагностики. Это методика основана на использовании и сразу двух преобразователей, которые устанавливаются по разные стороны исследуемого объекта. Один из них излучатель, второй – приемник. Место установки – строго перпендикулярно исследуемой плоскости сварного шва. Излучатель направляет поток ультразвуковых волн на шов, приемник их принимает с другой стороны. Если в потоке волн образуется глухая зона, то это говорит о том, что на его пути попался участок с другой средой, то есть, обнаруживается дефект.
2. Эхо-импульсный метод. Для этого используется один УЗК дефектоскоп, который и излучает волны, и принимает их. При этом используется технология отражения ультразвука от стенок дефектных участков. Если волны прошли сквозь металл сварочного шва и не отразились на приемном устройстве, то дефектов в нем нет. Если произошло отражение, значит, внутри шва присутствует какой-то изъян.
3. Эхо-зеркальный. Данный ультразвуковой контроль сварных швов – это подтип предыдущего. В нем используется два прибора: излучатель и приемник. Только устанавливаются они по одну сторону от исследуемого металла. Излучатель посылает волны под углом, они попадают на дефекты и отражаются. Эти отраженные колебания и принимает приемник. Обычно, таким образом, регистрируют вертикальные дефекты внутри сварочного шва – трещины.
4. Зеркально-теневой. Этот ультразвуковой метод контроля – симбиоз теневого и зеркального. Оба прибора устанавливаются с одной стороны от исследуемого металла. Излучатель посылает косые волны, они отражаются от стенки основного металла и принимаются приемником. Если на пути отраженных волн не встретились изъяны сварного шва, то они проходят без изменений. Если на приемнике отразилась глухая зона, то, значит, внутри шва есть изъян.
5. Дельта-метод. В основе этого способа контроля сварных соединений ультразвуком лежит переизлучение дефектом направленных акустических колебаний внутрь сварного соединения. По сути, отраженные волны делятся на зеркальные, трансформируемые в продольном направлении и переизлучаемые. Приемник может уловить не все волны, в основном отраженные и движущиеся прямо на него. От количества полученных волн будет зависеть величина дефекта и его форма. Не самая лучшая проверка, потому что она связана с тонкой настройкой оборудования, сложность расшифровки полученных результатов, особенно, когда проверяется сварочный шов шириною более 15 мм. При проведении ультразвукового контроля качества металла этим способом предъявляются жесткие требования к чистоте сварочного шва.

Вот такие методы ультразвукового контроля сегодня используются для определения качества сварных соединений. Необходимо отметить, что чаще всего специалисты используют эхо-импульсный и теневой метод. Остальные реже. Оба вариант в основном используются в ультразвуковом контроле тру.

Как проводится ультразвуковая дефектоскопия

Все выше описанные технологии относятся к категории ультразвуковых методов неразрущающего контроля. Они удобны и просты в исполнении. Рассмотрим, как теневой метод используется на практике. Все действия проводятся по ГОСТ.

• Производится зачистка сварного шва и прилегающих к нему участков на ширину 50-70 мм с каждой стороны.
• Чтобы получились более точные результаты на соединительный шов наносится смазочное средство. К примеру, это может быть солидол, глицерин или любой другое техническое масло.
• Производится настройка прибора по ГОСТ.
• Излучатель устанавливается с одной стороны и включается.
• С противоположной стороны искателем (приемником) производятся зигзагообразные перемещения вдоль сварного стыка. При этом прибор немного поворачивают туда-сюда вокруг своей оси на 10-15°.
• Как только на мониторе появится сигнал с максимальной амплитудой, то это вероятность, что в металле шва обнаружен дефект. Но необходимо удостоверится, что отражающий сигнал не стал причиной неровности шва.
• Если не подтвердилось, то записываются координаты изъяна.
• Согласно ГОСТ испытание проводится за два или три прохода.
• Все результаты записываются в специальный журнал.

Внимание! Контроль качества сварных угловых соединений (тавровых) производится только эхо-импульсным способом, теневой метод здесь не подойдет.

Параметры оценки результатов

Чувствительность прибора – основной фактор качества проводимых работ. Как с его помощью можно распознать параметры дефекта.

Во-первых, определяется количество изъянов. Даже при самых близких друг к другу расстояниях эхо-метод может определить: один дефект в сварочном шве или два (несколько). Их оценка производится по следующим критериям:

• амплитуда акустической волны;
• ее протяженность (условная);
• размеры дефекта и его форма.

Протяженность волны и ширину изъяна можно определить путем перемещения излучателя вдоль сварочного соединения. Высоту трещины или раковины можно узнать, исходя из разницы временных интервалов между отраженной волной и излученной раньше. Форма же дефекта определяется специальной методикой. В основе ее лежит форма отраженного сигнала, появляющаяся на мониторе.

Метод ультразвуковой дефектоскопии сложный, поэтому качество полученных результатов зависит от квалификации оператора и соответствия полученных показателей, которые регламентирует ГОСТ.

Достоинства и недостатки ультразвукового контроля труб

К достоинствам метода для контроля сварных швов можно отнести следующие критерии.

