Неразрушающий контроль (НРК): комплексные методы и применение

Что такое неразрушающий контроль (НРК)?

Неразрушающий контроль (НРК) — метод испытаний и анализа, используемый промышленностью для оценки свойств материала, компонента, конструкции или системы на предмет характерных различий, сварных дефектов и разрывностей без повреждения исходной детали. НРК также известен как неразрушающее испытание (НИ), неразрушающая инспекция (НРИ), неразрушающая оценка (НРО).

В практике НРК часто используется как общий термин для обозначения методов неразрушающей инспекции, инструментов или даже всей области неразрушающих осмотров.

Для коммерческих применений (фокус этой статьи и нашей работы в Flyability) цель НРК — обеспечить правильное обслуживание критической инфраструктуры для предотвращения катастрофических аварий.

Хотя методы НРК ассоциируются с промышленностью (инспекция слабых точек котла на нефтепереработке), применения в медицине — одни из самых частых.

Например, беременная женщина, делающая УЗИ для проверки здоровья ребенка — это случай НРК, как и рентген или МРТ для диагностики травмы.

Важно отметить: НРК не обязательно требует специнструментов или каких-либо инструментов вовсе.

Например, когда инспекторы в промышленности осматривают наружность емкости под давлением невооруженным глазом — это НРК, так как они собирают данные о состоянии котла без повреждения. С другой стороны, использование ультразвукового сенсора для поиска дефектов в материале или активе — тоже НРК.

Независимо от варианта использования, общая черта — сбор данных неинвазивным способом.

Разрушающий vs. Неразрушающий контроль

Прежде чем идти дальше, уточним: существуют методы испытаний, изменяющие или даже повреждающие/уничтожающие испытуемый материал.

Их использование называется Разрушающим контролем.

При разрушающем контроле часть материала может быть скована для анализа или изменена на месте.

Примеры:

• Макроскопическое сечение. Испытание малого участка сварного материала полировкой и травлением для исследования.
• Растяжение (тензильное испытание). Разрушающий метод с контролируемым натяжением образца для изучения реакции. Натяжение для проверки определенных нагрузок/условий или точки разрушения.
• Испытание на изгиб в трех точках. Проверка целостности и гибкости (вязкости) материала: образец (купон) изгибают в трех точках до заданного угла.

Коды и стандарты НРК

Методы НРК применимы для всех видов инспекций. Но самые важные — инспекции активов вроде котлов и емкостей под давлением, которые могут быть невероятно опасны при неправильном обслуживании.

Поскольку правильное обслуживание критично для безопасности работающих рядом (даже на расстоянии — АЭС), большинство стран имеют законы, требующие соблюдения кодов и стандартов инспекции.

Эти стандарты и коды обычно требуют периодических инспекций по конкретным руководствам. Для активов с наибольшим риском инспекции должны проводиться сертифицированным инспектором и утверждаться сертифицированным свидетелем формального инспекционного органа.

Наиболее часто следуемые организации для стандартов и кодов НРК:

• API (Американский нефтяной институт)
• ASME (Американское общество механических инженеров)
• ASTM (Американское общество испытаний и материалов)
• ASNT (Американское общество по неразрушающему контролю)
• COFREND (Французский комитет по изучению НРК)
• CSA Group (Канадская ассоциация стандартов)
• CGSB (Канадский совет общих стандартов)

Зачем использовать НРК?

Основные причины, почему многие компании во всем мире используют НРК:

• Экономия. Самый очевидный ответ: НРК привлекательнее разрушающего контроля, так как позволяет исследуемому материалу/объекту выжить после проверки невредимым, экономя деньги и ресурсы.
• Безопасность. Почти все методы НРК (кроме рентгеновского испытания) безвредны для людей.
• Эффективность. Методы НРК позволяют тщательную и относительно быструю оценку активов, критичную для обеспечения безопасности и производительности на объекте.
• Точность. Методы НРК доказали точность и предсказуемость — качества, необходимые для процедур обслуживания, гарантирующих безопасность персонала и долговечность оборудования.

