Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Новый газопровод имеет большое значение для обеспечения растущих потребностей европейского рынка в природном газе. Согласно прогнозам, импорт газа в страны Европейского Союза возрастет в ближайшее десятилетие примерно на 200 млрд. куб. м, или более чем на 50%. Благодаря прямому соединению крупнейших в мире запасов газа, расположенных в России, с европейской газотранспортной системой, сможет удовлетворить около 25% этой дополнительной потребности в импортируемом газе.

В связи с этим еще в декабре 2000 года решением Европейской Комиссии проекту был присвоен статус TEN (Трансъевропейские сети), который был в очередной раз подтвержден в 2006 году. Это означает, что трубопровод представляет собой ключевой проект по созданию важнейших трансграничных транспортных мощностей, направленный на обеспечение устойчивого развития и энергобезопасности Европы.

На пути «Северного потока» нет транзитных государств, что позволяет снизить стоимость транспортировки российского газа и исключить возможные политические риски. обеспечит максимально надежное снабжение газом потребителей Западной Европы. Согласно прогнозам, импорт природного газа в Евросоюз возрастёт от 312 млрд мі в 2007 году до 512 млрд мі в год в 2030 году. Российские газовые месторождения способны обеспечить около четверти дополнительного импорта газа. Природный газ имеет самый низкий уровень выброса CO2 из всех видов ископаемого топлива и успешно заменяет уголь, у которого уровень выброса на 50 % больше. Таким образом, увеличение поставок природного газа вписывается в концепцию европейской программы по борьбе с изменением климата, согласующейся с рамочной конвенцией ООН.

Объём газа, поставляемый по газопроводу «Северный поток», на который планируется выйти в 2012 году (55 млрд мі в год), эквивалентен энергии, вырабатываемой на 14 АЭС и 50 угольныхэлектростанциях.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Подход к безопасности проекта

Газотранспортная система является наиболее безопасным способом транспортировки сжиженного природного газа (СПГ) и что бы сохранить эту безопасность на высоком уровне ПАО «Газпром» учитывает многие обязательные условия:

- на производстве задействован только высококвалифицированный персонал, а также сотрудничает с организациями аварийно-спасательных служб;

- используются современные средства диагностики и организации мониторинга газотранспортных систем, включая экологический контроль;

- создаются резервы, в виде компрессорных станций, подземных хранилищ газа;

- обеспечивается гарантийное высокое качество при строительстве газопровода и других объектов;

- производится соблюдение всех нормативных требований при проектировании, строительстве и эксплуатации газопровода.

1.2 Материалы для магистрального газопровода

Материалы для строительства газопровода отбирается с учётом транспортируемого материала, температуры и возможного вида неисправностей в процессе установки и эксплуатации. Ведь выбор материала обязан обеспечить совместимость всех компонентов системы трубопровода. При выборе были учтены следующие характеристики материала:

? механические свойства - способность металла сопротивляться воздействию внешних сил;

- прочность - способность металла не поддаваться разрушению под действием внешних нагрузок;

- вязкость разрушения - связано с относительным повышением растягивающих напряжений в устье трещины, при переходе её от стабильной к не стабильной стадии роста;

- сопротивление усталости или выносливость - свойство материала не разрушаться с течением времени под действием изменяющихся рабочих нагрузок;

- свариваемость - способность металлов образовывать качественное сварное соединение, удовлетворяющее эксплуатационным требованиям;

- сопротивление коррозии - способность материалов сопротивляться коррозии.

Механические свойства, химический состав, свариваемость и сопротивление коррозии материалов, используемые в компонентах, обязательно должны быть совместимы с той частью системы трубопровода, в которой они расположены.

Данные требования применимы в отношении элементов, выполненных из углеродно-марганцевой и низколегированной, стали методом ковки и литья с нормативным пределом текучести (сопротивление материала и напряжение при котором начинается развиваться пластические деформации) <555 МПа.

Химический состав материала подбирается таким образом, чтобы он соответствовал международным принятым стандартам и обеспечивал приемлемый баланс между достаточной способностью принимать закалку и свариваемостью.

1.3 Технология изготовления трубопровода

Магистральный газопровод из углеродно-марганцевой (С-Mn) стали выполняется в процессе дуговой сварки в защитной среде. Труба, изготавливается формовкой из полосы или пластины, и имеет только один продольный шов, образующийся в процессе дуговой сварки под флюсом.

Для обеспечения мелкозернистой структуры сталь следует полностью раскислить и выплавить по технологии в электропечах или кислородно-конверторным способом.

Полосу и пластину, используемую для производства сварной трубы, следует прокатать из непрерывно литой заготовки, где не должна иметь никаких ремонтных сварных швов. Так же нужно предварительно провести визуальный осмотр. После прокатки осмотру следует подвергать каждую пластину. Помимо визуального осмотра провести ещё и ультразвуковое обследование для обнаружения дефектов или механических повреждений, до или после отрезания полосы или пластины.

Металл сварного шва, как минимум, должен обладать прочностью, вязкостью и ударной вязкостью, отвечающей требованиям базового материала.

Сварные швы с дефектами следует отремонтировать локально с использованием сварки. Следы сварки с недопустимыми механическими параметрами должны быть полностью удалены перед повторным выполнением сварки. Места остановки дуги во время сварки нужно отремонтировать в соответствии с аттестованной процедурой ремонта сварных швов.

