Организация оптимальных систем НК на СЕВМАШпредприятии



 Об авторе:

 

Емельянов Станислав Николаевич

 

 

Емельянов Станислав Николаевич

Начальник лаборатории неразрушающих методов контроля Севмашпредприятия, II уровень по ультразвуковому и визуально-измерительному методам контроля.

 

 

 

Севмаш

Направления производственной деятельности Государст­венного унитарного предприятия «ПО «Севмаш» только недавно перестали быть "тайной за семью печатями". Одно время на Невском проспекте в Санкт-Петербурге можно было купить бро­шюру с названиями атомных подводных лодок (АПЛ), построен­ными на предприятии, с указанием их тактико-технических харак­теристик. Эта продукция требует высочайших технологий изготов­ления и контроля. Но кроме АПЛ предприятие выпускало целый ряд изделий гражданского назначения (в связи с конверсией доля такой продукции возросла в последние годы). Например, ежегод­но предприятие выпускало до 60 тысяч пятилитровых баллонов для сжиженных газов, до 1000 емкостей котлов КВМ, гребные винты для траулеров и другую продукцию, требующую примене­ния НК. В последние годы предприятие начало осваивать строи­тельство буровых платформ для добычи углеводородного сырья на континентальном шельфе, изготовление и эксплуатация которых немыслимы без НК.

Работы по созданию и освоению систем НК проводит Центральная лаборатория, в составе которой работают квали­фицированные специалисты по всем видам контроля, тради­ционно применяемым на машиностроительных предприятиях.

При изготовлении той или иной продукции перед специалистами по дефектоскопии всегда ставились задачи достижения высоких показа­телей надежности систем НК при возможном минимуме их стоимости и трудоемкости. Не сек­рет, что нередко затраты времени на контроль сварных соединений становились сравнимы с затратами на сварку. Итак, выбор оптимальных систем контроля был одной из основных проб­лем, которые необходимо было оперативно ре­шать специалистам по дефектоскопии.

Наиболее драматичными были взаимоотношения та­ких методов, как ультразвуковой (УЗК) и радиографический контроль (РГК) сварных швов. В разные годы и для разных объектов рекомендовались к массовому применению один из этих методов или их сочетания в различном объеме.

1. Разработка системы комплексного контроля сварных швов корпусных конструкций

В конце 60-х гг. контроль всех видов сварных швов любой толщины, выполненных любыми сварочными материа­лами проводился только гаммаграфированием с использова­нием источников 1921г, 60Со и 137Св. Их активность была тогда мала - до 5 ч 10 г-экв. Ра. Соответственно низкой была и про­изводительность контроля. В середине 80-х гг. появились источники более высокой активности (192Іг - до 100 и 60Со - до 1500 г-экв. Ра), что позволило сократить длительность экспозиции, но увеличило радиационную опасность контроля.

Одновременно с совершенствованием средств РГК активно внедрялся УЗК: сначала для контроля полуфабрика­тов и заготовок (катаных и кованых), а позже - для отливок и сварных соединений. Но при сварке корпусных конструкций кораблей применялись высоколегированные материалы, что из-за крупнозернистой структуры шва препятствовало их прозвучиванию с необходимой чувствительностью.

Задача создания систем УЗК таких швов была нами поставлена перед двумя крупными НИИ. В 70-е гг. совместно с НИКИМТ была раз­работана методика УЗК швов, выполненных высо­колегированными материалами, на базе исполь­зования двухчастотного метода и опробованы сначала макет, а затем и созданный в НИКИМТ дефектоскоп УЗДМ-1. В то же время совместно с ЦНИИ КМ «Прометей» была разработана мето­дика контроля раздельно-совмещенными преоб­разователями типа «Дуэт», возбуждающими в сварном шве наклонный пучок продольных волн. Эта методика была принята к внедрению на предприятии.

Одновременно с отработкой этой методики прово­дился сбор статистических данных по результатам парал­лельного РГК и УЗК корпусных сварных швов. Дефектные участки вскрывали электрострожкой, а пробные планки дополнительно подвергали металлографическому анализу. Всего было исследовано около 70 тысяч стыковых и тав­ровых сварных швов, выполненных ручной и автоматичес­кой сваркой и низколегированными и высоколегированными сварочными материалами. На основании этих исследо­ваний были установлены критерии оценки качества швов по результатам УЗК и отработано оптимальное сочетание УЗК и РГК, названное «новым комплексом».

