Применение неразрушающих методов контроля при диагностировании подъемных сооружений

     ПРИМЕНЕНИЕ  НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ  КОНТРОЛЯ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ПОДЪЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ 
 

     Подъемные сооружения – это опасное производственное оборудование, которое используется для подъема людей, техники, оборудование, материалов и т.д. Для обеспечения безопасной эксплуатации подъемные сооружения подвергают капитальному ремонту, периодическому осмотру, неразрушающему контролю и диагностике.

     Во  время  эксплуатации подъемные сооружения испытывают большие силовые нагрузки, крутящие и изгибающие моменты, которые приводят деградации металла, разрушению сварных стыков и металла, а также износу оборудования.

     Кроме того, в промышленности часто используются подъемные сооружения, которые выработали установленные проектом расчетные  сроки или количество циклов нагружения. Встречаются также подъемные сооружения, которые не имеют паспортов (утерян, испорчен и т.д.), или в технической документации отсутствуют данные о сроке службы подъемного сооружения, а также при проведении ремонтно-сварочных работ, связанных с изменением конструкции, заменой материала несущих элементов ТУ.

     В этих случаях необходимо провести экспертизу промышленной безопасности, которая включает в себя следующие мероприятия:

     -анализ  эксплуатационной, конструкторской  и ремонтной документации;

     -неразрушающий  контроль, при необходимости определяются физико-механические характеристики материалов, микроструктура и другие свойства;

     -оценку  остаточного ресурса и срока  безопасной эксплуатации;

     -расчетно-аналитические  процедуры оценки и прогнозирования  технического состояния подъемных  сооружений.

     Неразрушающий контроль – это совокупность таких видов неразрушающего контроля, которые требуют применения специальных веществ, сложных приборов и достаточно наукоемких технологий, а также визуально измерительный контроль.

     По  степени проникновения в материал все виды неразрушающего физического  контроля условно подразделяют на две  категории: поверхностные и объемные.

     Поверхностные виды (методы) неразрушающего контроля – это такие, которые позволяют обнаруживать только дефекты, имеющие выход на доступную для контроля поверхность материала объекта.

     Объемные виды (методы) неразрушающего контроля – это такие, которые позволяют обнаруживать преимущественно внутренние дефекты материала, а поверхностные дефекты выявляются, только если они достаточно крупны.

     Таблица 1. Классификация видов неразрушающего контроля материалов

     ^*) Эти методы позволяют обнаруживать не только поверхностные, но и подповерхностные дефекты, залегающие на малой глубине (до 2 мм).

     Каждый  вид контроля объединяет в себе один или несколько методов, основанных на данном физическом принципе.

     В первую очередь всегда производится ВИК. Это предусмотрено из тех  соображений, что в случае наличия  очевидных неустранимых недопустимых повреждений объекта прочие более  трудоемкие и дорогостоящие процедуры  не имеют смысла. 

Рисунок 1. Логическая цепь технического диагностирования объекта.

     В процедуру неразрушающего контроля, как правило, включены как минимум 2 метода: один поверхностный и один объемный. Поверхностные методы более просты в исполнении, поэтому они выполняются прежде объемных, а объемные проводят в случае отсутствия показаний на недопустимые дефекты по результатам поверхностных.

     Только  в случае отсутствия противопоказаний по результатам всех процедур диагностирования составляется положительное заключение, содержащее в себе отдельные заключения по каждому виду (методу) контроля.

     В нормативной документации должны быть четко  указаны предельные отклонения параметров детали от номинальных значений, при которых изделие будет выполнять свои функции без снижения надежности.

     Отклонение считается допустимым, если действительное численной значение параметра изделия не выходит за пределы, установленные нормативной документацией. Выход действительного значения параметра за установленные пределы означает, что рассматриваемая продукция имеет дефект. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.

     Дефектами могут быть не только недопустимые нарушения сплошности металла, но и выход размера детали за пределы допуска, несоответствие степени шероховатости поверхности изделия техническим условиям, наличие царапин и сколов на защитном покрытии,  высокое содержание вредных примесей в металле и т.д.

     Дефекты, обнаруживаемые при контроле изделий, подразделяют на явные и скрытые, а также на исправимые и неисправимые. Дефект, устранение которого технически возможно и экономически целесообразно, называют исправимым. Дефект, устранение которого связано с большими трудовыми и материальными затратами, называют неисправимым. Исправимость и неисправимость дефекта определяют применительно к рассматриваемым конкретным условиям производства и ремонта с учетом затрат и технических факторов.

     Примеры исправимых дефектов: выход действительного размера диаметра вала за наибольший предельный размер; повреждение защитного покрытия; шероховатость поверхности ниже класса, предусмотренного техническими условиями; локальные непровары др.

