Все о неразрушающем контроле: методы, оборудование, нормативная документация

Стандарт ГОСТ 18353-79 устанавливает нормативную классификацию видов и методов неразрушающего контроля. В данном документе представлен краткий обзор основных методов НК, используемого оборудования и общей информации о процедуре аттестации лабораторий и специалистов в сфере неразрушающего контроля.

Визуальный и измерительный контроль (ВИК)

Визуальный и измерительный контроль (ВИК) является одним из наиболее доступных, оперативных и информативных методов неразрушающего контроля. Данный метод считается базовым и предшествует всем остальным методам дефектоскопии.

С помощью визуального осмотра (ВИК) осуществляется проверка качества подготовки и сборки заготовок для сварки, качества выполнения сварных швов в процессе сварки, а также качества основного металла. Целью визуального контроля является обнаружение вмятин, заусенцев, коррозии, прожогов, наплывов и других видимых дефектов.

Визуальный и измерительный контроль может осуществляться с использованием простых измерительных приборов, в том числе невооруженным глазом или с помощью визуально-оптических приборов с увеличением до 20 крат, таких как лупы, эндоскопы и зеркала. Несмотря на свою техническую простоту, тщательный подход к проведению визуального контроля предполагает разработку технологической карты – документа, в котором излагаются наиболее рациональные способы и последовательность выполнения работ.

Проведение измерительного контроля регламентируется инструкцией по визуальному и измерительному контролю РД 03-606-03. В инструкции содержатся требования к квалификации персонала, средствам и процессу контроля, а также к способам оценки и регистрации его результатов.

Базовый набор средств визуального контроля входит в состав набора ВИК. Стандартная комплектация набора включает: шаблоны сварщика УШС-2 и УШС-3, шаблон Красовского УШК-1, угольник, штангенциркуль, фонарик, маркер по металлу, термостойкий мел, измерительная лупа, набор щупов №4, наборы радиусов №1, №3, рулетка, линейка, зеркало с ручкой. Применение других средств контроля допускается при наличии соответствующих инструкций и методик их применения.

Современные средства визуально-измерительного контроля позволяют обнаруживать мелкие дефекты, выявление которых ранее было затруднено из-за недостаточной разрешающей способности оптических приборов. Например, портативный фотоаппарат-микроскоп X-loupe обеспечивает возможность фотографирования дефектов размером от 5 мкм до 12 мм с последующим измерением и составлением детальных фотоотчетов.

Визуальный и измерительный контроль состояния материалов и сварных соединений в процессе эксплуатации технических устройств и сооружений осуществляется в соответствии с требованиями нормативно-методической документации, регламентирующей экспертизу конкретных объектов.

Проведение визуально-измерительного контроля допускается только для квалифицированных специалистов, аттестованных в соответствии с правилами аттестации персонала в области неразрушающего контроля (СДАНК-02-2020). Специалисты по неразрушающему контролю, в зависимости от уровня подготовки и производственного опыта, аттестуются на три уровня профессиональной квалификации – I, II, III. Согласно СДАНК-02-2020, специалистам I уровня не предоставляется право подписи заключений о результатах контроля; такая возможность доступна для специалистов II уровня и выше. Аттестация специалистов по неразрушающему контролю проводится независимыми органами по аттестации персонала в сфере неразрушающего контроля.

В процессе подготовки и аттестации специалистов могут быть использованы дополнительные учебные материалы:

• фотоальбом дефектов сварки с фотографиями и описанием типовых дефектов;
• фотоальбом дефектов основного металла;
• Комплект образцов для обучения и аттестации специалистов по визуальному и измерительному контролю
• Учебные плакаты по ВИК

Ультразвуковой контроль (УЗК)

Метод ультразвукового контроля был впервые предложен советским физиком С.Я. Соколовым в 1928 году и в настоящее время занимает ведущее место среди методов неразрушающего контроля.

Применяемые в рамках этого метода дефектоскопические техники позволяют осуществлять проверку качества сварных соединений, сосудов и аппаратов, работающих под высоким давлением, трубопроводных систем, поковок, листового проката и иного промышленного оборудования.

Ультразвуковой контроль является обязательной процедурой при производстве и эксплуатации множества ответственных изделий, к числу которых относятся компоненты авиационных двигателей, трубопроводы атомных реакторов и железнодорожные рельсы.

В сравнении с альтернативными методами неразрушающего контроля, ультразвуковой метод характеризуется рядом существенных преимуществ:

• высокая чувствительность к наиболее опасным дефектам типа трещин и непроваров
• низкая стоимость
• безопасность для человека (в отличие от рентгеновской дефектоскопии)
• возможностью вести контроль непосредственно на рабочих местах без нарушения технологического процесса
• при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается
• возможность проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов.

Несмотря на свои преимущества, ультразвуковой метод контроля имеет определённые ограничения. К ним относятся:

• Ограниченная информация о дефекте: Метод не позволяет точно оценить реальный размер и характер дефекта.
• Трудности с крупнозернистыми материалами: Контроль металлов с крупнозернистой структурой затруднён из-за сильного рассеяния и затухания ультразвуковых волн.
• Требования к поверхности: Метод предъявляет повышенные требования к состоянию контролируемой поверхности, её шероховатости и волнистости.

Разнообразие задач неразрушающего контроля привело к разработке и использованию различных акустических методов.

Согласно ГОСТ 23829-85, акустические методы контроля делятся на две большие группы: активные, использующие излучение и приём акустических колебаний и волн, и пассивные, основанные только на приёме колебаний и волн.

Методы

Методы	Описание
Методы прохождения	выявляют глубинные дефекты типа нарушения сплошности, расслоения.
Методы отражения	выявляют дефекты типа нарушения сплошности, определяет их координаты, размеры, ориентацию путём прозвучивания изделия и приёма отраженного от дефекта эхо-сигнала.
Импедансный метод	предназначен для контроля клеевых, сварных и паяных соединений, имеющих тонкую обшивку, приклеенную или припаянную к элементам жёсткости.
Методы свободных колебаний	применяются для обнаружения глубинных дефектов.
Методы вынужденных колебаний (резонансные)	применяются в основном для измерения толщины изделия и для обнаружения зоны коррозионного поражения, расслоений в тонких местах из металлов.
Акустико-эмиссионный метод	обнаруживает и регистрирует только развивающиеся трещины или способные к развитию под действием механической нагрузки (квалифицирует дефекты по степени их опасности во время эксплуатации).

 

Наиболее широкое распространение в практике ультразвуковой дефектоскопии нашли методы прохождения и отражения (импульсные методы), реже применяют другие методы: резонансный, импедансный и метод акустической эмиссии.

Импульсные методы (прохождения и отражения)

Среди многочисленных методов неразрушающего контроля наибольшее распространение в дефектоскопии получили теневой, зеркально-теневой и эхо-методы. Эхо-метод, в отличие от других, применим при одностороннем доступе к объекту исследования и позволяет определить размеры дефекта, его координаты и характер.

В основе всех перечисленных методов лежит принцип излучения ультразвуковых колебаний в исследуемый объект и последующего приема отраженных сигналов с помощью специального оборудования – ультразвукового дефектоскопа и пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП). Полученные данные анализируются для выявления дефектов, определения их эквивалентного размера, формы, вида и глубины залегания.

Чувствительность ультразвукового контроля определяется минимальными размерами обнаруживаемых дефектов или эталонных отражателей, выполненных в контрольном образце предприятия (СОП). В качестве эталонных отражателей обычно используются плоскодонные сверления, ориентированные перпендикулярно направлению прозвучивания, а также боковые сверления или зарубки.

Наиболее широкое применение ультразвуковая дефектоскопия нашла в области контроля сварных соединений. Основным нормативным документом в России, регламентирующим ультразвуковой контроль сварных швов, является ГОСТ Р 55724-2013 “Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые”. В нем подробно рассмотрены методы контроля стыковых, тавровых, нахлесточных и угловых сварных швов, выполненных различными способами сварки.

Кроме того, ГОСТ Р 55724-2013 описывает калибровочные (стандартные) образцы СО-2, СО-3, СО-3Р, V-1, V-2 и контрольные (стандартные) образцы предприятия (СОП), необходимые для настройки дефектоскопа, а также параметры их изготовления.

Проведение ультразвукового контроля сварных соединений и наплавок оборудования и трубопроводов большинства атомных энергетических установок регламентируется документом ПНАЭ Г-7-030-91 “Унифицированные методики контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Ультразвуковой контроль”.

В зависимости от области применения, ультразвуковые дефектоскопы подразделяются на общего и специального назначения. Дефектоскопы общего назначения предназначены для контроля широкого спектра продукции, в то время как специализированные дефектоскопы созданы для решения исключительно узкоспециализированных задач.

Ультразвуковой дефектоскоп УД2-70

Ультразвуковой дефектоскоп А1214 Expert

Ультразвуковой дефектоскоп УСД-60

Ультразвуковой дефектоскоп УД2В-П46

Ультразвуковой дефектоскоп STARMANS DIO 1000 SFE

 

Ультразвуковая толщинометрия (резонансный и импульсный метод)

Ультразвуковой метод толщинометрии используется в тех случаях, когда доступ к объекту для измерения его толщины механическим способом ограничен. Данный метод незаменим при определении толщины стенок труб, котлов, сосудов и других объектов замкнутого типа или с односторонним доступом, а также широко применяется в судостроительной и судоремонтной отраслях.

Современные ультразвуковые толщиномеры обеспечивают точность измерения толщин от 1 до 50 мм с погрешностью ±0,001 мм. В зависимости от физических принципов, лежащих в основе измерения, акустические толщиномеры подразделяются на резонансные и эхо-импульсные.

Резонансный метод основан на анализе резонансных колебаний в исследуемом объеме объекта. Он применяется при доступе к одной стороне объекта и характеризуется погрешностью менее 1%. С помощью резонансного метода можно измерять толщину стенок металлических и некоторых неметаллических изделий (керамика, стекло, фарфор). Кроме того, данный метод позволяет выявлять дефекты, такие как зоны коррозионного поражения, непроклеивания и непропайки листовых соединений, расслоения в биметаллах и тонких листах.

В настоящее время резонансные методы вынужденных колебаний не получили широкого распространения, так как задачи дефектоскопии и толщинометрии более эффективно решаются импульсными ультразвуковыми методами.

Принцип ультразвуковой импульсной толщинометрии основан на измерении времени прохождения ультразвукового импульса в материале объекта и умножении этого времени на коэффициент, учитывающий скорость звука в данном материале. Основные нормативные документы, регламентирующие проведение ультразвуковой толщинометрии, представлены в тексте.

• ГОСТ Р 55614-2013 «Контроль неразрушающий. Толщиномеры ультразвуковые. Общие технические требования».
• ГОСТ Р ИСО 16809-2015 «Контроль неразрушающий. Контроль ультразвуковой. Измерение толщины».

