суть метода, необходимое оборудование, технология проведения

Во время соединения металлов путем сваривания внутри шва или на его поверхности за счет высокой температуры дуги могут появляться практически незаметные дефекты. Любой из них отрицательно влияет на прочность конечного изделия, так как мельчайшие трещины могут привести к разгерметизации.

Что такое стилоскопирование сварных швов, в чем суть данного метода

Существует несколько методов, применение которых позволяет выявлять мелкие дефекты шва перед использованием. Один из самых доступных – стилоскопирование, в основе которого лежит спектральный анализ. Способ направлен на выявление количества легирующих примесей в сварном шве. Иными словами, можно определить химический состав металла в месте соединения.

ГОСТы, используемые для работы

Существует несколько документов, четко регламентирующие все нюансы, связанные с процессом стилоскопирования:

1. ГОСТ 7122-81 Швы сварные и металл наплавленный. Методы отбора проб для определения химического состава.
2. РД 26.260.15-2001 Стилоскопирование основных и сварочных материалов и готовой продукции.
3. ГОСТ 34347-2017 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия.

Области применения

Контролю подвергаются любые изделия, выполненные из легированной стали (в ее состав, помимо стандартных примесей, вводят специфические элементы для достижения желаемой прочности, стойкости и других показателей. К таким элементам относится хром, азот, никель и др).

Химический состав шва проверяют у любых емкостей и труб, которые впоследствии будут подвергаться воздействию высокого давления и химически агрессивных сред.

Метод актуален для тех производств, где важно четкое соблюдение состава сплавов. Он не используется на небольших частных предприятиях, металлоконструкции которых не нуждаются в высоком уровне контроля.

Технология

Процедура проверки несложная, но требует наличия специального оборудования и определенных навыков оператора.

Используемое оборудование

Стилоскоп – оборудование, которое позволяет провести стилоскопирование. Бывает двух типов: стационарный (используется в лаборатории) и переносной (подходит для производств).

Независимо от размера, они очень похожи и обладают рядом идентичных узлов.

Главный элемент стилоскопа – электрод, основной функцией которого является зажигание дуги на изделии. Чаще всего его изготавливают из стали, вольфрама или меди и устанавливают на головку прибора. При помощи шлифовального круга (реже токарного станка) конец электрода необходимо затачивать, чтобы он корректно работал. Специалист должен иметь при себе целый набор сменных электродов, потому что замеры можно производить только один раз, после чего они нуждаются в очередной коррекции.

Второй основной элемент стилоскопа – генератор, подсоединенный к корпусу. Благодаря ему, на сам стержень подается ток, который, в свою очередь, возбуждает дугу. От нее исходит свет, который, проходя через пары металла, проникает в щель. Ее ширина в зависимости от типа прибора колеблется от 0,01 до 0,02 мм.

Один из ключевых элементов стилоскопа – ряд линз, благодаря которому, можно определить точный химический состав примесей.

Трехлинзовая система, или фотометрический клин имеет разные фокусные расстояния. Он сначала принимает пучок света на две призмы, который затем отражается и направляется в объектив окуляра. Такая система, как правило, сменная и имеет разную степень увеличения.

Порядок проведения процедуры

Алгоритм действий:

1. Поверхность шва зачищают, убирая с него шлак, пыль и частички металла.
2. Образец располагают возле электрода.
3. Зажигают разряд.
4. Оператор отмечает, какой именно цвет спектра был у разряда (от красного до фиолетового).
5. В специальном атласе стилоскопа отмечены все возможные области.
6. Благодаря таблицам в атласе, можно определить соответствие точной концентрации примесей и яркости свечения.
7. Опыт следует проводить несколько раз для получения более точного результата.

Преимущества и недостатки метода

Метод широко распространен, благодаря ряду положительных аспектов:

1. Способ абсолютно безопасен и для его применения необходимо соблюдать только правила электробезопасности.
2. Целостность изделия после проведения анализа сохраняется. Работу диагностируемого оборудования можно не останавливать.
3. Цена процедуры относительно невысока.
4. Портативный стилоскоп легко можно разместить рядом с рабочей поверхностью, благодаря небольшим габаритам.