• Обследование проходит быстро.
• Диагностический результат высокий.
• Метод контроля сварных швов с помощью ультразвука – самый дешевый вариант.
• Он же и самый безопасный для человека.
• Устройство для контроля качества шва – портативный прибор, поэтому мобильность технологии обеспечивается.
• Ультразвуковая диагностика проводится без повреждения исследуемой детали.
• Нет необходимости останавливать оборудование или объект для того, чтобы провести контроль сварки.
• Можно проверять стыки нержавеющих металлов, черных и цветных.

Недостатки тоже есть.

• Контроль сварных соединений трубопроводов или других конструкций не дает точности по форме найденного дефекта. Все дело в том, что в трещинах или раковинах сварного шва могут присутствовать воздух (газ) или шлак. У двух материалов плотность разная, а значит, и разная отражательная способность.
• Сложно определить дефекты в деталях со сложной конфигурацией. Отправленные волны могут отразиться на другом участке шва, а не на исследуемом, за счет кривизны. А это выдаст некорректную информацию.
• Сложно провести ультразвуковой контроль труб, если металл, из которого они изготовлены, имеет крупнозернистую структуру. Внутри материала будет происходить рассеивания направленного потока и затухание отраженных волн.
• Важно ответственно подойти к очистке сварного шва. Его волнистость или загрязнение, ржавчина или окалины, капли разбрызганного металла или воздушные седла и поры на поверхности создадут преграду к получению правильных показателей, соответствующих ГОСТ.

Мониторинг технического состояния газопроводов является важной и ответственной задачей. Их повреждения и прорывы могут повлечь техногенные катастрофы с серьезными экологическими последствиями, финансовыми убытками и сбоями в промышленной деятельности.

Сварные швы на стыках стальных секций в трубопроводах являются самым уязвимым местом конструкции. Причем их прочность не зависит от давности или новизны соединения. Они нуждаются в постоянном контроле герметичности.

Стенки труб менее уязвимы, но в процессе эксплуатации они подвергаются давлению и агрессивному воздействию от перегоняемых веществ изнутри и неблагоприятным внешним влияниям снаружи. В результате даже прочные материалы и надежные защитные покрытия со временем могут повреждаться, деформироваться, портиться и разрушаться.

Для мониторинга и своевременного обнаружения дефектов применяется ультразвуковой контроль трубопроводов. С его помощью можно обнаружить даже самые мелкие или скрытые несовершенства шовных соединений или стенок труб.

На чем основана эта технология?

В основе ультразвукового метода диагностики лежат акустические волновые колебания, неразличимые для слуха человека, их регистрация и приборный анализ. Эти волны проходят через металл с определенной скоростью. Если в нем содержатся пустоты, скорость меняется и определяется приборами, как и отклонения в движении волнового потока из-за встречаемых препятствий или мест структурной неоднородности материала. По характеристикам акустических волн также можно понять форму и размеры дефектов, их расположение.

Как осуществляется ультразвуковой контроль газопроводов?

При проведении мониторинга в автоматическом режиме используются инфразвуковые системы, работающие на основе аппаратных и программных методов. Приборы для сбора акустической информации, установленные группами вдоль трубопровода на определенном расстоянии друг от друга, передают ее по каналам связи в диспетчерские пункты для интеграции, обработки и анализа. Фиксируются количество, координаты и параметры обнаруженных изъянов или утечек. Результаты сигналов отслеживаются специалистами на мониторе.

Автоматизированная инфразвуковая система мониторинга трубопроводов позволяет осуществлять постоянную дистанционную проверку их работы, контроль и управление в реальном времени с возможностью диагностики труднодоступных участков и отсеков газораспределения, с использованием сочетания одновременно нескольких методов мониторинга для большей точности результата и оперативного обнаружения дефектов, выявления утечек. Это современное оборудование высокого класса.

К системе могут быть также подключены датчики давления, температуры, расходомеры и измерители других параметров для получения информации о технологических процессах, происходящих в трубопроводе.

Преимущества метода:

• ультразвуковое обследование – это бережный и неразрушающий контроль трубопроводов,
• имеет высокую чувствительность и диагностическую точность,
• минимальное время для обнаружения утечек газа или других веществ,
• возможность дистанционного наблюдения,
• безопасность,
• удобство и простота монтажа и эксплуатации системы,
• обследование не останавливает и не влияет на процесс технической эксплуатации трубопровода,
• подходит для всех видов материалов, из которых изготавливаются трубы,
• может использоваться при наземной и подземной прокладке труб,
• может осуществляться в любых климатических условиях,
• выгодно по экономическим затратам.

Предложения нашей компании для проведения мониторинга трубопроводов.

Качественный мониторинг состояния трубопроводов – это гарантия их безопасной эксплуатации, надежной работы и страховка от ущерба. Он обеспечивается благодаря надежности и эффективности применяемого оборудования.

Компания СМИС Эксперт занимается разработкой диагностических приборов и систем мониторинга с использованием современных научных знаний и инновационных технологий. Применение таких систем на практике обеспечивает высокий уровень и точность контроля целостности магистральных трубопроводов, своевременное обнаружение любых видов дефектов и предотвращение возникновения чрезвычайных ситуаций.

Воспользуйтесь нашими услугами по профессиональной организации ультразвукового контроля газопроводов и других объектов повышенной значимости, когда нужен опыт, ответственный подход и безупречный результат.