К наиболее популярным моделям ультразвуковых толщиномеров можно отнести:

Ультразвуковой толщиномер ТУЗ-2

Ультразвуковой толщиномер А1210

Ультразвуковой толщиномер БУЛАТ

Ультразвуковой толщиномер УТ-301

Ультразвуковой толщиномер УТ907

Ультразвуковой толщиномер УДТ-40

 

Импедансные дефектоскопы и твердомеры (импедансный метод)

Импедансный метод контроля качества был разработан советским ученым Юрием Владимировичем Ланге в 1958 году. Метод основан на анализе зависимости полного механического сопротивления (импеданса) контролируемого изделия от состояния соединения его составных элементов.

Применение этого метода позволяет выявлять дефекты в клеевых, паяных и других типах соединений, а также нарушения целостности в тонкой обшивке, элементах жесткости и заполнителях многослойных конструкций.

Ультразвуковые дефектоскопы, использующие импедансный метод, широко применяются в авиационной, автомобильной и космической промышленности для обнаружения непроклеенных участков, расслоений, пустот и других дефектов в различных видах оборудования, приборах и конструкциях.

Метод ультразвукового контактного импеданса также нашел широкое применение в области измерения твердости изделий из металлов и сплавов. К таким изделиям относятся сосуды давления (реакторы, парогенераторы, коллекторы, котельные барабаны), роторы турбин и генераторов, трубопроводы, детали транспортных средств и промышленные полуфабрикаты (отливки, поковки, листы).

Основой метода контактного импеданса является измерение режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с контролируемым объектом. По амплитуде и резонансным частотам такого преобразователя (часто имеющего вид стержня) можно судить о твердости материала изделия и податливости (упругом импедансе) его поверхности.

Среди наиболее распространенных моделей ультразвуковых твердомеров можно выделить:

Ультразвуковой твердомер Константа ТУ

Ультразвуковой Твердомер ТКМ-459С

Ультразвуковой твердомер ТКМ-459М

Ультразвуковой твердомер МЕТ-У1

Комбинированный твердомер МЕТ-УД

 

Средства для проведения ультразвукового контроля

Одним из ключевых инструментов ультразвукового контроля являются пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП). Они выполняют функции как источника, так и приемника ультразвуковых импульсов, обрабатываемых дефектоскопом или толщиномером.

Функционирование ПЭП основано на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах. Прямой пьезоэффект характеризуется способностью некоторых материалов генерировать электрические заряды на поверхности под воздействием механической нагрузки. Обратный пьезоэффект, напротив, проявляется в изменении механического напряжения или геометрических размеров материала под действием электрического поля.

В качестве пьезоэлектрических материалов традиционно используются природные кристаллы кварца и турмалина, а также искусственно поляризованная керамика, основанная на титанатах бария (ВаТiО3), свинца (PbTiO3) и цирконата свинца (PbZrO3).

Основные требования к ультразвуковым преобразователям указаны в:

• ГОСТ Р 55725-2013 «Преобразователи ультразвуковые пьезоэлектрические. Общие технические требования».
• ГОСТ Р 55808-2013 «Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний».

Для обеспечения эффективного взаимодействия ультразвукового преобразователя с контролируемой поверхностью и предотвращения искажений сигнала, вызванных воздушными пузырьками, используются специальные контактные жидкости или гели.

Химический состав этих жидкостей должен быть адаптирован к температурному режиму и структуре контролируемой поверхности. Например, для обследования арматурных стержней и неровных поверхностей применяются высоковязкие контактные гели. При контроле нагретых поверхностей рекомендуется использовать водные контактные гели, а при экстремально низких температурах (до -60°C) – пропиленгликоль.

В некоторых отраслях, таких как ядерная промышленность, могут потребоваться контактные среды с ограниченным содержанием галогенов и серы.

Для обеспечения точности и единообразия результатов при ультразвуковом контроле изделий, материалов и сварных соединений, особенно объектов повышенной опасности, критично важно проведение метрологической поверки оборудования.

Эта процедура включает обязательную проверку работоспособности аппаратуры перед началом контроля с использованием специальных образцов. Существуют два типа таких образцов: калибровочные (стандартные образцы СО) и контрольные образцы предприятия (ранее-стандартные образцы СОП).

Комплект калибровочных образцов используется для проверки основных параметров дефектоскопа, таких как разрешающая способность, мертвая зона, угол ввода, стрела ПЭП.

Контрольные образцы предприятия СОП служат для настройки глубиномера дефектоскопа и определения уровней чувствительности при контроле конкретного изделия в соответствии с действующей нормативной документацией.

Калибровочный образец		Материал	Основное назначение
Основные калибровочные образцы (входят в обязательный перечень оборудования необходимого для аттестации лабораторий)
СО-1		органическое стекло марки ТОСП	Определение условной чувствительности в мм. Оценка лучевой разрешающей способности прямого ПЭП Оценка лучевой разрешающей способности наклонного ПЭП
СО-2		Сталь марки 20 или сталь марки 3	Измерение угла ввода преобразователя Проверка мертвой зоны дефектоскопа с преобразователем Определение условной чувствительности в децибелах
СО-3		Сталь марки 20 или сталь марки 3	Определение точки выхода и стрелы ПЭП Настройка глубиномера наклонного ПЭП Настройка глубиномера для прямого и РС ПЭП
Специальные калибровочные образцы
СО-3Р		Сталь марки 20	Специальный образец для калибровки ультразвуковых дефектоскопов при контроле качества рельсов, а также деталей и узлов железнодорожного подвижного состава при совмещенной и раздельной схеме работы ПЭП с частотой более 1,5 МГц.
V-1		Образец из углеродистой стали с цилиндром из органического стекла	Образец применяют в соответствии с рекомендациями Международного института сварки (МИС) и требованиями EN 12223-2000, ISO 2400-2013 для настройки и проверки параметров дефектоскопа и ПЭП.
V-2		Образец из углеродистой мелкозернистой стали	Образец применяют в соответствии с рекомендациями Международного института сварки (МИС) и требованиями EN 12223-2000, ISO2400-2013 для настройки и проверки параметров дефектоскопа с использованием малогабаритных и миниатюрных преобразователей.

Контрольные образцы предприятия (СОП) используются для калибровки глубиномера и настройки чувствительности ультразвуковых приборов при проведении контроля конкретных изделий. Наиболее часто применяемыми типами отражателей при контроле сварных соединений являются плоскодонные отражатели, «зарубки» и сегменты. Более подробную информацию о назначении, типах и области применения контрольных образцов можно найти по указанной ссылке.

В дополнение к техническим требованиям, предъявляемым к процессу ультразвукового контроля, существует также регламентированный порядок организации работ. В частности, лаборатории, осуществляющие ультразвуковой контроль, должны пройти аттестацию в соответствии с

• СДАНК-01-2020 «Правила аттестации и основные требования к лабораториям неразрушающего контроля»

Согласно Письму Госгортехнадзора России № 02-35/213 от 27 июня 2001 года, организации, осуществляющие контроль оборудования, материалов и сварных соединений неразрушающими методами, в том числе для сторонних организаций, обязаны иметь аттестованные лаборатории неразрушающего контроля. Аттестация проводится в соответствии с указанным выше документом. По итогам аттестации лаборатории выдается соответствующее свидетельство.

В зависимости от сферы деятельности, специалисты, проводящие ультразвуковой контроль должны быть аттестованы в соответствии с:

• СДАНК-02-2020 «Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля»
• ПНАЭ Г-7-010-89 «Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии»

Для подтверждения теоретических и практических знаний специалистов, необходимых для выполнения работ по конкретным методам неразрушающего контроля, проводятся аттестации.

Эти процедуры осуществляются независимыми органами по аттестации персонала в сфере неразрушающего контроля (НОАП).

Научно-технический центр “Эксперт” функционирует как экзаменационный центр Независимого органа по аттестации персонала АЦ «НИКИМТ» АО «НИКИМТ-Атомстрой».

В процессе подготовки к аттестации специалисты могут использовать перечисленные ниже учебные материалы:

• Комплект образцов для обучения и аттестации специалистов
• Учебные плакаты по ультразвуковому методу контроля
• Нормативные документы по ультразвуковому методу контроля
• Учебная литература по неразрушающим методам контроля

В соответствии с требованиями ПНАЭ Г-7-010-89 и СДАНК-01-2020, проведение ультразвукового контроля конкретного объекта требует разработки технологических карт. Эти карты должны включать в себя:

• перечень используемого оборудования;
• последовательность, параметры и схемы проведения контроля;
• оценку качества объекта с указанием информативных признаков выявляемых дефектов.

Для объектов атомной энергетики технологические карты подлежат согласованию в Головных материаловедческих организациях (ГМО).

Радиографический контроль (РК)

Радиографический контроль (РК) основан на свойстве рентгеновского (гамма) излучения по-разному поглощаться различными материалами в зависимости от их толщины. Неоднородности в структуре контролируемого объекта, такие как дефекты, приводят к неравномерному поглощению излучения. Регистрируя распределение интенсивности излучения на выходе из объекта, можно получить информацию о его внутреннем строении.

РК широко применяется для обнаружения дефектов в сварных соединениях, таких как трещины, непровары, поры и инородные включения (вольфрамовые, шлаковые). Он также позволяет выявить недоступные для визуального осмотра подрезы, выпуклости и вогнутости корня шва, а также превышение проплава.

Минимальный размер дефекта, который может быть обнаружен с помощью РК, зависит от его формы и расположения. Дефекты, вытянутые вдоль направления прохождения излучения, выявляются наиболее эффективно, так как их границы на снимке оказываются более резкими. Чувствительность метода снижается, если дефект расположен под углом к направлению просвечивания. В этом случае вероятность обнаружения дефекта зависит от величины его раскрытия и угла между направлением просвечивания и дефектом.

Экспериментальные исследования показали, что трещины с малым раскрытием не обнаруживаются, если угол падения пучка излучения на ось трещины превышает 7°.

Радиографический контроль имеет ограничения в обнаружении следующих типов дефектов:

• Дефекты, протяжённость которых в направлении просвечивания меньше удвоенного значения абсолютной чувствительности контроля.
• Трещины и непровары с раскрытием менее 0,1 мм при толщине просвечиваемого материала до 40 мм, 0,2 мм – при толщине от 40 до 100 мм, 0,3 мм – при толщине от 100 до 150 мм.
• Трещины и непровары, плоскость раскрытия которых не перпендикулярна направлению просвечивания.
• Дефекты, изображение которых на радиографическом снимке совпадает с изображением посторонних деталей, острых углов или резких перепадов толщин свариваемых элементов.

Допустимые размеры дефектов в контролируемых объектах должны быть четко определены в проектной документации, технических условиях, правилах контроля или другой нормативно-технической документации. В случае отсутствия такой документации, допустимые несплошности и включения могут быть установлены в соответствии с требованиями ГОСТ 23055-78 «Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля».

Выбор источников рентгеновского излучения (рентгеновских аппаратов) для неразрушающего контроля осуществляется с учетом толщины контролируемого металлического изделия и требуемой чувствительности, которая определяется в технических условиях (ТУ) на контроль конкретного изделия. Для получения четкого изображения дефекта источник излучения должен обладать малым размером фокусного пятна и располагаться на достаточном расстоянии от контролируемого изделия.