Обращение с расходными материалами для сварки, выполнение сварочных работ и обеспечение качества сварки должно соответствовать требованиями внутрифирменных методологий качества.

Внутренний валик сварного шва должен быть ошлифован до высоты от 0 до 0,5 мм.

В Производственных технических условиях должна быть определена и описана система, обеспечивающая прослеживаемость вплоть до каждой отдельной трубы номера плавки, партии термообработки, номера партии и номера единицы испытания исходного материла, а также протоколов всех необходимых испытаний. Во время хранения и обращения с материалами должна соблюдаться осторожность для сохранения их идентификационных данных.

Весь процесс изготовления, включая литье стали и используемые необработанные материалы должны проходить в соответствии с аттестованными производственными техническими условиями, следуя той же последовательности действий и оставаясь в границах согласованных допустимых условий.

1.4 Неразрушающий контроль трубопровода

В первую очередь проводится визуальный осмотр. Его следует выполнять в достаточно освещённой местности, минимум 350 люксов (лк), но рекомендуется 500 лк и выше. Если требуется получить хороший эффект контраста и рельеф между несоответствиями и фоном должны использоваться дополнительные источники света.

Каждая магистральная труба должна быть подвергнута полному визуальному контролю, то есть весь визуальный контроль внешнего корпуса трубы. Внутренняя часть трубы контролируется от обоих торцов настолько далеко, насколько это возможно.

На месте осмотра должны быть доступны в достаточном количестве инструменты, датчики, измерительное оборудование и другие устройства.

Трубы, подвергаемые осмотру, следует очистить для того, чтобы убрать рыхлую окалину и рабочие компоненты, которые помешают проведению осмотра. Процесс очистки не должен повредить окончательно обработанную поверхность или скрыть возможные несоответствия.

После визуального осмотра последует неразрушающий контроль (НК). Контроль должен выполняться в соответствии со стандартами, перечисленными ниже:

- ISO 11496 Бесшовные и сварные стальные трубы для работы под давлением - Ультразвуковой контроль концов труб для обнаружения ламинарных несоответствий.

- ISO 13663 Сварные стальные трубы для работы под давлением - Ультразвуковой контроль зоны, примыкающей к телу сварного шва для обнаружения ламинарных несоответствий.

- ISO 9764 Сопротивление сварных стальных труб для работы под давлением - Ультразвуковой контроль сварного шва с целью обнаружения продольных несоответствий.

- ISO 9765 Стальные трубы со швом, выполненным дуговой сваркой в защитном слое для работы под давлением - Ультразвуковой контроль сварного шва для обнаружения продольных и/или поперечных несоответствий.

Весь НК должен проводиться согласно документально подтвержденным методикам, которые, как минимум, предоставляют информацию по следующим аспектам:

- материал;

- метод сварки;

- метод НК;

- оборудование, основное и вспомогательное;

- эталонные значения для калибровки и методика;

- расходные материалы, когда используются (включая название производителя);

- оценка несоответствий;

- применяемый стандарт(ы);

- соответствие отчёта и документирование результатов.

Весь НК для окончательной приемки трубы должен выполняться после завершения всех процедур тепловой обработки.

Составление отчета о НК должно соответствовать требованиям применяемого стандарта.

2. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ ЛИСТА

2.1 Основы акустического контроля

Ультразвуковая (УЗ) контрольно-измерительная аппаратура в настоящее время применяется в самых различных областях науки и техники: в дефектоскопии, исследовании физических свойств материалов, в медицинском обследовании, контроле геометрических параметров объектов и тому подобное. Значительно облегчается обработка полезных сигналов, если импульсы акустических волн имеют заданную пространственно-временную характеристику. Важнейшие функциональные и метрологические возможности УЗ аппаратуры НК определяются, параметрами электромеханических преобразователей - излучателей и приемников УЗ - колебаний. УЗ - преобразователи - устройства, предназначенные для преобразования из электрических колебаний в механические и обратно. Первичными датчиками используются преобразователи различных типов, которые по принципу действия делятся на группы:

- механические;

- электродинамические;

- электрострикционные;

- пьезоэлектрические;

- магнитодинамические;

- магнитострикционные

Наиболее популярным является пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП).

Пьезоэлектрический эффект

Под влиянием деформации или механического усилия в кристалле может начаться электрическая поляризация, в которой величина и знак во многом зависит от направления и значения приложенного напряжения. Явление это имеет называние пьезоэлектрический эффект, в нём положен в основу пьезоэлектрические преобразователи.

Материалы для пьезоэлементов используют ионные кристаллы, в их структурах расположены разноименные ионы (катионы и анионы). При определенных типах симметрии кристаллической решетки ионных кристаллов их деформация приведет к пространственному перераспределению электрических зарядов. Проще говоря, природа эффекта связана с изменением положения ионов в кристаллической решетке вещества. Ионы перемещаются таким образом, что образуются электрические диполи и кристалл оказывается поляризованным (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Расположение ионов в кристалле

а - деформация отсутствует, кристалл электрически нейтрален;

б - смещение зарядов в результате деформации

Если на поверхность пьезоэлемента подвести переменное электрическое напряжение, то преобразователь вследствие пьезоэффекта будет генерировать механические колебания (сжиматься и растягиваться) с частотой приложенного электрического напряжения. Отсюда следует, что пьезоэлектрический преобразователь позволяет трансформировать электрические колебания в ультразвуковые (режим излучения), и наоборот, ультразвуковые в электрические (режим приема).