Ждем ваших заявок!

В последнее время государственными органами РФ декларируется «разворот на Восток» и потенциальное тесное сотрудничество российских производителей/заказчиков с китайскими. Для качественной совместной работы с представителями КНР необходимо говорить с ними на одном языке, и в частности ориентироваться в используемой обеими сторонами терминологии и стандартной нормативной документации. В данной статье мы хотели бы обобщить наш опыт взаимодействия с коллегами из Китайской Народной Республики по одному локальному вопросу - диагностированию обсадных колонн, и на его примере рассмотреть сходство и отличия нормативной документации РФ и КНР.

Обсадные трубы применяются для крепления нефтяных и газовых скважин в процессе их строительства и эксплуатации. Между собой обсадные трубы соединяются при помощи муфтовых или безмуфтовых (интегральных) резьбовых соединений. На месте строительства всегда проводится многостадийный контроль качества строительства, состоящий из следующих операций: контроль наличия сопроводительной документации (сертификата); проверка соответствия данных сертификата маркировке труб; визуальный контроль; инструментальный контроль; неразрушающий контроль; контроль оправкой; гидравлическое испытание.

Все работы по контролю качества должны определяться инструкциями изготовителя, которые должны включать соответствующую методику и количественные или качественные критерии приемки. Инструкции по неразрушающему контролю должны соответствовать требованиям настоящих технических условий и требованиям национальных и международных стандартов, выбранных изготовителем.

На территории Российской Федерации в данный момент действуют основные ГОСТ 632-1980 и ГОСТ 53366-2009 (Отменен, с 01.01.2015 пользоваться ГОСТ 31446-2012. По приказу Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22.10.2014 № 1377-ст - восстановлен на территории РФ с 01.01.2015 до 01.01.2017), регламентирующие требования к неразрушающему контролю и уровни контроля бесшовных и электросварных труб. Все обсадные трубы должны быть проверены на наличие дефектов по всей длине (от торца до торца) методами неразрушающего контроля.

Обсадные трубы не должны иметь дефектов, которые по ГОСТ Р 53366-2009 относятся к недопустимым дефектам, и должны соответствовать требованиям, установленным в этом стандарте. Стандартные методы неразрушающего контроля труб являются традиционными проверенными методами и предусматривают процедуры неразрушающего контроля, широко применяемые для контроля трубных изделий во всем мире. Допускается, однако, применение других методов и процедур неразрушающего контроля, способных выявлять дефекты, например, для применения труб в скважинах со специальными условиями эксплуатации. В таких случаях рекомендуется использовать другие методы неразрушающего контроля, которые позволяют подтвердить необходимое качество труб и их пригодность для спуска в скважину.

Рассмотрим методы неразрушающего контроля для обсадных колонн, используемые на территории РФ и КНР:

1) Ультразвуковой контроль (ультразвуковой метод)

Ультразвук распространяется по всей окружности материала. Акустические характеристики материала и внутренние структурные изменения отражаются на распространении ультразвуковых волн. Регистрация сигнала и его анализ дает представление о степени поврежденности материала. В ГОСТе 53366-2009 указаны только международные стандарты, в соответствии с которыми должны быть инспектированы обсадные колонны: ИСО 9303, ИСО 9503 и АСТМ Е 213. Однако в ГОСТе 13680-2011 для выявления расслоений, площадь проекции которых на наружную поверхность составляет не более 260 мм 2 , предлагается действовать в соответствии с ИСО 10124:1994 (Таблица 1).

В то же время на территории России действуют стандартные методы ультразвукового неразрушающего контроля: ГОСТ Р ИСО 10332-99 «Трубы стальные напорные бесшовные и сварные (кроме труб, изготовленных дуговой сваркой под флюсом)», ГОСТ 12503-75 «Сталь. Методы ультразвукового контроля. Общие требования», ГОСТ 14782-86 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые» (Утратил силу на территории РФ с 01.07.2015. Пользоваться ГОСТ Р 55724-2013), ГОСТ Р ИСО 10893-12-2014 «Трубы стальные бесшовные и сварные. Часть 12. Ультразвуковой метод автоматизированного контроля толщины стенки по всей окружности», однако, для выявления дефектов обсадных колонн они не применяются. В основном используются международные стандарты ультразвукового метода неразрушающего контроля, перечисленные выше, в то время как на территории КНР контроль целостности труб обсадных колонн выявляют в соответствии с международными и/или собственными стандартами 1 .

В таблице 1 представлены важнейшие стандарты ультразвукового контроля обсадных колонн, из стандартных методов неразрушающего контроля трубы, применяемые как в России, так и в КНР.

Таблица 1

2) Магнитный контроль (метод рассеяния магнитного потока)

Следующим методом неразрушающего контроля, которым рекомендуется пользоваться в соответствии с требованиями ГОСТ 53366-2009, является метод рассеяния магнитного потока.

