Организация оптимальных систем НК на Севмашпредприятии

Направления производственной деятельности Государственного унитарного предприятия «ПО «Севмаш» только недавно перестали быть "тайной за семью печатями". Одно время на Невском проспекте в Санкт-Петербурге можно было купить брошюру с названиями атомных подводных лодок (АПЛ), построенными на предприятии, с указанием их тактико-технических характеристик. Эта продукция требует высочайших технологий изготовления и контроля. Но кроме АПЛ предприятие выпускало целый ряд изделий гражданского назначения (в связи с конверсией доля такой продукции возросла в последние годы). Например, ежегодно предприятие выпускало до 60 тысяч пятилитровых баллонов для сжиженных газов, до 1000 емкостей котлов КВМ, гребные винты для траулеров и другую продукцию, требующую применения НК. В последние годы предприятие начало осваивать строительство буровых платформ для добычи углеводородного сырья на континентальном шельфе, изготовление и эксплуатация которых немыслимы без НК.

Работы по созданию и освоению систем НК проводит Центральная лаборатория, в составе которой работают квалифицированные специалисты по всем видам контроля, традиционно применяемым на машиностроительных предприятиях.

При изготовлении той или иной продукции перед специалистами по дефектоскопии всегда ставились задачи достижения высоких показателей надежности систем НК при возможном минимуме их стоимости и трудоемкости. Не секрет, что нередко затраты времени на контроль сварных соединений становились сравнимы с затратами на сварку. Итак, выбор оптимальных систем контроля был одной из основных проблем, которые необходимо было оперативно решать специалистам по дефектоскопии.

Наиболее драматичными были взаимоотношения таких методов, как ультразвуковой (УЗК) и радиографический контроль (РГК) сварных швов. В разные годы и для разных объектов рекомендовались к массовому применению один из этих методов или их сочетания в различном объеме.

1. Разработка системы комплексного контроля сварных швов корпусных конструкций

В конце 60-х гг. контроль всех видов сварных швов любой толщины, выполненных любыми сварочными материалами проводился только гаммаграфированием с использованием источников 192 r, БОСо и 137Сs. Их активность была тогда мала - до 5 ч 10 г-экв. Ra. Соответственно низкой была и производительность контроля. В середине 80-х гг. появились источники более высокой активности (192 r - до 100 и БОСо - до 1500 г-экв. Ra), что позволило сократить длительность экспозиции, но увеличило радиационную опасность контроля.

Одновременно с совершенствованием средств РГК активно внедрялся УЗК: сначала для контроля полуфабрикатов и заготовок (катаных и кованых), а позже - для отливок и сварных соединений. Но при сварке корпусных конструкций кораблей применялись высоколегированные материалы, что из-за крупнозернистой структуры шва препятствовало их прозвучиванию с необходимой чувствительностью.

Задача создания систем УЗК таких швов была нами поставлена перед двумя крупными НИИ. В 70-е гг. совместно с НИКИМТ была разработана методика УЗК швов, выполненных высоколегированными материалами, на базе использования двухчастотного метода и опробованы сначала макет, а затем и созданный в НИКИМТ дефектоскоп УЗДМ-1. В то же время совместно с ЦНИИ КМ «Прометей» была разработана методика контроля раздельно-совмещенными преобразователями типа «Дуэт», возбуждающими в сварном шве наклонный пучок продольных волн. Эта методика была принята к внедрению на предприятии.

Одновременно с отработкой этой методики проводился сбор статистических данных по результатам параллельного РГК и УЗК корпусных сварных швов. Дефектные участки вскрывали элек трострожкой, а пробные планки дополнительно подвергали металлографическому анализу. Всего было исследовано около 70 тысяч стыковых и тавровых сварных швов, выполненных ручной и автоматической сваркой и низколегированными и высоколегированными сварочными материалами. На основании этих исследований были установлены критерии оценки качества швов по результатам УЗК и отработано оптимальное сочетание УЗК и РГК, названное «новым комплексом».

