Неразрушающий контроль (НК) – технологии, типы и области применения

Тестирование продукции выполняет важную функцию практически во всех производственных процессах. Это гарантирует, что качество конечного продукта соответствует проектным спецификациям и подходит для условий, в которых он будет работать.
Существует множество методов тестирования. Одними из самых популярных являются разрушающий и неразрушающий контроль.
В этой статье подробно рассмотрим, что такое неразрушающий контроль (НК), некоторые из его популярных типов и их применение в распространенных отраслях промышленности.

Что такое неразрушающий контроль?

Неразрушающий контроль относится к использованию методов тестирования, которые не изменяют никаких свойств тестируемого объекта. Этими свойствами могут быть его прочность, целостность, внешний вид, коррозионная стойкость, проводимость, износостойкость, ударная вязкость и т.д. НК также известен как неразрушающая оценка и неразрушающий анализ.
Когда продукт проходит тест NDT (Non-destructive test), его всё еще можно использовать. Испытание не оказывает вредного воздействия на образец. Это преимущество делает неразрушающий контроль очень полезным методом для только что произведённых изделий, а также для тех, которые уже находятся в эксплуатации.
Если изделия просты по материалу и строению/геометрии, может быть достаточно использования одного процесса неразрушающего контроля. Но во многих случаях для получения конкретной информации о характеристиках продукции используется комбинация методов испытаний.
Разница между неразрушающим и разрушающим контролем
Неразрушающий и разрушающий контроль имеют некоторые сходства в своих целях, но существуют значительные различия в основных вариантах использования и методах применения. В этом разделе мы сравним и сопоставим их на основе некоторых важных факторов:
✅ Цель
✅ Эффективность
✅ Время
✅ Убытки
✅ Безопасность
✅ Точность результатов

Цель

Целью каждого типа тестирования является обеспечение того, чтобы изделие было безопасно и соответствовало стандартам качества. Однако при разрушающих испытаниях цель состоит в том, чтобы найти эксплуатационные пределы для продукта с помощью таких испытаний, как тесты на усталость металла, растяжение и ударную прочность.
С другой стороны, с помощью неразрушающего контроля проверяется, достаточно ли хорош произведенный продукт или тот, который уже находится в эксплуатации, чтобы удовлетворительно функционировать в своей среде обслуживания. Можно также использовать его для оценки степени износа , например, при использовании ультразвукового измерения толщины стенок деталей и элементов металлоконструкций.

Эффективность затрат

Есть две причины, по которым неразрушающий контроль более экономичен по сравнению с разрушающим тестом.
Во-первых, он не повреждает испытуемый образец. После оценки с помощью неразрушающего контроля он останется таким же эффективным, как и раньше, и его можно будет сразу же ввести в эксплуатацию.
Во-вторых, неразрушающий контроль может выявить потенциальные проблемы в находящемся в эксплуатации оборудовании, например, таком как ёмкость для высокого давления, и даст возможность заменить/отремонтировать конструкции до того, как произойдет авария, тем самым экономя затраты на срочный ремонт.

Время

Что касается времени, то NDT также более эффективен. Деструктивные методы по своей природе являются гораздо более трудоемкими процессами. В основном это связано с тем, что процессы деструктивного тестирования в основном выполняются вручную, и мы можем автоматизировать меньше его компонентов. Они также требуют более длительного времени подготовки и проверки.
С другой стороны, неразрушающий контроль даже не всегда требует вывода деталей из эксплуатации, что экономит время. В процессе разрушающего тестирования работа должна быть остановлена для проверки оборудования, что увеличивает время простоя.

Убытки

Тестовый продукт, который подвергается разрушающим испытаниям, становится негодным к употреблению. Иногда приходится утилизировать целые узлы оборудования.
Некоторыми примерами разрушающих методов, которые приводят к убыткам, являются испытания на растяжение, трехточечный изгиб, на удар и тест на падение.
Это не относится к неразрушающему контролю. В некоторых случаях может потребоваться разрушение, но во многих других случаях неразрушающие методы дадут аналогичные или лучшие результаты.

Безопасность

Разрушающие испытания проводятся перед вводом изделия в эксплуатацию для определения его эксплуатационных пределов прочности. Это может быть необходимо для некоторых продуктов, таких как СИЗ (средства индивидуальной защиты), которые должны быть изготовлены в соответствии с определенными стандартами, но разрушающие испытания не могут использоваться для продуктов, находящихся в эксплуатации.
В таких случаях методы неразрушающего тестирования помогут идентифицировать изношенные продукты и детали, чтобы их можно было заменить. Убедившись, что критическое оборудование находится в исправности, количество инцидентов, связанных с безопасностью, можно свести к минимуму.