Магнитная дефектоскопия труб обсадных колонн методом рассеянного потока основана на обнаружении магнитных потоков рассеяния в ферромагнитном материале с высокой магнитной проницаемостью путем измерения изменяемых характеристик после намагничивания изделия. После намагничивания магнитный поток, распространяясь по исследуемому объекту и встречая на своем пути дефект, огибает его вследствие того, что магнитная проницаемость дефекта значительно ниже магнитной проницаемости основного металла. В результате этого часть магнитно-силовых линий вытесняется дефектом на поверхность, образуя местный магнитный поток рассеяния.

Методами магнитного контроля не могут быть обнаружены дефекты, которые вызывают возмущение в распределении силовых линий магнитного потока без образования местного потока рассеяния. Возмущение потока зависит от величины и формы дефекта, глубины его залегания и его ориентации относительно направления магнитного потока. Поверхностные дефекты, расположенные перпендикулярно магнитному потоку, создают значительные потоки рассеяния; дефекты, ориентированные вдоль направления магнитных силовых линий, практически не вызывают появления потоков рассеяния. Наличие продольных и поперечных дефектов приводит к необходимости проводить двойной контроль с использованием комбинированного намагничивания.

В таблице 2 представлены стандарты магнитной дефектоскопии методом рассеяния магнитного потока. В таблице 2 не представлены стандартные методы неразрушающего контроля, действующие в РФ: ГОСТ Р 55680-2013 «Контроль неразрушающий. Феррозондовый метод» (действующий с 01.07.2015, заменяющий ГОСТ 21104-75); ГОСТ Р ИСО 10893-3-2016 «Трубы стальные бесшовные и сварные. Часть 3. Автоматизированный контроль методом рассеяния магнитного потока по всей поверхности труб из ферромагнитной стали для обнаружения продольных и (или) поперечных дефектов» (дата введения в действие 01.11.2016).

Таблица 2

3) Вихретоковый контроль (вихретоковый метод)

Контроль вихретоковым методом - это формируемое ферромагнитной катушкой, находящейся вблизи поверхности контролируемого объекта, поле вихревых токов; анализ изменения электромагнитного поля вихревых токов под действием тех или иных дефектов. Метод применим только для проводящего материала. Вихретоковый контроль может быть использован для тестирования труб, сварного шва и трещин в поверхностном слое наплавки, и косвенного измерения длины дефекта.

В таблице 3 представлены стандарты тестирования вихретоковым методом, российские и китайские специализированные стандарты для дефектоскопии обсадных колонн данным методом отсутствуют. Однако на территории Российской Федерации действует ряд стандартов: ГОСТ 24289-80 «Контроль неразрушающий вихретоковый. Термины и определения», ГОСТ Р ИСО 15549-2009 «Контроль неразрушающий. Контроль вихретоковый. Основные положения», ГОСТ Р ИСО 12718-2009 «Контроль неразрушающий. Контроль вихретоковый. Термины и определения», ГОСТ Р 55611-2013 «Контроль неразрушающий вихретоковый. Термины и определения». На территории Китайской Народной Республики данный метод стандартизирован только для труб других классов (сортамента).

Таблица 3

4) Магнитный контроль (магнитопорошковый метод)

Магнитопорошковый контроль - использование магнитного порошка, который адсорбируется в местах дефектов, образуя «магнитную метку» - валики черного магнитного порошка, контроль осуществляется визуально. Метод отражает поверхностные и внутренние дефекты, при этом чувствительность метода не зависит от окраски и металлизации поверхности. Магнитопорошковый метод предпочтительнее для ферромагнитных материалов по сравнению с методом проникающих веществ, так как более оперативен и прост в применении. Главный недостаток - ограниченный доступ к ферромагнитному материалу, для того чтобы полностью обследовать поверхность необходимы специальное оборудование и источник питания. После проведения испытаний наблюдается остаточная намагниченность, которую затруднительно устранить. В таблице 4 приведены международные стандарты по магнитопорошковому методу контроля обсадных колонн, китайские стандарты контроля данным методом, применяемые в машиностроении: контроль качества оборудования под давлением магнитопорошковым методом. В таблицу 4 так же не вошли стандарты, действующие на территории России, т.к. на них не было ссылок в определяющем ГОСТе 53366-2009: ГОСТ Р 56512-2015 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Типовые технологические процессы» (дата введения в действие 01.11.2016), ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Часть 1. Основные требования», ГОСТ Р ИСО 9934-2-2011 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Часть 2. Дефектоскопические материалы», ГОСТ 21105-87 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод», ГОСТ Р ИСО 10893-5-2016 «Трубы стальные бесшовные и сварные. Часть 5. Магнитопорошковый контроль труб из ферромагнитной стали для обнаружения поверхностных дефектов» (дата введения в действие 01.11.2016).

Таблица 4

5) Контроль проникающими веществами (капиллярная дефектоскопия)

Метод проникающих веществ основан на проникновении специальной жидкости - пенетранта - в полости поверхностных и сквозных несплошностей объекта контроля, с последующим извлечением пенетранта из дефектов. Наиболее распространенным методом является капиллярный способ, который подходит для диагностики объектов, изготовленных из металлов и керамики. Продолжительность дефектоскопии зависит от физических свойств жидкости, характера обнаруживаемых дефектов и способа заполнения жидкостью полостей дефектов. В течение получаса можно обнаружить поверхностную усталость, коррозионное растрескивание под напряжением и дефект сварного шва, метод позволяет определить размер трещины.