Этот комплекс включает 100 %-ый УЗК и 20 %-ый РГК тех участков, в которых по результатам УЗК не обнаружено дефектов. Выборочный РГК проводится не с целью ревизии результатов УЗК, а для наблюдения за средним уровнем дополнительного брака, что служит косвенным критерием стабильности технологического процесса сварки. С внедрением «нового комплекса» в серийное производство (в 1987 г.) существенно снизились трудоемкость и стоимость, а также радиационная опасность НК швов и повысилась его надежность за счет повышения вероятности обнаружения наиболее опасных плоскостных дефектов.

Одновременно с разработкой систем ручного УЗК на предприятии неоднократно предпринимались попытки автоматизировать процесс сканирования сварных швов. К сожалению, ни одна из этих попыток не увенчалась успехом. В разное время на предприятии проходили опробование установки: УЗД НИИМ-17 (ЛИИЖТ), УДСЗ-2 (НПО «Волна»), Прометей-6, Прометей-7 (ЦНИИ «Прометей») и другие. Применить их в серийном производстве не удалось, и ручной контроль сварных швов остался основным. Впрочем, насколько нам известно, и в зарубежном судостроении УЗК сварных швов производится в основном вручную.

2. Методы контроля швов, выполненных электронно-лучевой сваркой

После 1988 г. в связи с внедрением на предприятии электронно-лучевой сварки (ЭЛС) встала проблема контроля сплошности таких швов. Их особенность заключается в малой ширине шва при большой толщине свариваемых элементов. Основным дефектом в таком шве является непровар, ориентированный перпендикулярно поверхности свариваемых листов.

Разработка методов НК швов, выполненных элС, велась одновременно по двум направлениям. С участием Института элек тросварки им. Патона были выполнены работы по параллельному проведению РГК и УЗК швов толщиной 70 мм. Было установлено преимущество УЗК и предложено проводить УЗК с использованием схемы «тандем». На рис. 1 показано одно из устройств, разработанное на предприятии. Соответствующие методика и приспособления были успешно применены при контроле сварных швов обечайки для опорной «ноги» буровой платформы «Арктическая».

           Другим направлением работ в области НК швов ЭЛС была разработка радиометрической установки. Учитывая, что сварной шов (включая зону термического влияния) имеет ширину от З до 14 мм, предполагалось создать от 1 до 7 каналов (в зависимости от толщины свариваемых элементов). Был изготовлен специальный опытный канал с применением теллур-кадмиевых детекторов. В качестве источника излучения был впервые использован радионуклид БОСо активностью 240 г-экв. Ra. экспериментальные исследования на специальном стенде, имитирующем условия, близкие к условиям контроля реальной продукции, показали возможность использования этого метода даже с одним каналом. При этом достигнута чувствительность контроля около 2 % от толщины для толщин до 100 мм.

3. Контроль сварных швов малых толщин

Конверсионная продукция предприятия - газовые баллоны и котлы КВМ - также потребовала определенных усилий в направлении выбора оптимальных методов НК. По сравнению со швами корпусных конструкций их можно отнести к швам малых толщин (менее 20 мм), кроме того они выполняются низколегированными электродами.

Такие швы в судостроении традиционно подвергают РГК. Но в связи с радиационной опасностью этого метода трудно было удержаться от соблазна замены РГК на УЗК и для этой категории швов. Это стимулировало проведение исследовательской работы по изысканию путей снижения нижнего предела толщин швов, подвергаемых УЗК, до 2,5 мм. Эти работы не увенчались успехом вследствие значительных размеров валика усиления шва, характерных особенно для котлов КВМ (до 18 ч 33 мм).

Поэтому на предприятии сочли целесообразным направить основные усилия на совершенствование системы РГК. Для контроля котлов КВМ были разработаны средства, позволяющие вращать и перемещать сварной шов в поле излучения и наблюдать его изображение на телевизионном экране серийно выпускаемой промышленной телевизионной установки (ПТУ). В качестве источника излучения использовались рентгеновские аппараты РУП-150 и РАП. В результате была изготовлена и запущена в эксплуатацию рентгено-телевизионная установка, размещенная в стационарном боксе (рис. 2). Разработка и внедрение специальных методик контроля сварных швов котлов толщиной 6 и 18 мм позволило сократить время контроля одного шва от суток до нескольких минут. Контроль стал частью технологическ ой цепочки изготовления котлов. При этом выявленные дефекты сразу исправлялись в еще не остывшем сварном шве, и только качественное изделие направлялось на следующую технологическую операцию.

