Неразрушающий контроль конструкционной стали

Для определения состояния стальных элементов и их соединений можно использовать следующие неразрушающие методы контроля существующей стали. Это лишь некоторые из доступных методов.

Визуальный. Как это работает: Инспектор осматривает объект визуально, иногда с помощью увеличительного стекла (+10 или меньше), фонарика, бороскопа или сварочных датчиков.

Типичное применение: Быстрая оценка состояния поверхности для выявления деформаций элементов, чрезмерного провисания или прогиба, отсутствия креплений, ржавчины, трещин, небрежного изготовления, отсутствия или ослабления крепежных элементов, а также для оценки качества сварных швов. Визуальный осмотр по-прежнему остается наиболее распространенным методом оценки стальных конструкций.

Сильные стороны: Метод прост и недорог; проблемные участки могут быть обнаружены быстро; очень эффективен в сочетании с другими методами.

Недостатки: Очевидно, что этот метод не может обнаружить проблемы на поверхности или предоставить количественные данные.

Ультразвуковой контроль. Принцип работы: Ультразвуковые волны с электрическим синхронизацией в диапазоне от 0,1 до 25 МГц направляются на поверхность стали и отражаются от внутренних дефектов, пустот и изменений плотности. Результаты выводятся на экран или измерительный прибор и сравниваются с контрольными данными.

Типичные области применения: обнаружение скрытых трещин, пустот, ламинарных разрывов, пористости, изменений состава и включений, которые слишком малы для обнаружения другими методами тестирования.

Сильные стороны: Этот метод очень эффективен, быстр, позволяет обнаруживать мельчайшие дефекты, имеет широкий спектр применения и может использоваться для проверки изделий большой толщины (до 60 футов); оборудование компактное и портативное; результаты могут быть автоматически записаны и воспроизведены в электронном виде; метод может наносится только на одну поверхность.

Недостатки: Ультразвуковой контроль может не дать хороших результатов при работе с объектами сложной формы или шероховатыми поверхностями, сильно зависит от опыта пользователя, не позволяет быстро получить печатную копию и требует тщательной калибровки оборудования.

Рентгенография. Как это работает: На объект воздействуют рентгеновскими или гамма-лучами. Излучение позволяет выявить внутренние пустоты, изменения в структуре и другие дефекты, которые обладают меньшей стойкостью к проникновению, чем прочный металл. Как и при медицинском рентгене, дефекты можно увидеть в виде темных пятен на пленке. Рентгеновские лучи могут проникать на глубину до 30 дюймов, гамма-лучи - на глубину до 10 дюймов.

Типичное применение: Аналогично ультразвуковому; может также использоваться для обнаружения подрезов и неполного проплавления в сварных швах.

Сильные стороны: Оборудование портативное. Тест надежен; с его помощью можно обнаружить как внешние, так и внутренние дефекты; он позволяет сохранить записи на пленке. Гамма-оборудование меньше по размеру и несколько дешевле рентгеновского оборудования.

Недостатки: Этот метод очень дорог, потенциально опасен, требует экранирования и должен соответствовать санитарным и государственным стандартам. Пленку обычно приходится разрабатывать отдельно, хотя некоторые лаборатории могут разрабатывать ее в трейлерах на месте. Для крупных испытательных установок могут потребоваться источники охлаждающей воды и электроэнергии. Тест не позволяет обнаружить дефекты толщиной менее 2% от толщины объекта и те, которые ориентированы определенным образом. Трудно использовать при работе со сложными формами.

Магнитные частицы. Принцип работы: Объект намагничивается и покрывается магнитным порошком. Любые дефекты в металле создают утечки в магнитном поле, что влияет на ориентацию частиц над этими областями. Один из вариантов этого теста предполагает использование влажных флуоресцентных частиц, видимых в черном свете через бороскоп.

Типичное применение: определение местоположения поверхностных трещин, наплывов, пустот, швов и других неровностей. Некоторые подповерхностные дефекты также могут быть обнаружены на глубине около 0,25 дюйма.

