Дефектоскопия сварных швов трубопроводов: 4.4. Неразрушающий контроль сварных соединений трубопроводов / КонсультантПлюс

Содержание

АКС-Сервис | Контроль сварки

Контроль сварных швов и соединений, измерение толщины изделий различного типа:

трубопроводы отопления, канализации, водо- и газоснабжения, как стальные, так и пластиковые
водонагревательные котлы
баки, резервуары, емкости
строительные металлоконструкции

Наша организация оказывает услуги по проведению неразрушающего контроля следующих видов:

Ультразвуковой
Радиографический
Визуальный и измерительный
Капиллярный
Магнитопорошковый
Вихретоковый
Акустико-эмиссионный

Мы проводим контроль сварных соединений любого типа на различных технических объектах.

Неразрушающий контроль и дефектоскопия сварных швов и соединений различного типа на строительных металлоконструкциях.

ультразвуковой контроль сварных швов и соединений.

Контроль, дефектоскопия сварных соединений трубопроводов различного диаметра и назначения.

Контроль и дефектоскопия сварных швов и соединений резервуаров, котлов, баков.

Контроль сварки на металлических опорах.

Дефектоскопия и неразрушающий контроль сварных швов и соединений на технических объектах различного назначения.

Для дефектоскопии сварных швов мы используем современное оборудование, позволяющее быстро получать достоверные результаты. Наряду с классическими дефектоскопами мы используем передовые разработки ведущих производителей приборов для неразрушающего контроля сварки, например ультразвуковой томограф А1550 «IntroVisor».

При проведении контроля сварки с помощью этого прибора легко обнаружить такие дефекты сварных швов и соединений, как непровары, трещины, шлаковые включения и т.д.

Мы проводим контроль и дефектоскопию сварных соединений различного типа:

Контроль и дефектоскопия сварных соединений стыкового типа
Контроль и дефектоскопия сварных соединений углового типа
Контроль и дефектоскопия сварных соединений таврового типа
Контроль и дефектоскопия сварных соединений нахлёстного типа

По результатам контроля мы выдаём официальное заключение – пригоден данный объект для дальнейшей эксплуатации или нет.

Обследование сварных металлоконструкций различного типа.

По результатам контроля (обследования металлоконструкции, строительной конструкции, технического объекта) выдаётся официальное заключение, требуемое Ростехнадзором.

Радиографический контроль сварных соединений трубопроводов

В радиографическом контроле трубопроводы имеют подавляющее большинство среди всех объектов контроля. Многие лаборатории кроме «трубы» ничего и не видят. Из труб состоят змеевики печей и теплообменников, по ним осуществляется вся технологическая транспортировка газов и жидкостей. Нам приходилось контролировать трубы диаметром от 8мм до 1200мм. При наличии двухстороннего доступа светим через одну стенку, при отсутствии — приходится светить через две стенки. Чувствительность контроля при этом , естественно, ухудшается. Для атомной тематики все случаи контроля трубопроводов через две стенки ПНАЭГ-7-010-89 требует согласовывать с инспектирующим органом.

Трубы малого диаметра (до 30мм) обычно светим в плоскости шва. На этих трубах на боковых проекциях стен можно определить размер смещения кромок, величину вогнутости и выпуклости корня шва. Трубы большего диаметра светим на «эллипс» с целью уменьшить на шве радиационную толщину и возможности определения места дефекта. Здесь интересно отметить одно очень распространенное заблуждение, дескать, нельзя делать на «эллипс» трубы более 150мм диаметром, так как дальняя от пленки стенка удалена более 150 мм, а это запрещает ГОСТ 7512-82. Документ ограничивает удаленность пленки от ближней к ней поверхности объекта контроля 150 мм. Причем это ограничение не носит принципиального характера и сделано из «жалости» к дефектоскопистам и их экономистам – слишком возрастают фокусные расстояния и, соответственно (да еще и в квадрате), экспозиции.

При контроле труб (Ø более 30 мм) через две стенки у многих возникают проблемы с определением лучевых размеров вогнутости корня шва, непровара корневого, внутренних объемных дефектов. Это особенно актуально, когда лучевой размер является браковочным критерием (Газпром). Работавший у нас до конца жизни д.т.н. Зуев В.М. разработал на основе теории и многочисленных экспериментальных данных методику определения лучевых размеров дефектов. Главная ее ценность, что она вводит корректировку не только по контрасту пленки на плотностях дефекта и эталона. Есть корректировка по месту установки эталона (под кассетой или нет), по ширине дефекта (непровара или вогнутости корня.) В настоящее время ООО «ЛЕНТЕСТ» работает над усовершенствованием методики (измерение плотностей после оцифровки радиограмм на мониторе, введении в расчеты фактических сенситометрических данных и др.)

ООО «ЛЕНТЕСТ» в 2010 году впервые в России получило положительные результаты радиографического контроля на действующей установке Рязанской НПК трубопроводов диаметрами менее 159мм с продуктами нефтепереработки внутри и с теплоизоляцией снаружи трубы. Работы велись с применением запоминающих пластин HR системы «Фосфоматик-40».

Вопрос, конечно, надо ли контролировать швы трубопроводов с продуктами и в изоляции- куда лучше их контролировать «голыми» и без продуктов. Но ведь у нас куча старого оборудования, трубопроводы которого частенько контролировали в объеме 20%.

ООО «ЛЕНТЕСТ» имеет шесть различных переносных рентгеновских аппаратов и выполняет контроль любых трубопроводов. В некоторых случаях для подтверждения дефектов на формировании корня шва применяем видео -эндоскоп с функцией фото и видео регистрации.

Лаборатория неразрушающего контроля — Производство

Лаборатория неразрушающего контроля является структурным подразделением ЗАО «ИЦ «Технохим». Главной целью функционирования лаборатории является обеспечение и поддержание высокого качества работ при изготовлении, строительстве, эксплуатации, монтаже, ремонте, реконструкции и техническом диагностировании объектов, за счет выявления недопустимых дефектов методами неразрушающего контроля, обеспечение достоверности результатов контроля и проведения на этой основе технически обоснованных корректирующих и предупреждающих действий.

Области аттестации

объекты котлонадзора
системы газоснабжения (газораспределения)
подъёмные сооружения
оборудование нефтяной и газовой промышленности
оборудование взрывопожароопасных и химически опасных производств
здания и сооружения (строительные объекты)
металлические конструкции (в том числе: стальные конструкции мостов)

Виды неразрушающего контроля

ультразвуковая дефектоскопия
ультразвуковая толщинометрия
проникающими веществами
- цветная дефектоскопия
- течеискание
визуальный и измерительный

Комплекс услуг

Ультразвуковой контроль:

сварных швов аппаратов, сосудов, металлоконструкций и трубопроводов

сварных соединений арматурных и закладных изделий
сварных соединений полиэтиленовых трубопроводов
пробных – допускных сварных соединений
контрольных сварных соединений — КСС
сплошности металлопроката

Цветная дефектоскопия:

сварных швов аппаратов, сосудов, металлоконструкций и трубопроводов
сварных соединений арматурных и закладных изделий
пробных – допускных сварных соединений
контрольных сварных соединений — КСС

Течеискание:

гидравлический с люминисцентным покрытием
керосиновая проба

Визуально-измерительный контроль:

сварных швов аппаратов, сосудов, металлоконструкций и трубопроводов
сварных соединений арматурных и закладных изделий
пробных – допускных сварных соединений
контрольных сварных соединений — КСС

Разрешительная документация

Контроль качества сварных соединений трубопроводов

Контроль качества сварных соединений трубопроводов может производиться следующими методами [c. 366]

Контроль качества сварных соединений трубопроводов [c.136]

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ [c.288]

Контроль качества сварных соединений стальных трубопроводов включает [c.179]

Для контроля качества сварных соединений трубопроводов, подлежащих приемке органами Госгортехнадзора или газовой технической инспекцией. Рис. 10—13. каждый сварщик одновременно со сваркой трубопро- Разметка вода обязан сварить контрольный стык. Сварка кон- контрольно-трольных стыков должна производиться в условиях, го стыка одинаковых со сваркой трубопровода, с применением для изготов-тех же материалов и в том же положении, в кото- ления образ-ром выполняются сварщиком стыки свариваемого цов [c.603]

Для контроля качества сварных соединений сосудов и трубопроводов все чаще применяют ультразвуковую дефектоскопию.

