Цветная дефектоскопия сварных швов: особенности и описание

Качество сварочных работ определяется тем, насколько прочным получился шов. При этом контроль соединения должен быть неразрушающим, что заставляет мастеров после завершения операции обращаться к специальным методам проверки. В некоторых случаях допускается и внешний осмотр без приборов, но в случае с ответственными конструкциями визуальным контролем нельзя ограничиваться. Его может дополнить цветная дефектоскопия сварных швов – один из наиболее эффективных, удобных и достоверных методов анализа подобных соединений.

Особенности метода проверки

Данный способ проверки сварных швов относится к капиллярным, но ориентируется исключительно на внешнюю дефектовку. То есть с его помощью нельзя проверить внутреннюю структуру зоны соединения, в отличие, например, от ультразвуковой дефектоскопии. Обычно такой проверке подвергаются металлы, склонные к трещинообразованию. Кроме того, цветной контроль позволяет эффективно выявлять выходящие на поверхность несплошности.

Что касается принципа проверки, то он базируется на чувствительности металлов к взаимодействию с дефектоскопическими цветными материалами. Вопреки распространенному мнению анализ в качестве контролируемых сведений использует не характеристики поверхности заготовки, а изменения, спровоцированные путем раздражения структуры химическими веществами. На процессах химического воздействия и основывается метод цветной дефектоскопии, который позволяет обрабатывать информацию об изменениях и на выходе предоставлять данные о выявленных недостатках металла.

Сам метод как таковой редко используется один. Обычно его применяют в общем комплексе проверки – вместе с ультразвуковым. Сначала следует цветной анализ, а затем ультразвуковая дефектоскопия.

Разные рецепты

Химический состав раствора, используемого для контроля качества сварных швов, бывает различен. В качестве одного из возможных вариантов используют средство, изготовленное по простому рецепту, в состав которого входят следующие ингредиенты:

Керосин – 65%.
Трансформаторное масло – 30%.
Скипидар – 5%.

Добавив в получившуюся смесь небольшое количество органического красителя, например – анилинового, все тщательно перемешивают, после чего можно приступать к работе.

Поскольку обеспечить точный контроль времени удается не всегда, а при длительной обработке водой красящий раствор вымывается из трещин, его избыток можно удалить и другим способом. Например, тщательно протерев деталь ватным тампоном или чистой тканью. После этого приступают к нанесению проявляющего покрытия. Для этого вполне подойдут обычная побелка или водоэмульсионная краска. Высыхая, они впитают в себя оставшийся раствор с красителем, образовав в местах дефекта ярко окрашенные узлы.

Неплохо зарекомендовал красящий раствор, изготавливаемый по несколько иной рецептуре.

Керосин – 80%.
Трансформаторное масло – 15%.
Скипидар – 5%.

На каждый литр получившегося состава добавляют в качестве красителя 15 – 20 граммов жирового оранжа или судана 3. Обработанную такой смесью деталь выдерживают 30 – 60 минут, после чего тщательно промывают водой, полностью удаляя с поверхности все следы красящего раствора. Если после этого нанести на поверхность изделия побелку, слой которой должен быть как можно более тонким, то при ее высыхании в местах дефектов будут отчетливо видны полосы и пятна.

Оба состава соответствуют требованиям ГОСТ и рекомендованы к использованию для проведения неразрушающего контроля качества сварных швов.

Применяемые материалы

Как уже говорилось, дефектоскопия не обходится без применения специальных химических веществ. Стандартный набор для цветной дефектоскопии включает в себя три типа компонентов: индикаторный пенетрант, очищающее средство и проявитель. То есть контроль цветной чувствительности будет активизирован за счет трехэтапной обработки рабочей зоны. На каждой стадии применяются специальные материалы.

Пенетранты – это, по сути, красящие вещества, которые могут быть представлены в разных видах. Применяются также и порошковые средства, но для их использования должны вводиться и дополнительные операции термического воздействия или смешивания с жидкостями. Подходящие конкретному металлу пенетранты для цветной дефектоскопии подбираются на основе нескольких эксплуатационных свойств. Учитывается, в частности, огнеупорность, экологичность и токсичность, исключение необходимости последующей зачистки и т. д.

