Методы неразрушающего контроля: виды, что находят, где применяют

Основные методы неразрушающего контроля (НК): визуальный и удалённый визуальный с видеоэндоскопами, ультразвуковая толщинометрия, ультразвуковая дефектоскопия, контроль фазированными решётками (PAUT), вихретоковый, магнитопорошковый, капиллярный, радиографический и акустико-эмиссионный. Они различаются физическим принципом, тем, какие дефекты видят (поверхностные или внутренние), и требованиями к материалу и доступу.

Сводная таблица методов НК

Метод	Принцип	Что находит	Ограничения	Оборудование у KEG TRK
Визуальный и удалённый визуальный (ВИК, RVI)	Осмотр глазом или видеоэндоскопом через технологические отверстия	Трещины, коррозия, посторонние предметы, износ на видимых поверхностях	Только то, что видно на поверхности; зонд должен пройти по пути доступа	Да: видеоэндоскопы IPLEX
Ультразвуковая толщинометрия	Время прохождения импульса до донной поверхности и обратно, T = V × t/2	Остаточная толщина стенки, потери металла от коррозии и эрозии	Нужна калибровка по скорости звука и контактная жидкость	Да: толщиномеры 27MG, 45MG, 39DL PLUS, 72DL PLUS
Ультразвуковая дефектоскопия	Отражение ультразвука от несплошностей (эхо-импульсный метод)	Трещины, поры, непровары, расслоения, внутренние дефекты	Нужны навыки и образцы; трудно контролировать шероховатые, тонкие, неоднородные и крупнозернистые материалы; дефект, параллельный лучу, можно пропустить	Да: дефектоскопы EPOCH 650, EPOCH 6LT
Фазированные решётки (PAUT)	Многоэлементный датчик, луч поворачивается и фокусируется электронно	Дефекты сварных швов, коррозионные карты, расслоения и водородное расслоение в середине стенки	Выше стоимость, нужна подготовка оператора	Да: OmniScan SX, X3, X4
Вихретоковый	Вихревые токи в проводящем материале от переменного магнитного поля	Поверхностные и подповерхностные трещины; также толщина покрытий, электропроводность	Только электропроводящие материалы, ограниченная глубина; расслоения, параллельные обмотке катушки, не видны	Да: NORTEC 600
Магнитопорошковый	Поле рассеяния над дефектом удерживает магнитный порошок	Поверхностные и подповерхностные трещины	Только ферромагнитные материалы; дефект должен лежать под углом 45–90° к полю	Нет
Капиллярный (цветной, люминесцентный)	Пенетрант проникает в дефект, проявитель вытягивает его на поверхность	Трещины и поры, выходящие на поверхность	Только открытые на поверхность дефекты; непористые материалы; критична очистка	Нет
Радиографический	Рентгеновское или гамма-излучение просвечивает изделие, изображение на плёнке или цифровом детекторе	Поры, шлаковые включения, непровары в сварных швах и отливках	Источник и детектор по разные стороны изделия; радиационная безопасность	Нет
Акустико-эмиссионный	Датчики слушают упругие волны от развивающихся дефектов под нагрузкой	Растущие трещины, утечки, активные дефекты конструкций	Нужна нагрузка; оценка качественная, размер дефекта определяют другим методом; мешают шумы	Нет

Визуальный и удалённый визуальный контроль

Визуальный контроль — первый и самый массовый метод. Удалённый визуальный контроль (RVI) выполняют видеоэндоскопом: это камера, источник света и гибкая или жёсткая вводимая трубка, которая передаёт живое изображение из мест, недоступных без разборки. Так находят трещины, коррозию и посторонние предметы в турбинах, котлах, двигателях, трубопроводах и сосудах. Многие видеоэндоскопы имеют функцию 3D-измерения, которая позволяет оценить размер дефекта.

Выбор зависит от пути доступа: по данным Evident, зонды диаметром 2–4 мм подходят для узких мест, 6–8 мм прочнее и дают лучшее изображение. Важны также артикуляция конца зонда, а для взрывоопасных зон — сертификация. Как выбрать модель, разобрано в статье «Какой видеоэндоскоп IPLEX выбрать».

Ультразвуковая толщинометрия

Толщиномер измеряет время, за которое импульс проходит стенку до донной поверхности и возвращается, и считает толщину по формуле T = V × t/2, где V — скорость звука в материале, t — время прохождения туда и обратно. Доступ нужен только с одной стороны. Типичные частоты — от 500 кГц до 20 МГц: высокие позволяют мерить тонкие материалы, низкие лучше проходят толстые и крупнозернистые. Прибор обязательно калибруют по скорости звука на образце известной толщины. Подробнее — в статье «Ультразвуковой толщиномер: принцип работы».

Ультразвуковая дефектоскопия

Дефектоскоп вводит в материал ультразвук и принимает эхо-сигналы от несплошностей: трещин, пустот, пор. По времени прихода эха определяют положение отражателя, а по сигналу часто можно оценить его размер, форму и ориентацию. Метод чувствителен к поверхностным и внутренним дефектам, проникает глубже других методов НК и требует доступа с одной стороны. Ограничения по NDT Resource Center: нужна контактная жидкость и эталонные образцы, оператор должен быть хорошо подготовлен, шероховатые, тонкие, неоднородные и крупнозернистые материалы (например, чугун) контролировать трудно, а дефект, параллельный лучу, может остаться незамеченным. Как работает прибор — в статье «Ультразвуковой дефектоскоп: как работает и что находит».