[c.144] Магнитографический МД-11 Контроль качества сварных соединений трубопроводов и листовых конструкций из стали толщиной 1—16 мм в монтажных, полевых и цеховых условиях Сеть переменного тока напряжением 220 в 160 55 27 [c.225]

Оценка качества сварных соединений трубопроводов по результатам радиографического контроля в зависимости от размеров объемных дефектов (включений, пор) [c.101]

Для контроля качества сварных соединений трубопроводов и его деталей одновременно со сваркой каждый сварщик обязан сварить контрольные стыки в количестве 1 % Для углеродистых и низколегированных марок сталей и 2% для аустенитных марок сталей от общего числа сваренных 1Ш однотипных стыков, но не менее одного стыка. Сварка контрольных стыков осуществляется в условиях, тождественных с условиями сварки трубопровода. [c.189]

Все трубопроводы, на которые распространяются настоя-шие Правила, после окончания монтажных и сварочных работ, термообработки (при необходимости), контроля качества сварных соединений неразрушающими методами, а также после установки и окончательного закрепления всех опор, подвесок (пружины пружинных опор и подвесок на период испытаний должны быть разгружены) и оформления документов, подтверждающих качество выполненных работ, подвергаются наружному осмотру, испытанию на прочность и плотность и, при необходимости, дополнительным испытаниям на герметичность с определением падения давления. [c.112]

Контроль качества сварных соединений магистральных трубопроводов диаметром от 1020 до 1620 мм со стенками толщиной 30 мм в полевых условиях можно осуществлять гамма-дефектоскопами Магистраль и Магистраль-1. Для контроля сварных соединений весьма ответственных конструкций, например реакторов, применяют гамма-дефектоскопы Дрозд и Дятел . [c.53]

При сборке трубопроводных блоков на монтажной площадке, а также во всех случаях при сборке блоков строительных конструкций и комбинированных блоков качество их изготовления должно быть проконтролировано при промежуточных и заключительных проверках. При промежуточном контроле качества проверяют изделия, входящие в состав блока. При заключительной проверке блоков производится внешний осмотр блока для определения его комплектности и степени заверщения сборочно-сварочных и других операций, а также наличия крепления трубопроводных блоков и элементов жесткости, контроль качества сварных соединений проверка основных размеров блока проверка качества очистки внутренней поверхности трубопроводов, окраски наружной поверхности, тепловой изоляции, противокоррозийной защиты и т. п. [c.150]

Оценка качества сварных соединений трубопроводов 1-1У категорий (за исключением трубопроводов I категории, работающих при температуре ниже минус 70 °С) по результатам ультразвукового контроля должна соответствовать требованиям табл. 7.5. [c.106]

При контроле сварки трубопроводов качество сварных соединений трубопроводов проверяют в процессе их сборки или при внешнем осмотре после сварки. Пооперационный контроль состоит из проверки качества материалов, собранных соединений, технологии и режимов сварки. [c.226]

Холодный натяг трубопроводов можно производить только после выполнения всех сварных соединений (за исключением замыкающего), окончательного закрепления неподвижных опор на концах участка, подлежащего холодному натягу, а также после термической обработки (при необходимости ее проведения) и контроля качества сварных соединений, расположенных на всей длине участка, на котором необходимо произвести холодный натяг. [c.88]

На газоперерабатывающем заводе произошла авария, сопровождаемая пожаром, в результате которой были повреждены технологическая и кабельная эстакады и группа холодильников газа наружной площадки компрессорного цеха. Причина аварии — разрушение нагнетательного коллектора газовых холодильников диаметром 720 мм, вызванное разрывом некачественно выполненного сварного соединения. В ходе расследования аварии установлен ряд нарушений, допущенных в процессе монтажа трубопроводов и при приемке их в эксплуатацию. Часть газового коллектора была выполнена из трубы, изготовленной из стали марки Ст Зсп вместо предусмотренной проектом стали 15ХГС, не осуществлялся контроль качества сварных соединений стык, где началась авария, имел непровар. [c.108]

Сварка и контроль качества сварных соединений произведены в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации стальных технологических трубопроводов , рабочей документацией и НТД сварщиками, прошедшими испытания согласно требованиям Правил аттестации сварщиков , утвержденными Госгортехнадзором России. [c.154]

Сварка трубопроводов должна выполняться по утвержденным технологическим правилам, устанавливающим вид, режим и порядок сварки, а также контроль качества сварных соединений в зависи.мости от назначения трубопровода и с учетом однократного или двухкратного его испытания. [c.140]

Проверку качества сварных соединений трубопроводов производят в процессе их сборки и сварки или внешним осмотром после сварки. Пооперационный контроль состоит из проверки качества [c.163]

Все трубопроводы, на которые распространяются настоящие Правила, после окончания монтажных и сварочных работ, термообработки (при необходимости), контроля качества сварных соединений неразрушающими методами, а также после установки и окончательного закрепления всех [c.167]

Вид сварки, применявшийся при монтаже трубопровода Методы и объем контроля качества сварных соединений [c.231]

Лаборатория для термообработки сварных соединений Буран-8 предназначена для контроля качества сварных швов трубопроводов методами неразрушающего контроля, а также проведения исследовательских, профилактических и ремонтных работ на трубопроводах. 4500 6200 2500 3400 15450 [c.247]

Следовательно, надежность ТП из стали 20, транспортирующих сероводородсодержащие среды, определяется качеством сварных соединений и особенно качеством корневого слоя шва, контактирующего с коррозионной средой. В связи с этим надежность трубопроводов прямо зависит от эффек- тивности неразрушающих методов контроля качества сварных соединений. [c.65]

Специализированные передвижные лаборатории имеют соответствующую планировку и укомплектованы необходимым оборудованием и вспомогательными принадлежностями для проведения магнитного, ультразвукового и радиофафического контроля, а также фотообработки и расшифровки снимков. Для радиофафического контроля качества сварных соединений трубопроводов и других изделий в полевых и монтажных условиях создана передвижная лаборатория легкого типа. [c.592]

Контроль качества сварных соединений трубопроводов производят внешним осмотром и измерением шва, ультразвуковой и цветной дефектоскопией, просвечиванием проникающим излучением (рентгено- или гамма-графированием), механическими испытаниями, металлографическим исследованием, гидравлическим или пневматическим испытанием, стилоскопированием, замерами твердости, травлением и т. п., если они предусмотрены проектом или производственной инструкцией по сварке. [c.147]

Качество сварных соединений трубопроводов контролируют следующими методами внешним осмотром и измерением шва механическими испытаниями физическими методами контроля металлографическими исследованиями гидравлическими или пневмати-че скими испытаниями, а также другими методами (стилоскопированием, измерением твердости, травлением, цветной дефектоскопией и т. п.), если оци предусмотрены проектом или производственной инструкцией по сварке. Качество сварных соединений (за исключением стилоскопирования) проверяют после термообработки (если она предусмотрена для данного сварного соединения). [c.123]

При осмотре проверяются правильность монтажа трубопровода (в соответствии с проектом), установки арматуры, размещения опор и подвесок и надежность крепления устройств снятие (удаление) всех временных приспособлений, заглушек, пробок и т.

п. окончание всех работ по сварке и контролю качества сварных соединений физическими методами, а также проведение в необходимых случаях термообработки обеспечение свободного доступа для осмотра всех сварных, резьбовых, фланцевых, клееных и других соединений обеспечение свободного удаления воздуха и опорожнения трубопровода (наличие воздушников и спускников с запорными устройствами при гидравлическом испытании). [c.435]

Для каждого объекта или группы объектов котлонадзора (котлов, трубопроводов, сосудов и их элементов) приводятся следующие данные марки свариваемых материалов, диапазоны их диаметров или радиусов кривизны и толщин, марки используемых сварочных материалов, виды (конструкции) сварных соединений, а также НТД по сварке и контролю, в соотвегтствии с которыми выполняются сварка и контроль качества сварных соединений. При большом числе объектов эти сведения следует приводить в виде таблицы, являющейся приложением к акту. [c.138]

Диагностические обследования трубопроводов компрессорных станций (КС) на стадии эксплуатации показывает, что одним из распространенных дефектов кольцевых сварных швов является смещение кромок. Причинами образования этого дефекта служат несоосность труб при сварке, отклонение внешнего диаметра от номинала, овальность труб. Особенно часто встречается смещение кромок при сварке разнотолщинных изделий (труба-отвод, труба-кран и т.п.). Согласно ВСН-012-88 допустимое смещение кромок по внешней образующей составляет 20 % от толщины стенки, но не более 3 мм. Это очень жесткие требования, если учитывать качество изготовления отечественных труб, которые использовались при строительстве КС. Вновь разрабатываемые нормы (Инструкция по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений при строительстве, эксплуатации и ремонте трубопроводов. СТО Газпром РД-39-1.10-…-2005) допускают более мягкие требования к смешению кромок на стадии эксплуатации 20 % от толщины, а в отсутствие других дефектов — 30 %. Вместе с тем длительный опыт эксплуатации трубопроводов со смещением кромок сварных швов более допустимых величин показывает, что повреждений сварных швов в этих зонах не происходит. [c.161]

Инструкция по методам контроля, применяемь1м при проверке качества сварных соединений стальных строительных конструкций и трубопроводов (СН 375—67) [c.33]

Конкретные требования по порядку проведения, видам, объемам и методам контроля, а также нормам оценки качества сварных соединений и наплавленных деталей оборудования и трубопроводов АЭС изложены в другом документе, имеющем название — Сварные соединения и наплавки. Правила контроля (ПНАЭГ-7-010-89). Этот документ введен взамен ПК 1514-72 [8. [c.70]

Освещены воцроон ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений аппаратов и трубопроводов нефтезаводов непосредственно в условиях эксплуатации. Показано, что проведен Ие оперативного контроля за качеством сварных соединений позволяет своевременно цредуцреж-дать аварийные остановки оборудования, экономить время на проведение ревизии оборудования в пфиод ППР. Лана характеристика высокотемпературных искателей для контроля свиных соединешй по горячей поверхности. Указаны основные причины погрешности ультразвукового контроля по горячей поверхности и способы их устранения. [c.136]

Ультразвуковой контроль сварных соединений | КазЭкспертПром

С первой трети ХХ в. специалистам удалось разработать методы эхолокации и теперь ультразвуковая дефектоскопия применяется для обнаружения дефектов сварных швов. Она помогает выявлять нарушения химического состава наплавки, замечать появление оксидных соединений, обнаруживать наличие шлаков или определять надежность их слоев. По своей точности метод вполне сопоставим с радиолокацией или рентгенографией, так как используемая им аппаратура фиксирует мельчайшие изъяны целостности стыка.