При контроле сварных швов газовых баллонов часто происходили сбои режима работы поточного производства из-за физического недостатка времени на радиографический контроль. Имелся отдельный бокс вне участка сварки. Был разработан специальный «саркофаг» (см. рис.3) для баллона, бленды рентгеновского аппарата и приемника интроскопа. Он был установлен в специальном переносном по мещении (размером 3,5 х 4 м) рядом с пультом управления рентгеновского аппарата,                                 рис.2
установкой ПТУ и монитором. Все помещение было включено в поточную линию.

В результате возросла производительность контроля (до 250 баллонов в смену), отпала потребность поиска забракованного баллона из переносной тары, заполненной баллонами, как это делалось раньше, и появилась возможность оперативного исправления дефектных швов.

4. Особенности контроля сварных швов буровых платформ

С началом строительства буровых морских ледостойких платформ (МЛСП) «Приразломная» и «Арктическая» возник ли новые проблемы в области НК сварных швов. Для этих объектов мы не вольны были выбирать методы или их сочетания, так как они были предписаны заказчиком и сформулированы в виде Правил контроля. Для НК сварных швов Правилами предусмотрены в основном УЗК и магнитопорошковая дефектоскопия (МПД), а, например, традиционный для предприятия РГК предусмотрен только для краевых швов и на полотнах. Совсем не предусмотрен традиционный для нас капиллярный метод обнаружения поверхностных дефектов. Что же касается МПД, то прежде он не применялся на предприятии для контроля сварных швов, что потребовало определенных усилий для его внедрения.

На основе ГОСТ 21105 и РД5.9851 на предприятии разработана специальная инструкция для контроля сварных швов. В качестве средств намагничивания переменным полем использовались электромагниты TWM-42M и TWM-220 фирмы Tiede, для определения напряженности магнитного поля - приборы FSM-1 и МФ-2ЗУМ, для определения качества суспензии - прибор МФ-10СП и эталон Бертольда. Магнитная суспензия использовалась различная: Ferrofux, с черным порошком, с люминесцентным порошком, суспензия собственного изготовления по рецептуре РД5.9851.

Опыт проведения МПД сварных швов буровых платформ показал, что большую роль играют навыки дефектоскописта, особенно при контроле сварных швов, выполненных ручной и полуавтоматической сваркой, которые имеют много резких западаний и большую рельефность.

С целью оценки допустимости выявленных индикаторных следов технологическим процессом предусматривалась зачистка дефектных участков на глубину до 0,5 мм для основного металла и на глубину до 1 мм для сварных швов. Опыт контроля показал, что трещины, находящиеся на глубине 1 мм от поверхности уже практически не выявляются. Все выявленные следы удалялись, многие из них были классифицированы как трещины. В части УЗК св арных швов буровых платформ возникла необходимость отработки следующих методик:

- УЗК стыковых сварных швов толщиной от 1О мм и выше, выполненных без разделки кромок;
- определения ширины непровара в корне тавровых швов,

Для определения ширины непровара были изготовлены специальные образцы с искусственными непроварами шириной 2, 4, 6 и 8 мм и отобраны сварные образцы с естественными непроварами. В процессе отработки методики были выполнены вскрытия дефектных швов готовых конструкций, показавшие хорошую достоверность методики оценки ширины непровара.

Разрывы в крестообразных соединениях плохо выявлялись при штатном контроле наклонными преобразователями (с углами ввода 65 и 70°), проводившемся со стороны привариваемого элемента. Они, как правило, обнаруживались прямым преобразователем при контроле околошовной зоны по классу сплошности 0 по ГОСТ 22727. Исследования, выполненные на специальных образцах, показали, что причиной разрывов являются дефекты листов. При отсутствии дефектов в листах разрывов швов не наблюдалось.