Несмотря на то что метод прост и безопасен, его применение затрудненно из-за некоторых недостатков:

1. Сложность подготовки и обучения специалистов. В среднем занимает от 2 до 6 месяцев.
2. При стилоскопировании нельзя выявить наличие углерода и серы, которые способствуют разрушению шва.
3. Свечение дуги оказывает на сетчатку глаз негативное влияние. Его можно снизить, используя специальные защитные очки.
4. Использовать данный метод можно только в помещениях, оборудованных вентиляцией, иначе газы способны нанести вред дыхательной системе оператора.

РД 26.260.15-2001 Стилоскопирование основных и сварочных материалов и готовой продукции

стилоскопирование и анализ состава металла в Екатеринбурге

Анализ качества выполненных сварочных работ (или тест на состав металла в сплавах) проводится по-разному. В ряде случаев производится срез сварного шва, или его подвергают воздействию давлением, чтобы определить его сопротивления усилию. Но наиболее подходящим для решения данной задачи считается стилоскопирование, один из методов неразрушающего контроля, направленный на анализ состава и количества легирующих примесей и дающий определенное представление о качестве и надежности сварного шва. Считается, что проверить состав металла именно таким способом будет гораздо эффективнее и проще, чем прибегнуть к разрушающим методам контроля.

Данная проверка состава и структуры металла основывается на свойстве каждого легирующего элемента создавать свой уникальный спектр, в процессе пропуска его паров от электрической дуги через призму, с определенной широтой и яркостью отдельных линий (в луче из семи цветов). Для оценки результатов разработаны специальные тематические атласы, которые содержат спектры всех основных веществ. Осуществляющий стилоскопирование специалист сопоставляет показания в окуляре стилоскопа с известными элементами в атласе. Преобладание того или иного спектра говорит о характере и количестве вещества, входящего в состав стали.

Стилоскопирование, или спектральный анализ металла производится и в стационарных условиях, с помощью больших аппаратов, и на выезде, посредством компактных моделей.

Более подробно принцип действия стилоскопирования выглядит следующим образом:

1. В процессе анализа, между двумя электродами (один электрод установлен на приборе, второй – это анализируемая проба) возбуждается, путем нагревания, импульсный электрический разряд.
2. Излучение элементов, возбужденных в разряде атомов и входящих в состав пробы, улавливается полихроматором с вогнутой дифракционной решеткой и раскладывается в спектр.
3. Благодаря тому, что каждый химический элемент имеет свою совокупность спектральных линий, обусловленную концентрацией элемента в пробе, удается установить характер, состав и количество того или иного элемента в металле.
4. Полученный в ходе успешного анализа спектр расшифровывают с помощью специально разработанных таблиц и атласов спектров.
5. Чтобы провести количественный анализ пробы, из спектра выделяют одну или несколько аналитических линий анализируемого элемента. Рассчитывается данная величина с помощью следующей формулы:

J(l ) = а × сb, где J – это интенсивность спектральной линии, l – длина, с — концентрацией элемента в пробе, а и b — величины, зависящие от условий анализа. 

Стилоскопирование сварных швов

При сваривании емкостей или труб, работающих под давлением, или рассчитанных на химически агрессивную среду, от температуры дуги происходит частичное выгорание легирующих элементов в металле. Чтобы компенсировать такие потери используют присадочную проволоку с подходящим составом, усиливающую сварной шов. Но если сварщик держал дугу очень долго, или неверно выбрал проволоку, то это может не помочь. Впоследствии, такое соединение быстро подвергнется коррозии и даст течь. Чтобы убедиться в правильности выполнения подобных работ, используют стилоскопирование сварных швов. Процедура, проводимая специальным оборудованием, позволяет «увидеть» наличие и количество легирующих примесей, оставшихся после сварки в металле. По какому принципу работают такие устройства? Как выглядит этот процесс и где он применяется?

Стилоскопия, как метод контроля

Удостоверяться в качественном выполнении сварочных работ можно по-разному. Для некоторых способов требуется выполнять срез шва, или на него оказывается давление, предназначенное для проверки его сопротивления усилию. В отличие от таких способов, стилоскопирование — это неразрушающий способ изучения состава и количества легирующих примесей, который дает определенное представление о качестве сварного соединения.