Фазированные решётки (PAUT)

Датчик на фазированной решётке содержит от 16 до 256 элементов, которые возбуждаются с небольшими задержками. Так луч можно поворачивать в диапазоне углов (секторное сканирование) и фокусировать на разных глубинах без перемещения датчика. Типичные частоты — 2–10 МГц. По Evident, основные задачи PAUT — контроль сварных швов, поиск трещин и коррозионное картирование, включая различение потери толщины и дефектов в середине стенки, например водородного расслоения. Минусы — выше стоимость и необходимость обучения. Когда достаточно толщиномера, а когда нужен PAUT, — в статье «Толщинометрия, дефектоскоп или PAUT».

Вихретоковый контроль

Переменное магнитное поле катушки наводит в проводящем материале вихревые токи. Трещины, изменения размеров и свойств материала нарушают их течение, и прибор это регистрирует. Кроме поиска трещин метод измеряет толщину материала и покрытий и электропроводность (сортировка материалов, выявление перегрева, контроль термообработки). Датчику не обязательно касаться поверхности, подготовка минимальна. Ограничения: только электропроводящие материалы, ограниченная глубина проникновения, нужна подготовка оператора и эталоны.

Магнитопорошковый контроль

Деталь намагничивают; над поверхностными и подповерхностными дефектами возникает поле рассеяния, которое собирает магнитный порошок в видимый индикаторный след. Метод быстрый и не так требователен к подготовке поверхности, применяется для отливок, поковок и сварных соединений. Ограничение — только ферромагнитные материалы. Дефект выявляется, если он лежит под углом 45–90° к магнитному полю, поэтому деталь обычно намагничивают в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Капиллярный контроль

На очищенную поверхность наносят цветной или люминесцентный пенетрант, после выдержки (обычно от 5 до 60 минут) удаляют излишки и наносят проявитель, который вытягивает пенетрант из дефектов (проявление — обычно не менее 10 минут). Метод чувствителен к мелким поверхностным дефектам и подходит для металлов и неметаллов, магнитных и немагнитных материалов. Но он видит только дефекты, выходящие на поверхность, требует непористой поверхности, тщательной очистки и утилизации химикатов.

Радиографический контроль

Рентгеновское или гамма-излучение проходит через изделие на плёнку или цифровой детектор, расположенный с противоположной стороны. Изменения плотности на снимке показывают поры, шлаковые включения, непровары и другие дефекты сварных швов и отливок. Для толстого металла применяют, например, источник Co-60, для тонких и малоплотных материалов — низкоэнергетический Tm-170. Работа с излучением требует мер радиационной безопасности.

Акустико-эмиссионный контроль

Метод не посылает энергию в объект, а слушает упругие волны, которые возникают при развитии трещины, пластической деформации и других процессах под нагрузкой. Поэтому он выявляет только активные, развивающиеся дефекты и может проводиться на работающем объекте с постоянно установленными датчиками. Ограничения: если нагрузка мала, дефект не проявится; оценка качественная, размер и глубину определяют другим методом, чаще ультразвуком; мешают производственные шумы.

Как выбрать метод

1. Где дефект: только на поверхности — визуальный, капиллярный, магнитопорошковый, вихретоковый; внутри — ультразвук, PAUT или радиография.
2. Из чего изделие: магнитопорошковый — только для ферромагнитных сталей, вихретоковый — для проводящих материалов, капиллярный — для любых непористых.
3. Какой доступ: с одной стороны — ультразвук; через лючок или отверстие — видеоэндоскоп; радиографии нужен доступ с двух сторон.
4. Что нужно получить: толщину — толщиномер; наличие и размер дефекта — дефектоскоп или PAUT; карту коррозии или изображение шва — PAUT.

Какое оборудование выбрать

• Удалённый визуальный контроль — видеоэндоскопы IPLEX NX, IPLEX One.
• Толщинометрия коррозии — 45MG, 27MG.
• Ультразвуковая дефектоскопия — EPOCH 650.
• Фазированные решётки — OmniScan X3, OmniScan X4.
• Вихретоковый контроль — NORTEC 600.

KEG TRK поставляет оборудование Evident (Olympus) для перечисленных методов в Казахстане. Оборудования для магнитопорошкового, капиллярного, радиографического и акустико-эмиссионного контроля в нашем каталоге нет. Цена по запросу.

Источники

• NDT Resource Center (nde-ed.org). Nondestructive Evaluation Techniques.
• NDT Resource Center. Basic Principles of Ultrasonic Testing.
• NDT Resource Center. Basic Principles of Eddy Current Inspection.
• NDT Resource Center. Introduction to Magnetic Particle Inspection, Magnetic Field Orientation and Flaw Detectability.
• NDT Resource Center. Liquid Penetrant Inspection Process, Advantages and Disadvantages of Penetrant Testing.
• NDT Resource Center. Present State of Radiography, Radiograph Interpretation — Welds.
• NDT Resource Center. Introduction to Acoustic Emission Testing.
• Evident. Thickness Gauge Tutorial: Theory of Operation.
• Evident. Ultrasonic Flaw Detection Tutorial: General Introduction.
• Evident. Introduction to Phased Array Ultrasonic Testing, Practical applications and advantages of phased array.
• Evident. Your Complete Guide to Remote Visual Inspection (RVI).