Требования к месту проведения контроля

Проводить операцию дефектоскопии можно только в специально подготовленном помещении. Важно учитывать требования к коммуникационному оснащению места, к характеристикам воздуха, техническому обеспечению и т. д. Помещение должно проветриваться, не иметь источников открытого пламени или интенсивного нагрева. Освещение должно быть общим и местным, приближенные к месту операции светильники должны иметь защиту от теплового воздействия.

Следует изначально позаботиться и о создании оптимального микроклимата – только в благоприятных условиях может быть качественно проведена цветная дефектоскопия. ГОСТ 18442-80, в частности, указывает на то, что воздух должен быть сухим и теплым – при необходимости для достижения этих характеристик можно воспользоваться инфракрасным подогревателем, который обеспечит сушку проявителя на уровне 5 °С. Техническое оснащение будет зависеть от способов нанесения химических компонентов. В частности, для нанесения того же пенетранта могут использоваться краскораспылители, аэрозольные баллончики, кисти и т. д.

Преимущества и недостатки

Такой способ контроля обладает, как определенными преимуществами, так и недостатками.

Преимущества

Выявление и устранение скрытых дефектов внутри изделия.
Точность замеряемых показаний.
Вычисление относительных и абсолютных габаритных параметров бракованного участка.
Нет надобности в контактном приспособлении.
Скорость выявления изъянов (способ можно использовать, как в единичных, так и в контролировании потока).
Покрытие технологических изъянов.
Выявление изъянов, которые нельзя определить каким-либо другим способом.
Оценка размера вогнутости и выпуклости сварочных соединений.

Недостатки

Потребность в сложном специальном оборудовании, стоимость которого весьма высока, а это означает, что не каждое учреждение способно его приобрести, из-за ограниченного бюджета. В домашних условиях подобный способ вряд ли будет целесообразным.
Потребность в специфических расходных материалах, получение которых затруднено.
Обеспечение жёсткого контроля над использованием аппаратуры согласно инструкции и расходом материалов, так как, при неправильном их применении и сохранности, материалы могут оказаться опасными для здоровья, а иногда, и жизни работников (загрязнение радиоактивными элементами оборудования, спецодежды, человеческого тела, рабочих мест).
Персонал, работающий с аппаратурой и материалами, обязан иметь высокую квалификацию, что подвластно далеко не каждому человеку.

Радиографический контроль не определяет следующие дефекты:

Трещины и не провариваемые участки с раскрытием меньше 0,1 мм, при толщине проверяемого материала менее 40 мм, 0,2 мм – если материал толщиной от 40 до 100 и 0,3 мм – если толщина материала равняется от 100 до 150 мм.
Трещины, не провариваемые участки, проверяемые плоскости которых не совпадают с вектором просвечивания.
Если протяжность изъянов в просвечиваемом направлении менее двойного показания абсолютной чувствительности контрольной аппаратуры.
Если изображение включений и прерывистых швов совпадает на радиографическом контроле с изображением сторонних деталей, остроугольных мест или резких перепадов по толщине свариваемых деталей.

Подготовка основы шва

Участок соединения также подготавливается к операции дефектоскопии. Если на поверхности имеются выраженные шероховатости или загрязнения, то можно воспользоваться мелкозернистым материалом и произвести легкую обработку. Далее выполняется обезжиривание. Для этой задачи можно использовать один из компонентов набора дефектоскопии, но важно, чтобы он именно обеспечивал эффект обезжиривания, а еще лучше – повышал чувствительность контроля. Не рекомендуется использовать для таких целей керосин, но можно применять бензин и ацетон. Если же в помещении отсутствует вентиляция, то обезжиривание выполняется только водными растворами на основе порошкообразных синтетических средств низкой концентрации. Если планируется цветная дефектоскопия небольшой по размеру детали, то можно применить и полное погружение в обезжиривающий состав. В остальных случаях используется или техника распыления на целевой участок, или нанесение ветошью, смоченной в растворе.