Метод контроля основан на том, что у каждого легирующего элемента, при пропуске его паров от электрической дуги через призму, образовывается свой уникальный спектр (луч из семи цветов), с определенной широтой и яркостью отдельных линий. Для определения результатов созданы тематические атласы, в которых показы спектры всех основных веществ. Специалист, осуществляющий проверку металла, сравнивает показания в окуляре стилоскопа с известными элементами. Выраженность этого спектра говорит о количестве вещества в составе стали.

Стилоскопирование металла проводится как в стационарных условиях большими аппаратами, так и на выезде, где используются компактные модели. Проверяющий подносит устройство к поверхности изделия. На головке прибора имеется специальный электрод. Между ним и готовым сварочным швом зажигается электрическая дуга. Металл начинает немного плавиться, а его испарения подниматься вверх. Свет от дуги, проходящий через пары металла, попадает в приемную щель прибора, где обрабатывается группой линз, и передается для раскладки на спектр. Оператор видит результат в окне прибора. Чтобы хорошо рассмотреть излучаемый свет и его цветовую гамму, можно удерживать включенную дугу или повторить процедуру.

Неразрушимый метод контроля позволяет установить наличие повышающих прочность стали веществ:

• марганца;
• кремния;
• хрома;
• молибдена;
• никеля;
• ванадия;
• вольфрама;
• титана.

Области применения

Процедуре определения химического состава стали сварных швов подвергаются все изделия, которые будут работать под высоким давлением. Сюда относятся: баллоны, гидравлические цилиндры, тонкие трубки распределительных систем. Обязательной проверке подлежат емкости предназначенные для химической промышленности и трубопроводы, задействованные в коммуникационных путях агрессивных веществ.

Метод контроля применяется и после ремонтных работ на описанных выше установках. Например, если на каком-то участке были заменены фланцы, или коллектор, то сварные швы требуется проверить заново. Когда в сварочных работах участвовало несколько сварщиков, то проверяются швы каждого специалиста, а не только с одной стороны. Проверенные участки обозначаются на чертежах, чтобы потом их можно было легко идентифицировать, если потребуется переделывание работ в случае обнаружения брака.

Преимущества и недостатки метода

У стилоскопирования есть ряд «плюсов», благодаря которым это оборудование продолжает применяться на соответствующих работах. Среди положительных сторон способа контроля следующие:

• после проверки сохраняется целостность изделия;
• размеры оборудования позволяют размещать его рядом с рабочим местом;
• устройство, при подходящей вентиляции, безопасно для здоровья;
• помогает определить наличие и количество большинства известных примесей.

Но имеются и недостатки у данной методики. Научиться различать вещества по яркости свечения и ширине линий требует времени. Подготовка оператора может занять до шести месяцев. Пройдя обучение, оценка результата все равно будет зависеть от субъективного мнения специалиста и его опыта. Два оператора могут сделать разные заключения. Хотя методика позволяет выявить наличие или отсутствие легирующих элементов, по ней невозможно определить содержание серы и углерода, которые, в определенных количествах, могут оказать отрицательное влияние на шов. Слабое свечение от электрической дуги перегружает сетчатку глаз и портит зрение. Без вытяжки оператор вдыхает вредные газы в легкие.

Выполнение проверки

Процедура определения химического состава металла путем стилоскопирования производится в следующей последовательности:

• Выбираются соединения в разных местах конструкции (днище, фланцы, патрубки). Если однотипные швы варили несколько сварщиков, то места для проверки назначаются по каждому сотруднику отдельно.
• Участок шва должен быть зачищен в размере 20 х 20 мм. Это производится металлической щеткой.
• Одновременно удаляются следы масла и окалины.
• Головка аппарата подносится к изделию на расстояние 5 мм и происходит касание электродом шва. Зажигается электрическая дуга.
• Чтобы свет попадал в щель устройства, головку удерживают перпендикулярно проверяемой поверхности.
• Для определения спектра можно задерживать дугу на изделии на 10-15 с.
• В случае неудовлетворительного результата происходит повторная проверка на большем количестве швов, чтобы определить масштаб работ по переделке соединений. Если проверка второй степени показывает отсутствие легирующих веществ в нужном количестве, то проверяются все соединения подобного типа.