Этот комплекс включает 100 %-ый УЗК и 20 %-ый РГК тех участков, в которых по результа­там УЗК не обнаружено дефектов. Выборочный РГК проводится не с целью ревизии результатов УЗК, а для наблюдения за средним уровнем до­полнительного брака, что служит косвенным кри­терием стабильности технологического процесса сварки. С внедрением «нового комплекса» в се­рийное производство (в 1987 г.) существенно сни­зились трудоемкость и стоимость, а также ра­диационная опасность НК швов и повысилась его надежность за счет повышения вероятности обна­ружения наиболее опасных плоскостных дефектов.

Одновременно с разработкой систем ручного УЗК на предприятии неоднократно предпринимались попытки авто­матизировать процесс сканирования сварных швов. К сожа­лению, ни одна из этих попыток не увенчалась успехом. В разное время на предприятии проходили опробование уста­новки: УЗД НИИМ-17 (ЛИИЖТ), УДСЗ-2 (НПО «Волна»), Прометей-6, Прометей-7 (ЦНИИ «Прометей») и другие. При­менить их в серийном производстве не удалось, и ручной контроль сварных швов остался основным. Впрочем, на­сколько нам известно, и в зарубежном судостроении УЗК сварных швов производится в основном вручную.

2. Методы контроля швов, выполненных электронно-лучевой сваркой

После 1988 г. в связи с внедрением на пред­приятии электронно-лучевой сварки (ЭПС) встала проблема контроля сплошности таких швов. Их особенность заключается в малой ширине шва при большой толщине свариваемых элементов. Основным дефектом в таком шве является непро­вар, ориентированный перпендикулярно поверх­ности свариваемых листов.

Разработка мето­дов НК швов, выполненных ЭЛС, велась одновремен­но по двум направлениям. С участием Института эле­ктросварки им. Патона были выполнены работы по параллельному про­ведению РГК и УЗК швов толщиной 70 мм. Было установлено преимущество УЗК и предложено проводить УЗК с использованием схемы «тандем». На рис. 1 показано одно из устройств, разработанное на предприятии. Соответствующие методика и приспособления были успешно применены при контроле сварных швов обе­чайки для опорной «ноги» буровой платформы «Арктическая».

 

Методы контроля швов, выполненных электронно-лучевой сваркой

Другим направлением работ в области НК швов ЭЛС была разработка радиометрической установки. Учитывая, что сварной шов (включая зону термического влияния) имеет ширину от З до 14 мм, предполагалось создать от 1 до 7 ка­налов (в зависимости от толщины свариваемых элементов). Был изготовлен специальный опытный канал с применением теллур-кадмиевых детекторов. В качестве источника излу­чения был впервые использован радионуклид 60Со актив­ностью 240 г-экв. Ra. Экспериментальные исследования на специальном стенде, имитирующем условия, близкие к условиям контроля реальной продукции, показали возмож­ность использования этого метода даже с одним каналом. При этом достигнута чувствительность контроля около 2 % от толщины для толщин до 100 мм.

3. Контроль сварных швов малых толщин

Конверсионная продукция предприятия - газовые баллоны и котлы КВМ - также потре­бовала определенных усилий в направлении выбора оптимальных методов НК. По сравне­нию со швами корпусных конструкций их можно отнести к швам малых толщин (менее 20 мм), кроме того они выполняются низколегированны­ми электродами.

Такие швы в судостроении традиционно подвергают РГК. Но в связи с радиационной опасностью этого метода труд­но было удержаться от соблазна замены РГК на УЗК и для этой категории швов. Это стимулировало проведение иссле­довательской работы по изысканию путей снижения нижнего предела толщин швов, подвергаемых УЗК, до 2,5 мм. Эти работы не увенчались успехом вследствие значительных раз­меров валика усиления шва, характерных особенно для котлов КВМ (до 18 ч 33 мм).

Поэтому на предприятии сочли целесообразным на­править основные усилия на совершенствование системы РГК. Для контроля котлов КВМ были разработаны средства, позво­ляющие вращать и перемещать сварной шов в поле излуче­ния и наблюдать его изображение на телевизионном экране серийно выпускаемой промышленной телевизионной уста­новки (ПТУ). В качестве источника излучения использовались рентгеновские аппараты РУП-150 и РАП. В результате была изготовлена и запущена в эксплуатацию рентгено-телевизионная установка, размещенная в ста­ционарном боксе (рис. 2). Разработка и внедрение специальных методик контроля сварных швов кот­лов толщиной 6 и 18 мм позволило сократить время контроля одного шва от суток до нескольких минут. Контроль стал частью технологической цепочки изготовления котлов. При этом выявленные дефек­ты сразу исправлялись в еще не остывшем сварном шве, и только качественное изделие направлялось на следующую технологическую операцию.