Не отступая от ГОСТ

Первым делом деталь придется очистить от грязи. Для этого действующий стандарт допускает следующие способы обработки:

Механическая очистка. При ее проведении могут быть задействованы различные технологические приемы. Материал обрабатывают струей абразивного материала, такого как песок или дробь, или просто вручную. Подойдет даже обычная металлическая щетка. Придется приложить усилия и изрядно потрудиться, поскольку если останутся даже незначительные загрязнения, весь труд пойдет насмарку.

Когда механическая очистка произведена, следует приступать к обезжириванию детали. В этом смысле ГОСТ предоставляет возможность выбора из нескольких вариантов. Очистку можно производить:

Паром, обрабатывая деталь парами органических растворителей.
Растворителями, самым простым из которых является вода. Для получения лучшего результата в воду иногда добавляют моющие составы. Но, если материал детали позволяет, можно использовать растворители с более высокой химической активностью.
Химическими реактивами, которые вступают в реакцию при введении в состав раствора.
Электрохимическим способом, одновременно воздействуя на деталь и химическим раствором, и электрическим током.
Ультразвуком, который усиливает моющий эффект применяемых растворителей и химических реактивов.
Термическим способом. Он рекомендуется в тех случаях, когда материал изделия способен выдержать значительный нагрев без ущерба для своей структуры.

Перечисленные методики можно варьировать, в зависимости от имеющихся технологических возможностей. Главное, получить хороший результат. Только после этого следует подвергать деталь обработке пенетрантом.

Далее можно использовать один из нескольких вариантов цветной дефектоскопии. При их выборе все зависит от конкретных возможностей и условий проведения обработки деталей.

Нанесение пенетранта

В первую очередь наносится индикаторный пенетрант. Как и в случае с обезжириванием, выполнять эту процедуру можно посредством распыления, погружения или обработкой кистью – это зависит от характеристик заготовки. Причем нанесение должно осуществляться в несколько слоев (4-6) и так, чтобы каждый предыдущий пласт состава не успевал высохнуть. Также, чтобы цветная дефектоскопия сварных швов показывала оптимально точный результат, каждый последующий слой должен охватывать большую площадь относительно прежнего. Связано это с тем, что каждый новый слой будет растворять контур предыдущего пятна, не допуская резких переходов и наплывов, которые могут быть восприняты как ложные трещины. Если операция производится в условиях отрицательной температуры, то и сам пенетрант должен иметь состояние порядка 15 °С.

Как это работает

Очевидно, что для оценки возможностей технологии и особенностей её применения, желательно знать её основные принципы. В основе процесса – рентгеновское излучение, открытое ещё в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном. Мог ли знать проводивший эксперименты знаменитый учёный, во скольких областях человеческой деятельности благодаря его открытию произойдут изменения?!

Во всех аппаратах, использующих описываемый принцип дефектоскопии, источником регистрируемого излучения служат рентгеновские трубки. Характеристики этих трубок влияют на возможности аппаратуры и результаты замеров. Максимальная толщина металла, которую способен просветить рентгеновский аппарат, напрямую зависит от излучения, жёсткость которого, в свою очередь, связана с параметрами подаваемого на трубку тока. По используемому напряжению оборудование делят на три основные группы.

Малого, в пределах от 60 до 120 кВ.
Среднего, от 200 до 400 кВ.
Высокого, от 1 до 2 МэВ, напряжения.

Если первые два типа удаётся сделать переносными, то последний может быть либо передвижным (установленным на самоходное или буксируемое шасси), либо стационарным.

Рентгеновские трубки высокого напряжения могут быть использованы для выявления дефектов в деталях, изготовленных из стали толщиной до 500 мм.

Благодаря особенностям конструкции рентгеновской трубки, предусмотрена возможность регулировки размеров фокусного пятна. Излучатель помещается внутрь специальной защитной капсулы, имеющей отверстие или прорезь, сквозь которые лучи направляют на исследуемый участок. В некоторых конструкциях аппаратов пятно фокусируется с помощью дополнительных линз.