В ГОСТе 53366-2009 не указаны стандарты капиллярного метода контроля, выявления дефектов обсадной колонны, но в данным стандартом допускается применение других методов и способов неразрушающего контроля. В то же время ГОСТ Р ИСО 13680-2011 рекомендует пользоваться ИСО 12095 или АСТМ Е 165, которые приведены в таблице 5. Внутренние Российские стандарты неразрушающего контроля методом проникающих жидкостей разработаны и действуют, однако до настоящего момента для инспектирования обсадных колонн не применялись: ГОСТ Р ИСО 3059-2015 «Контроль неразрушающий. Проникающий контроль и магнитопорошковый метод. Выбор параметров осмотра» (дата введения в действие 01.06.2016), ГОСТ Р ИСО 3452-1-2011 «Контроль неразрушающий. Проникающий контроль. Часть 1. Основные требования», ГОСТ Р ИСО 3452-2-2009 «Контроль неразрушающий. Проникающий контроль. Часть 2. Испытания пенетрантов», ГОСТ Р ИСО 3452-3-2009 «Контроль неразрушающий. Проникающий контроль. Часть 3. Испытательные образцы», ГОСТ Р ИСО 3452-4-2011 «Контроль неразрушающий. Проникающий контроль. Часть 4. Оборудование», ГОСТ Р ИСО 12706-2011 «Контроль неразрушающий. Проникающий контроль. Словарь», ГОСТ 18442-80 «Контроль неразрушающий Капиллярные методы Общие требования».

В таблице 5 представлены относящиеся к данному методу диагностики обсадных колонн стандарты. Внутренние Китайские стандарты контроля методом проникающих жидкостей обсадных колонн отсутствуют.

Таблица 5

6) Рентгеновский контроль (радиографический метод)

Рентгенографический метод предусматривает использование рентгеновского излучения, проходящего через металл шва и создающего на рентгенографической пленке изображение, отображающее наличие различных дефектов. Степень засвечивания пленки будет больше в местах расположения дефектов.

В соответствии с ГОСТ ИСО 3183-2012 «Трубы стальные для трубопроводов нефтяной и газовой промышленности. Общие технические условия» рентгенографическому контролю на расстоянии не менее 200 мм от торца трубы должен быть подвергнут сварной шов каждого из концов труб. Этому методу контроля подвергаются трубы:

• с одним или двумя продольными швами или одним спиральным швом, полученными способом сочетания дуговой сварки металлическим электродом в среде защитного газа и дуговой сварки под флюсом;
• с одним или двумя продольными швами или одним спиральным швом, полученными способом дуговой сварки под флюсом.

В таблице 6 представлены соответствующие стандарты, относящиеся к радиографическому контролю сварного шва обсадной колонны. Часть стандартов по контролю сварных швов труб не указана.

Таблица 6

1. В РФ и КНР при обследовании труб обсадных колонн на наличие дефектов различными неразрушающими методами контроля в основном ориентируются на международные стандарты ISO и АSТМ.
2. Неразрушающий контроль обсадных труб проводится в соответствии с, как минимум, одним и тем же международным стандартом как в России так и в Китае.
3. Основными методами неразрушающего контроля обсадных колонн по ГОСТ 632-1980 и ГОСТ 53366-2009 являются: ультразвуковой метод, метод рассеяния магнитного потока, вихретоковый метод и магнитопорошковый метод.
4. На территории Российской Федерации и Китайской Народной Республики разработаны внутренние стандарты неразрушающего контроля, которые не используются для выявления дефектов труб обсадных колонн, но используются в других промышленных областях.
5. В действующих внутренних стандартах и вновь принятых можно встретить ссылки на отмененные или устаревшие (существуют заменяющие) версии международных и внутренних стандартов.
6. Радиографический метод неразрушающего контроля применяется только для дефектоскопии сварных швов труб обсадных колонн.

XU Jin-long, CAO Biao, HONG Wu-xing, LU Shan-sheng, FENG Jun-han, HUA Bin, YANG Shu-jie Внутренние и международные стандарты методов неразрушающего контроля обсадных колонн / «Методы неразрушающего контроля» 2014 год, Vol 36, № 10, стр. 72-77

Тэги: вихретоковый контроль, капиллярная дефектоскопия, контроль проникающими веществами, магнитный контроль, магнитопорошковый контроль, метод рассеяния магнитного потока, неразрушающий контроль, неразрушающий контроль обсадных труб, обсадная труба, радиографический контроль, рентгеновский контроль, ультразвуковой контроль

г^гштттшоо

2 (02), 2007/ U9

The methods of the non destructive testing of pipes during manufacture are considered. It is shown, that the ultrasonic method provides revealing all types of defects peculiar to seamless pipes. The ways of pipes automated testing realization of are determined.