Поэтому он является наиболее доступным и результативным поточным способом. Но сфера использования ультразвуковой дефектоскопии сводятся к геометрическим параметрам заготовки, которая исследует сварные швы трубопроводов высокого давления.

Сущность понятия

Ультразвуковой контроль сварных швов базируется на физических основах волновой системы, которая отталкивается от стыка различных сред. Никакого вреда организму человека этот метод диагностики не приносит.

Диапазон данного вида неразрушающего контроля составляет от 20 кГц до 500 МГц. Направленные от источника однородные сигналы двигаются с равномерным ускорением. При изменении среды происходит их преломление или отражение. Продольные волны обладают скоростью почти вдвое большей, чем поперечные.

Тонкость настройки оборудования связана с ее конструктивными особенностями. Посредством ультразвукового контроля сварных швов определяются включения, зерна, лакуны, примеси, раковины, которые уменьшают прочность соединения.

Достоинства и минусы дефектоскопии

Преимущества такого метода заключаются в:

безопасности для человека;
высокой надежность диагностики с выявлением большинства изъянов;
мониторинге качества сварных швов, когда не нужно отделять кусок металлоконструкции для лаборатории;
оперативности при определении состояния стыка, ускоряющей результат;
универсальности;

Недостатками метода становятся ограничения использования и потребность в подготовке профессионалов.

Ультразвуковая волна быстро затухает при контакте со структурами крупнозернистого характера. Поэтому здесь следует применять преобразователи с особым радиусом кривизны.

Типы и способы контроля

Для осуществления УЗД соединений применяют техники прямого луча, а также двукратного, многократного или однократного отражения.

Вектор сигнала выбирают, используя нормаль, где угроза дефектов велика. Наиболее распространенными видами измерений являются:

эхо-импульсная диагностика, когда устройство формирует волну и настраивается на ее отклик. Если он улавливается, то в материале имеется разделение сред;
эхо-зеркальный контроль посредством генерирующей волны датчика и улавливающего ее приемника. Ось соединения находится под углом к устройству. Приемник находит дефекты, фиксируя УЗ-сигналы;
теневой способ, когда волны расходятся по поверхности соединения. Если сигнал отражается и улавливается приемником, находящимся за сварным швом, то возникает тень;
зеркально-теневой действует с помощью комплекта датчиков, улавливающих сигналы колебаний. Чистая волна означает, что стык безупречен;
дельта направляет определенную волну, отражение которой обнаруживает дефекты соединения. При необходимости высокоточных результатов прибегают к тонкой настройке.

В практической деятельности ультразвуковая дефектоскопия находит изъяны сварки посредством теневых и эхо-импульсных методов. Способ неразрушающего контроля помогает отыскивать поврежденную часть, которая грозит разгерметизацией сварного соединения.

Так осуществляют профилактику аварий, особенно на трубопроводах с повышенными требованиями прочности.

Методика осуществления и сфера использования

Ультразвуковой контроль сварных швов применяется при мониторинге легированной и углеродистой стали, стыков сварки цветного металла и чугунных изделий.

Контрольные устройства обнаруживают:

изменение геометрии в отдельных местах;
наличие посторонних включений и другие нарушения структуры;
необработанные участки;
созданную газом из атмосферы пористость;
обвисание диффузности при разломе;
различные расслоения;
ржавчину внутри застывшего расплава;
сквозные изъяны швов;
складчатость из-за наплава и др.

УЗК позволяет отслеживать следующие виды соединений конструкций:

кольцевые, трубные или фланцевые;
любые сложные варианты;
поперечные и продольные, испытывающие повышенное давление или нагрузки;
тавровые.

Когда звуковой сигнал проходит сквозь решетку из металла, то он рассеивается, создавая сложности при использовании техники.

Геометрические ограничения:

Контролируемые заготовки не должны быть толще 50-80 см или тоньше 8-10 мм;

расстояние до исследуемого объекта должно составлять по меньшей мере 3 мм, максимально – 10 м.

УЗД великолепно проявила себя в производстве автомобилей, строительной области и на заводах, оснащенных трубопроводами повышенного давления.

Определение размеров дефектов в сварных швах трубопроводов – чего мы действительно можем достичь?

Материалы конференции ASME PVP:
, июль 2004 г., Сан-Диего, Калифорния
PVP2004-2811

В настоящее время трубопроводы используют технологию пригодности к эксплуатации (FFS) для принятия/отбраковки дефектов сварки. FFS требует точного измерения высоты дефекта для оценки механики разрушения. Стандартный метод контроля сварных швов трубопровода, например рентгенография, не позволяет проводить такие измерения. Однако более новая техника ультразвука в принципе может измерять высоту дефекта.Первоначально для измерения высоты использовались ультразвуковые амплитудные методы, но они оказались ненадежными. Теперь методы дифракции, особенно времяпролетная дифракция (TOFD), используются в сочетании. В этом документе рассматривается предыдущая работа — в основном крупные ядерные исследования, такие как PISC II, — и опубликованные исследования по определению размеров трубопроводов. Лучший размер ядра был в пределах нескольких миллиметров с использованием дифракции. В отличие от атомной, в трубопроводном АУЗИ используются зонная дискриминация, сфокусированные преобразователи, гораздо более тонкий материал и более простые методы анализа.Текущая точность обычно составляет + 1 мм (терминология не определена), что коррелирует с размером пятна луча и типичным сварочным проходом. Запросы на точность + 0,3 мм, вероятно, недостижимы, хотя будущие исследования и разработки должны значительно улучшить размер трубопровода.

Дефекты всегда возникают при сварке, даже при самых строгих процедурах. На практике устранить все дефекты ремонтом нецелесообразно, поэтому необходимо использовать некоторые критерии приемки, чтобы определить, какие дефекты следует удалить, а какие оставить на месте.Эта ситуация стала еще более важной с появлением высокопрочных сталей, где шлифовка и повторная сварка обычно разрушают контролируемую микроструктуру; ремонт может привести к большему ущербу, чем оставление дефекта.

В последние десятилетия произошел отход от критериев «качества изготовления», когда дефекты принимались или отклонялись в первую очередь на основании того, что могла обнаружить система контроля, к «пригодности для «Service» (FFS), которые основаны на механике разрушения (также называемой инженерно-критической оценкой или ECA).FFS использует ударную вязкость материала, данные о росте трещин и рабочий цикл компонента для оценки срока службы и, следовательно, приемлемого начального размера дефекта. Консерватизм встроен в расчеты за счет предоставления погрешностей для входных данных: ударной вязкости, скорости роста и измерения дефектов. Как правило, FFS допускает гораздо более крупные дефекты, чем критерии качества изготовления, что снижает процент брака и затраты. Однако для FFS важно точно и надежно измерить ключевой параметр дефекта: высоту дефекта.

В 1980-х годах атомная промышленность была ведущей отраслью, исследующей размеры дефектов, и в этой отрасли началась FFS. С появлением автоматизированного ультразвука в газопроводной промышленности [1] AUT становится предпочтительным методом контроля благодаря FFS. Использование AUT и FFS в трубопроводной промышленности значительно снизило количество брака (хотя частично это связано со способностью AUT осуществлять управление технологическим процессом).

В течение нескольких десятилетий основным методом контроля сварных швов трубопроводов была рентгенография, основанная на критериях качества изготовления.Помимо очевидных угроз безопасности, одним из основных недостатков рентгенографии является невозможность измерить высоту дефекта, что исключает использование FFS в качестве опции. За последние пару десятилетий ультразвук стал более распространенным; Ультразвук действительно предлагает возможность измерения высоты дефекта, но на практике это сложное измерение, чреватое ошибками. Существует два основных подхода: амплитудный и дифракционный. Они обсуждаются ниже.

Амплитуда по сравнению сДифракция

Амплитудные методы
Ранние подходы к определению размера дефекта основывались на амплитуде отраженного сигнала и его корреляции с эквивалентным обработанным отражателем, таким как выемка или боковое отверстие. Однако корреляция между размером дефекта и амплитудой была плохой [2]; это неудивительно, учитывая количество переменных из материала, оборудования и самого дефекта. Материал имеет потенциальную скорость и микроструктурные изменения, особенно стали; оборудование имеет потенциальные колебания амплитуды из-за типа генератора импульсов, диапазона частот, кабелей и других присущих электрических параметров.

Возможно, самой большой переменной является сам дефект. Ультразвук очень чувствителен к ориентации дефекта; также играют роль прозрачность, шероховатость, кривизна, расположение. Обычный ультразвук особенно ненадежен для вертикальных дефектов, хотя использование соответствующих углов контроля улучшает критерии амплитуды [3]. Немецкая методика DGS сравнивает амплитуды дефектов с амплитудами известного отражателя [4]; это дает дефект «не меньше обработанного отражателя», что бесполезно для FFS.В целом методы определения размеров на основе амплитуды, как правило, ненадежны, особенно в соответствии со стандартами, требуемыми FFS.