Чувствительность радиографического контроля зависит от множества факторов, которые можно разделить на несколько групп:

• Геометрические условия просвечивания: величина фокусного пятна рентгеновской трубки; расстояние от фокусного пятна трубки до детали и от детали до пленки.
• Характеристики дефекта: форма и расположение дефекта относительно направления просвечивания.
• Свойства материала: жесткость рентгеновских лучей, толщина и плотность просвечиваемого материала.
• Характеристики пленки и ее обработка: характеристики радиографической пленки и правильность ее фотообработки после экспонирования.
• Применение усиливающих экранов.

Чувствительность радиографического контроля в значительной степени определяется контрастностью снимка и резкостью изображения. Контрастность снимка определяется как разница между значениями оптической плотности двух соседних участков снимка. Она зависит от контрастности объекта и детектора (как правило, радиографической пленки). Контрастность объекта прямо пропорциональна разнице плотности ρ и атомного номера Z дефектных и бездефектных участков изделия и обратно пропорциональна энергии излучения.

Резкость изображения на снимке характеризуется скачкообразным переходом от одной плотности почернения к другой на краю изображения. Чем уже этот переход, тем лучше различаемость контуров, тем выше резкость. Снимок с высокой резкостью характеризуется хорошо выявленными очертаниями (контуром) просвечиваемого объекта и дефектов в материале, что обеспечивает высокую их выявляемость.

Разрешающая способность радиографической пленки определяет возможность раздельно регистрировать близко расположенные дефектные и бездефектные участки контролируемого изделия и характеризуется количеством раздельно различимых штриховых линий одинаковой толщины на длине 1 мм. Мелкозернистые пленки обладают более высокой разрешающей способностью по сравнению с крупнозернистыми пленками.

На практике чувствительность радиографического контроля характеризуется минимальным линейным размером выявленного эталонного дефекта (проволочки, канавки, отверстия) и выражается в абсолютных или относительных единицах. Чувствительность зависит от радиографической контрастности контролируемого объекта и от коэффициента контрастности детектора излучения.

Выбор схемы просвечивания должен быть обоснован с учетом наилучшего выявления на радиографическом снимке возможных дефектов. Основные схемы контроля сварных соединений радиографическим методом приведены в ГОСТ 7512-82. Анализ показывает, что выявляемость дефектов при радиографическом контроле зависит от многих причин. В таблице приведены данные о комплексе факторов, влияющих на чувствительность радиационного контроля.

Радиографический контраст		Разрешающая способность
Контраст режима просвечивания	Контраст плёнки	Геометрическая нерезкость	Зернистость плёнки
Влияют: параметры изделия жесткость излучения; рассеянное излучение.	Влияют: тип плёнки; технология фотообработки; оптическая плотность; наличие и тип экранов; схема зарядки кассеты.	Влияют: размер фокусного пятна; расстояние источник – плёнка; расстояние изделие – плёнка; перепад толщин изделия; качество контакта между экранами и плёнкой; чистота экранов; смещение объекта относительно плёнки.	Влияют: тип плёнки; тип экранов; жесткость излучения; технология фотообработки.

 

В сфере неразрушающего контроля (НК) наиболее распространенными типами регистраторов рентгеновского излучения являются рентгеновская пленка и набирающие популярность фосфорные пластины, применяемые в компьютерной радиографии. Существуют и другие типы детекторов рентгеновского излучения, подробная классификация которых представлена в соответствующей литературе.

На сегодняшний день в России радиографический контроль преимущественно осуществляется с использованием пленки. В настоящее время в Российской Федерации отсутствуют стандарты по классификации и методам испытаний радиографических пленок. Одна из возможных классификаций представлена в европейском стандарте EN 584-1 «Стандарт по классификации промышленной рентгеновской пленки и ее использования в радиографическом моделировании». Выбор конкретного типа пленки зависит от толщины и плотности контролируемого объекта, а также от требуемой производительности и чувствительности. Рекомендуемые типы пленок обычно указываются в руководящих документах, методических инструкциях и технологических картах на объекты контроля.

Крупнозернистые низкоконтрастные пленки в основном применяются для контроля толстостенных изделий, где допустимые дефекты, как правило, имеют большие размеры. Время нормальной экспозиции при использовании крупнозернистых пленок существенно меньше, чем при использовании мелкозернистых высококонтрастных пленок, используемых для выявления мелких дефектов в деталях из легких сплавов и стали небольшой толщины.

Высококонтрастные пленки требуют больших экспозиций, что существенно снижает производительность контроля. Время экспозиции при работе с такими пленками можно сократить, используя свинцовые и флуоресцирующие экраны. Коэффициент усиления свинцовых экранов находится в пределах 1,5-3,0, флуоресцирующих – 20-30. Под коэффициентом усиления экранов понимается величина, показывающая, во сколько раз уменьшается экспозиция просвечивания при использовании данного экрана.

В настоящее время также применяют флуорометаллические усиливающие экраны, выполненные в виде свинцовой подложки с нанесенным на нее слоем люминофора. Эти экраны имеют больший коэффициент усиления, чем металлические, и обеспечивают лучшую чувствительность, чем флуоресцирующие экраны.

В практике радиографии часто применяют комбинацию из усиливающих экранов (в виде заднего и переднего экранов), между которыми размещают радиографическую пленку. Применение заднего металлического экрана вместе с увеличением коэффициента усиления уменьшает влияние рассеянного излучения. Толщину металлических экранов, а также материал люминофора выбирают с учетом энергии рентгеновских или гамма лучей. Из-за снижения разрешающей способности радиографических снимков, получаемых с использованием флуоресцирующих экранов, применение последних не допускается при радиографии ответственных сварных швов, например, в атомной энергетике.

Альтернативным методом радиографического контроля с использованием рентгеновской пленки является компьютерная радиография с использованием запоминающих пластин, основанная на способности некоторых люминофоров накапливать скрытое изображение, формирующееся под воздействием рентгеновского или гамма излучения. После экспонирования специальный сканер считывает пластину лазерным пучком. Процесс считывания сопровождается эмиссией видимого света, этот свет собирается фотоприемником и конвертируется в цифровое изображение.

Радиографический контроль (РК) сварных соединений может осуществляться как промышленными рентгеновскими аппаратами, так и гамма-дефектоскопами. Выбор конкретного источника излучения зависит от толщины и материала контролируемого объекта, а также от требуемого класса чувствительности и геометрии просвечивания.

Рентгеновские дефектоскопы постоянного действия обладают рядом преимуществ: высокой мощностью с возможностью регулировки, долговечностью и, как правило, более четким и контрастным изображением. Однако, к их недостаткам относятся высокая стоимость, габариты и повышенная опасность для персонала.

Несмотря на то, что контроль сварных соединений рекомендуется осуществлять рентгеновскими аппаратами, обеспечивающими более высокое качество радиографических снимков, гамма-дефектоскопы также обладают своими достоинствами: низкой стоимостью, компактностью и малым оптическим фокусом. К их недостаткам относятся невозможность регулировки мощности, меньшая контрастность, постепенное затухание активности источника и необходимость его замены.

Гамма-дефектоскопы обычно применяются в тех случаях, когда использование рентгеновских аппаратов постоянного действия затруднено, например, при контроле небольших толщин, отсутствии источников питания или контроле труднодоступных мест. Подробная информация о технических характеристиках рентгеновских аппаратов и гамма-дефектоскопов доступна в соответствующих документах.

Оценка качества сварного соединения по результатам радиографического контроля должна проводиться в соответствии с действующей нормативно-технической документацией на контролируемый объект. При расшифровке снимков определяют вид, размеры и количество дефектов сварного соединения и околошовной зоны согласно ГОСТ 23055-78.

Снимок пригоден для оценки качества сварного соединения, если он отвечает следующим требованиям:

• Отсутствие пятен, полос, загрязнений и механических повреждений эмульсионного слоя пленки, затрудняющих расшифровку;
• Четкое изображение сварного соединения, маркировочных и ограничительных знаков и эталона чувствительности;
• Соответствие чувствительности контроля требованиям нормативной документации;
• Оптическая плотность изображения контролируемого участка сварного соединения в пределах 1,5–3,5;
• Отклонение оптической плотности изображения сварного соединения на любом участке по сравнению с оптической плотностью изображения эталона чувствительности не должно превышать 1,0.

В процессе радиографического контроля используются различные принадлежности: трафареты, шаблоны, эталоны чувствительности, маркировочные знаки, мерные пояса, магнитные прижимы, рамки, кассеты, фонари и др. Полный перечень необходимых принадлежностей доступен в соответствующих документах.

Помимо технических требований к процессу РК, существуют установленные правила организации работ. Так, радиографический контроль на опасных производственных объектах требует обязательной аттестации лаборатории в соответствии с СДАНК-01-2020 «Правила аттестации и основные требования к лабораториям неразрушающего контроля».

Требования к персоналу, выполняющему радиографический контроль, должны соответствовать «Правилам аттестации персонала в области неразрушающего контроля» СДАНК-02-2020.

Радиографический контроль проводится звеном из не менее двух дефектоскопистов, каждый из которых должен иметь документ на право проведения работ. Руководитель звена должен обладать II или III уровнем квалификации по радиографическому контролю. Для контроля изделий, поднадзорных Ростехнадзору РФ, необходимо разработать технологическую карту, содержащую перечень используемого оборудования и материалов, последовательность контроля, схему просвечивания, требования к чувствительности контроля, нормы контроля, схемы зарядки кассет и т.д. Пример технологической карты по радиографическому контролю доступен в соответствующих документах.

Работы, связанные с использованием источников ионизирующего излучения, подлежат лицензированию. Для получения разрешения на проведение таких работ необходимо обеспечить условия безопасной эксплуатации источников излучения и получить соответствующее разрешение. Основные нормативные документы, содержащие требования к проведению неразрушающего контроля радиографическим методом, доступны в разделе “Библиотека метролога”.

Капиллярный контроль (ПВК)

Капиллярный контроль является наиболее чувствительным методом неразрушающего контроля (НК).

К капиллярным методам НК относятся те, которые основаны на проникновении специальных индикаторных жидкостей (пенетрантов) в поверхностные и сквозные дефекты. Образовавшиеся индикаторные следы обычно регистрируются визуально. С помощью капиллярных методов можно определить расположение дефектов, их протяженность и ориентацию на поверхности.

Капиллярная дефектоскопия применяется для обнаружения мелких дефектов, которые не могут быть выявлены визуальным контролем. Проведение контроля осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 18442. Простейшей разновидностью капиллярного контроля является метод “мел-керосин”. В настоящее время керосин и мел практически полностью заменены высокочувствительными пенетрантными системами, которые обеспечивают лучшую проникающую способность и выявляемость дефектов.

Капиллярные методы используются для контроля объектов любых размеров и форм, изготовленных из черных и цветных металлов и сплавов, стекла, керамики, пластмасс и других неферромагнитных материалов. Применение капиллярной дефектоскопии возможно также для контроля объектов из ферромагнитных материалов в случаях, когда использование магнитопорошкового метода затруднено условиями эксплуатации объекта или по другим причинам.