А. Л. МАЙОРОВ, Я. П. ПРОХОРЕНКО, ГНУ «ИПФ HAH Беларуси»

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ БЕСШОВНЫХ ТРУБ В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА

Производственные дефекты труб определяются технологией их изготовления. Наибольшее распространение получило несколько технологий. В первую очередь это производство электросварных труб. В этом случае основное внимание уделяется продольному сварному шву и дефектам листа, из которого труба формируется. Горяче- и холодно-деформированным бесшовным трубам присущи в первую очередь дефекты металлургического происхождения, образовавшиеся еще в заготовке, из которой изготавливается труба. Кроме того, могут возникать и дополнительные дефекты, связанные, например, с недостаточным или неравномерным нагревом во время прокатки или протяжки. Особняком стоят чугунные трубы, полученные центробежным литьем. В любом случае в условиях производства существует возможность осуществления 100%-ного автоматизированного контроля труб. Потребитель труб имеет, как правило, возможность выборочного контроля в ручном и механизированном режиме для проверки труб в состоянии поставки. Методика контроля и в том и в другом случае одинакова. При исследовании труб в процессе эксплуатации возникают дополнительные дефекты, связанные с коррозионным поражением и дефектами поперечных сварных швов. Для их выявления используются другие методики и первичные преобразователи.

Рассмотрим основные подходы к разработке средств неразрушающего контроля бесшовных труб в условиях их производства. Условно для целей контроля трубы можно разделить на особо толстостенные, если толщина их стенки 5 составляет больше 10% от диаметра Б: 5>0,1Д толстостенные с толщиной стенки 5=(0,05-0,1)Д тонкостенные трубы с толщиной стенки Л-(0,025--0,05)0 и особо тонкостенные с толщиной стенки 5<0,025П.

Магнитные методы контроля могут быть использованы для контроля поверхностных дефек-

тов или дефектов тонкостенных труб из магнитных материалов. Токовихревой контроль также может быть применен для поверхностных дефектов или особо тонкостенных труб. Кроме того, в этих случаях дефекты могут быть выявлены визуальными методами. При контроле труб с толстыми стенками наибольший интерес представляют ультразвуковые методы. С их помощью можно определять дефекты как на внутренней и внешней поверхностях, так и внутри стенки трубы .

С позиций ультразвукового контроля необходимо различать трубы большого диаметра, т.е. диаметра, при котором нельзя провести контроль по всей окружности трубы с одной установки преобразователя. Это диаметр примерно от 400 мм. Далее следуют трубы диаметром примерно от 20 до 400 мм. В этом случае можно уверенно принимать импульс, обегающий весь периметр трубы. При контроле труб диаметром менее 20 мм, т.е. с внешним периметром менее 60-65 мм, более эффективным становится контроль лучом, который распространяется вдоль трубы по спирали. В этом случае появляется возможность одновременно контролировать поперечные дефекты (конечно, в тех случаях, когда технологически возможно их появление, например, при центробежном литье). Причем волны могут возбуждаться под несколькими углами одновременно, что повышает надежность контроля и позволяет выявлять дефекты с отклонением от продольной или поперечной ориентации.

Итак, на наш взгляд, контроль при производстве бесшовных труб необходимо начинать на стадии изготовления заготовки. Как правило, внутренние дефекты - это дефекты, возникшие при отливке. Затем после прокатки или волочения они приобретают форму продольных расслоений. Внутренние дефекты могут возникнуть и из-за недостаточного прогрева заготовки перед прокаткой. В любом случае эти дефекты имеют осевую ориен-

I 2 (42). 2007 -

тацию и могут быть обнаружены путем прозву-чивания в направлении, перпендикулярном оси. Кроме того, на поверхности могут появляться надрывы и отслоения. Они ориентированы под малыми углами к оси, поэтому также могут выявляться при поперечном прозвучивании.

Схема контроля и количество преобразователей определяется диаметром заготовки. На рис. 1 показана схема для выявления внутренних дефектов заготовки. Обычным, традиционным методом является использование прямых преобразователей 2. Для того чтобы избежать вращения заготовки, можно расположить несколько преобразователей под углами 90° и напротив друг друга. Прямые преобразователи в эхо-режиме обеспечивают высокую чувствительность контроля, обеспечивая выявление дефектов с раскрытием в единицы квадратных миллиметров. Учитывая, что дефекты в виде пор в прокатанной заготовке отсутствуют, данная чувствительность является достаточной. Следует учитывать, что на границе раздела жидкость - заготовка (в иммерсионном варианте контроля) происходит расфокусирование акустического луча. Поэтому путем выбора размера излучателя можно всегда обеспечить контроль определенной области заготовки. При диаметрах заготовки менее -25 мм контроль прямым преобразователем в иммерсионном варианте становится малоэффективным. Это вызвано тем, что часть полезного сигнала маскируется за счет преобразования на границе раздела. В этом случае удобно использовать раздельно-совмещенный преобразователь (3 на рис. 1). Граница между излучателями должна быть ориентирована параллельно оси заготовки. Дефекты выявляются в области пересечения диаграмм направленности (область 5 на рис. 1). Схема с раздельно-совмещенным преобразователем эффективно работает до диаметров -200 мм. В случае прямого и раздельно-совмещенного преобразователей имеется возможность следить за акустическим контактом, например, по донному сигналу. Частота следования импульсов определяется скоростью движения заготовки в зависимости от ширины диаграммы направленности преобразователя и требуемой чувствительности контроля.