В преобразователях УЗ-дефектоскопов пьезоэлементы обычно имеют форму плоскопараллельных пластин. На рисунке 1.2 показаны различные типы деформаций, которые может испытывать пластина. Для генерации или приема продольных колебаний используют деформацию растяжения-сжатия, сдвиговую деформацию - для генерации или приема поперечных колебаний.

Рисунок 1.2 - Типы деформации пьезоэлектрических пластин

а - растяжение-сжатие по толщине; б - растяжение-сжатие по ширине;

в - сдвиг по толщине; г - сдвиг по ширине

Наибольший практический интерес представляет собой обратный пьезоэффект, возбуждаемый в пьезоэлектрике приложенным к нему переменным напряжением. В этом случае кварцевая пластина будет совершать вынужденные механические колебания в такт изменения внешнего поля. Амплитуда этих колебаний достигает максимума, когда частота электрического поля окажется равной частоте собственных колебаний пластины.

Пьезоэлектрические материалы и их свойства

Изготовление пьезоэлектрических преобразователей происходит неполярными и полярными пьезоматериалами.

Неполярные пьезоэлектрики имеют малые значения диэлектрической проницаемости и пьезоэлектрических модулей. Материалы для этой группы имеют малые диэлектрические и механические потери и наблюдается слабая зависимость пьезосвойств от температуры. По электрическим свойствам неполярные пьезоэлектрики делят на: пьезодиэлектрики и пьезополупроводники. Из пьезодиэлектриков этой группы наиболее широко известен б-кварц. Типичными представителями группы пьезополупроводников являются сульфид и селенид кадмия, окись цинка. Полярные пьезоэлектрики отличаются от других пьезоматериалов наличием собственной электрической поляризации, существующей при отсутствии внешней механической деформации и внешнего электрического поля. Они в свою очередь подразделяются на линейные (пироэлектрики) и нелинейные (сегнетоэлектрики). Наиболее существенные отличия сегнетоэлектриков от пироэлектриков состоят в том, что они имеют доменную структуру, характеризуются высокими значениями спонтанной поляризации, диэлектрической проницаемости и пьезомодулей, тогда как свойства пироэлектриков мало отличаются от свойств неполярных пьезоэлектриков. Основные представители пироэлектриков - турмалин, сульфат лития, оксид бериллия.

Большое распространение в современных УЗ-преобразователях нашли сегнетоэлектрические материалы, из которых изготавливаются керамические пластины различных размеров и форм. Практическую ценность представляет керамика на основе твердых растворов титаната бария-калия (ТБК-3) и цирконата-титаната свинца (ЦТС-19). Для придания пьезосвойств керамика подвергается электрической поляризации, для чего ее медленно нагревают во внешнем электрическом поле высокой напряженности до температуры выше точки Кюри, а затем медленно охлаждают.

Классификация пьезопреобразователей

Преобразователи для приборов неразрушающего контроля классифицируют по ряду признаков. По способу ввода УЗ-колебаний различают:

- контактные преобразователи, прижимаемые к поверхности изделия, предварительно смазанной жидкостью (маслом, глицерином и т. п.). В некоторых случаях слой жидкости заменяют эластичным материалом (эластичным протектором);

- иммерсионные преобразователи, между поверхностью которых и изделием имеется толстый слой жидкости (толщина этого слоя во много раз превышает длину волны). При этом изделие целиком или частично погружают в иммерсионную ванну;

- щелевые (менисковые) преобразователи, между поверхностью которых и изделием создается зазор порядка длины волны ультразвука;

- преобразователи с сухим точечным контактом, имеющие шарообразную поверхность, плотно соприкасающуюся с изделием, площадь соприкосновения 0,01ч0,5 ммІ;

- бесконтактные преобразователи, возбуждающие акустические колебания в изделии через слой воздуха (воздушно-акустическая связь).

Использование контактных преобразователей с эластичным протектором, а также щелевых, контактно-иммерсионных и бесконтактных преобразователей позволяет снизить требования к чистоте поверхности контролируемого изделия. По способу конструктивного исполнения:

- совмещенные преобразователи, которые соединяются одновременно с генератором и усилителем прибора и служат как для излучения, так и приема ультразвука;

- раздельные преобразователи, состоящие из излучателя, соединенного с генератором прибора, и приемника, соединенного с усилителем;

- раздельно-совмещенные (РС) преобразователи состоят из излучателя и приемника, конструктивно связанных между собой, но разделенных электрическим и акустическим экранами.

По направлению УЗ-волны:

- прямые;

- наклонные;

- комбинированные.

По форме рабочей поверхности или пьезоэлемента:

- плоские преобразователи с пьезопластиной плоской формы;

- фокусирующие преобразователи, обеспечивающие сужение акустического поля в некоторой области контролируемого объекта;

- неплоские.

Раздельно-совмещенные преобразователи в зависимости от направления их общей акустической оси, соответствующей направлению максимальной чувствительности таких преобразователей, называют также нормальными или наклонными. Преобразователи с переменным углом наклона позволяют в определенных пределах изменять угол ввода луча.