Капиллярная дефектоскопия находит широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как энергетика, авиация, ракетная техника, судостроение, металлургия, химическая промышленность, автомобилестроение. Она используется для мониторинга ответственных объектов как перед приемкой, так и в процессе эксплуатации.

В зависимости от способов получения первичной информации капиллярные методы подразделяют на:

• Цветной (хроматический);
• Яркостный (ахроматический);
• Люминесцентный;
• Люминесцентно-цветной

Процесс выявления несплошностей капиллярным методом подразделяют на пять стадий:

• Подготовка объекта (очистка) ;
• Заполнение полостей индикаторным пенетрантом;
• Удаление излишков индикаторного пенетранта;
• Нанесение проявителя;
• Контроль

Подготовка объекта

До начала испытаний пенетрантом необходимо провести тщательную очистку исследуемой поверхности от всех загрязнений, таких как ржавчина и масла, а также от покрытий.

Очистка объекта контроля может осуществляться различными методами: механическим, паровым, растворяющим, химическим и другими. После очистки поверхность должна быть тщательно высушена. Выбор метода очистки зависит от характера загрязнений. Неорганические загрязнения в большинстве случаев удаляются механическим способом, а для удаления органических загрязнений применяются специальные составы – очистители.

Требования к допустимой шероховатости поверхности объекта контроля при капиллярном контроле регламентируются технической документацией и не должны превышать Ra 3,2 (Rz 20).

Заполнение полостей индикаторным пенетрантом

Заполнение дефектов пенетрирующим веществом может осуществляться различными методами, включая капиллярный, вакуумный, компрессионный и другие. Наиболее широко применяется капиллярный метод, основанный на смачивании поверхности объекта с последующим проникновением пенетранта в дефекты за счет его поверхностного натяжения.

Эффективность метода обусловлена особо подобранными физико-химическими свойствами пенетранта, такими как поверхностное натяжение, вязкость и плотность. Это позволяет ему проникать в мельчайшие неплотности, имеющие выход на поверхность контролируемого объекта.

Длительность воздействия пенетранта может варьироваться в зависимости от температуры поверхности. Низкие температуры могут усложнить технологический процесс из-за риска конденсации влаги на поверхности объекта и замедления проникновения пенетранта в дефекты.

Удаление излишков индикаторного пенетранта

Излишки пенетранта необходимо удалить с поверхности контролируемого объекта при помощи салфетки, промывки водой или специальных очистителей, применяемых в процессе подготовки.

Важно обеспечить удаление пенетранта только с поверхности, не затрагивая при этом полости дефектов. Рекомендуется наносить очиститель на салфетку, а не непосредственно на контролируемую поверхность. После очистки поверхность должна быть высушена естественным образом. Допускается также сушка потоком воздуха или протирка чистыми гигроскопическими материалами, такими как салфетка без ворса.

Нанесение проявителя

Применение проявителя может осуществляться различными методами, такими как распыление, нанесение кистью, погружение, заливка и другими. Оптимальным считается нанесение одного или двух-трех тонких слоев. Чрезмерное количество проявителя может привести к маскировке или затемнению индикаторных следов.

Проявитель, взаимодействуя с материалом, растворяет краситель, находящийся в порах и трещинах, а затем, за счет процессов диффузии и адсорбции, переносит его на поверхность. При корректном выполнении технологического процесса ширина контрастного следа существенно превышает ширину дефекта, что обеспечивает визуальное обнаружение даже самых мелких трещин невооруженным глазом.

Контроль

Данный метод неразрушающего контроля основан на способности капиллярных дефектов, таких как трещины, поры и несплавления, поглощать жидкие индикаторные вещества (пенетранты). После нанесения пенетранта и удаления его избытка с поверхности объекта, дефекты становятся видимыми благодаря контрастному цвету индикатора.

Для повышения чувствительности метода используются проявители, которые способствуют выведению пенетранта из дефектов. Время выдержки проявителя может варьироваться в зависимости от типа дефектов и рекомендаций производителя.

В случае сквозных дефектов на тонкостенных объектах, пенетрант наносится с обеих сторон изделия, что позволяет визуализировать дефекты с обратной стороны.

Результаты контроля оцениваются визуально и могут быть задокументированы с помощью фотографий, видеозаписей или переноса на клейкую пленку. При использовании люминесцентных пенетрантов, исследование проводится под ультрафиолетовым освещением в темном помещении. Дефекты проявляются в виде светящихся точек и линий желто-зеленого оттенка.

Для удобства использования пенетранты, проявители и очистители часто поставляются в герметичных аэрозольных баллончиках. Этот формат обеспечивает точное дозирование и исключает риск перерасхода или пролива материала.

В стандарте ОСТ 26-5-99 приведены примерные нормы расхода материалов при нанесении как аэрозольным баллоном, так и кистью. Помимо основных расходных материалов, на каждые 10 м² контролируемой поверхности в среднем требуется 24 м² ткани (салфетки), 3 пары перчаток и 2 щетки.

Способ нанесения	Дефектоскопический материал	Расход на 1м2 поверхности, мл	Расход на 1 м длины сварного соединения, мл
Аэрозольный	Пенетрант	500-600	50-70
	Очиститель	250-350	20-40
	Проявитель	800-1 000	80-100
Кистью	Пенетрант	600-800	60-80
	Очиститель	300-500	30-50
	Проявитель	1000-1 500	100-150

 

Эффективность метода капиллярной дефектоскопии определяется его способностью обнаруживать дефекты определенного размера с заданной вероятностью. В качестве характеристики размера дефекта используется ширина его раскрытия, то есть поперечный размер дефекта на контролируемой поверхности.

Нижний предел чувствительности метода ограничивается минимальным количеством проникающей жидкости (пенетранта), достаточным для получения контрастного изображения дефекта. Согласно ГОСТ 18442, установлено пять классов чувствительности: I (ширина раскрытия дефекта менее 1 мкм); II (от 1 мкм до 10 мкм); III (от 10 мкм до 100 мкм); IV (от 100 мкм до 500 мкм) и технологический класс (ширина раскрытия не регламентируется). Класс чувствительности выбирается разработчиком объекта контроля.

Для неглубоких, но широких дефектов применяется понятие верхнего порога чувствительности. Он обусловлен тем, что из таких дефектов пенетрант может быть удален при очистке поверхности от его избытка.

К преимуществам капиллярной дефектоскопии относятся простота проведения контроля и возможность ее применения для широкого спектра материалов.

Этот метод позволяет не только обнаруживать поверхностные или сквозные дефекты, но и получать ценную информацию о их расположении, протяженности, ориентации и форме. Это, как правило, способствует лучшему пониманию причин возникновения дефектов.

К недостаткам капиллярной дефектоскопии следует отнести невозможность выявления внутренних несплошностей, не имеющих выхода на поверхность. Также гарантия обнаружения поверхностных несплошностей с шириной раскрытия более 500 мкм методом капиллярного контроля не предусмотрена.

Приборы, оборудование и средства контроля, применяемые при капиллярном контроле:

• Наборы для капиллярной дефектоскопии (очистители, проявители, пенетранты);
• Пульверизаторы;
• Пневмогидропистолеты;
• Источники ультрафиолетового излучения;
• Контрольные образцы для капиллярной дефектоскопии;
• Учебные плакаты по капиллярному контролю.

Контрольные образцы служат для проверки чувствительности капиллярных методов неразрушающего контроля и оценки способности проникающих веществ (пенетрантов) достигать дефектов в материалах в соответствии с требованиями ГОСТ 18442.

Каждый контрольный образец представляет собой металлическую пластину, на которой искусственно создан одиночный тупиковый дефект в виде трещины. Вместе с образцом поставляется паспорт и сертификат калибровки, содержащие фотографию трещины, её точные размеры и руководство по эксплуатации. При использовании контрольного образца необходимо соблюдать условия его очистки и хранения, установленные производителем. Количество возможных применений контрольного образца ограничено и регламентируется изготовителем.

Магнитный контроль (МК)

Магнитная дефектоскопия представляет собой комплекс неразрушающих методов контроля, применяемых для выявления дефектов в ферромагнетиках (железо, никель, кобальт и сплавы на их основе). Данные методы позволяют обнаружить такие дефекты как трещины, волосовины, неметаллические включения, несплавления и флокены. Важным условием обнаружения является то, что дефект должен выходить на поверхность детали или располагаться на небольшой глубине (не более 2-3 мм).

Основополагающим принципом магнитных методов является анализ распределения магнитных полей рассеяния вокруг ферромагнитных изделий после их намагничивания. Наличие дефекта приводит к перераспределению магнитных потоков и образованию характерных магнитных полей рассеяния. Для визуализации и фиксации этих полей используются разнообразные методики.

Наиболее распространенным методом магнитной дефектоскопии является магнитопорошковый метод. Суть метода заключается в нанесении на намагниченную деталь магнитного порошка или суспензии, представляющей собой дисперсную смесь магнитных частиц в жидкости. Под действием магнитного поля рассеяния частицы порошка концентрируются и оседают на поверхности изделия вблизи дефектов. Ширина зоны осаждения порошка может значительно превышать фактическую ширину дефекта. Это свойство позволяет визуально обнаружить даже узкие трещины по характерному рисунку осевшего порошка. Регистрация полученных индикаторных рисунков осуществляется как визуально, так и с помощью специального оборудования для обработки изображений.

Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля регламентируется следующими отечественным и зарубежными стандартами

Российские стандарты:

• ГОСТ 24450-80 Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения;
• ГОСТ Р 56512-2015 Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод;
• ГОСТ 8.283-78 Дефектоскопы электромагнитные. Методы и средства поверки;
• ГОСТ 26697-85 Контроль неразрушающий. Дефектоскопы магнитные и вихретоковые. Общие технические требования.

Европейские стандарты:

• EN ISO 9934-1 Неразрушающий контроль. Магнитопорошковый контроль. Часть 1 Общие принципы;
• EN ISO 9934-2 Неразрушающий контроль. Магнитопорошковый контроль. Часть 2 Материалы для обнаружения;
• EN ISO 12707 Июнь 2000 Неразрушающий контроль. Терминология — Термины, используемыев магнитопорошковом контроле;
• EN ISO 3059 Неразрушающий контроль — Капиллярный и магнитопорошковый контроль. Условия осмотра;
• ISO 3059 Контроль неразрушающий. Контроль методом проникающих жидкостей и методом магнитных частиц. Условия наблюдения;
• ISO 9934 Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Часть 3. Оборудование;
• ASTM E 709-01 Стандартное руководство по магнитопорошковой дефектоскопии;
• ASTM E1444-05 Стандартная методика тестирования с помощью магнитопорошковой дефектоскопии.

Метод магнитопорошкового контроля используется для обследования изделий из ферромагнитных материалов с относительной магнитной проницаемостью не менее 40. Эффективность данного метода зависит от множества факторов, таких как магнитные свойства материала изделия, его геометрические параметры (форма, размеры и шероховатость поверхности – Ra ≤ 10 / Rz ≤ 63), величина приложенного магнитного поля, расположение и ориентация дефектов, а также характеристики используемого магнитного порошка.

Согласно требованиям ГОСТ Р 56512-2015, определены три условных уровня чувствительности (А, Б, В), которые характеризуются минимальной шириной раскрытия дефекта и минимальным размером выявляемого дефекта.