«Неразрушающий контроль — кровь хорошо работающего объекта. Методы НРК и повторяемые результаты зависят от высококвалифицированных техников с опытом и честностью. Промышленные методы НРК и интерпретация результатов выполняются сертифицированными профессионалами.

Техник должен быть не только сертифицирован в конкретном методе НРК, но и уметь обращаться с оборудованием для сбора данных. Понимание возможностей и ограничений оборудования — разница между решением «принять» или «отклонить».»

8 самых распространенных методов НРК

Существует несколько техник НРК для сбора различных типов данных, каждая требует свои инструменты, обучение и подготовку.

Некоторые позволяют полный объемный контроль объекта, другие — только поверхностный. Аналогично, некоторые методы имеют разную эффективность в зависимости от материала. Некоторые, как Магнитопорошковый НРК, работают только на специфических материалах (те, что можно намагнитить).

Восемь наиболее распространенных методов НРК:

1. Визуальный НРК (VT)
2. Ультразвуковой НРК (UT)
3. Рентгеновский НРК (RT)
4. Вихретоковый НРК (ET)
5. Магнитопорошковый НРК (MT)
6. Акустикоэмиссионный НРК (AE)
7. Капиллярный НРК (PT)
8. Тестирование на герметичность (LT)

1. Визуальный контроль (VT)

Определение: Визуальный неразрушающий контроль — сбор визуальных данных о состоянии материала. Самый базовый способ изучить материал или объект без изменения.

Как проводить визуальный контроль:

Можно невооруженным глазом — инспекторы визуально осматривают материал или активы. Для внутреннего визуального контроля используют фонари для глубины. Также можно с инструментами ДВК (RVI) — камерами инспекции. Для размещения камеры инспекторы НРК могут использовать робота или дрон, или просто подвесить на веревке.

2. Ультразвуковой контроль (UT)

Определение: Ультразвуковой неразрушающий контроль — процесс передачи высокочастотных звуковых волн в материал для выявления изменений его свойств.

Как проводить ультразвуковой контроль:

В общем, УЗК использует звуковые волны для обнаружения дефектов или несовершенств на поверхности созданного материала.

Один из самых частых методов — импульсно-эхо. Инспекторы вводят звук в материал и измеряют эхо (отражения) от несовершенств на поверхности, возвращающиеся к приемнику.

Другие виды ультразвукового контроля:

1. Фазированная антенная решетка (PAUT)
2. Автоматизированный ультразвуковой контроль (AUT)
3. Дифракция по времени полета (TOFD)

3. Рентгеновский контроль (RT)

Определение: Рентгеновский неразрушающий контроль — использование гамма- или рентгеновского излучения на материалах для выявления несовершенств.

Как проводить рентгеновский НРК:

Рентгеновское испытание направляет излучение от радиоактивного изотопа или рентгеновского генератора через тестируемый материал на пленку или иной детектор. Показания детектора создают теневой график (шумограф), раскрывающий внутренние аспекты инспектируемого материала.

Рентгеновское испытание может выявить аспекты материала, трудно обнаруживаемые невооруженным глазом, например изменения его плотности.

4. Вихретоковый (электромагнитный) контроль (ET)

Определение: Вихретоковый неразрушающий контроль — тип электромагнитного тестирования, использующий измерения силы электрических токов (вихревых токов) в магнитном поле вокруг материала для выводов о материале, включая локализацию дефектов.

Как проводить вихретоковый контроль:

Инспекторы изучают течение вихревых токов в магнитном поле вокруг проводимого материала для выявления прерываний, вызванных дефектами или несовершенствами в материале.

5. Магнитопорошковый контроль (MT)

Определение: Магнитопорошковый неразрушающий контроль — выявление несовершенств в материале путем изучения нарушений в потоке магнитного поля внутри материала.