Используемое оборудование

При стилоскопировании сварочных швов задействуют соответствующее оборудование. Оно бывает больших размеров в лабораториях по сварке, и в виде переносных устройств на производстве. Независимо от размеров, все аппараты имеют схожий принцип работы и набор основных узлов.

Одним из рабочих элементов является электрод, зажигающий дугу на изделии. Он может быть из меди, стали, вольфрама, или молибдена. Для его корректной работы требуется правильная заточка кончика, которую делают на токарном станке или шлифовальном круге. Неудобство заключается в правке кончика иглы перед каждой пробой. Поэтому для работы операторы носят по несколько электродов в комплекте. Источником тока служит генератор, входящий в корпус оборудования. Он подает ток на стержень и возбуждает дугу.

Свет от дуги, проходя через пары металла, попадает в приемную щель. Ширина последней может колебаться от 0,01 до 0,02 мм, что зависит от модели оборудования. Ключевым элементом в распознавании типа примеси служит ряд линз, находящихся внутри оборудования. Фотометрический клин представляет собой трехлинзовую систему с разным фокусным расстоянием. Пучок света, проходя через него, попадает на две трапециевидные призмы, отражаясь от которых направляется в объектив окуляра. Последний может быть сменный, и обладать различной степенью увеличения, что важно для изучения тоненьких линий спектра.

Стилоскопирование швов позволяет оценивать качество сварки и ее соответствие для конкретного предназначения. Этот метод не лишен недостатков, но без него многие изделия в химической промышленности быстрее бы приходили в негодность.

Поделись с друзьями

0

0

0

0

Стилоскопирование — это неразрушающий метод контроля

Дополнено 18.04.2019

Определение

Стилоскопирование – это метод, который помогает быстро определить химический состав металла сварного шва на соответствие нормам нормативно-технической документации. Это поможет определить наличие углерода, серы, фосфора, хрома, никеля и т.д.

Общий порядок выполнения процедуры неразрушающего контроля установлен положениями приказа Ростехнадзора от 21 ноября 2016 года N 490. Данный нормативный документ определяет общие условия применения методов, безопасных для проведения анализа, а также определяет правила реализации соответствующих работ. Перечень основных методов неразрушающего контроля и типовые технологии их использования описаны в межгосударственном стандарте ГОСТ 18353-79. Указанный стандарт содержит около десяти различных позиций. Кроме того, в нем указывается, что этот список может быть дополнен другими способами проверки целостности объектов. В этом случае правила и условия их применения должны быть установлены федеральными нормами и правилами, утвержденными приказом Ростехнадзора.

Специальные руководящие документы

Технология проведения проверки целостности объекта методами неразрушающего контроля может существенно различаться в зависимости от следующих факторов:

• материал, из которого изготовлен объект;
• размер анализируемого объекта;
• наличие сварных соединений, подвижных деталей и других особенностей;
• сфера применения оборудования или детали;
• другие факторы.

В зависимости от перечисленных причин проверка объекта может осуществляться с применением той или иной технологии неразрушающего контроля. Для целей унификации процедуры в рамках различных сфер деятельности разрабатываются специальные руководящие документы.

Неразрушающий контроль стилоскопированием: применение метода

Так, проведение стилоскопирования регламентируется положениями РД 26.260.15-2001. Согласно этому нормативному документу стилоскопирование — это неразрушающий метод контроля, который применяется для контроля качества следующих элементов:

• элементы систем и сосуды, изготовленные из высоколегированных типов сталей. Требование об обязательном характере стилоскопирования распространяется на те из них, которые находятся под давлением;
• сварные швы, соединяющие указанные элементы. Стилоскопирование производится в местах и объемах, установленных производителем.

Для применения этого метода требуются специальные измерительные приборы – стилоскопы. Стилоскопирование — это неразрушающий метод контроля, предполагающий качественный спектральный анализ соответствующих объектов. В ходе его выполнения металл проверяется на соответствие действующим требованиям.