Поскольку размеры подавляющего большинства дефектов по-прежнему определяются с помощью методов, основанных на амплитуде, будь то спад на 6 дБ, 10 дБ или 20 дБ [5], уместно сделать несколько общих замечаний от полевых экспертов. Во-первых, «любой дефект, меньший, чем размер луча, имеет тенденцию соответствовать ширине луча». Это происходит потому, что небольшие дефекты имеют тенденцию быть всенаправленными излучателями, поэтому небольшие дефекты имеют тенденцию излучать в любом месте внутри луча. Однако небольшие дефекты, как правило, не имеют структурного значения в большинстве случаев, поэтому исходные данные о размерах малых дефектов ограничены [6]. Во-вторых, «маленькие дефекты имеют тенденцию быть больше размеров, а большие дефекты меньше» [7]. «Ситуация с небольшими дефектами и слишком большими размерами» легко понять из всенаправленного излучения и распространения луча. Однако большее беспокойство вызывает «крупный дефект-недогабарит». Такая ситуация может легко возникнуть, например, если дефект искривлен, поэтому луч преобразователя с фиксированным углом будет скатываться с краев, давая меньшие измерения амплитуды и размера.Недостаточный размер больших дефектов потенциально является серьезной проблемой для структурной целостности.

Методы дифракции
В конце 1970-х годов Силк из Харвелла [8] разработал метод измерения (и обнаружения) под названием времяпролетная дифракция (TOFD). В этом методе использовались дифрагированные волны малой амплитуды от вершин дефектов для определения размера дефектов, и он оказался значительно более точным, чем критерии амплитуды. Основной принцип TOFD показан на рисунке 1.
Явление дифракции довольно широко распространено в ультразвуке, и был разработан ряд альтернативных методов дифракции со своими преимуществами и недостатками.В стандартной методике TOFD используются отдельные генераторы импульсов и приемник с обеих сторон сварного шва или компонента, а также закодированное положение и компьютерная запись данных. TOFD имеет значительные мертвые зоны на наружном и внутреннем диаметре, а также проблемы с интерпретацией. TOFD также ограничен наименьшим дефектом, который он может измерить, обычно по кольцу луча (около 3 мм для трубопроводов). Тем не менее, результаты определения размеров TOFD были впечатляющими. На рис. 2 показано сравнение между определением размера на основе амплитуды и методом TOFD из испытаний по обнаружению дефектов в Великобритании [9].

Рисунок 1: Принципы TOFD

Рисунок 2: Амплитуда в зависимости от дифракции от пластины DDT 1 (вверху: все методы определения размеров, внизу: только TOFD).
Были разработаны различные альтернативные подходы к дифракции, включая обратную дифракцию и датчики смешанного режима. Также были опробованы другие методы, основанные на амплитуде и сигналах: частотный анализ [10], распознавание образов, HOLOSAFT [11]. В целом ни один из этих последних методов не стал коммерческим, хотя часто используется обратная дифракция.
Обратная дифракция использует один преобразователь для импульсов и обнаружения дифрагированных сигналов. Это делает систему намного проще и допускает ручное управление. Однако физика обратной дифракции слабее прямой дифракции, и идентификация дифрагированных сигналов зонда может быть затруднена. Тем не менее, обратная дифракция обеспечивает точность, аналогичную TOFD [12], и имеет преимущества для определения размеров небольших дефектов (до 0,5 мм в трубопроводах) с меньшими мертвыми зонами [13]. Основной подход показан на рисунке 3.

Рисунок 3: Обратная дифракция для определения размера дефекта.

Исследования ядерных размеров
В то время как многие отрасли интересовались возможностями определения размеров дефектов [14], ядерная промышленность провела крупные исследования для определения возможностей обнаружения и определения размеров дефектов. Двумя основными круговыми системами были PISC II и DDT. В частности, испытание PISC II было глобальным: около пятидесяти команд проверяли четыре компонента с примерно двумя сотнями дефектов [7]. Масштабы и объем этого исследования позволили провести хороший статистический анализ результатов, точность определения размеров и анализ дефектов.Неудивительно, что самым трудным для поиска дефектом оказалась гладкая трещина. Тем не менее, калибровка показала некоторые прорывы, так как были опробованы различные новые методы. PISC II было первым публичным испытанием TOFD, и результаты были обнадеживающими [15]. Общая точность размеров для команды UKAEA Risley составила несколько миллиметров на листе толщиной в сотни мм (т. е. ~ 1%).

Существуют существенные различия между этими ядерными исследованиями и текущими исследованиями размеров трубопровода:
• Во-первых, испытание PISC II было масштабным, что позволило провести существенные параметрические исследования.
• Во-вторых, атомные сосуды под давлением на порядок толще трубопроводов, хотя увеличить частоту ультразвука в трубопроводах пропорционально из-за затухания в стали невозможно.
• В-третьих, в атомной промышленности используются растровые TOFD и фокусировка с синтезированной апертурой (SAFT), которые обеспечивают несколько более высокую точность по сравнению с линейными TOFD в нефтехимической промышленности.
• В-четвертых, появились новые технологии, в том числе улучшенная обработка, обработка и отображение данных, а также фазированные решетки.Хотя фазированные решетки не изменяют физику, они позволяют выполнять многоракурсные и оптимизированные проверки.
• В-пятых, в трубопроводах обычно используются датчики с высокой фокусировкой, что уменьшает размер луча, улучшает отношение сигнал/шум и сводит к минимуму паразитные геометрические отражения.
• В-шестых, дефекты трубопровода (d) обычно имеют ту же высоту, что и длина волны ультразвука (λ), что усложняет теоретический анализ.
• В-седьмых, в PISC используются поверхности, заподлицо с землей, в то время как трубопроводы обычно имеют геометрические отражатели от корня и крышки.
• Наконец, требуемое качество (т. е. затраченное время и деньги), как правило, значительно выше для ядерной энергетики, чем для трубопроводов. Морские райзеры и напрягающие элементы могут быть исключением.
Тем не менее, общие выводы ядерных исследований применимы и к трубопроводам. Обнаружение эхо-импульса и его размер имеют ограничения; TOFD хорош для определения размера (и обнаружения) в большинстве случаев, но в идеале следует использовать как TOFD, так и эхо-импульс [15]; Возможна точность размеров в несколько миллиметров (лучше для трубопроводов).

Процедуры определения размера трубопровода и терминология
В отличие от чрезвычайно дорогих испытаний PISC II, исследования трубопроводов, как правило, меньше по размеру и более фрагментированы. Детали методологии, как правило, скудны, а количество данных ограничено. К сожалению, многие утверждения трубопроводов и исследования размеров являются собственностью и не могут быть опубликованы. Список ниже содержит некоторые общедоступные результаты.

Для процедур анализа операторы трубопроводов часто нарезают трубы на кусочки, чтобы получить приблизительный размер дефекта, или замораживают сварные швы, в отличие от тщательной металлографии в PISC II.Это по своей сути приводит к некоторым ошибкам в определении размера и обнаружении; точных данных нет, но металлургические погрешности, по-видимому, того же порядка, что и заявленная точность размеров. Альтернативными методами являются замораживание и разрезание на максимальной ультразвуковой амплитуде (которая может не соответствовать максимальной глубине). Конвейерные сканирования обычно выполняются однократно (как и в реальном мире), а детальные сканирования не используются (в отличие от ядерных). Размер трубопровода часто основывается исключительно на размере зоны в соответствии со стандартом ASTM E-1961 [16] или модифицированной версией размера амплитуды [17].Размер зоны быстрый и приблизительный, а не подробный, как ядерный.

Терминология определения размера дефекта трубопровода нечеткая. Обычно точность определения размера дефекта указывается как точность ± Y мм. Научная основа для ± Y мм не всегда указывается, но может быть:
1. Максимальная ошибка (возможно, два стандартных отклонения (σ) или 95% результатов)
2. Стандартное отклонение σ,
3. ASME Среднеквадратичное значение или
4. Общий диапазон ошибок, т. е. «диапазон глазного яблока». Некоторые авторы специально указывают σ или RMS; в других случаях процедура, по-видимому, заключается в том, чтобы нарисовать общую полосу ошибок, часто + 1 мм.Немногие опубликованные результаты поддерживают максимальную ошибку, поскольку многие точки лежат за пределами диапазона ошибок, хотя тексты часто подразумевают, что это так. К сожалению, количество точек данных в пайплайн-исследованиях обычно слишком ограничено для получения значимой статистики.

ASME RMS
ASME имеет процедуру измерения точности размеров [18]. Формула для RMS почти идентична стандартному отклонению и суммирует ошибки измерения (в квадрате), делит на количество точек, затем извлекает квадратный корень. Среднеквадратическая ошибка глубины дефекта не должна превышать 3,2 мм.

Что на самом деле люди подразумевают под ошибкой определения размера?
На многих графиках определения размера дефекта показана полоса ошибки приблизительно ± 1 мм. По мнению автора, этот «диапазон глазного яблока» ± 1 мм обычно указывается, потому что:
1. Это удобное число для выбора;
2. Диапазон 2 мм примерно соответствует размеру фокусного пятна сфокусированного преобразователя AUT для трубопровода, поэтому определение более точного размера проблематично;
3.Диапазон 2 мм также соответствует типичным размерам зон трубопровода и проходов GMAW;
4. Может быть слишком мало точек данных для значимой статистики; и
5. Большинство точек данных лежат в пределах этого диапазона, особенно при малом размере.