Магнитопорошковый метод включает в себя следующие операции:

• подготовка к контролю;
• намагничивание;
• нанесение дефектоскопического материала;
• осмотр поверхности и регистрация индикаторных рисунков;
• размагничивание

Перед проведением контроля изделия необходимо очистить от масляных загрязнений, окалины и прочих посторонних включений. Для минимизации трения поверхности подвергают обработке пескоструйным методом и механической обработкой. Также может быть применена грунтовка с использованием красок и лаков, обеспечивающих необходимый визуальный контраст с порошковым покрытием.

Намагничивание и размагничивание контролируемых объектов осуществляется при помощи стационарных или мобильных магнитных дефектоскопов. Оборудование дополняется измерителями тока намагничивания, а также устройствами для визуального осмотра поверхности и регистрации индикаторных изображений (лупы, микроскопы, эндоскопы, автоматизированные системы получения изображений). В процессе контроля используются различные методы намагничивания: циркулярный, продольный и комбинированный.

Магнитопорошковый метод контроля может быть реализован двумя способами. При методе остаточной намагниченности дефектоскопический порошок наносится после снятия внешнего магнитного поля. При методе приложенного поля намагничивание и нанесение порошка осуществляются одновременно. Выбор конкретного метода зависит от магнитных свойств материала изделия и требуемой чувствительности контроля.

Применяемые для контроля магнитные порошки могут иметь разнообразную цветовую гамму (от светлых серых и желтоватых до темно-красных и черных), что определяется цветом контролируемой поверхности. Для повышения чувствительности метода используются магнитные порошки, покрытые слоем люминофора.

Нанесение магнитного материала осуществляют следующими способами:

• с использованием магнитного порошка (сухой способ);
• с использование магнитной суспензии (влажный способ);
• магнитогуммированной пасты

Распределение магнитного порошка:

Магнитный порошок равномерно наносится на поверхность контролируемого изделия с помощью распылителей или погружением в емкость с порошком. Суспензии наносятся путем полива или погружения в ванну с суспензией. Для удобства применения используются аэрозольные баллончики, содержащие суспензии магнитных материалов на водной или масляной основе.

Качество магнитных материалов:

Качество используемых магнитных материалов оценивается в соответствии с требованиями нормативной документации. Перед проведением контроля качество порошков и суспензий проверяется на контрольных образцах с дефектами известного размера, аттестованных в установленном порядке. Контрольные образцы также используются для отработки технологии контроля и достижения заданной чувствительности.

Процедура контроля:

При контроле частицы материала намагничиваются и под действием результирующих сил образуют скопления в виде полосок (валиков). После формирования индикаторной картинки из осевшего порошка производится визуальный осмотр контролируемого изделия. Для увеличения изображения могут быть использованы оптические устройства, а для улучшения восприятия – комбинированное освещение.

При использовании люминесцентных порошков осмотр проводится при ультрафиолетовом облучении с помощью ультрафиолетовых фонарей, ламп или индукционных источников.

Преимущества и недостатки метода:

Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля отличается относительно небольшой трудоемкостью, высокой производительностью и способностью обнаруживать как поверхностные, так и подповерхностные дефекты. Он позволяет выявлять не только полые несплошности, но и дефекты, заполненные инородным веществом.

Метод может быть использован не только при изготовлении деталей, но и в ходе их эксплуатации, например, для выявления усталостных трещин.

К недостаткам метода можно отнести сложность определения глубины распространения трещин в металле.

Альтернативные методы:

Другими методами магнитной дефектоскопии являются феррозондовый и магнитографический методы. Феррозондовый метод основан на регистрации магнитных полей феррозондовыми преобразователями, в которых взаимодействуют измеряемое поле и собственное поле возбуждения. Магнитографический метод предусматривает запись магнитных полей на магнитный носитель с последующим формированием сигналограммы.

Контроль герметичности

Методы контроля герметичности направлены на обнаружение утечек в основном материале изделий, а также в различных типах соединений, таких как сварные, паяные и разъемные.

Разнообразие методов контроля герметичности позволяет классифицировать их по различным признакам: характеру взаимодействия веществ или физических полей с объектом, первичным информативным признакам, способам получения первичной информации, чувствительности, избирательной реакции на пробное вещество, виду используемых пробных веществ и т.д.

Газовые методы	Жидкостные методы
Масс-спектрометрический: •способ вакуумной камеры; •способ щупа; •способ обдува; •способ накопления при атмосферном давлении.	Гидравлический: •гидравлический способ; •люминесцентно-гидравлический способ; •гидравлический с люминесцентным индикаторным покрытием; •наливом воды без напора.
Манометрический: •способ спада давления; •способ повышения давления в барокамере; •дифференциальный способ.	Капиллярный: •с люминесцентными проникающими жидкостями; •способ керосиновой пробы; •сольватный способ; •капиллярный способ.
Пузырьковый: •пневматический способ надувом воздуха; •пневмогидравлический аквариумный способ; •пузырьковый вакуумный способ; •способ бароаквариума; •способ мундштука.	Химический: •способ проникающих жидкостей; •способ индикаторных лент; •способ индикаторных покрытий; •хемосорбционный способ.
Галогенный: •способ вакуумной камеры; •способ щупа.

 

ГОСТ 24054-80 определяет классификацию методов контроля герметичности по двум основным признакам: агрегатному состоянию пробного вещества и принципу его регистрации. В соответствии с этим стандартом, все методы делятся на две группы: газовые и жидкостные.

Каждая группа подразделяется на подгруппы в зависимости от способа регистрации проникающего через дефекты пробного вещества. Эти подгруппы, в свою очередь, разделяются на конкретные способы, отличающиеся условиями реализации.

Принципы выбора пробных веществ:

Методы контроля герметичности основаны на выявлении пробных веществ, проникающих сквозь сквозные дефекты контролируемого объекта. В качестве таких веществ могут использоваться жидкости, газы или пары легколетучих жидкостей.

Выбор пробного вещества осуществляется с учетом следующих факторов:

• Проницаемость: вещество должно эффективно проникать через течи.
• Обнаруживаемость: его наличие должно быть легко обнаруживаемо используемыми средствами контроля.
• Безопасность: вещество должно быть нетоксичным и не представлять опасности для человека и контролируемого объекта.

Типы пробных веществ:

Чаще всего в качестве пробного вещества используются инертные газы (гелий, аргон, азот) или газы с низкой концентрацией в атмосфере, не взаимодействующие ни с материалом объекта, ни с веществом внутри него (фреон, элегаз, аммиак, водород).

В некоторых случаях в качестве пробного вещества может использоваться газ, заполняющий контролируемый объект в процессе эксплуатации или хранения (например, фреон, хлор). Для повышения чувствительности контроля, такие газы могут смешиваться с балластными веществами (воздух, азот).

В ряде случаев, например, при пузырьковом и акустическом методах, в качестве пробного вещества используется воздух.

Свойства пробных веществ:

Чем меньше вязкость и молекулярный вес газа, тем легче он проникает через течи. Важнейшим требованием к любому пробному веществу является возможность его высокочувствительного обнаружения.

Помимо газов, в качестве пробных веществ могут использоваться и легколетучие жидкости: этиловый спирт, ацетон, бензин, эфир. Обычно для их обнаружения используются индикаторы, а сами способы контроля относят к газоаналитическим.

К жидкостным пробным веществам относятся, например, вода, используемая при гидроиспытаниях (гидроопрессовке), а также вода с люминесцирующими добавками, облегчающими визуализацию течей. В качестве жидких пробных веществ также используются водные растворы бихромата калия или натрия с технологическими добавками.

Тепловой контроль (ТК)

Тепловой контроль представляет собой разновидность неразрушающего контроля, основанную на регистрации и преобразовании инфракрасного излучения в видимый спектр. Данный метод широко применяется во всех отраслях промышленности для оценки технического состояния объектов на основе анализа неоднородности теплового поля.

В современном промышленном ландшафте, тепловой неразрушающий контроль (ТНК) приобрел особую актуальность в таких сферах как теплоэнергетика, строительство и промышленное производство. Рост интереса к этому методу в России во многом обусловлен принятием Федерального закона № 261 – ФЗ «Об энергосбережении», который устанавливает требования к проведению энергетического аудита объектов с целью оптимизации потребления ресурсов. Согласно данному закону, тепловой метод признается основным для оценки текущего состояния промышленных объектов.

Среди главных преимуществ теплового контроля следует выделить его универсальность, точность, оперативность, высокую производительность и возможность дистанционного проведения. В зависимости от используемых технологий, различают различные виды теплового контроля:

• Тепловизионный контроль
• Контроль теплопроводности
• Контроль температуры
• Контроль плотности тепловых потоков рассчитывать

В области теплового контроля различают два основных подхода: пассивный и активный.

Пассивный тепловой контроль не требует применения внешних источников тепла. Он основан на регистрации теплового излучения, возникающего естественным образом в процессе эксплуатации или изготовления объекта. Этот метод широко применяется во многих отраслях промышленности, поскольку позволяет осуществлять контроль без остановки работы оборудования. К типичным объектам пассивного контроля относятся строительные конструкции, работающие электроприборы, контакты под напряжением и другие промышленные объекты. При этом используются такие приборы, как тепловизоры, пирометры, инфракрасные термометры, измерители тепловых потоков и системы сбора данных.

Активный тепловой контроль применяется в тех случаях, когда объект сам по себе не излучает достаточного количества тепла для проведения контроля. В этом случае используется нагрев объекта внешними источниками. Этот метод подходит для контроля многослойных композитных материалов, объектов искусства и других объектов, требующих внешней тепловой нагрузки.

По способу измерения температуры приборы теплового контроля делятся на контактные и бесконтактные. К контактным относятся термопары, сопротивления, термоиндикаторы, термокарандаши, манометрические и жидкостные термометры. Бесконтактные приборы включают тепловизоры, термографы, квантовые счетчики и радиационные пирометры.

Наиболее востребованные в настоящее время – тепловизоры. Их широкое применение привело к появлению термина “тепловизионный контроль”. Тепловизор позволяет визуализировать распределение температуры на поверхности объекта в виде цветового поля. Данные могут быть записаны и обработаны на компьютере с помощью специального программного обеспечения. Различают наблюдательные и измерительные тепловизоры. Первые просто предоставляют инфракрасное изображение, вторые же позволяют определить температуру для каждого пикселя изображения, что дает возможность получить тепловую карту контролируемой поверхности.

Тепловизоры являются эффективным инструментом для оценки состояния объектов по распределению температуры. Они широко применяются в строительстве, энергетике, производстве и других отраслях промышленности для выявления аномалий нагрева и потенциально проблемных участков.

Пирометры, представляющие собой инфракрасные термометры, предназначены для бесконтактного измерения температуры объектов. Их принцип работы основан на измерении интенсивности теплового излучения в инфракрасном и видимом диапазонах света. Пирометры незаменимы в ситуациях, когда применение контактных термометров невозможно, например, при дистанционном контроле раскаленных предметов или в случаях, когда физический доступ к объекту затруднен из-за его удаленности или высокой температуры.

