Осмотр позволяет выявлять только 15% дефектов сварных швов, а ультразвуковая дефектоскопия показывает скрытые трещины глубиной от 0,5 мм. Но нужно сравнить эти методы контроля по точности, скорости и эффективности.
Визуальный контроль: возможности и ограничения метода
Визуальный контроль сварных швов – это первая линия защиты от дефектов. Метод регламентируется ГОСТ 23479-2019 и входит в обязательную программу приемки любых сварных конструкций.
Что видит человек
Дефектоскопист оценивает геометрию шва, равномерность чешуек, наличие поверхностных пор и трещин. Для этого используются лупы с увеличением 4-7 крат, шаблоны сварщика, штангенциркули. С их помощью выявляются следующие дефекты:
- подрезы глубиной от 0,2 мм;
- наплывы;
- кратеры;
- несплавления кромок на поверхности.
Практика показывает, что визуальный осмотр выявляет 90% поверхностных дефектов при правильном освещении.
Недостатки визуального контроля
Внутренние дефекты остаются невидимыми. Непровар в корне шва, скрытый под валиком металла толщиной 3-4 мм, невозможно выявить с помощью оптических приборов. Шлаковые включения на глубине 5-8 мм тоже остаются незамеченными.
Усталостные микротрещины шириной 0,05-0,1 мм развиваются внутри металла в результате концентрации напряжений. К моменту выхода на поверхность они уже представляют серьезную опасность.
Кроме того, метод зависит от человеческого фактора. Часто один и тот же шов разные специалисты оценивают по-разному. И субъективность может привести к проблемам.
Физические основы ультразвукового контроля
Ультразвуковой контроль работает на частотах 0,5-10 МГц. Звуковая волна проникает в металл, отражается от внутренних неоднородностей и возвращается к датчику.
Принцип эхо-импульсного метода
Пьезокерамический преобразователь генерирует короткий импульс в течение 2-5 микросекунд. Волна распространяется в толще стали со скоростью 5900 м/с при продольных и 3200 м/с при поперечных колебаниях.
При встрече с границей раздела сред (металл-воздух, металл-шлак, металл-трещина) часть энергии отражается. Дефектоскоп измеряет время прихода эхо-сигнала и вычисляет расстояние до дефекта с точностью ±0,5 мм.
Амплитуда отраженного сигнала зависит от размера неоднородности и разности акустических импедансов материалов. Воздушная полость дает мощное отражение даже при диаметре 0,8 мм.
Типы волн и особенности их воздействия
Продольные волны используются для прямого прозвучивания. Датчик устанавливается перпендикулярно поверхности, луч идет вертикально вниз. Этот метод используется для обнаружения горизонтальных расслоений в толстом прокате.
Поперечные волны направляются под углом 40-70° через призматическую насадку. Они отражаются от противоположной стенки и проходят через зону сварного шва под разными углами. Это позволяет выявлять вертикальные и трещины под наклоном.
Волны Рэлея (поверхностные) проникают на глубину 1-2 длины волны. Они незаменимы для контроля зоны термического влияния вблизи шва, где часто зарождаются трещины в результате закалочных напряжений.
Сравнительная таблица методов контроля
|
Параметр |
Визуальный контроль |
Ультразвуковой контроль |
|
Выявляемые дефекты |
Поверхностные (подрезы, поры, трещины на поверхности) |
Внутренние и поверхностные (непровары, включения, расслоения, трещины от 0,5 мм) |
|
Глубина контроля |
0 мм (только поверхность) |
от 2-3 мм до нескольких метров в стали |
|
Скорость проверки 1 метра шва |
10-20 минут |
20-50 минут (базовый прибор), 15-30 минут (фазированная решетка) |
|
Требования к квалификации |
Минимальный объем подготовки 24 часов, аттестация по СДАНК-02 |
Минимальный объем подготовки 80 часов, аттестация по СДАНК-02 |
|
Необходимость подготовки |
Очистка от брызг, шлака, шероховатость поверхности Rz ≤ 80 |
Очистка и обезжиривание, шероховатость поверхности Rz ≤ 40 |
Скорость проведения контроля в реальных условиях
Считается, что визуальный контроль проводится быстрее. Дефектоскопист проходит вдоль шва с лупой со скоростью 3-5 минут на погонный метр. Но это не соответствует действительности.
Подготовка поверхности шва занимает 10-20 минут на метр. Нужно удалить брызги металла, зачистить шлак, обеспечить освещенность свыше 500 люкс. При работе на высоте добавляется время на установку лесов и страховку.
Документирование результатов требует фотофиксации каждого дефекта, занесения данных в журнал, составления эскизов расположения повреждений. Поэтому полный цикл проверки 1 метра шва занимает 30-60 минут.
Скорость проведения ультразвукового контроля.
Ультразвуковые дефектоскопы могут осуществляют контроль со скоростью до 150 мм/с все зависит от опыта и квалификации дефектоскописта. Рекомендуется проводить сканирование со скоростью 40-50 мм/с.
Как условия эксплуатации влияют на метод контроля
Для ответственных конструкций (мосты, резервуары для хранения опасных веществ, сосуды под давлением) визуальный контроль является только предварительным этапом. В таких случаях ГОСТ Р 52630 требует обязательного ультразвукового контроля 100% швов.
Строительные металлоконструкции
В каркасах зданий визуальный метод используется для проверки второстепенных элементов (связи, ограждения). Но узлы колонн, балок покрытия, подкрановые конструкции проверяются УЗК.
СП 16.13330.2017 требует контролировать ультразвуком 100% длины швов 1 категории (несущие элементы). Швы 2 категории проверяются выборочно, но не менее 20% их длины.
Трубопроводы высокого давления
При давлении свыше 10 МПа визуальный контроль вообще не рассматривается как достаточный. Каждый стык проверяется ультразвуковым дефектоскопом, а также используется радиографический метод (такое сочетание актуально для особо ответственных участков).
Когда достаточно визуального контроля
Иногда применение сложных методов диагностики не требуется. Визуального контроля достаточно в следующих случаях:
- для проверки временных конструкций;
- при проверке второстепенных элементов;
- для первичного осмотра сварных соединений;
- при небольших нагрузках на конструкцию.
Но для ответственных конструкций и изделий всегда нужно дополнительно проводить неразрушающий контроль.
Комбинированный подход: синергия методов
Использование обоих методов последовательно – рациональное решение. Визуальный контроль выявляет грубый брак сразу после сварки. С его помощью находятся поверхностные дефекты, оценивается геометрия шва. Бракованные участки не допускаются к дальнейшей проверке.
Ультразвуковой контроль сварных соединений прибором базового класса (А-сканер) выявляет внутренние дефекты. С его помощью проверяются все швы 1 категории и 20-50% швов 2 категории выборочно.
Для особо ответственных узлов применяется TOFD с построением карт дефектности и архивированием результатов.
Визуальный и ультразвуковой контроль сварных соединений решают разные задачи, но дополняют друг друга.