Сильные стороны: Тест является относительно быстрым, простым в применении и недорогим; с его помощью можно обнаружить трещины, заполненные обломками цветных металлов.

Недостатки: Глубина проникновения ограничена. Объект должен быть чистым и предварительно размагниченным. Для намагничивания объекта при испытании требуется источник электрической энергии высокой мощности. После испытания объект, возможно, потребуется снова размагничивать. Требуется тщательная подготовка поверхности, и операция довольно сложная. Для интерпретации результатов требуются хорошие навыки оператора. Часто требуется нанесение вдоль двух ортогональных осей. Возможно, дефекты не будут обнаружены параллельно магнитному полю.

Жидкий пенетрант. Принцип действия: Жидкий пенетрант наносится на поверхность объекта и проникает в любые дефекты под действием капилляров. Существует два типа жидких пенетрантов: краситель, который смешивается с проявителем и который можно оценить визуально, и флуоресцентный пенетрант, который светится в темноте и в ультрафиолетовом свете. Пенетрант становится видимым и выявляет дефекты.

Типичное применение: определение местоположения поверхностных трещин, участков пористости, швов материала, неполного оплавления в сварных швах и подобных дефектов. Иногда используется в дополнение к магнитопорошковому тестированию.

Сильные стороны: Тест прост и недорог, может быть проведен на месте и позволяет обрабатывать детали сложной формы.

Недостатки: Для проведения теста требуется, чтобы проверяемые детали были чистыми, можно обнаружить только небольшие дефекты поверхности, а также требуется тщательная подготовка и опыт оператора.

Вихревой ток. Принцип работы: Катушка датчика перемещается вдоль поверхности объекта и направляет вихревые токи в исследуемый материал. Любые внутренние дефекты влияют на поток электричества. Эти изменения выявляются с помощью измерителя или экранного графика и анализируются.

Типичное применение: обнаружение скрытых трещин, пустот, пористости, изменений состава и включений. С помощью этого теста можно определить местоположение ремонтных сварных швов на обработанных или отшлифованных поверхностях.

Сильные стороны: Тестирование можно проводить непрерывно и легко автоматизировать, стоимость его невелика, а при необходимости можно создать печатную копию записей.

Недостатки: Различные факторы могут повлиять на подачу электроэнергии и исказить результаты. В ходе теста не производятся абсолютные измерения, а только сравнительные; в некоторых направлениях трещины могут не обнаруживаться. Для проведения теста и интерпретации результатов требуются операторы с хорошей квалификацией. Тестировать можно только относительно неглубокие объекты.

Твердость. Как это работает: Закаленный предмет или стальной шарик вдавливается в объект, измеряется полученная метка и устанавливается число твердости, например, обычно используемое по шкале Бринелла или Роквелла.

Типичное применение: Измерение твердости стали (сопротивления деформации), на основании чего можно приблизительно определить ее прочность на растяжение и воздействие холодной обработки.

Основные характеристики: Испытание простое и недорогое и может быть проведено на месте, если используются переносные установки.

Недостатки: Для проведения теста может потребоваться подготовка поверхности, и на него накладываются некоторые ограничения.

Другим инструментом неразрушающего контроля, который не был специально упомянут в этом списке, является тензометрический датчик. Тензометрические датчики могут использоваться для измерения изменений относительных деформаций и, следовательно, уровней напряжений в стальных конструкциях. Один из примеров их использования приводит Стефичек, который описывает проект, в котором необходимо было передвинуть две стальные колонны в 25-этажном здании, поддерживающем резервуар для воды на крыше весом 150 000 фунтов.

Чертежи здания отсутствовали, и неизвестно было распределение нагрузки на резервуар между различными колоннами. Чтобы определить, какую нагрузку на самом деле несет каждая колонна, инженеры установили на колоннах тензометрические датчики. Изменяя уровень воды в резервуаре и снимая показания с датчиков, можно было подтвердить предполагаемое распределение нагрузки. Тензометрические датчики также использовались для проверки общей фактической нагрузки на новые колонны.