Логгеры данных, как правило, используются для мониторинга температуры и влажности. Эти компактные устройства с дисплеем, картой памяти и водонепроницаемым корпусом, могут быть запрограммированы на определенный период работы. Некоторые современные модели позволяют подключать одновременно несколько датчиков, что позволяет осуществлять одновременный контроль в нескольких помещениях. Данные, полученные с помощью логгеров, обрабатываются специализированным программным обеспечением и могут быть представлены в графическом и табличном формате.

Измерители плотности тепловых потоков и температуры, применяются в строительстве и эксплуатации зданий для определения плотности теплового потока через ограждающие конструкции в соответствии с ГОСТ 25380. Эти приборы позволяют измерять температуру воздуха внутри и снаружи помещения, а также определять сопротивление теплопередаче и термическое сопротивление ограждающих конструкций. Полученные данные передаются на ПК для автоматической архивации и обработки.

Помимо электронных приборов, широко используются и механические средства теплового контроля: самоклеящиеся этикетки, термокарандаши, температурные индикаторы, высокотемпературная краска, теплоотводящая паста и другие.

Наша лаборатория предоставляет услуги по тепловому контролю различных объектов. Оснащенная современным оборудованием и аттестованными специалистами II уровня, лаборатория выдает заключения установленного образца по результатам измерений. Мы работаем как с юридическими, так и с физическими лицами, предоставляя возможность проведения теплового контроля как в лабораторных условиях, так и с выездом на объект.

Тепловой контроль может быть эффективно комбинирован с другими методами неразрушающего контроля. Такой подход целесообразен, когда тепловой контроль служит предварительным этапом для применения более точных методов, или же когда синтез данных из различных методов позволяет получить более полную и достоверную информацию.

Например, при выявлении воды в авиационных сотовых панелях, ударных повреждений и расслоений в композитных материалах, тепловой контроль используется для локализации потенциально дефектных зон, после чего более детальный анализ осуществляется с помощью ультразвукового контроля. Аналогичным образом контролируются заклепочные соединения авиационных панелей, где основной контроль обычно выполняется вихретоковым методом.

Комбинирование данных из различных методов неразрушающего контроля, позволяет получить результирующее изображение, которое обрабатывается и анализируется единожды. Такой подход обеспечивает более точные результаты и существенно сокращает временные и финансовые затраты по сравнению с последовательным применением нескольких методов. В настоящее время концепция слияния данных с помощью различных сенсоров активно развивается и уже нашла применение в военной и авиакосмической промышленности.

Тепловой контроль опасных производственных объектов, перечисленных в Приложении 1 к СДАНК-01-2020, осуществляется лабораториями неразрушающего контроля, имеющими аттестованный персонал. Подробная информация об аттестации специалистов и лабораторий доступна на соответствующих ресурсах. Порядок лицензирования специалистов, проводящих тепловой контроль на объектах, не относящихся к категории опасных производственных объектов, регулируется отраслевыми ведомствами и саморегулируемыми организациями.

Основными документами регламентирующими проведение теплового контроля в РФ являются:

• ГОСТ 23483-79 «Контроль неразрушающий. Методы теплового вида. Общие требования»
• РД-13-04-2006 «Методические рекомендации о порядке проведения теплового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах»
• ГОСТ Р 54852-2011 “Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций”
• СНИП 2302-2003 “Тепловая защита зданий”
• СНИП 2301-99 “Строительная климатология”
• ГОСТ 25380-82 “Метод измерения плотности тепловых потоков”
• ГОСТ 7076-99 “Измерение теплопроводности”
• ГОСТ 26782-85 «Контроль неразрушающий. Дефектскопы оптические и тепловые. Общие технические требования»
• ГОСТ 25314-82 «Контроль неразрушающий тепловой. Термины и определения»
• ОСТ 92-1482 «Неразрушающий контроль теплозащитных покрытий»
• ГОСТ Р 8.619-2006 «Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки»
• РД 153-34.0-20.364-00 «Метод инфракрасной диагностики тепломеханического оборудования»
• РД 153-34.0-20.363-99 «Основные положения метода инфракрасной диагностики электрооборудования и высоковольтных линий.

Вихретоковый контроль (ВК)

Метод вихретоковой дефектоскопии основывается на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с полем вихревых токов, индуцируемых возбуждающей катушкой в контролируемом объекте.

Открытие вихревых токов принадлежит французскому учёному Араго, который в 1824 году наблюдал вращение медного диска, расположенного на оси под вращающейся магнитной стрелкой, под действием вихревых токов.

В качестве источника электромагнитного поля обычно применяются индуктивные катушки, именуемые вихретоковыми преобразователями (ВТП). Синусоидальный или импульсный ток, протекающий по обмоткам ВТП, генерирует электромагнитное поле, вызывающее появление вихревых токов в контролируемом объекте. Электромагнитное поле этих токов воздействует на катушки преобразователя, индуцируя в них ЭДС или изменяя их полное сопротивление. Регистрация напряжения на катушках или их сопротивления позволяет получить информацию о свойствах объекта и положении преобразователя относительно него.

Вихретоковой контроль предоставляет возможность обнаружения дефектов и оценки характеристик контролируемых объектов, находя широкое применение в промышленном производстве, как при изготовлении деталей, так и при их ремонте. Современное оборудование вихретокового контроля оснащено функциями обработки и хранения полученных данных, а автоматизированные многокоординатные сканирующие системы обеспечивают высокоточную визуализацию контролируемого объекта.

Область применения вихретокового метода контроля:

• неразрушающий контроль лопаток паровых турбин, тепловые канавки, поверхность осевого канала роторов турбин и т.д., сварные соединения и гибы трубопроводов, корпусное оборудование, резьбовые соединения, детали любой формы и размеров промышленного и транспортного оборудования;
• толщинометрия измерение толщины тонких труб и тонкого листового проката, определение коррозионных повреждений, толщины защитных покрытий;
• структуроскопия оценка исходного и текущего состояния металла тепломеханического оборудования ТЭС. Оценка качества термообработки, определение состава контролируемого вещества, сортировка объектов;
• измерение глубины поверхностных трещин в электропроводящих магнитных и немагнитных материалах.

Основными преимуществами вихретокового метода являются:

• высокая чувствительность к микроскопическим дефектам, которые находятся на поверхности либо в непосредственной близости от исследуемого участка металлического объекта;
• возможность проведения бесконтактного контроля (измерения);
• высокая производительность (возможность произведения контроля на высоких скоростях);
• простота автоматизации.

Недостатки вихретокового метода контроля:

• возможное искажение одного параметра другими, при организации многокоординатного контроля
• контроль только электропроводящих изделий
• относительно невысокая глубина контроля

В следующей таблице приводится удельная электрическая проводимость различных материалов.

Удельная электрическая проводимость различных материалов
Тип металла	%IACS	MСм/m
Алюминиевый сплав, 1100	57-62	33-36
Алюминиевый сплав, 2014-T3 & -T4	32-35	18.5-23.2
Алюминиевый сплав, 2014-T6	38-40	22-23.2
Алюминиевый сплав, 2024-T3	28-37	16.2-21.5
Алюминиевый сплав, 2024-T4	28-31	16.2-18
Алюминиевый сплав, 7075-T6	32	18.5
Алюминий (чистый)	61	35.4
Бериллий	34-43	19.7-24.9
Бериллиевая медь	17-21	9.9-12
Латунь, 61Cu 37Zn 2Pb	26	15.1
Латунь, 61Cu 38Zn 1Sn	26	15.1
Латунь, 70Cu 29Zn 1Sn	25	14.5
Латунь, 70Cu 30Zn	28	16.2
Латунь, 76Cu 23 2AI	23	13.3
Бронза 40Cu 23 2Sn	44	25.5
Бронза 92Cu 8AI	13	7.5
Кадмий	15	14.5
Хром	13.5	7.8
Медь (чистая)	100	58
Медно-никелевый сплав 70/30	5	2.9
Медно-никелевый сплав 90/10	11.9	6.9
Золото	73.4	42.6
Графит	0.43	0.25
Хастеллой	1.3-1.5	0.75-0.87
Инконель 600	1.7	0.99
Свинец	8	4.6
Литий	18.5-20.3	10.7-11.8
Магний	37	21.5
Молибден	33	19.1
Никель	25	14.5
Фосфорическая бронза	11	6.4
Серебро (чистое)	105-117	60.9-67.9
Серебро (ол. припой)	16.6	9.6
Серебро, 18% ник. сплав A	6	3.5
Нержавеющая сталь 300 series	2.3-2.5	1.3-1.5
Олово	15	8.7
Титан	1-4.1	0.6-2.4
Титан 6914v	1	0.6
Цинк	26.5-32	15.4-18.6
Цирконий	4.2	2.4

 

Фундаментальным документом, регламентирующим вихретоковый контроль, является ГОСТ Р ИСО 15549-2009 «Национальный стандарт Российской Федерации. Контроль неразрушающий. Контроль вихретоковый. Основные положения».

Данный стандарт устанавливает общие принципы неразрушающего контроля изделий и материалов с использованием вихревых токов для достижения требуемых и воспроизводимых параметров. В стандарте содержатся инструкции по подготовке документов, определяющих конкретные требования к применению метода вихревых токов для определенных типов изделий.

На базе ГОСТ Р ИСО 15549-2009 в каждой отрасли промышленности и транспорта разработана соответствующая нормативно-техническая документация (НД), включающая:

• РД-13-03-2006 – Методические рекомендации о порядке проведения вихретокового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах
• РД 32.150-2000 – Вихретоковый метод неразрушающего контроля деталей вагонов и т.д.

Требования к объектам контроля (ОК) и детальная пошаговая методика их проверки регламентируются технологическими картами, разрабатываемыми для каждого типа ОК. Более подробная информация о разработке, согласовании таких карт, а также образцы карт для различных методов неразрушающего контроля доступны по указанной ссылке.

Высокие стандарты качества выпускаемой продукции стимулируют разработку широкого спектра типов и модификаций вихретоковых дефектоскопов и преобразователей. В зависимости от поставленных задач, заказчик может выбрать наиболее подходящее оборудование для вихретокового контроля.

В нашем ассортименте представлено оборудование для вихретокового контроля, включающее в себя вихретоковые дефектоскопы, структуроскопы и толщиномеры.

Классификация вихретоковых преобразователей

Тип преобразования параметров	Тип взаимодействия с объектом контроля	Способ получения информации	Количество элементов
параметрические трансформаторные	проходные накладные комбинированные	абсолютные дифференциальные	одноэлементные многоэлементные

 

Все типы преобразователей обладают как достоинствами, так и недостатками. Поэтому ни один тип не может быть признан универсальным и основным. Выбор преобразователя для конкретного производства или детали осуществляется на основе анализа параметров контролируемой детали, таких как толщина стенки, толщина покрытия, наличие дефектов.

Электрический контроль (ЭК)

Метод электрического неразрушающего контроля (ЭК) основывается на регистрации параметров электрического поля, которое взаимодействует с объектом контроля или возникает в нём под воздействием внешнего фактора.