Физические ограничения
Когда размер дефекта приближается к длине волны (0,4-0,5 мм для поперечных волн 7,5 МГц), физика становится проблемой для моделирования дефектов в трубопроводах. (Типичные дефекты трубопровода порядка одного прохода сварки, т. е. 1-3 мм.) Существует два подхода к анализу: аналитический и численный.
Аналитический
Аналитические подходы, обычно использующие идеализированные трещины, включают теорему Грина, приближения Кирхгофа, приближения Борна и общую теорему дифракции [19]. К сожалению, все эти аналитические подходы используют аппроксимации, чтобы сделать уравнения разрешимыми, и эти аппроксимации недействительны, когда размер дефекта подобен длине волны, как для трубопроводов. Таким образом, аналитическая теория не может решить эту проблему, хотя очевидно, что ультразвук на практике отражается от дефектов с d~λ.

Численный
Из различных методов выполнения числовых оценок трассировка лучей будет практически бесполезна при d~λ. Методы конечных элементов и методы конечных разностей должны быть успешными, хотя все еще используются приближения. К сожалению, как FEM, так и FDM очень трудоемки и дороги [20], и в этой области сделано мало.

Размер фокусного пятна
Другим важным соображением является минимально достижимый размер фокусного пятна, тем более что минимальный измеряемый размер дефекта может быть ограничен размером фокусного пятна [6].Теоретический размер фокусного пятна зависит от размера апертуры, частоты (то есть длины волны) и фокусного расстояния. Если предположить апертуру 16 мм, частоту 7,5 МГц и фокусное расстояние 20 мм в воде (т.е. очень короткий фокус), полуширина 6 дБ приближается к 2λ, или 1 мм. Это говорит о том, что размер дефектов не может быть меньше +0,5 мм [20]. Это коррелирует с текущей точностью определения размера с помощью таких методов, как обратная дифракция [13], и оптимизированных лабораторных результатов [21].
Напротив, существует мнение о трубопроводах, что слишком маленькое фокусное пятно вредно [4, 17], особенно при использовании амплитудных подходов.Однако эти результаты указывают на более низкую точность определения размера по сравнению с зональной дискриминацией и другими подходами (см. ниже). Имеются также существенные ограничения на амплитудные методы, например, дефект должен располагаться в центре луча и должен быть меньше луча. Корреляция между амплитудой сигнала и размером дефекта очень плохая (см., например, рисунок 4).

Рисунок 4: Пример данных о трубопроводе, сравнивающий амплитуду и измеренный размер дефекта [22] 23] с использованием семи команд.В этом исследовании изучались несколько материалов ядерного типа, включая плакированные ферриты, литые и деформируемые аустениты; они также исследовали реальные дефекты, т.е. коррозионное растрескивание под напряжением. Несмотря на то, что применение, процедуры и технология устарели, а материалы отличаются, результаты действительно показали, что определение размеров дефектов трубопровода было плохим, с большими ошибками определения размеров.

University of Ghent Studies

В 1997 г. Iploca (Международная ассоциация подрядчиков по трубопроводам и шельфовым работам) финансировала исследование по обнаружению и определению размеров в Гентском университете [4, 24]. В то время как обнаружение было хорошим обеими бригадами AUT, определение размера (только одной командой) дало стандартное отклонение размера дефекта в пределах + 1,5-2 мм для поверхностных дефектов разрушения. Этот уровень точности размеров позже был подтвержден аналогичными проектами по валидации, спонсируемыми частными лицами [24]. Работа, проделанная Гентским университетом, также показала, что ошибка определения размера скрытых дефектов может быть весьма значительной.

Испытания Transco:

Недавно Advantica проанализировала внутреннее исследование с использованием финансирования GTI с семью инспекционными компаниями [25].Имплантировано около девяноста типичных дефектов: пористость, непровар, как растрескивание меди, так и поперечные дефекты. В то время как основной задачей испытаний было обнаружение дефектов (что было хорошо), размер дефектов не впечатлял. σ варьировала от 1,1 до 1,8 мм [26]. Были обнаружены ошибки до 6 мм, в то время как TOFD работал только для более крупных скрытых дефектов.

Shell Результаты
Копп и др. [27] опубликовали внутреннее исследование, включающее определение размеров дефектов (см. рис. 5). Это одни из наиболее полных доступных данных, которые показывают, что существует значительный разброс в пределах диапазона глазного яблока ± 1 мм, а также несколько точек с выбросами.Как и ожидалось, есть небольшой заниженный размер. Эти результаты типичны для данных трубопровода, и на этот график можно наложить несколько собственных исследований. Данные Shell представляют собой набор из нескольких программ, что усложняет анализ. В работе говорится о точности размеров ± 0,3 мм, что невозможно сделать из опубликованных данных. Эта точность основана на процентах от размера зоны, что не подтверждается никакими опубликованными или известными собственными исследованиями. Кроме того, он игнорирует проблемы размера фокусного пятна, корреляции амплитуды и дефекта и d ~ λ.Взгляд на данные дает типичный диапазон точности ± 1 мм.

Рисунок 5: Данные о размерах из Kopp et al. [27]

Saipem Study
Катальдо и Легори [28] опубликовали ограниченный набор данных для одобрения DNV, который показывает хорошую корреляцию с размером дефекта (см. рис. 6). Как и в случае с Shell, здесь мало заниженных размеров, хотя есть и завышенные. Диапазон глазного яблока ± 1 мм, вероятно, не будет «неправильным». Результаты Saipem можно легко наложить на приведенные выше результаты Shell.

Одним из наиболее интересных наблюдений является сравнение обычных многозондовых систем AUT и систем с фазированной решеткой. При использовании одной и той же установки (и номинально одних и тех же калибровочных блоков) различия незначительны, как и предсказывает физика. Шелл/Шоу [27] использовали мультизонд; ФАР Saipem. Два других сравнения не показали существенных различий в обнаружении с использованием одних и тех же настроек [25, 29].

Oceaneering OIS
Oceaneering провела квалификацию DNV в начале 2003 г. , которая дала заметно более низкий показатель σ, чем у Shell, Saipem или других компаний — σ ~ 0.6 мм. Этот набор данных содержал в основном боковые стенки LoF, хотя стенки труб были немного тоньше, чем у Saipem. Фактические процедуры проверки и калибровки не были изложены во внутреннем документе [30]. Результаты показаны на рисунке 7.

Рисунок 7: Сравнение измеренной и фактической высоты дефектов по данным Oceaneering.
На момент написания статьи неясно, почему результаты Oceaneering значительно лучше, чем у других. Компания Oceaneering широко использовала TOFD, чтобы свести к минимуму значительное превышение размеров (как показано на рис. 5), но в остальном использовала стандартные процедуры.Фазированные решетки предлагают значительные преимущества в размерах (дополнительные лучи, контролируемая фокусировка), и, возможно, опыт работы с фазированными системами помог так же, как и улучшенные процедуры.

Edison Welding Institute Round Robin

Под эгидой GTI компания EWI провела циклическую проверку двух труб, содержащих фактически двадцать четыре дефекта LoF, совместно с несколькими инспекционными компаниями [21]. Результаты показали значительные различия между инспекционными компаниями, даже при использовании номинально идентичных процедур.Так, в лучшем случае 45 % дефектов имели размеры в пределах +0,5 мм, а большинство – в пределах +2 мм (см. табл. 1 ниже).
Как и в случае с Advantica, только около половины дефектов EWI можно было должным образом проанализировать с помощью TOFD, либо потому, что дефекты были слишком малы, либо слишком близко к поверхности.
Используя несколько методов и много времени, EWI измерил дефекты с точностью + 0,6 мм (категория A6-открытая). Подразумевается, что чем больше методов и усилий, тем лучше результаты.Это наблюдение было подтверждено в циклическом исследовании PISC II для ядерных сосудов высокого давления [7].

