СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОПРОКАТА

Мартьянов Е.В.

Металлопрокат широко используется в промышленном и гражданском строительстве, машиностроении, химической, нефте- и газодобывающей промышленности и в других сферах производства. Изделия из металлов – это одни из основных конструктивных элементов, незаменимых во всех отраслях народного хозяйства.

Согласно международным и отечественным стандартам на поверхности металлоизделий не допускается наличие дефектов, таких как трещины, плены, рванины и закаты. Допускаются отдельные незначительные следы зачистки поверхностных дефектов и правки, не выводящие геометрические параметры проката за предельные размеры.

Многие виды дефектов имеют подповерхностный характер расположения и могут быть обнаружены только средствами неразрушающего контроля (НК). Создание современных средств НК с высокими показателями быстродействия и достоверности обнаружения дефектов необходимо для повышения качества продукции и эффективности производства. [3]

1.      Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Среди различных методов НК одно из ведущих мест занимает вихретоковый контроль. Вихретоковая аппаратура имеет ряд важнейших преимуществ перед приборами, основанными на других физических принципах, к числу которых относятся большая производительность, высокий уровень автоматизации, широкий диапазон рабочих температур и давлений. [2]

Вихретоковый метод НК основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК). Плотность вихревых токов в объекте зависит от геометрических и электромагнитных параметров объекта, а также от взаимного расположения измерительного вихревого преобразователя (ВТП) и объекта. [1]

Одна из важных особенностей вихретокового контроля заключается в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Взаимодействие обычно происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта контроля (от долей миллиметра до нескольких миллиметров).

Также к преимуществам метода относят то, что на сигнал ВТП практически не влияют внешние факторы: влажность, давление, радиоактивные излучения, загрязненность газовой среды или поверхности объекта контроля непроводящими веществами. [1]

В современных экономических условиях, с учетом тенденций импортозамещения оборудования на отечественных предприятиях, задача разработки и модернизации средств НК становится все более актуальной.

2.      Современные средства вихретокового неразрушающего контроля

Автоматизированная система вихретокового НК для контроля металлопроката в потоке производства.

На сегодняшний день выпуском трубного металлопроката занимаются не только крупные металлургические заводы, но и большое количество малых предприятий, имеющих в своем оснащении небольшие производственные линии. В связи с этим вырос спрос на системы поточных вихретоковых дефектоскопов, соответствующих требованиям действующих международных и национальных стандартов. Отделом электромагнитной технической диагностики металлоизделий научно-исследовательского института интроскопии МНПО «СПЕКТР» был разработан современный высокопроизводительный автоматизированный дефектоскоп ВД-41П для неразрушающего контроля труб, проката, проволоки, изделий из металлопроката в процессе их производства и при входном контроле. (Рис.1.) Прибор может применяться для широкой номенклатуры диаметров и марок материалов (ферромагнитных и нержавеющих сталей, цветных и тугоплавких металлов и сплавов) [4]. Дефектоскоп предназначен для использования на трубных заводах в линиях непрерывных электросварных агрегатов, в линиях отделки горячекатаных и холоднотянутых труб и проката, в отдельно стоящих транспортных рольгангах, при входном контроле на заводах машиностроительного профиля (автомобильных, авиационных, сельхозмашиностроения и др.), трубных базах нефтяных и газовых компаний. [3]

Рис. 1. Схема размещения участка неразрушающего контроля на базе ВД-41П в составе трубного стана (слева на право: блок преобразователей, краскоотметчик, демагнетизатор, стойка с электронным блоком, сирена, датчик пути).

Дефектоскоп ВД-41П может быть интегрирован в любую поточную производственную линию. Гибкая наладка модулей измерения и электроники позволяет настроить прибор на контроль широкой номенклатуры форм и диаметров (от 3 до 120 мм в базовой комплектации) металлопроката[5]. Возможность подключения большого количества периферийных устройств, таких как демагнетизатор, краскоотметчик, датчик пути, светозвуковая сигнализация, позволяет создать ячейку НК, удовлетворяющую требованиям, как малого, так и крупного производства. [2]

Полное документирование результатов контроля и сбор статистики позволяет снизить издержки на ликвидацию брака и повысить конкурентоспособность продукции металлопроката.