Стилоскопирование сварных швов для нержавейки и основного металла

Во время сваривания металлических изделий на поверхности шва, а также внутри него, могут образовываться различные дефекты. Любой из них снижает качество соединения, так что при воздействии нагрузок данное место может сломаться. Некоторые из них приводят к разгерметизации полости, так как в них присутствуют микротрещины, что недопустимо для эксплуатации таких изделий. Но при температурном воздействии, которое возникает от сварочной дуги или газа, некоторые легирующие элементы могут испаряться. Чтобы выявить наличие дефектов еще перед непосредственным использованием деталей, существуют различные способы. Одним из таких является стилоскопирование сварных швов. Этот метод настроен на то, чтобы определить количество легирующих элементов в шве. Здесь применяется спектральный анализ.

Стилоскопирование сварных швов

Стилоскопирование сварных швов и основного металла применяется для трубопроводов, котлов и прочих изделий, которые производятся из легированной стали. Когда металл раскаляется до высокой температуры, от него исходит пар. У каждого металла имеется свой уникальный спектр, по которому и можно определить, что именно входит в состав. При сваривании легированных металлов зачастую используют добавочные материалы, которые призваны компенсировать недостаток возникающий за счет выгорания. Стилоскопирование сварных швов для нержавейки и других металлов может проводиться два раза. Если первый раз получаются удовлетворительные результаты, то необходимости в повторном анализе не возникает, но в ином случае процедура проводится второй раз, только на этой раз увеличивается количество точек. Если и в этот раз результаты неудовлетворительные, то проводится химический анализ деталей. Этот анализ является уже окончательным. Если во время него удалось найти несоответствие требованиям, то стилоскопирование проходят все однотипные сварные швы, которые выполнял этот же сварщик.

Стилоскопирование сварных швов металла

Для проведения процедуры используется специальное устройство, которым является стилоскоп. Он может применяться как в лаборатории, так и в цеху. Определение, к какой именно марке металла относится тот или иной фрагмент, определяется оператором данного аппарата. Такой метод практически не применяется в частной сфере или при работе с металлоконструкциями, обладающие относительно небольшой ответственностью. Он актуален в тех местах, где нужно точное соблюдение состава. Это может быть сварка нержавеющей стали и других высоколегированных сплавов.

Преимущества

• Благодаря такому методу можно не разрушая изделие узнать его состав;
• Аппараты безопасны для человеческого здоровья;
• Техника может размещаться непосредственно в рабочем цеху;
• Работает в узконаправленной области.

Недостатки

• Данный способ достаточно сложен в исполнении и требует специальной подготовки операторов;
• Обучение оператора для работы на начальном уровне требует около двух месяцев, а для нормального анализа человек должен проработать около полугода, чтобы разбираться во всех нюансах полученных данных;
• Сложно определять наличие примесей;
• Результаты очень сильно зависят от субъективного человеческого фактора и опытности оператора;
• Здесь невозможно узнать содержание серы, углерода и фосфора в сталях, хотя эти элементы могут оказаться очень вредными для металла;
• Длительная работа здесь хоть и не оказывает радиационного воздействия, как это происходит при рентгенографическом контроле сварных соединений, но со временем портит зрение.

Устройство и принцип работы установки

Разобравшись с тем, что такое стилоскопирование сварных швов, стоит более подробно остановиться на том, что такое стилоскоп и как он работает. Это устройство, которое обладает автоколлимационную оптическую систему. На этой системе имеется фотометрический клин. Прибор ограждается кожухом корпуса. В самом стилоскопе имеется встроенный генератор дуги.

Одной из особенностей устройства является то, что его оптическая схема вытянута в горизонтальном направлении. От источника света излучение проходит в щель, которая расположена в трехлинзовой осветительной системе. У каждой линзы имеется свое фокусное расстояние, которое составляет 50, 60 и 70 мм. Благодаря этому, щель получает равномерное освещение. Ее размер составляет всего 0,02 мм. Щель вырезают в металлической пластине, располагаемой на стеклянной детали, которая приклеена к осветительной линзе.