4
A6
Открыты

Acronymy	Подход Описание	Высота размера Точность, средняя ошибка «A» в MM и% от обнаруженных недостатков
A <± 0,5 мм	± 0,5> <± 2. 0 мм	± 2.0> <± 4.0 мм
Сосредоточенная многопробная, амплитудная линеаризация	35%	35%		30%
A2			Сосредоточенное многопробу		45%	45%	10%
Нефокусированный мультизонд, зона и ампл. Правила	30%	45%		25%
A4	Сосредоточенная PA, 48 EL., ALM Линеаризация		40%	20%	40%
A5	Сосредоточенная PA, 64 EL., ALM Линеаризация		15%	35%	50%
A6	Сосредоточенная PA, 64 EL. , Отраслевые сканирование	25%	25%	50%
Сфокусированные PA, 32 EL., Растровые и отраслевые	75%	25%	н/д

Таблица 1: EWI таблица 2, «Достигнутая точность размеров» [21]

Det Norske Veritas
Исследования DNV по определению размеров дефектов с использованием одного набора данных на основе амплитуды и одного набора данных на основе TOFD показали нетипично низкий показатель σ [22]. Занижение было минимальным, а систематическая ошибка в обоих случаях была небольшой, ~0,1 мм, как и в других исследованиях. Стандартное отклонение составляло ±0,41 для одного набора данных и ±0,62 для другого набора. Эти результаты показали значительно меньшую ошибку, чем большинство, примерно одну треть от некоторых других значений, хотя и сравнимы с результатами Oceaneering. Однако Oceaneering предоставила только 88 баллов, в то время как DNV использует 204.
Рисунок 8 представляет собой совокупность ряда исследований, подробности отсутствуют, поэтому сделать выводы об оптимальных методах и процедурах сложно [31].Эта разница может быть связана с анализом, процессом или статистической обработкой. Еще один низкий показатель σ, полученный из лабораторных результатов EWI, приведенного выше, связан с использованием нескольких методов и значительными затратами времени и усилий [21]. Можно ожидать улучшенных результатов от такого подробного осмотр [6]. Возможно, самые впечатляющие результаты получены из данных Oceaneering с использованием стандартного оборудования [30].
Рис. 8: Результаты расчета DNV [22]

R/D Tech Data
R/D Tech располагает некоторыми ранними собственными данными о размерах, которые можно наложить на рисунки 5-8 без значительных искажений.Характеристики аналогичны: некоторый разброс (в пределах диапазона глазного яблока ± 1 мм), ограниченный занижение размера и некоторое значительное завышение размера, низкая средняя ошибка измерения. На практике среднеквадратический анализ точности размеров с использованием подхода ASME дал значение от более чем ± 1,1 до 1,7 мм в зависимости от фактического используемого набора данных (зоны ASTM, модифицированные зоны, TOFD и их комбинации). Комбинированные методики дали лучшие результаты (меньшее значение σ), чем простые зоны. Этот набор данных также показал, что TOFD для трубопроводов был ограничен, и обычно только половина размеров дефектов могла быть непосредственно измерена стандартным TOFD.

На практике, за исключением результатов Oceaneering и EWI, имеющиеся данные кажутся достаточно самосогласованными, при этом RMS и σ обычно превышают 1 мм. Большая часть данных может быть наложена без серьезных искажений, что позволяет предположить, что ключевой вопрос заключается в технологических ограничениях, а не в опыте оператора или оборудовании. Средняя ошибка обычно значительно ниже 1 мм с ограниченным занижением размера. На данный момент большинство данных свидетельствует о том, что точность определения размеров более σ ± 1 мм нереалистична.Запатентованный набор данных R/D Tech предполагает, что «диапазон глазного яблока» ± 1 мм на самом деле является среднеквадратичным значением или стандартным отклонением <± 1 мм. Однако данные не являются строго сопоставимыми, поскольку условия испытаний различаются, процедуры AUT не идентичны, разрезы различаются и т. д. Как правило, средняя ошибка размера невелика, обычно близка к нулю мм.

Методы дифракции предлагают намного больше возможностей, чем методы амплитуды, хотя, в частности, TOFD имеет ограничения при работе с меньшими дефектами (и дефектами вблизи поверхности).Использование одних только амплитудных методов обычно ограничивает точность определения размера диаметром фокального пятна (~ 2 мм или диапазоном глазного яблока ± 1 мм, как было обнаружено в недавних исследованиях) с частыми выбросами. Распределение амплитуд не сильно улучшает значения σ. Недостаток, как правило, не является серьезной проблемой. В принципе, TOFD должен свести к минимуму количество грубых перезвонов.

Текущие запросы на определение размеров дефектов с точностью ± 0,3 мм на заводе (опять же, терминология не определена) кажутся нереалистичными, исходя из этих опубликованных результатов.Нет никаких доказательств того, что неопубликованные (или частные) результаты показывают какое-либо значительное улучшение. На ядерных материалах с использованием гораздо более коротких λ и идеальной геометрии была достигнута воспроизводимая точность ± 0,1 мм [32]. Однако такие ультразвуковые частоты невозможны в ферритных сталях, которые более ограничены микроструктурой. Несмотря на то, что была проделана некоторая работа по предельным значениям ультразвука в сталях [33], необходимо провести дополнительную работу конкретно по материалам трубопроводов и условиям AUT.

С точки зрения FFS лучшим решением с использованием современных технологий является добавление ± 1 мм к ± 1. 5 мм ко всем размерным сметам на консерватизм; это должно покрывать любой заниженный размер. Для более крупных дефектов лучшим решением является использование более чем одного метода, чтобы избежать возможного чрезмерного размера (5 мм и более) [22]; обычно используют зонную дискриминацию, TOFD, обратную дифракцию и множественные углы [6], если позволяет время (особенно для стояков и сухожилий).
К сожалению, инспекции в процессе эксплуатации, вероятно, значительно хуже, чем лабораторные круговые проверки. Хорошая новость заключается в том, что более поздние результаты (Oceaneering и EWI) заметно лучше, чем более ранние результаты (Shell и Advantica).

К счастью, ведется работа над альтернативными и улучшенными методами калибровки. R/D Tech работает над рядом плодотворных направлений:
1. Обратная дифракция [13]: Этот метод дает возможность измерять дефекты размером до ± 0,5 мм, хотя это не было доказано в ходе испытаний. Основными проблемами являются правильная идентификация сигнала и разрешение времени звонка.
2. Обработка сигналов TOFD [34]: Этот метод выполняет деконволюцию сигналов TOFD для определения размеров дефектов меньшего размера. Первоначальные результаты обнадеживают, но, как и во всех методах DSP, возможны осечки.
3. Улучшенная фокусировка [35]: увеличенное количество элементов и массива матриц должно уменьшить размер фокусного пятна и повысить точность определения размера.
Несомненно, в мире происходят и другие события.

1. Определение размеров дефектов AUT трубопровода становится все более важным с ростом использования пригодности к назначению, особенно для морских райзеров и напрягающих элементов.
2. Как правило, TOFD дает лучшее определение размера, чем амплитудные методы, хотя TOFD сильно ограничен для небольших и близких к поверхности дефектов.
3. Немногочисленные доступные исследования трубопроводов показывают довольно стабильные результаты, несмотря на различия в процессах. За одним или двумя исключениями существует постоянный диапазон точности, хотя лучшее знание процессов может частично объяснить это.
4. Исследования постоянно показывают тенденцию к завышению, а не занижению размеров, что понятно для небольших дефектов.
5. В трубопроводной промышленности не используется строгий анализ данных или терминология, как это делается в ядерной отрасли, поэтому указанные значения точности часто не определяются как диапазон глазного яблока, стандартное отклонение, среднеквадратичное значение, приближение или что-то еще.
6. Средняя погрешность определения размера невелика, обычно значительно ниже 1 мм, при этом погрешность измерения случайна.
7. Большинство исследований показывают, что погрешность измерения находится в пределах диапазона глазного яблока ± 1 мм или около того; σ колеблется в пределах ± 2 мм, с несколькими выбросами, в зависимости от дефектов, условий и т. д.
8. Нет опубликованных данных о том, что сегодня достижима точность ± 0,3 мм в полевых условиях.
9. К счастью, на повестке дня стоит ряд улучшенных методов, которые должны значительно улучшить размер.

г.Эд Гинзел из Института исследования материалов, Ватерлоо, Онтарио, предоставил ценные советы и помощь. Oceaneering OIS предоставила собственные данные, представленные в DNV.

[1] Гинзель Э.А., 2000, «Механизированный ультразвуковой контроль кольцевых сварных швов трубопроводов — краткая история», NDT.net, 2000, Том 5. № 03,
http://www.ndt.net/article/v05n03/eginzel/eginzel.htm
[2] Грубер Г.Дж., Г.Дж. Хендрикс и В. Р. Шик, 1984 г., «Характеристика дефектов сварных швов трубопроводов с использованием спутниковых импульсов», Оценка материалов, Том.42, с. 426.
[3] Брей А.В. и Р.К. Стэнли, 1995, «Анализ результатов определения размеров дефектов и рассечения УЗ-амплитуд в стальных трубах», NDE-Vol 13, NDE для энергетической промышленности, ASME, с. 85.
[4] Dijkstra F.H., J. v.d. Энт и Т.Дж. Баума, 2000 г., «Определение дефектов и ECA: современное состояние в AUT», Конференция по трубопроводным технологиям, Брюгге, 21–24 мая.

[5] Исмаил М.П. и А.Б. Мухаммед, 1998, «Оценка дефектов с помощью ультразвукового ANDSCAN», Insight vol. 40, нет. 11, с. 769.
[6] Мерфи Р.В., 1987, «Ультразвуковое определение размера дефекта с использованием методов падения децибел, Том 1: Текст», Проект Совета по контролю за атомной энергией № 85.1.9, Канада.
[7] PISC, 1997, Бюллетень Совета по исследованиям в области сварки 420, Резюме С.Х. Буш, Ч. 7.
[8] Силк М.Г., 1979, «Определение размеров дефектов с помощью ультразвуковой дифракции», Британский журнал неразрушающего контроля, с. 12.
[9] Charlesworth J.P. и J.A.G. Темпл, 1989, «Ультразвуковая дифракция времени пролета», Research Studies Press.
[10] Адлер Л., К.В. Кук, Х. Л. Уэйли и Р. В. МакКланг, 1977, «Измерение размера дефекта в образце сварного шва с помощью ультразвукового частотного анализа», Оценка материалов, с. 44.
[11] Шмитц В., В. Мюллер и Г. Шефер, 1984 г., «Оценка дефектов и характеризация дефектов с помощью HOLOSAFT», Оценка материалов, Том.