Как проводить магнитопорошковый контроль:

Инспекторы сначала индуцируют магнитное поле в материале, высоко восприимчивом к намагничиванию. После индукции поверхность материала покрывают железной пылью, которая раскрывает нарушения в потоке магнитного поля. Эти нарушения создают визуальные индикаторы расположения несовершенств внутри материала.

6. Акустикоэмиссионный контроль (AE)

Определение: Акустикоэмиссионный неразрушающий контроль — использование акустических эмиссий для выявления возможных дефектов и несовершенств в материале.

Как проводить акустикоэмиссионный контроль:

Инспекторы, проводящие АЭ-тесты, изучают материалы на предмет всплесков акустической энергии (акустических эмиссий), вызванных дефектами. Интенсивность, местоположение и время прибытия раскрывают информацию о возможных дефектах внутри материала.

7. Капиллярный контроль (PT)

Определение: Капиллярный неразрушающий контроль — процесс покрытия материала жидкостью и поиска разрывов в жидкости для выявления несовершенств.

Как проводить капиллярный контроль:

Инспекторы сначала покрывают тестируемый материал раствором с видимым или флуоресцентным красителем. Затем удаляют лишний раствор с поверхности, оставляя его в дефектах, «прерывающих» поверхность.

После этого используют девелопер для вытягивания раствора из дефектов, затем ультрафиолет для раскрытия несовершенств (для флуоресцентных красителей). Для обычных красителей цвет проявляется в контрасте между проникающим веществом и девелопером.

8. Тестирование на герметичность (LT)

Определение: Контроль герметичности неразрушающий — процесс изучения утечек в сосуде или конструкции для выявления дефектов.

Как проводить тестирование на герметичность:

Инспекторы могут обнаружить утечки в сосуде измерениями манометра, мыльными пузырями, электронными слуховыми приборами и др.

Где используется неразрушающий контроль?

В зависимости от того, насколько широко определять НРК, можно сказать, что он используется почти в каждой отрасли мира, так как визуальные инспекции (формализованные или случайные) происходят почти везде в какой-то форме.

Тем не менее, есть конкретные отрасли, требующие НРК с формализованными процессами, как у организаций API и ASME.

Эти отрасли включают:

• Нефть и газ
• Энергетика
• Химическая промышленность
• Горное дело
• Аэрокосмическая
• Автомобильная
• Морская
• Горное дело

Как дроны помогают в НРК

В последние годы дроны с камерами стали еще одним распространенным инструментом НРК для сбора визуальных данных.

Из-за технологических ограничений дроны долго могли давать только дополнительные визуальные данные инспекторам, но не заменять их при сборе данных вручную.

Однако с улучшением технологии дронов инспекторы смогли использовать их всё чаще как инструменты ДВК (RVI), в некоторых случаях полностью заменяя необходимость ручного сбора визуальных данных.

Два основных способа, как дроны помогают в НРК сегодня:

Безопасность

Устраняя необходимость инспекторам входить в опасные пространства для сбора визуальных данных, дроны повышают безопасность на рабочем месте.

Для наружных инспекций линий электропередач или вышек дрон сокращает время пребывания человека в воздухе на башне/линии.

Для внутренних инспекций емкостей под давлением или котлов дрон вроде Elios 2 позволяет инспектору не входить в замкнутое пространство — снова значительно снижая риск.

Экономия

Дроны улучшают ROI как в наружных, так и внутренних сценариях, но экономия особенно значительна для внутренних инспекций.

Использование профессионального внутреннего дрона вместо отправки инспектора вручную означает экономию на строительстве и демонтаже лесов, сокращение простоя — в некоторых случаях на 1–2 дня.

Часто задаваемые вопросы

Что такое неразрушающий контроль?

Неразрушающий контроль (НРК) — процесс инспекции, испытания или оценки материалов, компонентов, сборок на предмет разрывностей или отличий в характеристиках без разрушения пригодности детали или системы. Иными словами, после инспекции деталь все еще может использоваться.

Что означает НРК?