 

Рентгено-телевизионная установка

При контроле сварных швов газовых баллонов часто происходили сбои режима работы поточного производства из-за физического недостатка времени на радиографичес­кий контроль. Имелся отдельный бокс вне участка сварки. Был разработан специальный «саркофаг» (см. рис. 3) для баллона, бленды рентгеновского аппарата и приемника интроскопа. Он был установлен в специальном переносном по­мещении (размером 3,5 х 4 м) рядом с пультом управления рентгеновского аппарата, установкой ПТУ и монитором. Все помещение было включено в поточную линию.

В результате возросла производительность контроля (до 250 баллонов в смену), отпала потребность поиска за­бракованного баллона из переносной тары, заполненной баллонами, как это делалось раньше, и появилась возмож­ность оперативного исправления дефектных швов.

 

Особенности контроля сварных швов буровых платформ

4. Особенности контроля сварных швов буровых платформ

С началом строительства буровых морских ледо- стойких платформ (МЛСП) «Приразломная» и «Арктичес­кая» возникли новые проблемы в области НК сварных швов. Для этих объектов мы не вольны были выбирать ме­тоды или их сочетания, так как они были предписаны заказ­чиком и сформулированы в виде Правил контроля. Для НК сварных швов Правилами предусмотрены в основном УЗК и магнитопорошковая дефектоскопия (МПД), а, например, тра­диционный для предприятия РГК предусмотрен только для краевых швов и на полотнах. Совсем не предусмотрен тради­ционный для нас капиллярный метод обнаружения поверх­ностных дефектов. Что же касается МПД, то прежде он не применялся на предприятии для контроля сварных швов, что потребовало определенных усилий для его внедрения.

На основе ГОСТ 2115 и PД5.9851 на предприятии разработана специальная инструкция для контроля сварных швов. В качестве средств намагничивания переменным полем использовались электромагниты TWM-42M и TWM-220 фирмы Т1еСе, для определения напря­женности магнитного поля - приборы Р5М-1 и МФ-23УМ, для определения качества суспензии - прибор МФ-10СП и эталон Бертольда. Магнит­ная суспензия использовалась различная: РеггоАих, с черным порошком, с люминесцент­ным порошком, суспензия собственного изготов­ления по рецептуре PД5.9851.

Опыт проведения МПД сварных швов буровых плат­форм показал, что большую роль играют навыки дефектоскописта, особенно при контроле сварных швов, выполнен­ных ручной и полуавтоматической сваркой, которые имеют много резких западаний и большую рельефность.

С целью оценки допустимости выявленных индика­торных следов технологическим процессом предусматрива­лась зачистка дефектных участков на глубину до 0,15 мм для основного металла и на глубину до 1 мм для сварных швов. Опыт контроля показал, что трещины, находящиеся на глу­бине 1 мм от поверхности уже практически не выявляются. Все выявленные следы удалялись, многие из них были классифицированы как трещины.

В части УЗК сварных швов буровых платформ возникла необходимость отработки следующих методик:

-  УЗК стыковых сварных швов толщиной от 10 мм и выше, выполненных без разделки кромок;

-  определения ширины непровара в корне тавровых швов,

выполненных с конструктивным непроваром ручной и автоматической сваркой; - определения возможного разрыва основных элементов сварных швов вследствие напряжений, возникающих в крес­тообразных швах при приварке ребер с двух сторон листов.

Проведение работ по этим заказам позволило нам приобрести новые ультразвуковые дефектоскопы и5К70, 115X1-50 фирмы Крауткремер, а также преобразователи и эталоны к ним. В связи с большими размерами валика усиле­ния шва настройка приборов выполнялась по лучу, и конт­роль проводился одно- и двукратно отраженными лучами.

Для определения ширины непровара бы­ли изготовлены специальные образцы с искусст­венными непроварами шириной 2, 4, 6 и 8 мм и отобраны сварные образцы с естественными непроварами. В процессе отработки методики были выполнены вскрытия дефектных швов го­товых конструкций, показавшие хорошую досто­верность методики оценки ширины непровара.