     Примеры неисправимых дефектов: выход действительного размера диаметра вала за наименьший предельный    размер; несоответствие химического состава металла заданному; горячие и холодные трещины, пережог, расслоения, рванины и др.

     Изделие, имеющее хоть один дефект, относится  к некондиционной продукции и  не может быть использовано по назначению.

     Все встречающиеся отклонения параметров изделия от установленных нормативной  документацией в зависимости  от их влияния на эффективность и  безопасность использования продукции  делят на критические, значительные  и малозначительные.

     Критическим называют отклонения, при наличии которых нельзя использовать продукцию по назначению, так как она не отвечает требованиям безопасности.

     Значительным считают отклонения, которое влияет на использование продукции по назначению и на ее долговечность, но не является критическим.

     Малозначительным считается отклонение, которое существенно не влияет на использование продукции.

     Критические и значительные отклонения являются дефектами, поэтому для их выявления  контроль должен быть сплошным и в  отдельных случаях – неоднократным.   

     Малозначительные  отклонения не являются дефектами, но для некоторых видов продукции  совокупности отклонений, каждое из которых  является малозначительным, могут быть эквивалентны значительному или  критическому отклонению и, соответственно, должны быть отнесены к соответствующей  категории.

     По  происхождению дефекты изделий  подразделяют на конструктивные, производственно-технологические и эксплуатационные.

     Конструктивные  возникают из-за ошибок конструктора; производственно-технологические –  при получении чугуна и стали, при литье, прокатке, пайке, сварке, клепке,  механической и термической  обработке и т.д.

     Эксплуатационные  возникают в результате работы (усталость  металла, коррозия, износ, неправильное техническое обслуживание и эксплуатация). 

     Наиболее  характерные дефекты  твердых материалов.

ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ

  Неразрушающий контроль (НК) должны проводить предприятия (организации), имеющие лицензии на контроль неразрушающими методами и на техническое диагностирование, а также экспертное обследование ГПМ.

  В необходимых случаях для обеспечения  безопасности и удобного доступа  к участку конструкции, подлежащей неразрушающему контролю, следует устанавливать леса, подмостки, лестницы или использовать люльки.

  Для работы в труднодоступных местах и на высоте при необходимости  в помощь дефектоскописту должен быть выделен вспомогательный персонал.

КВАЛИФИКАЦИЯ  ПЕРСОНАЛА

  К руководству работами по НК допускаются инженерно-технические работники и работники лабораторий, прошедшие проверку знаний «Правил аттестации персонала в области неразрушающего контроля» ПБ 03-440-02 [2], причем выдавать заключения могут лица с квалификацией не ниже II уровня по данному методу для данного вида объектов и в соответствии с Положением о порядке проверки знаний правил, норм и инструкций по безопасности у руководящих работников и специалистов предприятий, организаций и объектов, подконтрольных Ростехнадзору.

  К выполнению контроля допускаются дефектоскописты, прошедшие аттестацию в соответствии с Правилами аттестации специалистов неразрушающего контроля, утвержденными Ростехнадзором. Хочу более подробно рассмотреть средства контроля по ультразвуковой толщинометрии.

СРЕДСТВА  КОНТРОЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ

  Для измерения толщины следует применять  эхо-импульсные УЗ контактные толщиномеры отечественного или зарубежного производства с цифровой или стрелочной индикацией результата измерений.

  Для каждого толщиномера в лаборатории должны быть: паспорт или документы, его заменяющие; техническое описание и/или руководство по эксплуатации; свидетельство о государственной поверке. На толщиномеры одного типа допускается иметь одно техническое описание и одно руководство по эксплуатации.

  Толщиномеры должны быть укомплектованы ПЭП, входящими в комплект прибора и соответствующими измеряемой толщине металлических конструкций в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации прибора.

  Допускается использовать ПЭП, которые не поставляются с прибором, если толщиномер поверен совместно с этим ПЭП.

  Лаборатория должна быть укомплектована аттестованными (поверенными) образцами для настройки  толщиномеров: СО-2, СО-3 по ГОСТ 14782-86 и СОП (приложение А).

  Примечание: для настройки  толщиномеров допускается использовать только калибровочные плитки, входящие в комплект прибора, если в измеряемом диапазоне толщин обеспечивается требуемая погрешность измерений.

  Все средства контроля (толщиномеры, ПЭП, СО, СОП), применяемые для УЗТ ГПМ, должны быть метрологически поверены на предприятиях, имеющих лицензию Госстандарта России на право поверки средств УЗК. Допускается поверку (аттестацию) СОП проводить силами метрологических служб и служб неразрушающего контроля предприятий (организаций).