Точность результатов

И разрушающий, и неразрушающий контроль могут дать очень надежные результаты. Разрушающий контроль может тестировать только небольшое количество образцов (выборка партии). С другой стороны, неразрушающий контроль может проверять всю продукцию целиком. Неразрушающий контроль также является лучшей альтернативой для поиска скрытых, внутренних дефектов в детали.

Визуальное тестирование
Визуальный контроль остается самым популярным методом неразрушающего контроля во всех отраслях промышленности. Он включает в себя тщательный осмотр образца и обнаружение дефектов, видимых невооруженным глазом.
Это быстрый и эффективный метод проверки качества продукта на каждом этапе производственного процесса, а также для изделий, находящихся в эксплуатации.
С помощью визуального осмотра можно обнаружить коррозию, трещины, дефекты сварки, деформацию и т. д. Всё, что нужно, это простые инструменты, такие как линейки, датчики или камера.
Когда инспекторы не могут добраться до труднодоступных мест или работать в опасной среде, проблемы возможно решить с помощью роботов и дронов.
Многие отрасли промышленности используют искусственный интеллект и машинное обучение для улучшения результатов визуального контроля. Например, такая технология становится всё более распространенной при обслуживании конвейерных лент, роликов и шкивов в таких системах.
Преимущества визуального тестирования:
✅ Эффективно;
✅ Недорого;
✅ Просто;
✅ Минимальное или полное отсутствие простоя;
✅ Без сложной подготовки детали или совсем без неё;
Недостатки визуального тестирования
♦️ Обнаруживаются только дефекты поверхности;
♦️ Возможна неверная интерпретация найденных недостатков;
♦️ Невозможно обнаружить мельчайшие дефекты без дополнительных оптических инструментов;

Ультразвуковой контроль

Ультразвуковое исследование остается самым популярным методом неразрушающего тестирования после визуального контроля.
В этом методе высокочастотная звуковая волна, генерируемая передатчиком, проходит через тестируемый объект. Частота этой волны обычно составляет от 1 до 10 МГц.
Волна искажается, встречая изменение плотности материала. Это изменение в передаваемой волне улавливается приемником.
Затем оборудование измеряет и анализирует отражённую волну, чтобы определить характер и глубину дефекта. Цифровое оборудование также может рассчитать толщину образца путем деления скорости волны в материале на время, затраченное на ее перемещение.
Существует множество видов ультразвукового контроля, каждый со своими нюансами и областью применения. Это импульсное эхо-тестирование, иммерсионное, проверка направленной волной и ультразвуковое зондирование с фазированной решеткой, и это лишь некоторые из них.
С помощью ультразвукового контроля можно выявить такие дефекты, как трещины, потертости, утончение, точечная коррозия.
Преимущества ультразвукового контроля:
✅ Быстро;
✅ Надежно;
✅ Удобно;
✅ Безопасно и просто в использовании;
✅ Высокая точность и чувствительность;
✅ Возможность измерения плотных материалов;
✅ Обнаружение поверхностных и подповерхностных дефектов;
✅ Выявление мелких дефектов, не видимых невооруженным глазом;
Недостатки ультразвукового контроля:
♦️ Требуется обучение персонала;
♦️ Нужна гладкая поверхность;
♦️ Трудно использовать с тонкими материалами;
♦️ Геометрия детали может создавать сложности;
♦️ Для получения точных результатов необходимо знать скорость распространения волны в испытуемом материале;
♦️ Для плавной передачи волны от преобразователя к образцу требуются контактные жидкости;

Капиллярные испытания

Капиллярный контроль — еще один популярный метод НК, используемый для выявления дефектов на поверхности.
В этом методе жидкость с низкой вязкостью (пенетрант) проникает в дефекты поверхности, такие как трещины и пустоты. Затем избыток жидкости вытирают, а образец оставляют в покое на некоторое время (время выдержки пенетранта).
Затем наносится проявитель, который позволяет пенетранту двигаться к поверхности. Образец снова оставляют в покое на заданное время (время действия проявителя).
После этого инспектор проводит поверхностный осмотр. Если краситель виден, его можно зафиксировать невооруженным глазом. В случае флуоресцентных красителей для проверки необходимо облучение соответствующим прибором. С помощью этого метода можно обнаружить дефекты поверхности, такие как трещины, пористость, швы, нахлёсты.
Преимущества капиллярных испытаний:
✅ Работает со многими материалами. Свойства материала, такие как магнетизм, проводимость и металл/не металл, не имеют значения;
✅ Может обнаруживать мелкие дефекты, такие как микротрещины;
✅ Подходит для деталей сложной геометрии;
✅ Недорого;
✅ Может тестировать большие площади;
Недостатки капиллярных испытаний:
♦️ Глубина дефектов неизвестна;
♦️ Риск воздействия токсичных паров;
♦️ Невозможно определить подповерхностные дефекты;
♦️ Не работает с пористыми материалами;
♦️ Требует много времени, обычно более 30 минут;
♦️ Необходима предварительная и последующая очистка;
♦️ Включает в себя работу с химическими веществами и, следовательно, не так безопасен, как другие методы. Утилизация химикалий также может быть проблематичной;