Разрывы в крестообразных соединениях плохо выяв­лялись при штатном контроле наклонными преобразовате­лями (с углами ввода 65 и 70°), проводившемся со стороны привариваемого элемента. Они, как правило, обнаружива­лись прямым преобразователем при контроле околошовной зоны по классу сплошности 0 по ГОСТ 22727. Исследова­ния, выполненные на специальных образцах, показали, что причиной разрывов являются дефекты листов. При отсутст­вии дефектов в листах разрывов швов не наблюдалось.

На предприятии были также предприняты попытки применить метод акустической эмиссии (АЭ) для обнаруже­ния разрывов в момент приварки ребер жесткости с двух сторон к образцу из стального листа длиной 2,5 мм, в кото­ром при УЗК прямым преобразователем (по классу сплош­ности 0 по ГОСТ 22727) были обнаружены дефекты. В ходе контроля методом АЭ был зафиксирован только один сиг­нал. В то же время при УЗК остывшего образца был выяв­лен разрыв по всей длине шва и при РГК остывшего образ­ца (под углом через тело листа) было выявлено несколько мест с разрывами. Поэтому применение АЭ для обнару­жения мест разрывов крестообразных швов было признано нецелесообразным.

5. О средствах защиты от ионизирующих излучений

Предприятиям, применяющим дефектоскопы шлан­гового типа «Гаммарид» и «Хеллинг», возможно будет инте­ресно узнать о наших разработках в области ликвидации аварий с этими дефектоскопами.

Не секрет, что в конце 80-х гг. при работе со шланго­выми дефектоскопами (иногда из-за усталости дефектоскописта, особенно при работе в ночную смену) случалось, что источник оказывался в ампулопроводе, и вернуть его внутрь контейнера для хранения и транспортировки не удавалось. В этом случае создавалась аварийная обстановка в цехе: приходилось, почти наугад определяя местонахождение ис­точника в ампулопроводе, рубить его, извлекать и транспор­тировать в "горячую камеру". Для уменьшения дозы облуче­ния был создан специализированный контейнер, установ­ленный на специальной тележке (авт. св. № 1503581) - он показан на рис. 4.

 

шланго­вый дефектоскоп

Контейнер имеет специальную прорезь, выемной клин и откидные крышки. В прорезь щипцами загружается ампулопровод, затем вставляется клин и ампулопровод протягивается через образовавшееся отверствие. Для него было разработано специальное устройство (датчики кото­рого установлены внутри контейнера), позволяющее с точ­ностью до 1 см определять местонахождение источника. Закрытием крышек, не разрубая ампулопровода, источник можно легко закрыть внутри контейнера и в таком положе­нии вместе с дефектоскопом транспортировать в "горячую камеру". Это устройство вполне приемлемо для ликвидации аварий с источниками малой активности до 100 г-экв. Rа.

Для источников с большей активностью по договору с МВТУ им. Баумана был разработан специальный комп­лекс с установленным на шасси роботом, камерой ПТУ и аварийным контейнером. Комплекс приводится в движение четырьмя приводными колесами, управляется с расстояния 30 м, может преодолевать препятствия высотой 120 мм (рельс), маневрировать в достаточно узких проходах. Ава­рийный контейнер имеет такое же устройство, что и на ручной тележке, но управление по открытию и закрытию крышек, выемке клина и возвращению в прорезь производится дистанционно.

Для специалистов, работающих с источниками иони­зирующих излучений могут представлять интерес разра­ботанные для защиты от излучений специальные защитные фартуки-костюмы, позволяющие до двух раз снижать дозовую нагрузку.

Кроме разработок в области дефектоскопии метал­ла, упомянутых в данной статье, предприятие накопило большой опыт по контролю качества приклейки резиновых покрытий, конструкций из стеклопластиков и их покрытий, а также по контролю твердости крупногабаритных изделий из стали типа АК-ПК (с применением приборов типа КФЦ, UMC-9, КИМ-1).

В заключение следует отметить, что Цент­ральная лаборатория предприятия «Севмаш» готова сотрудничать с предприятиями и органи­зациями, имеющими потребность в услугах ее специалистов и ее материальной базы в части работ по следующим направлениям:

-  неразрушающим методам контроля (ультра­звуковой, радиографический, капиллярный, магнитопорошковый);

-  акустоэмиссионной диагностике;

-  тензометрии:

-  металлографическим и металлофизическим исследованиям:

-  химическим исследованиям;

-  разрушающим испытаниям;

-  метрологическому контролю средств НК и других средств контроля и анализа.

Благодарим журнал "В Мире НК" за любезно предоставленную информацию http://www.ndtworld.com

Возврат к списку