Конструкция преобразователей

Прямой совмещенный преобразователь предназначен для генерации и приема продольных волн в импульсном режиме. Наибольшее распространение совмещенные преобразователи получили в качестве датчика эхо-импульсных ультразвуковых дефектоскопов. Типовая схема такого преобразователя представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Схема совмещенного пьезопреобразователя

1 - пьезоэлемент; 2 - демпфер; 3 - электрод; 4 - протектор;

5 - контактная жидкость; 6 - объект контроля

Пьезоэлементы изготавливают, учитывая условия резонанса. Размеры в поперечных направлениях выбирают такие, чтобы интервалы времени пробега продольных УЗ-волн по толщине и длине пьезоэлемента значительно различались. Поперечные размеры пьезоэлемента во много раз больше его толщины. Очень важную роль в обеспечении нормальной работы пьезоэлемента играют металлические электроды, наносящиеся не на всю поверхность, нужно чтобы избежать пробоя по краям. В качестве материала электродов в основном используют серебро и никель. При прочих равных условиях соотношение между размерами площадей поверхности пьезопластины, покрытых электродами и свободных от них, оказывает существенное влияние на добротность пьезоэлемента и характеристики акустического поля. Регулируя размер электродов, можно в довольно широких пределах менять характеристики акустического поля в изделии. Протектор предназначен для защиты пьезоэлемента от механических повреждений, защиты от коррозии и для обеспечения акустического контакта. Толщина протектора обычно выбирается четвертьволновой для обеспечения качественно акустического контакта. Для протекторов выбирают материалы, характеризующиеся высокой износостойкостью, малым затуханием УЗК и высокой скоростью звука.

Демпфер защищает пьезоэлемент от механических повреждений и гасит паразитные колебания. Демпфер изготавливают из материала с большим поглощением ультразвука, чтобы отраженная от верхней грани волна не возвращалась к пьезоэлементу и не вызывала помех. Рекомендуется, чтобы демпфер обеспечивал затухание паразитных сигналов не менее 60-80 дБ.

Между пьезоэлементом и объектом контроля обычно располагается несколько тонких промежуточных слоев. Сюда, в частности, входит электрод 3, подводящий электрическое напряжение к пьезопластине, протектор 4, защищающий пьезопластину от механических повреждений, и прослойка контактной жидкости между протектором и изделием (смотри рисунок 1.3)

Наклонный преобразователь (рисунок 1.4) используется для приёма и излучения поперечных волн.

Выбор пьезоэлемента для наклонных преобразователей зависит от решаемых задач. Нужно учитывать наличие обязательной акустической линии задержки и широкое применение преобразователя наклонного типа для труднодоступных и удалённых дефектов. Исходя из этого, материал для наклонного преобразователя берут с малым характеристическим импедансом и низкой диэлектрической проницаемостью.

Рисунок 1.4 - Схема устройства наклонного преобразователя

1 - пьезопластина; 2- демпфер; 3 - призма; 4 - контактная жидкость;

5 - объект контроля; a - угол призмы; b - угол ввода

Призма обеспечивает ввод упругих колебаний в объект контроля под необходимым углом. Призма должна обеспечить при малых углах падения (углах призмы) достаточно большие углы b - углы преломления акустической оси, что достигается за счет разности скорости ультразвука в материале призмы и в материале изделия. В качестве материала призмы обычно выбирают органическое стекло (плексиглас). Геометрические размеры призм в зависимости от назначения преобразователя могут изменяться в широких пределах. При этом также изменяются углы ввода луча в объект контроля. В наклонных преобразователях, осуществляющих контроль на сдвиговых волнах, углы призмы (углы падения) имеют значения в интервале между первым и вторым критическими углами.

Раздельно-совмещенный преобразователь (рисунок 1.5). В рассмотренных выше преобразователях возникновение шумов обусловлено реверберационными явлениями в самом пьезоэлементе и в элементах конструкции пьезопреобразователей. Наиболее очевидный способ устранения этих шумов - применение раздельных пьезоэлементов для излучения и приема упругих сигналов. Такие преобразователи получили название раздельно-совмещенных (РС). Для удобства работы как приемный, так и излучающий пьезоэлементы объединены в общий корпус. В РС-преобразователях длительность излучаемых упругих сигналов и реверберационные шумы мало влияют на выявление близко расположенных дефектов.

Рисунок 1.5 - Схема устройства раздельно-совмещенного преобразователя

1 - электроакустический экран; 2 - пьезопластина; 3 - демпфер;

4 - призма; 5 - корпус; 6 - объект контроля

РС-преобразователи наиболее широко применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить малую мертвую зону, например, при контроле толщины изделий с малыми размерами в направлении прозвучивания. Наиболее массовыми изделиями такого типа, кроме листового проката, являются прутки и трубы. РС-преобразователи применяются также при контроле изделий из крупнозернистых материалов и при контроле с применением головных волн.

2.2 Дефекты толстолистового проката

Понятие о дефектах

Всякое несоответствие к требованиям продукции, поставленное нормативной документацией (НД) называется дефект. Все дефекты обнаруженные при контролировании изделия делятся на явные (наружные) и скрытые (внутренние), исправимые и соответственно не исправимые. Некоторые открытые дефекты (забоины, риски и т. д.) обнаруживают визуально при совершении наружного осмотра. А скрытые дефекты выявляются с помощью инструмента или прибора, предусмотренного нормативной документацией. Если устранение дефекта технически допустимо и экономически рационально, называют исправимым. Если устранение невозможно технически или вероятны большие затраты, то это неисправимый дефект. Неисправимость дефекта и исправимость применительно определять к рассматриваемым конкретным условиям производства и ремонта с учетом затрат и других факторов.