На предприятии были также предприняты попытки применить метод акустической эмиссии (АЭ) для обнаружения разрывов в момент приварки ребер жесткости с двух сторон к образцу из стального листа длиной 2,5 мм, в котором при УЗК прямым преобразователем (по классу сплошности 0 по ГОСТ 22727) были обнаружены дефекты. В ходе контроля методом АЭ был зафиксирован только один сигнал. В то же время при УЗК остывшего образца был выявлен разрыв по всей длине шва и при РГК остывшего образца (под углом через тело листа) было выявлено несколько мест с разрывами. Поэтому применение АЭ для обнаружения мест разрывов крестообразных швов было признано нецелесообразным.

5. О средствах защиты от ионизирующих излучений

Предприятиям, применяющим дефектоскопы шлангового типа «Гаммарид» и «Хеллинг», возможно будет интересно узнать о наших разработках в области ликвидации аварий с этими дефектоскопами.

Не секрет, что в конце 80-х гг. при работе со шланговыми дефектоскопами (иногда из-за усталости дефектоскописта, особенно при работе в ночную смену) случалось, что источник оказывался в ампулопроводе, и вернуть его внутрь контейнера для хранения и транспортировки не удавалось. В этом случае создавалась аварийная обстановка в цехе: приходилось, почти наугад определяя местонахождение источника в ампулопроводе, рубить его, извлекать и транспортировать в "горячую камеру". Для уменьшения дозы облучения был создан специализированный контейнер, установленный на специальной тележке (авт. св. N 1503581) - он показан на рис. 4.

Контейнер имеет специальную прорезь, выемной клин и откидные крышки. В прорезь щипцами загружается ампулопровод, затем вставляется клин и ампулопровод протягивается через образовавшееся отверствие. Для него было разработано специальное устройство (датчики которого установлены внутри контейнера), позволяющее с точностью до 1 см определять местонахождение источника. Закрытием крышек, не разрубая ампулопровода, источник можно легко закрыть внутри контейнера и в таком положении вместе с дефектоскопом транспортировать в "горячую камеру". Это устройство вполне приемлемо для ликвидации аварий с источниками малой активности до 100 г-экв. Rа.

Для источников с большей активностью по договору с МВТУ им. Баумана был разработан специальный комп- лекс с установленным на шасси роботом, камерой ПТУ и аварийным контейнером. Комплекс приводится в движение четырьмя приводными колесами, управляется с расстояния 30 м, может преодолевать препятствия высотой 120 мм (рельс), маневрировать в достаточно узких проходах. Ава- рийный контейнер имеет такое же устройство, что и на ручной тележке, но управление по открытию и закрытию крышек, выемке к лина и возвращению в прорезь производится дистанционно.

Для специалистов, работающих с источниками ионизирующих излучений могут представлять интерес разработанные для защиты от излучений специальные защитные фартуки-костюмы, позволяющие до двух раз снижать дозовую нагрузку.

Кроме разработок в области дефектоскопии металла, упомянутых в данной статье, предприятие накопило большой опыт по контролю качества приклейки резиновых покрытий, конструкций из стеклопластиков и их покрытий, а также по контролю твердости крупногабаритных изделий из стали типа АК-ПК (с применением приборов типа КФЦ, UMC-9, КИМ-1).

    Рис. 4

В заключение следует отметить, что Центральная лаборатория предприятия «Севмаш» готова сотрудничать с предприятиями и организациями, имеющими потребность в услугах ее специалистов и ее материальной базы в части работ по следующим направлениям:

- неразрушающим методам контроля (ультразвуковой, радиографический, капиллярный, магнитопорошковый);
- акустоэмиссионной диагностике;
- тензометрии:
- металлографическим и металлофизическим исследованиям:
- химическим исследованиям;
- разрушающим испытаниям;
- метрологическому контролю средств НК и других средств контроля и анализа.



Просмотров: 1336

Дата: Четверг, 27 Сентября 2012

Новости