Дефекты, которые возникают вблизи поверхности, могут быть выявлены с помощью наклонного ввода акустических колебаний с преобразованием продольных волн в поперечные, т.е. под углами между первым и вторым критическим. Схема контроля показана на рис. 2. Обычно отражения даже от небольших дефектов на поверхности при распространении поверхностной волны значительно превышают эхо-сигналы от внутренних дефектов для поперечных волн. В случае иммерсионного контроля возникающая поверхностная волна быстро затухает за счет излучения части энергии в иммерсионную среду. Угол ввода

/\ I > - - - \

I ............... . ^

Рис. 1. Схема проведения ультразвукового контроля внутренних дефектов цилиндрической заготовки: I - контролируемое изделие; 2 - прямой преобразователь; 3 - раздельно-совмещенный преобразователь; 4 - область контроля прямым преобразователем; 5 - область контроля раздельно-совмещенным преобразователем

а определяется техническими требованиями к контролируемому изделию. Чем ближе угол ко второму критическому, тем больше переотражений испытывает сигнал при распространении и тем ближе траектория распространения к внешней образующей заготовки. Следует учитывать, что при каждом отражении часть энергии рассеивается, поэтому при больших диаметрах заготовки (более -100 мм) необходимо использовать несколько преобразователей, расположенных по периметру образующей. Ширина диаграммы направленности зависит от размера излучателя. В случае широкой диаграммы получается, что ультразвуковой сигнал падает на поверхность заготовки под разными углами и одновременно возникает несколько типов волн, которые распространяются с разной скоростью. Поэтому в том случае, когда необходимо определить локализацию дефектов, следует использовать преобразователи с узкой диаграммой. Для того чтобы охватить контролем большую часть диаметра заготовки, надо использовать несколько преобразователей под разными углами (в случае узконаправленных преобразователей).

При контроле приповерхностных дефектов в заготовках диаметром менее -20 мм целесообразным является контроль ультразвуковым лучом, распространяющемся по спирали . Возбуждение и прием сигнала в этом случае осуществляются преобразователем, наклоненным по отношению к осевой линии под углом 0 (рис. 3). Угол наклона преобразователя 0 и соответственно шаг спирали зависят от ширины диаграммы направленности.

/ТТ^-г: ГгГ7ПЛЛ7ГГГГГТ / д|

Рис. 2. Схема проведения ультразвукового контроля приповерхностных дефектов цилиндрической заготовки: / - контролируемое изделие; 2 - преобразователь; 3 - область контроля; а12 - углы падения акустического луча; (3, 2 - углы ввода акустического луча; Л/] г - толщина контролируемой

Контроль труб на наиболее распространенные продольные дефекты осуществляется по аналогии с заготовкой, как это показано на рис. 2. В отличие от заготовки для поперечной волны в трубе создается своеобразный волновод. При своем распространении она испытывает ряд последовательных отражений. В этом случае достаточно эффективно выявляются все протяженные дефекты. Кроме того, на внутренней поверхности трубы создаются условия для возбуждения поверхностной волны, которая может давать значительные отражения от рисок на этой поверхности, не являющихся дефектами. Для устранения регистрации данных дефектов нами разработан специальный алгоритм обработки сигналов с использованием нескольких преобразователей. Схема контроля приведена на рис. 4. Каждый из преобразователей работает в режиме излучения - приема. Располагаются преобразователи таким образом, чтобы обеспечить разделение во времени сигнала поперечной волны, распространяющейся внутри стенки трубы от сигналов инициируемой поверхностной волны. Угол ввода и количество преобразователей определяются диаметром трубы и толщиной стенки. При использовании такой многоканальной системы отпадает необходимость во вращении трубы, так как весь объем контролируется за один проход. Контроль за наличием акустического контакта осуществляется либо по теневому сигналу, обежавшему всю трубу, либо в случае большого диаметра трубы за счет сигнала с преобразователя на преобразователь. Регистрация импульсов проводится в заданном временном интервале по амплитудному признаку. Обычно при таком способе контроля один дефект дает два или более отражений. Принятие решения о дефектности проводится программно на основе анализа времени прихода сигналов от дефектов на преобразователи. Как видно из рис. 4, сигналы от дефекта располагаются симметрично относительно сигнала, обежавшего весь периметр трубы по кругу. Причем разница во времени прихода сигналов от дефекта для разных преобразователей остается постоянной и зависит от шага расположения преобразователей по периметру трубы. Здесь / - порядковый номер преобразователя. При контроле проводится измерение времени распространения сигнала от дефекта?,к (к - номер, присваиваемый дефекту), вычисляются разности А1

к, проводится сравнение разно-

Рис. 3. Схема контроля заготовок малого диаметра с использованием ультразвукового сигнала, распространяющегося по спирали: 1 - контролируемое изделие; 2 - зона контроля; 3 - первичный преобразователь; 0 - угол наклона падающего ультразвукового луча

стей и принимается решение о наличии дефекта. Для последовательного переключения преобразователей используются два способа. Выбор способа определяется несколькими факторами. Во-первых, соотношением между чувствительностью и скоростью контроля, во-вторых, размером контролируемой трубы, а значит, количеством преобразователей. Один способ ~ это использование нескольких блоков генепяттим - -------