Широкое применение ЭК обусловлено его относительной простотой, высокой информативностью и универсальностью – возможность использования как для токопроводящих, так и для изоляционных материалов любой формы и размера. Основные понятия и определения этого метода стандартизированы в ГОСТ 25315-82.

Наиболее часто ЭК применяется для проверки целостности изоляционных покрытий, определения глубины поверхностных трещин, сортировки сталей и измерения толщины гальванических покрытий. К основным приборам ЭК относятся электроискровые дефектоскопы, трещиномеры и электропотенциальные преобразователи.

Несмотря на преимущества, ЭК имеет и некоторые недостатки: необходимость прямого контакта с объектом контроля, повышенные требования к чистоте контролируемой поверхности и сложности автоматизации процесса.

В практике электроконтроля наибольшее распространение получили следующие методы:

1. Электроискровой метод (ГОСТ 34395-2018)

Данный метод является наиболее распространённым и применяется для выявления дефектов в диэлектриках и защитных изоляционных покрытиях электропроводящих объектов. Принцип метода основан на регистрации электрического пробоя участка контролируемого покрытия или самого диэлектрического объекта при подаче испытательного напряжения на электропроводящее основание объекта контроля и специальный электрод, сканирующий покрытие.

2. Метод электростатического порошка

Этот метод основан на регистрации электростатических полей рассеяния, возникающих при наличии поверхностных дефектов на изделии. Мелкий порошок, электризуясь при трении о сопло пульверизатора, распыляется над изделием. Дефекты искажают электростатическое поле, создавая поля рассеяния и притягивая новые частицы порошка к зоне дефекта, что визуализирует его.

3. Метод электрических потенциалов

Принцип метода заключается в регистрации потенциалов, распределённых по поверхности токопроводящего объекта контроля при пропускании через него тока. На бездефектной поверхности потенциалы во всех точках контроля будут одинаковы. Дефект выявляется дополнительным сопротивлением, которое приводит к увеличению разности потенциалов (ΔU), позволяющему судить о характере дефекта.

4. Термоэлектрический метод

Этот метод основан на регистрации термо-ЭДС, возникающей в электрической цепи, образованной токопроводящим объектом контроля и помещёнными на него горячим и холодным электродами, подключёнными к вольтметру. Метод применяется для определения марок сталей и контроля типов проводимостей полупроводниковых материалов. Определение марки стали осуществляется путём сравнения термо-ЭДС эталонного образца с термо-ЭДС объекта контроля.

5. Электроёмкостной метод

Этот метод основан на регистрации параметров электрического конденсатора, одним из элементов которого является объект контроля или его часть. Если объект контроля – диэлектрик, то он помещается между обкладками, подключёнными к источнику переменного тока. Если объект контроля – токопроводящий, то он сам является одной из обкладок конденсатора, преобразующего физико-механические характеристики объекта в электрические. Информацией о дефектности образца служат электрическая ёмкость (C) и тангенс угла диэлектрических потерь.

Статьи и нормативы по контролю качества покрытий

• ГОСТ 34395-2018 – Материалы лакокрасочные. Электроискровой метод контроля сплошности диэлектрических покрытий на токопроводящих основаниях
• ГОСТ 25315-82 – Контроль неразрушающий электрический. Термины и определения.
• ГОСТ Р51164–98 – Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.
• Технологическая инструкция компании Роснефть «Антикоррозионная защита металлических конструкций на объектах нефтегазодобычи, нефтегазопереработки и нефтепродуктообеспечения компании»
• ASTM D 5162: 2015 – Стандартный порядок испытания нарушений сплошности (тест Холидей) непроводящих защитных покрытий на металлических подложках
• ВСН 210-87 – Инструкция по применению комплекса устройств для неразрушающего контроля сплошности изоляционных покрытий заглубленных трубопроводов
• Контроль и диагностика поверхностных слоев и покрытий. Тенденции и перспективы
• Электроискровой контроль сплошности защитных лакокрасочных покрытий
• Приборы контроля сплошности покрытий

Методы неразрушающего контроля бетона

Для определения эксплуатационного состояния бетонных конструкций требуется комплексный анализ факторов, оказывающих влияние на их характеристики. К таким факторам относятся прочность бетона, толщина защитного слоя и диаметр арматуры, теплопроводность и влажность материала, а также адгезия защитных и облицовочных покрытий, морозостойкость. Неразрушающие методы контроля являются özellikle актуальными в случаях, когда характеристики бетона и арматуры неизвестны, а объемы работ по контролю значительны. Такие проверки могут проводиться на строительных площадках, на уже эксплуатируемых объектах, а также в лабораторных условиях.

В чём плюсы неразрушающего контроля:

• Возможность не организовывать на площадке лабораторию оценки бетона.
• Сохранение целостности проверяемой конструкции.
• Сохранение эксплуатационных характеристик сооружений.
• Широкая сфера применения.

Вследствие широкого спектра контролируемых параметров, оценка прочности бетона играет особую роль в строительстве. Она является ключевым фактором при определении состояния конструкции, поскольку соответствие фактической прочности бетона проектным требованиям имеет решающее значение.

Порядок проведения обследований регламентируется стандартами ГОСТ 22690-2015 и ГОСТ 17624-2012. Общие положения проверки качества бетона изложены в ГОСТ 18105-2010. Неразрушающий контроль прочности бетона предусматривает применение механических методов (удар, отрыв, скол, вдавливание) и ультразвукового сканирования.

Контроль прочности готовых бетонных конструкций обычно осуществляется по графику, в соответствии с проектом, в установленный срок, а также при возникновении необходимости, например, при планировании реконструкции. Контроль прочности строящихся конструкций позволяет оценить распалубочную и отпускную прочность, а также провести сравнение реальных характеристик материала с паспортными данными.

Методы неразрушающего контроля прочности бетона делят на две группы.

Прямые (методы местных разрушений)	Косвенные
Скалывание ребра Отрыв со скалыванием Отрыв металлических дисков	Ударный импульс Упругий отскок Пластическая деформация Ультразвуковое обследование

 

Прямые методы испытания бетона (методы местных разрушений)

Методы местных разрушений относят к неразрушающим условно. Их основное преимущество – достоверность. Они дают настолько точные результаты, что их используют для составления градуировочных зависимостей для косвенных методов. Испытания проводятся по ГОСТ 22690-2015.

Метод	Описание	Плюсы	Минусы
Метод отрыва со скалыванием	Оценка усилия, которое требуется, чтобы разрушить бетон, вырывая из него анкер (видео).	– Высокая точность. – Наличие общепринятых градуировочных зависимостей, зафиксированных ГОСТом.	– Трудоёмкость. – Невозможность использовать в оценке прочности густоармированных сооружений, сооружений с тонкими стенами.
Скалывание ребра	Измерение усилия, которое требуется, чтобы сколоть бетон на углу конструкции. Метод применяется для исследования прочности линейных сооружений: свай, колонн квадратного сечения, опорных балок.	– Простота использования. – Отсутствие предварительной подготовки.	– Не применим, если слой бетона меньше 2 см или существенно повреждён.
Отрыв дисков	Регистрация усилия для разрушения бетона при отрыве от него металлического диска. Способ широко использовался в советское время, сейчас почти не применяется из-за ограничений по температурному режиму.	– Подходит для проверки прочности густоармированных конструкций. – Не такой трудоёмкий, как отрыв со скалыванием.	– Необходимость подготовки: диски нужно наклеить на бетонную поверхность за 3-24 часа до проверки.

 

Основные недостатки методов местных разрушений – высокая трудоёмкость, необходимость расчёта глубины прохождения арматуры, её оси. При испытаниях частично повреждается поверхность конструкций, что может повлиять на их эксплуатационные характеристики.

Косвенные методы испытания бетона

В отличие от методов локального разрушения, методы ударно-импульсного воздействия на бетон обладают более высокой производительностью. Вместе с тем, контроль прочности бетона осуществляется в поверхностном слое толщиной 25-30 мм, что сужает сферу их применения.

В указанных случаях требуется проведение дополнительной обработки поверхности контролируемых участков бетона или удаление поврежденного поверхностного слоя.

Неразрушающий контроль прочности бетона на предприятиях по производству железобетонных изделий и в строительных лабораториях осуществляется после калибровки приборов с учетом фактической прочности бетона, которая определяется путем испытания контрольных образцов на прессе.

Метод	Описание	Плюсы	Минусы
Ударного импульса	Регистрация энергии, которая появляется при ударе специального бойка. Для обследований используется молоток Шмидта.	– Компактное оборудование. – Простота. – Возможность одновременно устанавливать класс бетона.	– Относительно невысокая точность
Упругого отскока	Измерение пути бойка при ударе о бетон. Для обследования используют склерометр Шмидта и аналогичные устройства.	– Простота и скорость исследования.	– Жёсткие требования к процедуре подготовки контрольных участков. – Техника требует частой поверки.
Пластической деформации	Измерение отпечатка, оставшегося на бетоне при ударе металлическим шариком. Метод устаревший, но используется часто. Для оценки применяют молоток Кашкарова и аппараты статического давления.	– Доступность оборудования. – Простота.	– Невысокая точность результатов.
Ультразвуковой метод	Измерение скорости колебаний ультразвука, проходящего сквозь бетон.	– Возможность проводить массовые изыскания неограниченное число раз. – Невысокая стоимость исследований. – Возможность оценить прочность глубинных слоёв конструкции.	– Повышенные требования к качеству поверхности. – Требуется высокая квалификация сотрудника.

 

Метод ударного импульса

Метод ударного импульса является наиболее распространённым среди неразрушающих методов оценки качества бетона благодаря своей простоте и эффективности. Он позволяет определить класс бетона, выполнить измерения под различными углами к поверхности и учесть как пластические, так и упругие свойства материала.

Принцип метода заключается в следующем: сферический ударник бойка, приводимого в движение пружиной, ударяет по поверхности бетона. Кинетическая энергия удара расходуется на деформацию материала. В результате пластических деформаций образуется вмятина, а упругие деформации порождают реактивную силу. Электромеханический преобразователь преобразует механическую энергию удара в электрический импульс. Результаты измерений представляются в единицах измерения прочности бетона на сжатие.

Среди преимуществ метода можно выделить его оперативность, низкую трудоёмкость, отсутствие необходимости в сложных расчётах и слабую зависимость от состава бетона. К недостаткам относится ограничение глубины оценки прочности слоем до 50 мм.

Метод упругого отскока

Метод упругого отскока, заимствованный из практики определения твёрдости металлов, применяется для оценки прочности бетона с использованием склерометров – пружинных молотков со сферическими бойками.

Устройство склерометра позволяет свободный отскок ударника после удара, а шкала со стрелкой регистрирует пройденный путь. Определение прочности бетона производится на основе градуировочных кривых, учитывающих положение молотка, поскольку величина отскока зависит от направления удара.

Для получения средней величины прочности производят 5-10 измерений на определённом участке с интервалом между точками удара не менее 30 мм.

Данный метод позволяет измерять прочность бетона в диапазоне от 5 до 50 МПа. К его преимуществам относятся простота и быстрота проведения измерений, а также возможность оценки прочности густоармированных конструкций.