Портативный вихретоковый дефектоскоп для работы в полевых условиях.

Вихретоковый дефектоскоп ВД-90НП предназначен для обнаружение поверхностных и подповерхностных трещин в деталях из ферромагнитных и немагнитных материалах. Предназначен для работы в полевых условиях, в т.ч. и при отрицательных температурах на магистральных трубопроводах, в цеховых условиях различных отраслей промышленности. Дефектоскоп позволяет передавать в режиме реального времени данные от дефекта, используя радиоканал, выявлять дефекты типа трещина и питтинговая коррозия на обеих сторонах объекта контроля при одностороннем доступе (рис.2). В приборе реализована возможность автоматизации контроля, 100% документирование результатов контроля.

Кроме классических накладных ВТП к ВД-90НП разработан магнитно-вихретоковый преобразователь для выявления внутренних дефектов типа трещина и коррозия при контроле сварных соединений, труб, баков, деталей из листового проката и других протяженных объектов.

Рис.2 Внешний вид вихретокового дефектоскопа ВД-90НП

Автоматизированная многоканальная система вихретоковой дефектоскопии.

Многоканальный дефектоскоп ВД-91НМ (Рис.3.) представляет собой новое слово в вихретоковом неразрушающем контроле. Заложенные в нем программные и аппаратные решения позволяют в широчайших пределах отстроиться от такого мешающего параметра как рабочий зазор преобразователя.[5] На сегодняшний день ВД-91НМ единственная вихретоковая система в мире, позволяющая работать с переменным зазором до 10 мм без потери чувствительности к трещиноподобным дефектам. Для увеличения числа каналов дефектоскопы могут объединяться в сеть (16к. х N, где N число дефектоскопов). На базе ВД-91НМ была разработана система неразрушающего контроля труб магистральных нефте- и газопроводов. Она позволяет решить задачу поиска дефектов типа несплошности и пятен повышенной твердости на внутренней и наружной стенках, в том числе через защитные покрытия толщиной до 10 мм. Пылевлагозащищенное исполнение (IP67), широкий диапазон рабочих температур (-30ºС - +50ºС), возможность передачи информации по Wi-Fi позволяют использовать ВД-91НМ в полевых условиях, на трубных базах, в том числе при переизоляции трубопроводов. Оригинальная конструкция несущей каретки преобразователей (Рис.4.) позволяет проводить контроль в зоне сварного шва.[7]

Рис.3 Блок электроники ВД-91НМ.

Рис.4 Наружная каретка ВД-91НМ во время контроля через защитное покрытие магистральной трубы для газопровода.

Ручной вихретоковый дефектоскоп ВД-93

Для проведения вихретокового контроля не всегда возможно применить автоматизированные системы контроля. Ручные вихретоковые дефектоскопы необходимы при проведении контроля объектов в местах их использования, при проведении ремонтных работ, для контроля штучных изделий, в случаях, когда монтаж автоматизированной линии экономически нецелесообразен либо временной доступ к объекту контроля ограничен и т.п.

Потребителю, во многих случаях, необходим дефектоскоп для контроля одного вида объектов со схожими электромагнитными свойствами, для которых подходит один тип вихретокового преобразователя и близкие режимы контроля.

Для подобных задач был разработан вихретоковый дефектоскоп ВД-93 показанный на рисунке 5.

Рис. 5 Ручной вихретоковый дефектоскоп

В эргономичном корпусе дефектоскопа совмещены дифференциальный ВТП, микропроцессорная система обработки, цифровой и световой индикаторы, Li-полимерный аккумулятор и интерфейс USB для передачи полученных измерений на персональный компьютер.