42, с. 439.
[12] Бэби С., Т. Баласубраманян и Р.Дж. Пардикар, 2002, «Оценка высоты поверхностных трещин ультразвуковыми методами», Insight vol. 44 нет. 11, с. 679.
[13] Жак Ф., Ф. Моро и Э. Гинзель, 2003 г., «Измерение размера обратного ультразвукового рассеяния с использованием фазированной решетки — разработки в области определения размера дефекта дифракции на кончике», представлено Insight.
[14] Zippel W., J. Pincheira and G.A. Шайба, 2000, «Измерение трещин в стальных пластинах с использованием метода TOFD», Журнал производительности построенных объектов, с. 75.
[15] Highmore P.J., A. Rogerson and L.N.J. Поултер, 1988, «Ультразвуковой контроль пластины 2 PISC II, проведенный Ядерными лабораториями Рисли», Британский журнал неразрушающего контроля, с.9.
[16] ASTM 1998, E 1961-98, «Стандартная практика механизированного ультразвукового контроля кольцевых сварных швов с использованием зонального различения с помощью специализированных поисковых устройств», Американское общество по испытаниям и материалам.

[17] Гросс Б., Т.С. Коннелли, Х. ван Дейк и А. Гилрой-Скотт, 2001 г., «Определение размеров дефектов с помощью механизированного ультразвукового контроля кольцевых сварных швов трубопроводов», NDT.net, Vol. 6, № 7.
[18] ASME, 2001, «Демонстрация производительности систем ультразвукового контроля», Приложение VIII, с.331, Американское общество инженеров-механиков.
[19] Краут Э.А., 1976, «Обзор теорий рассеяния упругих волн трещинами», IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol. СУ-23, №3, с. 162.
[20] Mair H.D., 2003, частное сообщение, 2003.
[21] Лозев М., 2002, «Валидация современных подходов к точности определения размера дефекта кольцевого сварного шва с помощью эхо-импульса, времяпролетной дифракции и методов механизированного ультразвукового контроля с фазированной решеткой», Проект EWI №45066КАП.
[22] Фёрли О., 2002 г., «Квалификация AUT для морской прокладки трубопроводов и роль неразрушающего контроля», 3-я Европейско-американская конференция по надежности неразрушающего контроля и разминированию, Берлин, 10-13 сентября.

[23] Хизлер П.Г. и С.Р. Доктор, 1976, «Круговой контроль трубопроводов», NUREG/CR-5068, PNNL-10475.
[24] Denys R., T. Lefevre, C. de Jaeger, S. Claessens, 2000 г., Исследование «Критериев приемлемости дефектов сварного шва», Заключительный отчет для группы спонсоров, Laboratorium Soete, Гент, Бельгия, май 2000 г.
[25] Морган Л., 2002 г., «Производительность автоматизированного ультразвукового контроля (AUT) кольцевых сварных швов механизированных трубопроводов», 8-я ECNDT, Барселона. Также www.ndt.net/article/ecndt02/morgan/morgan.htm
[26] Морган Л., П. Нолан, А. Киркхэм и П. Уилкинсон, 2003 г., «Использование автоматизированного ультразвукового контроля (AUT) при испытании трубопроводов», Insight, ноябрь.
[27] Копп Ф., Г. Перкинс, Г. Прентис, Д. Стивенс, 2003 г., «Проблемы производства и контроля стальных стояков контактной сети», Конференция по морским технологиям, Хьюстон, 5–8 мая 2003 г.
[28] Катальдо Г. и Р. Легори, 2003 г., «Усовершенствованные ультразвуковые методы контроля кольцевых сварных швов трубопроводов», ASME PVP-Vol.

456, Номер статьи PVP2003-1852, с. 49.
[29] Сьерве Э., Д.К. Стюарт и Г.Ф. Брайант, «Сравнение многозондовых и фазированных систем контроля кольцевых сварных швов», IPC 2000, Международная конференция ASME 2000 по трубопроводам, Калгари, Альберта, 1–5 октября 2000 г., стр. 827830.
[30] Oceaneering International, 2003 г., частное сообщение.
[31] Фёрли О., 2003, частное сообщение.
[32] Линденшмидт К. и М. Моулс, 1991, «Измерение глубины трещины в тонкостенных трубах по времени пролета», Обзор прогресса в количественной неразрушающей оценке, Vol. 11, с. 2093.
[33] Мадж П.Дж., 1981, «Измерение размеров и характеристика дефектов сварных швов с помощью ультразвукового контроля», Часть 3: Влияние металлургических характеристик в ферритных сталях, Справочник Института сварки 3527/11/81.
[34] Хонарвар Ф., Дусатко Т., Ю.Фан, Ф. Фарзбод, М. Молес и А.Н. Синклер, 2003 г., «Новый метод обработки сигналов для улучшения сигналов времяпролетной дифракции (TOFD)», ICPIIT VIII, Хьюстон, 18-21 июня 2003 г.

[35] ГТИ, 2003, Институт газовых технологий. Проект «Управление шириной горизонтального луча с помощью преобразователей с фазированной решеткой РПТГ-0334».

Обзор эталонных дефектов, обнаруженных в нефтепроводной промышленности

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. 844

ISSN 2229- 5518

Обзор эталонных дефектов, обнаруженных в нефтепроводной промышленности

Виссам Алобаиди, Эрик Сандгрен, Хуссейн Аль-Риццо

Аннотация. Нефть и природный газ транспортируются по трубопроводам более века, что дает большой объем информации. о дефектах изготовления и эксплуатации.Исследования направлены на раннее выявление дефектов корпуса и сварных швов труб в процессе производства. Наиболее часто дефекты возникают в сварных швах, и их можно разделить на 7 основных типов: пористость, шлаковые включения, непровары, непровары, трещины, прожоги и неправильной формы. Любая из них может встречаться в пяти наиболее распространенных конфигурациях сварки, используемых в производстве. Пять распространенных типов соединений: сварное соединение встык, тройниковое соединение, угловое сварное соединение, соединение внахлест и кромочное соединение.Цель состоит в том, чтобы помочь в устранении проблем в производственном процессе, которые приводят к производственным дефектам, тем самым повышая качество продукции. Взаимосвязь между типом дефекта и методами неразрушающего контроля (НК), которые лучше всего выявляют каждый тип, представлены в табличной форме. В таблице также указано расположение дефекта (поверхностный, подповерхностный или и то, и другое) с методами неразрушающего контроля. Иллюстрации каждого типа дефекта представлены для справки. Отношение типа и местоположения дефекта к затратам и трудозатратам, необходимым для обнаружения каждого типа, представлено в графической форме.Поверхностные дефекты легко обнаруживаются при визуальном контроле, в то время как подповерхностные дефекты могут быть обнаружены при радиографическом контроле при проведении с рекомендуемой скоростью 50 мм/с, но если они пропущены, их можно обнаружить при помощи ультразвукового контроля, который является более трудоемким, и что должно быть проверено с помощью второго метода неразрушающего контроля, цифрового рентгеновского контроля. Чтобы повысить эффективность производства и ряд станций неразрушающего контроля, необходимых для производства нефте- и газопроводов, мы должны определить, как внедрить новые методы, чтобы скрыть недостатки существующих методов обнаружения дефектов.Это позволит сократить трудозатраты и увеличить производительность при сохранении качества готовой продукции.

Ключевые слова индекса — Нефтепровод, Трубопровод природного газа, Дефект трубы, Осмотр трубы, Непрерывность сварного шва, Обнаружение дефекта сварного шва, Металлическая труба, Сварной шов , Неразрушающий контроль.

—————————  ——————————

1 ВВЕДЕНИЕ

HE Наиболее эффективной системой транспортировки нефти и газа на большие расстояния является трубопровод.Существующая трубопроводная инфраструктура устаревает, что вызывает серьезную озабоченность по поводу оставшегося срока полезного использования существующих трубопроводов. Для защиты как окружающей среды, так и населения районов, обслуживаемых этими трубопроводами, становится все более важным разработать способы контроля целостности этих сооружений. Операторы обеспокоены мониторингом утечек и обнаружением потенциальных неисправностей на старых участках трубопроводной системы [1]. Нефть и природный газ транспортируются по трубопроводам с начала 20 века.Обладая более чем столетним опытом работы с этой технологией, в отрасли ведется тщательный учет неблагоприятных результатов из-за дефектов сварных швов и материалов. Помимо угрозы общественной безопасности и окружающей среде, отказы трубопроводов могут привести к травмам. Записи показывают, что в период с 1996 по 2003 год
человек получили травмы из-за повреждения материала трубопровода или сварных швов [2].
Неразрушающая оценка (NDE) для обнаружения и выявления разрывов в самих трубах как во время производства, так и во время эксплуатации представляет собой эффективную методологию для обеспечения целостности существующей сети [3-16].Ультразвуковой датчик с наклонным лучом пример для исследования участка тела трубы, как показано на рис. 1.