т.^г Г^ПШЧТГП

Рис. 4. Схема контроля трубы поперечными волнами с использованием нескольких преобразователей (а); вид результатов контроля на экране дефектоскопа (развертка типа А) (б): 1-5 - первичные преобразователи; б - дефект; 7 - поверхностная волна; 8 - поперечные волны; 9 - задающий импульс; 10 - теневой сигнал при прохождении волны по всему периметру; 11, 12 - сигналы от дефекта для преобразователя 7; 13, 14 - сигналы от дефекта для преобразователя 2

обработкой информации, второй - это разделение частоты следования импульсов управления, т.е. в этом случае, например при частоте следования импульсов с генератора 1 кГц, они направляются по циклу на разные преобразователи. Если преобразователей (излучателей - приемников) два, то каждый работает с частотой 500 Гц, если четыре,

то 250 Гц и т.д. Современная электронная элементная база позволяет реализовать этот процесс.

В ряде случаев, когда браковочный уровень дефектов составляет десятки квадратных миллиметров, процесс контроля и принятия решения может быть значительно упрощен. В этом случае анализируется теневой сигнал поперечной волны, распространяющейся в стенке трубы. Энергия, которая уходит на формирование поверхностной волны, остается постоянной и на величину теневого сигнала не оказывает влияния. При обнаружении дефекта и установлении места его локализации при необходимости может быть проведен дополнительный анализ его размеров эхо-методом. Кроме того, теневой метод является более чувствительным к дефектам типа расслоение, т.е. дефектам, которые возникли после прокатки и дают незначительный эхо-сигнал из-за своей ориентации. Дефекты расслоения могут быть выявлены прямым или раздельно-совмещенным преобразователем при вводе колебаний со стороны наружной поверхности, при толщинах стенки трубы, превышающей -10 мм. Эта процедура может быть совмещена с измерением толщины стенки трубы.

Контроль тонкостенных труб эффективно осуществлять не поперечными, а нормальными волнами (волны Лэмба). Это волны в пластинах, которые являются комбинацией продольных и поперечных волн . Дня их возбуждения необходимо осуществить ввод упругих колебаний под определенным углом к поверхности. Для каждой толщины пластины, или в нашем случае стенки трубы, существует угол ввода, при котором на данной частоте возбуждается определенная мода нормальной волны с соответствующей скоростью распространения. Существуют симметричные и несимметричные моды с соответствующими номерами. При распространении симметричной моды происходит изменение профиля стенки, несимметричной - изгиб. Трудность метода при использовании доя контроля труб состоит в том, чтобы возбудить волну заданной моды, а не целый спектр колебаний, в котором трудно разобраться. Связано это с конечностью размеров ультразвукового пучка. Получается, что он падает на поверхность трубы под разными углами и чем меньше диаметр трубы, тем разброс углов больше. Поэтому необходимым условием успешного контроля является фокусировка акустического луча .

Отдельно следует остановиться на особо толстостенных трубах, особенно когда толщина стенки превышает 20% диаметра. Связано это с тем,

что минимальный угол, под которым может быть возбуждена поперечная волна, находится в диапазоне 27-33°. Это зависит от материала трубы, точнее от скорости распространения звука в этом материале. Соответственно наступает момент (т.е. толщина стенки достигает определенного предела), при котором становится невозможно организовать внутреннее переотражение поперечных волн, для того чтобы они могли распространяться, как в волноводе. В этом случае возможно использование продольных волн при вводе до первого критического угла. Конечно, чувствительность уменьшается, но и технические требования к таким трубам тоже другие. В этом случае контроль организуется по тем же принципам, как показано на рис. 4, только с использованием преобразователей, возбуждающих продольные волны.

В любом случае при организации контроля труб в автоматизированном режиме, для достижения определенной техническими требованиями чувствительности и необходимой производительности общая концепция контроля должна привязываться к конкретному производству . Для этого должны быть исследованы условия возможного дефектообразования для данного процесса производства, в соответствии с этим определены схемы контроля. Проведена привязка к оборудованию, на котором производятся трубы и определена стадия процесса, на которой возможно проводить контроль исходя из технической и эконо-

мической целесообразности, т.е. каждая установка для контроля труб, несмотря на общие подходы, изготавливается индивидуально для данного производства. Во всех случаях в качестве иммерсионной среды для ввода акустических колебаний может быть использована СОЖ. Контроль может проводиться с полным и неполным погружением или струйным акустическим контактом, может быть совмещен с охлаждением. Измерение толщины стенки трубы совмещается с контролем дефектов или может быть выполнено в виде отдельного блока. При описанной организации контроля возможны разные способы представления результатов, начиная с красной лампочки или сирены в случае брака, до записи результатов в компьютер с привязкой к локализации дефектов по длине трубы и подачи сигнала на исполнительные устройства.

Литература

1. Крауткремер Й., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов: Справ. М.: Металлургия, 1991.

2. Приборы для неразрушающего контроля качества материалов и изделий: Справ. / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1976.

3. Гурвич А.К., Кузьмина Л.И. Справочные диаграммы направленности ультразвуковых дефектоскопов. Киев: Техника, 1980.

4. Konovalov G., Mayorov A., Prohorenko P. The Systems for Automated Ultrasonic Testing // 7"" European Conference on NDT. Copenhagen, 1998.