Прошедшее сквозь материал излучение попадает на светочувствительный материал, оставляя на нём отпечаток, подобный тому, какие получаются при использовании технологии классической фотографии. В случаях, когда существует необходимость непрерывно получать данные в реальном времени, прибегают к использованию так называемых сцинтилляторов. Эти вещества обладают способностью преобразовывать невидимое жёсткое излучение в свет, видимый человеческому глазу, благодаря чему появляется возможность задействовать специальный преобразователь и вывести изображение на экран. Работающие по такому принципу установки иногда называют рентгенотелевизионными.

Удаление пенетранта

Сразу после несения индикаторную пленку следует удалить, используя чистую салфетку или ткань, не имеющую грубого ворса. Предварительно материал надо смочить в этиловом спирте и очищать поверхность до полной ликвидации покрытия. Проблемы могут возникнуть, если работы ведутся на поверхности шероховатого металла – в таком случае есть смысл воспользоваться легкими абразивами. Далее применяется масляно-керосиновая смесь. Она покрывает всю целевую площадь, а затем также удаляется ветошью или салфетками. На протяжении двух описанных этапов цветная дефектоскопия должна сохранять чистоту и сухость поверхности вокруг шва. Это важно для поддержания точности дальнейших контролирующих процедур.

Нанесение проявителя

Как и в случаях с индикаторными слоями и очищающими составами, проявитель укладывается разными способами – от кисти до пульверизаторов. Главное на этом этапе – соблюсти равномерность и монолитность формируемого покрытия. Поэтому необходимо тщательно проверять инструменты распыления, сопла и другие элементы приборов, которые влияют на качество доставки средства к целевому месту. Все это в дальнейшем повлияет на контроль цветной дефектоскопией, а также на качество последующих проверочных операций. После нанесения проявителя выполняется сушка. Ее можно и не выполнять, дождавшись полимеризации в естественных условиях, но для ускорения процесса допускается применение маломощных точечных нагревателей.

Свойства и возможности рентгена

Особенность рентгенографии в том, что проходимость материалов зависит от длины генерируемых лучей. В плотных материалах они рассеиваются и частично поглощаются. Чем ниже плотность проверяемого соединения, тем четче получится изображение.
Возможность некоторых химических элементов на протяжении нескольких секунд светиться под действием рентгеновского излучения позволяет засвечивать специальную пленку и получать изображение имеющихся дефектов шва.

Если исследуемый материала однородный, результат получится в виде светлого и однотонного изображения. При наличии разных дефектов, раковин, пустот оно будет иметь затемнения.

В большом количестве рентгеновское излучение негативно влияет на организм человека, при этом происходит облучение клеток и тканей. Большие дозы приводят к развитию лучевой болезни и даже смерти. Поэтому применение рентгеноскопии для контроля качества сварочных швов требует строгого соблюдения правил безопасности.

Осмотр контролируемой зоны

Когда проявитель высохнет, можно готовиться к его осмотру, подождав еще примерно 30 мин. Далее контроль методом цветной дефектоскопии предполагает использование лупы, обеспечивающей минимум 5-кратное увеличение. Если применяется техника послойного контроля, то проверка может выполняться уже через 2 минуты после обработки проявителем.

В процессе оценки оператор фиксирует характеристики оставленного пятна – в частности, заносит в журнал размеры контуров, форму и т. д. Главная же задача, которую ставит цветная дефектоскопия, заключается в обнаружении изъянов поверхности, которые четко проявляют себя после завершения процедуры. Выявлены могут быть и механические повреждения, и следы коррозийного воздействия, а также трещины с чрезмерными наплывами.

Безопасность при выполнении дефектоскопии

Требования к мерам безопасности обусловлены угрозами возгорания и взрыва при проведении дефектоскопии. Поэтому необходимо как минимум подготовить спецодежду, включающую в состав хлопчатобумажный халат, головной убор и резиновые перчатки, поверхность которых нужно покрыть тальком. На самом участке должны быть в полном объеме соблюдены меры безопасности. В ходе проведения процедуры не должно быть ни открытых источников огня, ни искр. Если цветная капиллярная дефектоскопия выполняется в регулярном порядке в одном и том же помещении, необходимо установить соответствующие таблички о запрете курения и соблюдении мер пожарной защиты. Ветошь, салфетки и легковоспламеняемые средства следует хранить в огнеупорной таре.