Стилоскоп

Пучок света направляется на объектив при помощи трапециевидной призмы. Фокусное расстояние в данной призме составляет 275 мм. Одна диспергирующая призма закрепляется неподвижно. Еще в одной призме имеется зеркальное покрытие, которое может поворачиваться. Это необходимо для того, чтобы спектр мог переместиться точно в поле зрения окуляра. Когда лучи попадают на посеребренный катет подвижной призмы, то они проходят еще через две предыдущие и попадают на зеркало. И только отражаясь от него попадают в окуляр, где их и может рассмотреть оператор.

Принцип работы стилоскопа

В приборе может быть несколько сменных окуляров. Зачастую используются аксессуары с увеличением на 13 или 20 крат. Чем меньше увеличение, тем выше поле зрения. Это особенно полезно, когда происходит анализ спектров, в котором относительно небольшое количество линий. Фотометрический клин располагается в фокальной плоскости окуляра. Это узкая полоска платинового слоя, закрепленная между двух стеклянных пластин. Благодаря ему, возможности аппарата становится значительно более широкими. Он дает равномерное освещение щели, но интенсивность спектра при этом становится относительно небольшой. Дуговой генератор, идущий в комплекте с устройством, ставится непосредственно под спектральным аппаратом

Методика проведения анализа

Стилосокпирование сварных швов проводится по ГОСТ 7122-81. Для начала изделие подготавливается перед анализом. С него убирают все лишние части, такие как шлак, частички металла и поверхность зачищают. Затем образец располагают возле медного электрода стилоскопа и зажигают разряд. Он может быть дуговым, искровым или комбинированным. В это время оператор наблюдает, какой цветовой спектр был у этого разряда. Во время вращения ручки прибора можно просмотреть весь спектр от красной до фиолетовой области. Особенно хорошо просматриваются те участки, которые соответствуют цвету примесей.

Поиск такой области осуществляется по атласу для стилоскопа. Когда оператору удалось идентифицировать такую линию, то он сравнивает яркость ее свечения с теми линиями, которые граничат с основой. Далее, по соответствующим таблицам из того же атласа он определяет концентрацию примеси относительно яркости ее свечения. Для точного определения результатов опыты проводятся несколько раз.

Меры безопасности

Этот способ является вполне безопасным для человека, так что здесь достаточно применять элементарные меры электробезопасности. Не следует допускать перегрева прибора, а если это уже случилось, то нужно дать ему остыть.

Стилоскоп — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Стилоскоп (от англ. steel — сталь) — прибор, предназначенный для быстрого визуального полуколичественного анализа распространённых марок легированных сталей и цветных сплавов по их спектрам излучения.

Принцип действия стилоскопа основан на испарении исследуемого металла в электрическом разряде и визуальном наблюдении спектра свечения паров. Встроенный спектроскоп имеет подвижный окуляр для последовательного обзора всего полученного линейчатого спектра. Определение примесных элементов производится оператором по «атласу», прилагаемому к прибору, где указаны характерные спектры примесей. По яркости спектральных линий грубо оценивается количество определяемого элемента. Прибор в современном виде был введён в практику в 1930-х годах и получил широкое распространение в промышленности для экспресс-оценки состава сплавов и сварных швов.

Основные достоинства — простота конструкции и дешевизна, быстрота в сравнении с лабораторным химическим анализом. Недостатки — низкая точность, зависимость оценки от оператора. В классическом приборе не используется невидимая часть спектра излучения, процедура анализа требует времени на разглядывание и идентификацию спектра, что может привести к перегреву прибора или образца. Современные усовершенствованные стилоскопы оборудуются устройствами фотографирования полученного спектра и ввода изображений в компьютер для автоматического анализа^[1], ^[2].

Стилоскоп обеспечивает:

• Возможность определения фосфора и углерода в искровом режиме;
• Проведение анализов в стационарных и полевых условиях;
• Высокую надёжность работы;
• Удобство эксплуатации.

Стилоскоп позволяет:

• Классифицировать скрап и металлолом;
• Разбраковывать материалы по маркам на складах металла и полуфабрикатов;
• Контролировать марки материала готовых деталей и изделий.

1. ↑ [1] Стилоскоп: история, достоинства и недостатки
2. ↑ [2] Образец спектра стали 40Х