Разработанный дефектоскоп является двухпараметрическим. Измеряя амплитуду и фазу сигнала дифференциального ВТП, он позволяет не только обнаруживать дефекты типа трещина, но и оценивать их глубины. В дефектоскопе реализована возможность построения градуировочных таблиц и сравнения амплитуды и фазы измеренного сигнала с такими кривыми. Качественно построенные кривые позволяют избавить данный дефектоскоп от ряда ложных срабатываний и значительных ошибок измерений, вызванных колебаниями рабочего зазора. Для настроенного дефектоскопа не требуется компенсация на объекте контроля, что значительно облегчает его использование. Дефектоскоп ВД-93 работает как в режиме индикатора (светодиод со стороны ВТП), так и в режиме измерения (цифровой индикатор).

3.      Комплексное исследование металлопроката

При проведении диагностики изделий металлопроката, применяемых в различных областях и предполагающих повышенные требования к надежности объектов необходим комплексный подход к проведению НК. Такой подход позволит не только выявить существующие дефекты и неоднородности металла, но и оценить их влияние на характеристики ОК и скорректировать срок эксплуатации диагностируемого объекта.

Различные методы неразрушающего контроля применяются для подтверждения результатов, полученных каждым в отдельности, в тех случаях, когда они позволяют детектировать дефекты одного типа. Либо для исключения белых пятен в информации об ОК, вызванных ограничениями, свойственными каждому методу НК.

Значительный интерес представляют и не явно выраженные зависимости детектируемых различными методами НК параметрами ОК. Подобный подход позволяет не только выявить уже существующие дефекты металла, но и обоснованно предсказать срок безаварийной эксплуатации изделий металлопроката.

Использование вихретокового метода в комплексе с рентгеновским и ультразвуковым контролем позволит решить наиболее полный перечень задач НК металлопроката и обеспечить достижение наиболее точных результатов контроля. Вихретоковый метод позволяет решить такие задачи как обнаружение зон повышенной твердости и другие задачи, которые не могут быть решены методами, основанными на других физических принципах.

Исследования направленные на развитие комплексного обследования профильного и листового металлопроката, безусловно является важной и актуальной задачей НК.

Литература

1.        Klyuev, V.V. Phased Array Testing: Basic Theory for Industrial Applications / V.V. Klyuev, V.F. Muzhitskiy, E.S. Gorkunov, V.E. Scherbinin, Yu.K. Fedosenko, et al. Handbook: In 8 volumes // Edited by V.V. Klyuev. V. 1: in 3 books. Москва, 2010. Tom 1.

2.        Шубочкин, А.Е. Развитие и современное состояние вихретокового метода неразрушающего контроля / А.Е. Шубочкин – М.: Издательский дом «Спектр» 2014. –285 с.

3.        Мартьянов, Е.В. Модернизация вихретоковых средств неразрушающего контроля трубного и сортового металлопроката / Е.В. Мартьянов, А.Е. Шубочкин // Ремонт, восстановление, модернизация. — 2014. — № 12. — С.17-20.

4.        Арбузов, Е.В. Определение критериев подобия и построение электромагнитного поля вихретоковых преобразователей / Е. В. Арбузов, Е. О. Петренко // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. — 2012.— № 13. —  С. 30–36.

5.        Ефимов, А.Г. Распределение сигнала накладного вихретокового преобразователя над стальным изделием с внутренним дефектом сплошности а приложенном магнитном поле / А.Г. Ефимов // Контроль. Диагностика. — 2012. — № 3. — С.17-24.

6.        Ефимов, А.Г. Сравнительный анализ методов цифровой фильтрации / А.Г. Ефимов // Контроль. Диагностика. — 2009. — № 10. — С.67-68.

7.        Ефимов, А.Г. Современные вихретоковые системы неразрушающего контроля металлопроката / А.Г. Ефимов, А.Е. Шубочкин, Е.В. Мартьянов // Контроль. Диагностика. — 2014. — № 12. — С.19-20.