Однако, как и у других ударных методов, метод упругого отскока имеет свои недостатки: контроль прочности осуществляется только в поверхностном слое бетона (глубина 20-30 мм), требуется частая поверка прибора (каждые 500 ударов) и построение градуировочных зависимостей.

Метод пластической деформации

Метод пластической деформации является одним из наиболее экономичных способов определения прочности бетона. Его суть заключается в измерении отпечатка, оставленного стальным шариком или стержнем, встроенным в молоток, при ударе по поверхности бетона.

Проведение испытания включает в себя perpendicularное расположение молотка к поверхности бетона и нанесение нескольких ударов. С помощью углового масштаба измеряются отпечатки как на бойке, так и на бетоне. Для удобства измерения диаметров используются листы копировальной или белой бумаги. Полученные характеристики регистрируются и вычисляется среднее значение. Определение прочности бетона осуществляется на основе соотношения размеров полученных отпечатков.

Приборы для испытаний методом пластической деформации функционируют на принципе вдавливания штампа посредством удара либо статического давления. Устройства статического давления используются реже, в то время как приборы ударного действия, такие как ручные и пружинные молотки, маятниковые устройства с шариковым или дисковым штампом, получили более широкое распространение.

Требования к штампам включают твердость стали не менее HRC60, диаметр шарика – не менее 10 мм, а толщину диска – не менее 1 мм. Энергия удара должна составлять не менее 125 H.

Метод пластической деформации характеризуется простотой применения, возможностью использования в конструкциях с высокой плотностью армирования и скоростью проведения испытаний. Однако следует отметить, что данный метод подходит для оценки прочности бетона только до марки М500.

Ультразвуковое обследование

Ультразвуковой метод неразрушающего контроля основан на измерении скорости распространения ультразвуковых волн в материале. В зависимости от расположения датчиков различают сквозное и поверхностное прозвучивание. Сквозной метод, в отличие от других методов, позволяет оценить прочность бетона как в поверхностных, так и в глубоких слоях конструкции.

Ультразвуковые приборы находят широкое применение не только для контроля прочности бетона, но и для обнаружения дефектов, оценки качества бетонирования и определения глубины залегания арматуры. Возможность многократного проведения массовых испытаний изделий любой формы, а также непрерывный мониторинг изменения прочностных характеристик являются неоспоримыми преимуществами метода.

Однако следует учитывать, что точность преобразования акустических характеристик в показатели прочности может быть ограничена. На зависимость “прочность бетона – скорость ультразвука” оказывают влияние такие факторы, как состав и количество заполнителя, расход цемента, технология приготовления бетонной смеси и степень уплотнения бетона.

Ниже даны ссылки на приборы неразрушающего контроля бетона :

Ультразвуковой томограф А1040 MIRA

Ультразвуковой дефектоскоп А1220 Монолит

Ультразвуковой тестер UK1401

Ультразвуковой дефектоскоп STARMANS DIO 1000 LF

Ультразвуковой тестер бетона Pundit

Ультразвуковой индикатор прочности бетона БЕТОН-70

 

В дополнение к широко используемым методам контроля прочности бетона существуют и менее распространённые. К ним относятся методы, основанные на измерении электрического потенциала, инфракрасного излучения, вибраций и акустических волн. Они находятся в стадии экспериментального применения.

По мнению ведущих специалистов в области неразрушающего контроля прочности бетона, для комплексного обследования конструкций необходимо использовать оборудование, реализующее различные методы контроля. К ним относятся: метод отрыва со скалыванием (скалывание ребра), ударный импульсный метод (определение упругого отскока и пластической деформации), ультразвуковой метод, а также приборы для измерения толщины защитного слоя и влажности бетона, а также оборудование для отбора образцов.

Погрешность методов неразрушающего контроля прочности бетона:

№	Наименование метода	Диапазон применения*, МПа	Погрешность измерения**
1	Пластическая деформация	5 … 50	± 30 … 40%
2	Упругий отскок	5 … 50	± 50%
3	Ударный импульс	10 … 70	± 50%
4	Отрыв	5 … 60	нет данных
5	Отрыв со скалыванием	5 … 100	нет данных
6	Скалывание ребра	10 … 70	нет данных
7	Ультразвуковой	10 … 40	± 30 … 50%
* по ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690; ** источник: Джонс Р., Фэкэоару И. Неразрушающие методы испытаний бетонов. М., Стройиздат, 1974. 292 с.

 

Процедура оценки

Общие правила контроля прочности бетона изложены в ГОСТ 18105-2010.

Требования к контрольным участкам приведены в следующей таблице:

Метод	Общее число измерений на участке	Минимальное расстояние между местами измерений на участке, мм	Минимальное расстояние от края конструкции до места измерения, мм	Минимальная толщина конструкции, мм
Упругий отскок	9	30	50	100
Ударный импульс	10	15	50	50
Пластическая деформация	5	30	50	70
Скалывание ребра	2	200	-0	170
Отрыв	1	2 диаметра диска	50	50
Отрыв со скалыванием при рабочей глубине заделки анкера: 40 мм < 40 мм	1 2	5h	150	2h

 

Кроме перечисленных способов контроля прочности существуют менее распространённые. На стадии экспериментального использования метод электрического потенциала, инфракрасные, вибрационные, акустические методы.

Опыт ведущих специалистов по неразрушающему контролю прочности бетона показывает, что в базовый комплект специалистов, занятых обследованием, должны входить приборы, основанные на разных методах контроля: отрыв со скалыванием (скалывание ребра), ударный импульс (упругий отскок, пластическая деформация), ультразвук, а также измерители защитного слоя и влажности бетона, оборудование для отбора образцов.

Прочность бетона по маркам:

Класс бетона (В) по прочности на сжатие	Ближайшая марка бетона (М) по прочности на сжатие	Средняя прочность бетона данного класса кгс/см²	Отклонения ближайшей марки бетона от средней прочности бетона этого класса,%
В3,5	М50	45,84	+9,1
В5	М75	65,48	+14,5
В7,5	М100	98,23	+1,8
В10	М150	130,97	+14,5
В12,5	М150	163,71	-8,4
В15	М200	196,45	+1,8
В20	М250	261,94	-4,6
В22,5	М300	294,68	+1,8
В25	М350	327,42	+6,9
В27,5	М350	360,16	-2,8
В30	М400	392,90	+1,8
В35	М450	458,39	-1,8
В40	М500	523,87	-4,6
В45	М600	589
В50	М650	655
В55	М700	720
В60	М800	786

 

Измерение защитного слоя и диаметра арматуры

Основная задача защитного слоя бетона – обеспечить прочное сцепление последнего с арматурой как во время монтажа, так и в процессе эксплуатации железобетонной конструкции. Помимо этого, защитный слой выполняет функцию защиты от температурных колебаний, повышенной влажности и агрессивных химических сред.

Толщина защитного слоя бетона определяется условиями эксплуатации сооружения, типом и диаметром используемой арматуры.

При проектировании защитного слоя бетона необходимо руководствоваться положениями СНиП 2.03.04-84 и СП 52-101-2003. Контроль толщины защитного слоя осуществляется в соответствии с ГОСТ 22904-93.

Для оперативного контроля качества армирования железобетонных конструкций и определения толщины защитного бетонного слоя применяются локаторы арматуры, функционирующие на основе принципа импульсной магнитной индукции. Данные приборы, помимо измерения толщины защитного слоя, способны обнаружить наличие арматуры в заданной области, определить её сечение, диаметр и другие характеристики.

Оборудование для измерения толщины защитного слоя и оценки расположения арматуры

Локатор арматуры Profoscope

Локатор арматуры Profometer PM-600

Локатор арматуры Proceq GPR Live

Анализатор коррозии Canin+

 

Неразрушающий контроль влажности

Согласно ГОСТ 12730.0-78 «Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости», определение влажности бетона осуществляется в соответствии с установленными нормами.

В процессе производства в бетонных материалах неизбежно остается определенное количество влаги (в ячеистом бетоне до 30–35%), называемое технологической влажностью. При обычных условиях содержание влаги в бетонных конструкциях в течение первого отопительного сезона снижается до 4-6% от общей массы.

Для получения всесторонней оценки влажности бетона рекомендуется использовать комплекс методов, основанных на различных физических принципах. Для этой цели применяются влагомеры или измерители влажности. Принцип работы таких приборов основан на зависимости диэлектрической проницаемости материала от его содержания влаги.

Важно отметить, что содержание влаги в объеме бетона может отличаться от ее концентрации на поверхности. Поверхностные методы измерения дают результат только для слоя глубиной до 20 мм и не всегда точно отражают реальную ситуацию.

Оборудование для измерения влажности и проницаемости бетона

Измеритель влажности бетона Hygropin

Тестер проницаемости бетона Torrent

 

Адгезия защитных и облицовочных покрытий

Адгезия может быть оценена различными методами, включая прямые методы с нарушением адгезионного контакта, неразрушающие методы, основанные на измерении ультразвуковых или электромагнитных волн, и косвенные методы, которые характеризуют адгезию только в сравнимых условиях. Наиболее часто используемым методом является оценка с помощью адгезиметра.

Методика оценки адгезии регламентирована ГОСТ 28574-2014 “Защита от коррозии в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные. Методы испытаний адгезии защитных покрытий”.

Применение адгезиметра в оценке бетона целесообразно при диагностировании повреждений покрытия, контроле качества антикоррозийных работ и проверке качества строительных материалов. Сила адгезии определяется давлением отрыва, необходимого для отделения покрытия (штукатурки, краски, герметика и т.д.) от бетонной основы.

Оборудование для измерения адгезии

Измеритель адгезии DY-2

 

Морозостойкость

В нормативных документах стойкость покрытий и изделий из затвердевшей смеси, как правило, оценивается по числу циклов перехода через нулевую температурную отметку, после которого наблюдается снижение эксплуатационных показателей.

Морозостойкость бетона определяется его способностью выдерживать колебания температур и многократные циклы замерзания-оттаивания.

Согласно ГОСТ 10060-2012, выделяют 11 марок бетона с различной морозостойкостью, классифицируемых по числу циклов от F50 до F1000.

Группы бетонов по морозостойкости

Группа морозостойкости	Обозначение	Примечание
Низкая	менее F50	Не находит широкого использования
Умеренная	F50 – F150	Морозостойкость и водонепроницаемость бетона этой группы имеет оптимальные показатели. Такие смеси встречаются наиболее часто.
Повышенная	F150 – F300	Морозостойкость бетонной смеси в этом диапазоне дает возможность эксплуатировать здания в достаточно суровых условиях.
Высокая	F300 – F500	Такие растворы требуются в особых случаях, например, при эксплуатации с переменным уровнем влаги.
Особо высокая	более F500	Бетон морозостойкий получается впрыскиванием особых добавок. Применяется при сооружении конструкций на века.

 

В соответствии с ГОСТ 26134-2016, морозостойкость бетона определяется посредством ультразвуковой диагностики. Данный метод характеризуется доступной ценой и позволяет проводить многократные обследования без ограничений. Однако он предъявляет строгие требования к качеству поверхности бетона и уровню квалификации специалиста.