Так же есть критические, значительные и малозначительные дефекты, зависящие от влияния на работоспособность и безопасность использования продукции:

- значительные - влияние дефекта существенно на изготовление продукции по назначению и её долговечность, но это не выражается критическим;

- малозначительные - влияние дефекта на использование продукции по назначению и её долговечность является несущественным;

- критические - влияние дефекта является опасным и недопустимым.

Во многом влияние на работоспособность и эксплуатационные факторы зависит от дефекта. На реальном производстве требуется следить, насколько засорена продукция дефектами, то есть показатели дефектности и статистические данные по дефектам. Это доля брака от партии или исправимых элементов с недопустимыми дефектами.

Рассчитываемые по величине энергии, теоретические значения для прочности металла, которые затрачиваются на образование двух новых поверхностей при преодолении межатомной связи в идеальной решётке монокристалла, которое выше «технической» прочности - во много раз, получаемое при испытании реальных образцов того же металла. Возможно, это объясняется наличием различного рода дефектов - несовершенства строения кристаллического тела. К таким несовершенствам относятся дислокации. магистральный газопровод толстолистовой прокат

Дефекты, которые относятся субмикроскопическим трещинам, более грубого порядка, размеры, которые не превышают предела разрешения оптического микроскопа (0,2 микрометра). Трещины такого вида могут образоваться на границах блоков кристаллов в процесс роста. Ещё более грубые дефекты могут встречаться в реальном металле - поликристаллическом теле, размерами превышающие 0,2 микрометра. Образование таких трещин на поверхностях резко снижают прочность детали ускоряя её разрушение, несмотря на незначительную (несколько микрон) глубину, появляющиеся в процессе эксплуатации или после механической обработки. При механической зачистке или обработкой электролитическим растворителем существенно повышает прочность детали.

Макроскопические дефекты, которые видны невооружённым взглядом являются наиболее грубыми. Они представляют собой различного рода разрушения сплошности или однородности металла. Данные дефекты могут стать причинной с особенно резкого снижения прочности детали, что приведёт к её разрешению. Вероятность наличия дефектов прямо пропорционально растёт с увеличением размеров детали.

Основные дефекты проката

Дальше речь пойдёт про дефекты, возникающие при обработке давлением. При прокате очень часто возникают такие дефекты как трещины внутренние и поверхностные, а также разрывы. Возникают потому что появляются значительные напряжения в металле при деформации. К появлению разрывов могут привести растягивающие внутренние напряжения и могут привести к трещинам металла в зонах, ослабленных дефектами слитка, а иногда к разрушению зон, которые не были поражены дефектами.

При прокате металл подвергают не однократному нагреву и охлаждению, что приводит к возникновению термических напряжений, способствующих образованию внутренних разрывов и трещин.

Теперь приведу список дефектов при прокате:

? Волосовины - это результат деформации газовых пузырей и мелких металлических включений, изображённый на рисунке 2.1. Имеет вид прямых тонких линий длиной от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Располагаются в подповерхностном слое и на поверхности металла.

Рисунок 2.1 - Дефект волосовины

? Расслоения - дефекты нарушения внутренней несплошности, ориентация по направлению волокна (рисунок 2.2), возникает во время обработки давлением слитка, которая имела рыхлоты и усадочные раковины, а ещё при прокате листа при сплющивании крупных не металлических включений и газовых пузырей.

Рисунок 2.2 - Дефект расслоения

? Закаты - дефекты в виде заусенцев глубиной более 1 мм, закатанных диаметрально противоположных направлению, возникающие при избытке металла в валках (калибрах).

? Плены - происходят при раскатке брызг жидкой стали, которые застыли на поверхности слитка и раскатанные при прокате в виде отслоившихся с поверхности плёнок.

? Флокены - дефекты, проявляющиеся в очень тонких извилистых трещинах, на изломе представляют собой пятна с поверхностью характерного серебристого цвета.

? Трещины термические - дефекты, возникающие, из-за резкого нагрева или охлаждения. Тогда в металле появляются напряжения от температурного перепада по сечению, а также структурные напряжения, структурные превращения по сечению детали происходят неодновременно. И в результате наложения термических напряжений на структурные в закаливаемой детали могут начаться закалочные трещины различной величины и ориентации. Трещины могут начинаться на поверхности и распространяться вглубь, ещё возникать внутри детали в ее сердцевинной части и распространяться в поперечном направлении.

? Дефекты термообработки - дефекты, возникающие при термической обработке из-за несоблюдения времени выдержки, температур, охлаждения и скорости нагрева детали. Заключается в пережоге, который вызывает образование крупного зерна и оплавления границ зёрен. И так же в перегреве, который приводит к образованию крупнозернистой структуры оксидных и сульфидных выделений по фаницам зёрен.

? Обезуглероживание - суть дефекта, в том, что он приводит к образованию трещин. Дефект более опасен для сталей с повышенным содержанием углерода (С > 0,5). Когда происходит нагрев стальных изделий в среде, содержащей избыток паров воды, углекислого газа или водорода, будет происходить выгорание углерода в наружный слоях, всё это снижает прочность стали. Вследствие растягивающих напряжений, вызванных тем, что в обезуглероженном слое при закалке образуется низкоуглеродистый мартенсит с меньшим объемом, чем в сердцевине.