____________________________________

Виссам Алобаиди, автор-корреспондент, кандидат инженерных наук и систем, машиностроения и материаловедения, Арканзасский университет в Литл-Роке, США, E-Mail: wmalobaidi@ualr. edu
Эрик Сандгрен, профессор, Инженерные науки и системы, машиностроение и материаловедение, Арканзасский университет в Литл-Роке, США, E-mail: [email protected]
Hussain Al-Rizzo, профессор инженерных наук и систем, телекоммуникаций и сетевой инженерии, Университет Арканзаса в Литл-Роке, США, E-mail: [email protected]

Рисунок 1. Схема ультразвукового углового луча зонд в использовании для трубопровода.
Где θR — угол отражения волны, T — толщина трубы, 1-я ветвь, 2-я ветвь и 3-я ветвь показывают конфигурацию звуковых путей. Отметим, что дефекты в теле трубы обычно представляют собой расслоения или включения [17], как показано на рис.1.
За столетие, прошедшее с тех пор, как впервые были введены в эксплуатацию трубопроводы для нефти и природного газа, методы, используемые для производства и сварки, значительно усовершенствовались. Сегодняшняя сталь содержит меньше примесных включений, а сварка — более точный процесс [2], [18]. Труба проходит испытания под давлением заводом-изготовителем
перед отправкой с завода. Новые сварные швы оцениваются с помощью неразрушающего контроля. уверены, что они свободны от разрывов.При производстве труб необходимы хорошо зарекомендовавшие себя и проверенные стандарты, чтобы обеспечить постоянную целостность трубопроводной сети в будущем [18]. Государственные учреждения, заинтересованные стороны и землевладельцы требуют, чтобы установленные трубопроводы были максимально свободны от дефектов [1],[2],[18]. Отрезки труб должны быть доставлены с завода в поле. Несмотря на осторожность при изготовлении и монтаже, многократное изгибание секций трубы при транспортировке иногда может привести к появлению трещин в стенке трубы.Это транзитное усталостное растрескивание обычно выявляется при испытании установленного трубопровода под давлением перед вводом в эксплуатацию. Тем не менее, некоторая усталость при транспортировке остается незамеченной при этом предварительном испытании и может ухудшиться, когда труба неоднократно подвергается воздействию давления во время нормальной эксплуатации. В конце концов, эти необнаруженные разрывы могут привести к отказу [2]. Из-за свойств материалов на некоторых участках труб в течение срока службы образуются более крупные разрывы.Такая секция должна быть индивидуально проверена на структурную целостность, и должна быть сделана оценка ее постоянной пригодности к эксплуатации. За последние несколько десятилетий был разработан растущий арсенал методов тестирования для точного определения величины таких разрывов [18].
В последнее время исследования перешли к раннему выявлению дефектов корпуса и сварных швов трубопровода в процессе производства. Большая часть исследований сосредоточена на обнаружении дефектов уменьшения толщины стенки трубы и согласовании этого обнаружения с существующими технологиями неразрушающего контроля.
Отсутствие информации о других типах дефектов, которые могут возникнуть при изготовлении нефтепроводов и газопроводов, побудило нас исследовать ряд поверхностных и подземных дефектов и представить информацию в одном месте. Источником большей части представленной здесь информации являются технические веб-сайты. Часть информации исходит из личного опыта работы автора в трубном производстве.
Когда вся эта информация собрана в одном документе,
исследователям легче использовать неиспользованные области исследования и находить решения различных проблем, имеющихся в этой области.Более того, в этой статье мы представляем подробный обзор типов несплошностей сварных швов и их положения относительно сварного шва. В работе представлен весь спектр несплошностей сварных швов и корпусов, которые могут возникнуть в процессе изготовления как до формовки трубы, так и после формовки. Мы также обсуждаем разрывы, которые могут образовываться внутри самого сварного шва.
Нашей основной целью является выявление всех потенциальных дефектов, которые могут возникнуть в процессе производства
, и предоставление широкого пространства для исследований способов уменьшения этих дефектов за счет дальнейшего развития существующих технологий неразрушающего контроля, доступных на заводе по производству труб
.

2 ОБЗОР ТИПОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Сварка – это способ соединения компонентов путем плавления присадочного материала для сплавления составных частей [19]. Существует пять основных типов соединений, используемых при сварке:

Во-первых, стыковое сварное соединение. Так делают трубы. Куски имеют одинаковую толщину и соединены по краям V-образными двойными и одинарными заполнениями, U-образными двойными и одинарными заполнениями и квадратными соединениями с заполнением, как показано на рис.2, [20], [21].
Рис. 2. Схема пяти типов заполнения стыкового шва.
Во-вторых, тройниковый сварной шов. Тройниковые соединения выполняются с перекрещиванием деталей под углом 90°, при этом соединение происходит посередине одной части конструкции. Швы бывают скошенными, одинарными или двойными, J-образными, одинарными или двойными, и квадратными, как показано на рис. 3, [20], [21].

Рис. 3. Схема заполнения пяти тройниковых сварных швов.

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. 846

ISSN 2229-5518

В-третьих, угловой сварной шов. Углы формируются с помощью угловой сварки, еще одного соединения, компоненты которого соединяются под углом
90°. Сварной шов расположен на внешней кромке, и может использоваться V-образное одинарное или двойное заполнение, U-образное одинарное или двойное заполнение или квадратное заполнение, как показано на рис.4, [20], [21].

Рис. 4. Схема трех типов заполнения угловых швов.
Четвертый, сварной шов внахлестку. Для создания сварного шва внахлест одна деталь размещается так, чтобы одна часть перекрывала другую на определенном расстоянии. Они соединены в параллельном интерфейсе. Бортик может быть спущен только с одной стороны или с обеих сторон нахлеста, как показано на рис. 5, [20], [21].

Рис. 5. Схема заполнения шва внахлестку.
Пятый, кромочный сварной шов. Краевой сварной шов — это еще один тип сварного шва, в котором компоненты параллельны сварному шву. Два листа кладутся вместе, а бортик укладывается по совмещенным кромкам деталей. Это можно использовать для соединения J-образной детали с плоским листом или двумя плоскими листами, как показано на рис. 6, [20], [21].

Рис. 6. Схема заполнения кромочного шва.

3 ДЕФЕКТЫ

В процессе производства стали могут оставаться примеси в готовой стали. Эти включения могут привести к тому, что кристаллическая структура стали будет связана в более слабом состоянии, что приведет к несплошностям.Более современные методы производства стали значительно снизили вероятность включения, создавая сталь гораздо более высокого качества. Тем не менее, даже более низкая частота включений может привести к отказу [2]. На рис. 7 показано идеальное формирование сварочного валика в поперечном сечении трубы.

Рис. 7. Поперечное сечение идеального контура для сварного шва для нефте- и газопровода.

3.1 Пористость

Дефекты пористости возникают из-за пузырьков газа, попавших в металлический наполнитель при его затвердевании. Источников образования этих пузырьков в процессе сварки много, но пористости чаще всего можно избежать, если детали перед сваркой полностью очистить. Пористость также может быть уменьшена, если сварочный ток поддерживается ниже чрезмерного уровня. Более высокая скорость производства с большей вероятностью приведет к образованию дефектов пористости [17], [22].
Три распространенных типа дефектов пористости показаны на рис. 8.

Рис. 8. Поперечное сечение кластерных, линейных и червячных несплошностей пористости в сварном шве трубопровода.

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. металлические вещества, застрявшие в металле шва или между валиком и основанием, называются шлаковыми включениями [17], [22], как показано на рис. 9.

Рис. 12.Поперечное сечение разрывов типа трещин в сварном шве трубопровода.
Рис. 9. Поперечное сечение шлаковых включений в сварном шве трубопровода.

3.3 Непровар (LOF)

Загрязненные поверхности могут привести к дефектам непровара (LOF) в сварных швах. Название объясняет, как возникает дефект: наплавленный валик не прилипает к основному металлу, не сплавляется с ним, оставляя слабое соединение [17], [22], как показано на рис. 10.

Рис. 10.Поперечное сечение разрыва LOF в сварном шве трубопровода.

3.4 Непровар (LOP)

Непровар (LOP) описывает тип дефекта, при котором металл сварного шва не полностью заполняет соединение. Заполнение меньше, чем должно быть, что приводит к точке напряжения, которая может легко привести к трещине [17], [22], как показано на рис. 11.

Рис. 11. Поперечное сечение несплошности LOP в сварном шве трубопровода.

3.5 Трещины

Если металл сварного шва дает усадку по мере затвердевания, внутри валика могут образоваться трещины.Это ослабляет сварной шов, поскольку металл шва перестает быть сплошным [17], [22], как показано на рис. 12.

3.6 Прожог

Дефект прожога возникает из-за чрезмерного нагрева, который фактически прожигает металл сварного шва, часто образуя комки металла на обратной стороне сварного шва [17], как показано на рис. 13.

Рис. 13. Поперечное сечение прожога несплошности сварного шва трубопровода.

3.7 Неправильные формы

Любое отклонение от идеального контура сварного шва называется дефектом неправильной формы.Каждый тип неправильной формы имеет свою особую причину, но все они приводят к чувствительным к нагрузкам суставам, которые подвержены раннему выходу из строя [17], [22]. Различные типы дефектов неправильной формы показаны на рис. 14.

Рис. 14. Поперечное сечение дефектов подрезки, недоливки, высокого сварного шва и перекрытия в сварных швах трубопровода.

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 6, выпуск 2, февраль 2015 г. 848

ISSN 2229-5518