НРК — неразрушающий контроль. Набор методов инспекции, позволяющих инспекторам оценивать и собирать данные о материале, системе или компоненте без его постоянного изменения.

Для чего используется НРК?

Неразрушающий контроль (НРК) — метод испытаний и анализа, используемый промышленностью для оценки свойств материала, компонента, конструкции или системы на предмет характерных различий, сварных дефектов и разрывностей без повреждения исходной детали.

Хорошая ли карьера в НРК?

НРК используется в очень широком спектре отраслей: Нефть и газ, Аэрокосмика, Энергетика, Ядерная, Транспорт — возможности работы практически безграничны. Карьера в НРК крайне динамична, актуальное обучение — необходимость.

Каковы типы неразрушающего контроля?

8 самых распространенных методов НРК:

• Визуальный НРК (VT)
• Ультразвуковой НРК (UT)
• Рентгеновский НРК (RT)
• Вихретоковый НРК (ET)
• Магнитопорошковый НРК (MT)
• Акустикоэмиссионный НРК (AE)
• Капиллярный НРК (PT)
• Тестирование на герметичность (LT)

Каковы 3 метода разрушающего контроля?

Самые частые типы разрушающих методов: тестирование в агрессивной среде. Коррозионное тестирование. Искривление и механическое тестирование.

Зачем используется неразрушающий контроль?

Неразрушающий контроль проводят для выяснения, что компоненты или материалы не повреждены или неисправны и пригодны к использованию персоналом. Результат теста показывает, нужен ли ремонт или они безопасны для эксплуатации.

Что такое разрушающий и неразрушающий контроль?

Разница: разрушающий контроль проводится с повреждением испытуемого образца. В отличие, при неразрушающем контроле (НРК) испытуемый предмет не страдает физического повреждения и может использоваться в активной эксплуатации после тестирования.

Как проводится неразрушающий контроль?

Текущие методы НРК: Акустикоэмиссионный (AE), Электромагнитный (ET), Лазерные (LM), Герметичность (LT), Магнитный поток утечки (MFL), Капиллярный (PT), Магнитопорошковый (MT), Нейтронный рентгеновский (NR), Рентгеновский (RT), Термо/Инфракрасный (IR).

Что означает Разрушающий контроль (DT)?

Разрушающий контроль (DT) — форма объективного анализа, включающая применение теста для разрушения конкретного материала для определения его физических свойств: механических свойств прочности, вязкости, гибкости, твердости.

Каков пример разрушающего контроля?

Включает разные типы разрушающих методов: растяжение, изгиб, ударный тест Шарпи, тест Пелони с падающим весом, тест на сколы, крэш-тест, давление, тест на 파괴.

Зачем используется ультразвуковой контроль?

Ультразвуковой контроль (УЗК) — метод НРК, использующий звуковые волны для обнаружения трещин и дефектов в деталях и материалах. Также для определения толщины материала, например стенки трубы.

Является ли испытание на твердость неразрушающим?

Испытание на твердость — относительно простой и недорогой неразрушающий тест, выполняемый на наружной поверхности материалов или сварных швов. Хотя обычно не находит дефекты, может показать, что материал или швы не стали чрезмерно хрупкими при сварке или термообработке.

Как проводится разрушающий контроль?

Разрушающий контроль осуществляется путем приведения материала к разрушению под различными нагрузками. Метод используется для нахождения механических свойств: предел прочности, предел текучести, твердость, ударная вязкость, относительное удлинение.

Как работает ультразвуковой контроль сварных швов?

Ультразвуковой контроль сварных швов для альтернативной энергетики:

• Ультразвуковой прибор посылает пучок высокочастотной ультразвуковой энергии в компонент или материал.
• Ультразвуковой пучок проникает через весь компонент или материал.
• Затем два звуковых сигнала от прибора оповещают испытателя.

Что такое разрушающий метод?

Разрушающие методы обычно используют для определения физических свойств конкретного продукта, который будет массово производиться. Это гарантирует, что вы знаете долговечность изделия до выхода на рынок.