? Науглероживание - будет наблюдаться при нагреве изделий в среде с избыточным содержанием оксида углерода. Что будет приводить к насыщению поверхностных «слоев» углеродом, это в свою очередь повысит хрупкость и склонность к трещинообразованию.

Образование трещин будет приводить насыщение поверхностного слоя стали водородом под действием щелочей, кислот и специальных растворов при электрохимической обработке и травлении. Насыщение верхнего слоя водородом снижает пластичность и приводит к разрушениям, началом которых являются микротрещины, на поверхности детали.

2.3 Неразрушающий контроль проката

Прокатом называют изделия, которые изготовлены обжатием между валками прокатки. Контроль производится автоматическими установками, механическими средствами. Для акустического контроля при быстром движении применяют иммерсионный или щелевой контакт, и ещё электромагнитно-акустический (ЭМА)-способ возбуждения-приёма. Прокат, имеет мелкозернистую структуру. Есть вероятность появления текстуры, это когда различные свойства листа вдоль и поперёк направления прокатки (например, размеров зёрен, прочности, скорости звука).

Возникают дефекты (несплошности), сходные дефектам поковок, в частности, расслоения, деформированные шлаковые включения. Возникают так же специфические дефекты: риски - канавки на поверхности, рванины - надрывы на поверхности, шевроны - разрывы в осевой зоне, пресс-утяжины - конусообразные несплошности в центральной части. Обычно дефекты вытянуты вдоль направления прокатки. Эти дефекты выявляются при ультразвуковом контроле (УЗК).

В России основной нормативно-технической документацией (НТД) по ультразвуковому контролю листового проката из легированной и углеродистой сталей при толщине от 0,5 мм до 200 мм является - ГОСТ 22727-88.

Плиты и листы равной толщине для трубопровода «Сила Сибири» контролируются только продольными волнами и в направлении толщины. На автоматических установках с иммерсионным контактом или с ЭМА-преобразователями контроль ведут эхо-, эхосквозным, теневым и многократно теневым методами.

ГОСТ 22727-88 указывает на возможные методы контроля листов (Таблица 1), способы настройки чувствительности, рекомендуемые значения параметров, определяющих чувствительность и допустимые отклонения от этих параметров.

При контроле, приведёнными выше, методами кроме эхо- и эхосквозного, за начало отсчёта принимают амплитуду первого эхо сигнала от искусственного отражателя на участке проката, с отсутствуют несплошности. При эхосквозным контроле тоже самое, но при использовании иммерсионной жидкости. А при контроле эхо-методом, за начало отсчёта берётся амплитуда первого эхосигнала от искусственного отражателя. Условную площадь дефекта определяет площадь фигуры, очерченной граничащей линией (по ней перемещается центральная точка преобразователя, при определении размеров дефекта).

Граница устанавливается по абсолютным признакам. При контроле эхо- и эхосквозным методами считается, что в пределах дефекта регистрируют один или несколько сигналов от несплошностей, амплитуда хотя бы одного из которых равна или превышает уровень, соответствующий заданной чувствительности. А при контроле теневым или многократно-теневым методом в пределах дефекта регистрируется затухание амплитуды первого или второго прошедшего импульса до или ниже уровня, соответствующего заданной чувствительности. При контроле зеркально-теневым (ЗТ) методом в пределах дефекта фиксируют уменьшение амплитуды донного сигнала до или ниже уровня, соответствующего заданной чувствительности.

В государственном стандарте для листового проката сформулированы требования сплошности (Таблица 2) на основе использования следующих измеряемых характеристик дефектов (несплошностей):

- минимально учитываемой S1 и максимально допустимой S2 условных площадей дефектов;

- чувствительность контроля (определён по таблице 1);

- условные площади максимально допустимой зоны дефектов S3;

- относительно условной площади (S, %), определяемой долей площади, занимаемой дефектами всех видов (S1, S2, и S3,) на любом квадратном участке поверхности единицы листового проката площадью 1 мІ, или долей площади, занимаемой дефектами всех видов на всей площади единицы листового проката;

- максимально допустимой условной протяжённостью дефектов L.

Несплошности, расположенные в одной или нескольких плоскостях по толщине листового проката, берутся и объединяются в одну несплошность, если расстояние между условными их границами меньше значения, которое устанавливается нормативно-технической документацией (НТД). При автоматизированном контроле на установках, которые обеспечивают сплошное сканирование поверхности листового проката, за условную площадь несплошностей металла принимают фактическую площадь соответствующих записей на дефектограмме, полученную при заданной чувствительности контроля. Условная площадь объединенных несплошностей при этом равна сумме их учитываемых условных площадей.

Все скопления несплошностей, любая из которых может иметь условную площадь меньше учитываемой S1, отходят от другой на 30 мм или меньшее расстояние, объединяют в зону несплошностей. Условная площадь зоны несплошностей S3 равна площади части листа, находящейся в пределах контура, охватывающего все входящие в нее несплошности.

Таблица 1- Способы контроля листов

Примечание. Значение чувствительности, указанные в скобках, разрешается применять в зависимости от возможностей аппаратуры.

Таблица 2 Показатели сплошности толстолистового проката

Примечания.

1. Погрешность измерения условных площадей (размеров) несплошностей указывают в технической документации на контроль.

2. Показатель сплошности L применяют при дискретном сканировании и для оценки сплошности прикромчатых зон листового проката.