  Для толщиномеров и ПЭП допускается иметь одно свидетельство о поверке на толщиномер и комплект ПЭП, относящихся к этому прибору. Толщиномеры и ПЭП следует поверять не реже одного раза в год, а также после каждого ремонта.

  Для каждого стандартного образца (комплекта  стандартных образцов) в лаборатории  должны быть паспорт и свидетельства  о поверке с протоколами измерений  основных метрологических параметров.

На предприятии (в организации) рекомендуется иметь  два комплекта СОП: один - контрольный, предназначенный для оценки результатов  первичной и периодической поверок  рабочих СОП; второй - рабочий, служащий для проверки и настройки толщиномеров.

  Для проведения УЗТ с учетом разных производственных условий (пространственное положение, кривизна поверхности, температура  контролируемой поверхности) лаборатория  должна иметь контактные жидкости для  создания акустического контакта: глицерин, пластичные смазки и минеральные  масла.

  Контактные  жидкости должны обладать хорошей смачиваемостью поверхности контроля, а при контроле вертикальных и потолочных поверхностей и достаточной динамической вязкостью (10 - 15 н·с/м²).

ПОДГОТОВКА  К ПРОВЕДЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ

  Подготовка  к проведению измерений состоит  в выполнении следующего:

• изучение конструкции измеряемого элемента и НД;
• анализ результатов предыдущих измерений и принятие решения о необходимости и возможности неразрушающего контроля;
• выбор основных параметров и средств измерения;
• подготовка рабочих мест;
• разметка измеряемых элементов;
• подготовка поверхностей, на которые будут устанавливаться ПЭП;
• нанесение контактной смазки;
• проверка работоспособности средств измерения.

  При изучении конструкции измеряемого  элемента следует установить: материал и форму измеряемого элемента; требования к шероховатости поверхности; наличие и характер защитного покрытия; доступность поверхности для подготовки и установки ПЭП; наличие скрытых полостей с возможными очагами коррозии или местными изменениями толщины.

  Анализ  результатов предыдущих измерений (если они проводились) следует осуществлять для предварительной оценки степени  и характера (сплошная, очаговая) поражения  коррозией.

  Температура поверхности измеряемого материала  и окружающей среды должна соответствовать  техническим данным применяемых  приборов неразрушающего контроля. В зимних условиях для обеспечения указанного требования следует предусматривать подогрев контролируемого участка конструкции или проведение измерений в отапливаемом помещении.

  Источники яркого света, мешающие проведению измерений, (например, электросварка) и пыли (например, зачистные машины), расположенные на расстоянии менее 10 м, должны быть ограждены.

  Измеряемый  элемент должен быть размечен и пронумерован для последующей регистрации  в журнале (заключении) и обозначения  на эскизах результатов измерения  толщины. Разметка должна обеспечить измерение  толщины на всей контролируемой поверхности. Вертикальные стенки корпусных и  коробчатых элементов, как правило, контролируются в трех сечениях: нижнем, среднем и верхнем.

  Число точек для измерения толщины  и места их расположения определяют специалисты, проводящие экспертное обследование (если они не определены НД на выполнение экспертного обследования).

  Если  в процессе контроля обнаружено утонение стенок до толщины, меньше нижнего отклонения на изготовление элемента металлической  конструкции, производится его разметка с шагом не более 100´100 мм. Предельные отклонения по толщине стенок элементов подъемных сооружений приведены в ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-89, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 10704-91, ГОСТ 19903-74.

  Для измерения толщины металла необходимо подготовить площадку размером ≈30´30 мм² с центром в точке измерения. Подготовленная площадка должна быть свободна от загрязнений, окалины, защитных покрытий, наплавок металла и неровностей поверхности. При подготовке зоны установки ПЭП механической обработкой, параметр шероховатости должен быть R_z £ 40 мкм.

  Примечания.

  1. Максимальное значение  параметра шероховатости  поверхности со  стороны ввода  УЗ не должно  превышать допустимого  для конкретного  толщиномера согласно технической характеристике и требуемой погрешности измерений.

  2. Механическая подготовка не должна создавать концентраторов напряжения и уменьшать сечение элемента

  Допускается проводить измерения на поверхности, покрытой плотной пленкой оксида. Возможность выполнения толщинометрии и погрешность измерения в этих условиях должны быть предварительно установлены экспериментальной проверкой специалистами по контролю.

  Для обеспечения акустического контакта на подготовленную площадку в месте  установки ПЭП надо нанести контактную жидкость.

  Работоспособность ультразвуковых толщиномеров следует проверять согласно указаниям руководства по эксплуатации или заменяющего его документа с помощью калибровочных плиток или СОП.

     Результаты  проведения ультразвуковой толщинометрии оформляются в журнале и в заключении, форма заключения представлена ниже.