При обнаружении несплошностей, примыкающие к торцовым и боковым неконтролируемых зонам листового проката, условные границы их продлеваются до кромок. Классы и показатели сплошности указывают в НТД на металлопродукцию.

Сплошность листового проката сталей, выплавленных, а вакуумных дуговых, индукционных электропечах, в случае контроля их эхометодом при ручном сканировании может характеризоваться по результатам контроля:

- минимальным учитываемым эквивалентным размером D0, дефектов (уровнем фиксации);

- их максимальным допустимым эквивалентным размером D1;

- числом N непротяженных дефектов с эквивалентным размером от D0 до D1, допускаемых на всей площади листа или ее части. При этом величины D0 и D1 выбирают из ряда 2,0; 2,5; 3,0; 5,0; 6,0; 8,0 мм.

Методика предусматривает, в зависимости от требований технических условий и производственно-технологической документации (ПТД) листы подвергаются контролю в различном объеме применяя для контроля прямой и наклонный преобразователь.

В России контролируя листовой прокат, показатели сплошности и требования к чувствительности устанавливаются НТД на сосуды давления и другие объекты. Их выбирают из показателей, приведённых в ГОСТ 22727-88. Согласно отраслевому стандарту (ОСТ) эти требования соответствуют классу сплошности 01 по ГОСТ 22727-88.

2.4 Аппаратура для контроля листов

Листовой прокат контролируют на механизированных или автоматических установках. Правильность работы установок проверяют в соответствии с инструкцией к ним. Также совпадают требования к ГОСТ 22727-88 они названы контрольными образцами при контроле продольными волнами.

В качестве примера высококачественной автоматической установки для контроля листового проката объемными волнами ниже рассмотрена разработанная В.М. Веревкиным и др. установка типа "Дуэт-5", выпускаемая фирмой "Рисон" (при С.-Петербургском электротехническом университете). Установка работает в потоке прокатного стана "3600", ведет контроль необрезанных раскатов толщиной 6 ... 60 мм, шириной до 3600 мм и длиной до 30 м на скорости 0,2 ... 1 метров на секунду (м/с) с расстоянием между листами 0,2 ... 0,5 м.

Установка использует при контроле одновременно три метода контроля: теневой, многократно-теневой и эхосквозной. А также имеет 384 канала. Схема распространения УЗ показана на рисунке 3. Данные о результатах контроля содержатся в памяти ЭВМ. Обрабатывает и выполняет оценку качества по ГОСТ 22727-88.

Рисунок 3 - Путь лучей (а) и последовательности принятых сигналов (б) при контроле листа установкой «Дуэт-5» эхосквозным методом

Краткий разбор устройства. Акустическая система состоит из двух линеек с преобразователями, расположены они строго одна над другой. Между линейками расстояние 200 мм. Выполняется контроль в иммерсионной ванне. Иммерсионная жидкость, использующая в ванне это техническая вода оборотного цикла. Транспортировка листа осуществляется рольгангами. Система «гидросбива» сбивает с поверхности листа отслаивающуюся окалину, воздушные пузырьки и прочие загрязнения. Так же имеется система очистки преобразователей. Остаются неконтролируемые прикромочные зоны шириной ? 10 мм. Требования к качеству поверхности не предъявляются.

Применение способа эхометода в автоматических иммерсионных установках для контроля листов препятствует, наличие мертвой зоны. Для сокращения этой зоны, было предложено регистрировать сигналы от дефектов во втором временном интервале, то есть между первым и вторым донными сигналами. Но при этом от одного дефекта будет возникать два или три эхосигнала.

Из минусов. Необходимость для ввода УЗ-колебаний с помощью струи воды и использования специальных ванн предопределяет значительные затраты на создание дефектоскопической установки. И в связи с этим видна перспективна применения ЭМА-преобразователей, на взамен ПЭП иммерсионных, хотя ЭМА-преобразователи, к сожалению, значительно дороже.

Положительные свойства применения ЭМА-преобразователей:

- не нужно использовать, контактирующую. Жидкость что существенно снижает габаритные размеры установки, а также затраты на ее разработку, изготовление и эксплуатацию;

- существенно повысилась помехозащищенность метода;

- используются поперечные и нормальные волны SH-поляризации, создающие качественно новые возможности выявления дефектов в листах малой толщины;

- контролируется листовой прокат на повышенных температурах и скоростях сканирования.

С учетом изложенного А.Ф. Кириковым и др. (фирма "Нординкрафт", г. Череповец) разработан ряд установок типа «Север» с ЭМА-преобразователями. Скорость контроля на них 1 ... 2 погонный метр в мин. Контроль выполняется поперечной волной, вводимая нормально к плоскости листа. Используемые методы: эхо-, ЗТ, эхосквозной, многократно-теневой. Используется до 96 ЭМА-преобразователей, частота которых для УЗ-колебаний 2,5 МГц. За счет усовершенствования методов обработки принимаемых сигналов явно повышена чувствительность ЭМА-преобразователей.

Установка типа «Север-5-32» предназначается для контроля листов толщиной до 5 ... 12 мм нормальными горизонтально поляризованными волнами. Установка содержит в себе две независимые системы контроля: контроля основной части металла и контроля кромок. При контроле основной части металла контроль производится двумя однонаправленными ЭМА-преобразователями как показано на рисунке 4, возбуждающие SH-волны первой, второй или более высоких мод. Дефекты с диаметром ? 3 мм, и входящие на кромки, выявляются двумя трехканальными ЭМА-преобразователями с помощью поперечных волн, нормальных к поверхности.

Рисунок 4 - Схема автоматического контроля полосы

1 - ОК; 2 - корпус установки; 3 - проконтролированные кромки; L1, L2 и S1, S2 - системы преобразователей для контроля основной части металла

ЭМА-преобразователями

Контроль кромок происходит по иной технологии, система разработана из двух (приемный и излучающий) ЭМА-преобразователей нормальных волн. Направление излучения, приёма и контролируемей кромки образуют угол, отличающийся от 90°, но с таким расчетом, чтобы только дефект мог привести к отражению на приёмник. Прямой сигнал, который принимается приемником, применяется в качестве опорного, относительно которого задается чувствительность.

Плюсом для установок типа "Север" являются:

- образовывается воздушная подушка между каждым ЭМА-преобразователем и листом, это производит стабильным зазор между ними и удаляет металлическую пыль с поверхности листа;

- в наличии имеется датчик проконтролированной длины листа, это позволяет определять координаты выявленной несплошности;

- в качестве опорного сигнала используется при настройке чувствительности донного или прошедшего сигнала упругой волны;

- когерентная обработка сигналов для повышения реальной чувствительности;

- обработка, регистрация, представление и хранение информации посредством персонального компьютера с выдачей сертификата на проконтролированный лист.

Установки типа "Север" работают в АО "Северсталь" (г. Череповец), в ОАО ПО "Волжском трубном заводе" (г. Волгоград) и в ОАО "Магнитогорском металлургическом комбинате" (г. Магнитогорск).

2.5 Усовершенствование технологии ультразвукового контроля

Как было описано в подразделе 2.3 «Неразрушающий контроль проката» - в России основной нормативно-технической документацией по ультразвуковому контролю листового проката из легированной и углеродистой сталей при толщине от 0,5 мм до 200 мм является - ГОСТ 22727-88.

В государственном стандарте для листового проката сформулированы требования сплошности которые приведены на таблице 2, на основе использования следующих измеряемых характеристик дефектов (несплошностей):

- минимально учитываемой S1 и максимально допустимой S2 условных площадей дефектов;

- чувствительность контроля (определён по таблице 1);

- условные площади максимально допустимой зоны дефектов S3;

- относительно условной площади (S, %), определяемой долей площади, занимаемой дефектами всех видов (S1, S2, и S3,) на любом квадратном участке поверхности единицы листового проката площадью 1 мІ, или долей площади, занимаемой дефектами всех видов на всей площади единицы листового проката;

- максимально допустимой условной протяжённостью дефектов L.

ГОСТ 22727 согласно 2 таблице допускает дефекты при 2-м классе сплошностей с допустимыми размерами 100 смІ, а при первом классе сплошностей до 20 смІ. Данный стандарт 88 года и уже устарел, современные стандарты уже требуют браковать дефекты с размерами 100 ммІ, поэтому я предлагаю вести контроль ультразвуком не по ГОСТ 22727, а по ISO 10893 или по норвежскому стандарту DNV OS F 101, который имеет требования гораздо более жёстче что позволит получить более качественный прокат и гарантирует качество при строительстве газопровода.

Согласно стандарту, DNV OS F 101 ультразвуковой контроль тела листов или полос на расслоения должны проходить в соответствии с ISO 12094 со следующими дополнениями:

? расстояние между соседними проходами сканирования должно обеспечивать 100% охват тела листа и всех четырех кромок и быть достаточно малым, чтобы гарантировать выявление дефектов минимально допустимого размера;

? для листов с номинальной толщиной ? 40 мм глубина паза в испытываемом образце по определяющему стандарту должна быть повышена, для того чтобы низ паза располагался между 1/4 и 1/2 номинальной толщины листа.

Критерии пригодности для ультразвукового контроля листов и полос из C-Mn стали приведены в таблице 3.

При наличии соглашения, критерии пригодности для тела листов и полос могут быть ограничены допустимой разрешенной площадью в 100 ммІ и плотностью семейства дефектов в 5 шт. с минимальным размером дефектов по площади 30 ммІ, по длине и ширине - 5 мм. Должны действовать все остальные требования, приведенные в таблице 3.

Таблица 3 - Ультразвуковой контроль листов и полос из C-Mn стали, критерии пригодности

Примечания к таблице 3:

? два или большее количество смежных дефектов должны рассматриваться как один дефект, если расстояние между ними меньше, чем самый большой размер наименьшего показания;

? плотность семейства дефектов должна представлять собой количество дефектов, меньших, чем максимальный, и больших, чем минимальный размер дефектов;

? эталонная площадь должна представлять собой: 1000 мм х 1000 мм для эксплуатации не в кислой среде, 500 мм х 500 мм для эксплуатации в кислой среде. Эталонная площадь для листа/полосы, если ширина листа/полосы меньше одной стороны квадратной эталонной площади, должна составлять 1.00 мІ для эксплуатации не в кислой среде и 0.25 мІ - в кислой среде. Длина кромок области - 1000 мм;

? ширина дефекта - это размер, поперечный к кромке листа/полосы.

Таким образом, можно добиться уменьшение класса сплошностей и отбраковку проката листа с несоответствиями, предложенного мной стандарта. Данное введение увеличит качество выпускаемой продукции, это повысит безопасность изготовленной и данного проката газотранспортной системы.

Размещено на Allbest.ru

...