Радиографическое тестирование
Радиографический контроль использует ЭМ-излучение для обнаружения внутренних дефектов в деталях. Рентгеновские лучи хорошо работают с тонкими материалами, гамма-лучи эффективнее с более толстостенными деталями.
Образец помещают между источником излучения и записывающим носителем. Когда излучение падает на деталь, улавливается количество излучения, выходящего из неё в разных местах. В качестве носителя записи используется физическая рентгенографическая пленка или цифровой детектор.
Этот тест позволяет получить значения формы и размеров внутренних дефектов за счет изменения угла воздействия излучения.
Рентгенографический контроль возможно использовать для выявления таких дефектов, как трещины, утончение, коррозия, пустоты, недостаточное сплавление, пористость и нахлёсты.
Преимущества рентгенологического исследования:
✅ Может тестировать сложные структуры;
✅ Работает со многими материалами;
✅ Требует минимальной подготовки поверхности;
✅ Регистрирует поверхностные и подповерхностные дефекты;
✅ Высокая точность результатов по сравнению с другими методами;

Недостатки рентгенологического исследования:
♦️ Дорого;
♦️ Требуется двусторонний доступ к объекту;
♦️ Не так эффективен для плоских деталей и поверхностных дефектов;
♦️ Высокое напряжение и излучение могут быть опасны для персонала;
♦️ Для выполнения и точной интерпретации результатов требуется высококвалифицированный персонал;

Магнитопорошковый контроль
Магнитопорошковый контроль также является популярным методом неразрушающего контроля из-за его быстрого выполнения, когда не требуется подготовка поверхности.
При магнитопорошковом контроле деталь помещают между постоянными магнитами или электромагнитами. Сила поля является важным фактором, поскольку она дает лучшие результаты.
Когда контролируемая деталь помещается в ЭМ-поле, через образец начинает проходить магнитный ток. Если дефекта нет, получается непрерывный поток ЭМ-поля. Но, если попадается дефект, магнитное поле искажается и часть его рассеивается. Этот эффект также известен как поле рассеяния потока. Для выявления дефектов через эти точки утечки используются магнитные частицы. Магнитный порошок наносится на испытуемый образец и втягивается в эти точки утечки из-за неравномерной плотности магнитного потока.
Можно использовать либо магнитные частицы, невидимые невооруженным глазом, либо флуоресцентные для лучшей видимости.
Ширина магнитопорошковых полос больше ширины дефекта. В результате метод позволяет выявлять мельчайшие дефекты с шириной раскрытия до 0,001 мм и глубиной до 0,01 мм.
С помощью этого метода удобно обнаруживать такие дефекты, как трещины, поры, наплывы, включения, швы, расслоения, усадки, отслоения, огрехи сварки, разрывы при механообработке , а также трещины, связанные с эксплуатацией или усталостью металла .
Преимущества магнитопорошкового контроля:
✅ Легко использовать;
✅ Высокая чувствительность;
✅ Быстрые результаты;
✅ Недорого;
✅ Может работать через тонкие поверхностные покрытия;
✅ Подходит для деталей со сложной геометрией;
✅ Визуальная индикация формы и размера дефекта;
✅ Может хорошо обнаруживать дефекты поверхности. Также эффективен для подповерхностных дефектов;
Недостатки магнитопорошкового контроля:
♦️ Можно тестировать только небольшие области за раз;
♦️ Не работает с немагнитными материалами;
♦️ Покрытия толщиной более 0,1 мм необходимо удалить для испытаний;
♦️ Размагничивание испытуемых образцов необходимо, но может быть сложным;
♦️ Работает только с подповерхностными дефектами глубиной до 3 мм;

Вихревой ток
Как и магнитопорошковый контроль, вихретоковый контроль является еще одним методом электромагнитного контроля. Он работает по принципу электромагнитной индукции.
Когда ток проходит через любой проводник с током (первичный проводник), он создает магнитное поле (первичное поле).
Когда помещается второй проводник (испытуемый образец) в это магнитное поле, первичное поле индуцирует в нём встречный электрический ток.
Этот ток известен как вихревой, и он пропорционален изменению магнитного поля по мере того, как переменный ток в первичной обмотке увеличивается и уменьшается в течение каждого цикла.
Пульсирующий вихревой ток создает собственное магнитное поле (вторичное поле), которое противодействует первичному полю и влияет на напряжение и ток, протекающие через первичный проводник.
По мере изменения магнитной проницаемости и электропроводности испытуемого образца из-за наличия дефектов изменяется величина вихревого тока. Эти изменения можно записать, используя первичную или вторичную обмотку и проанализировав их, чтобы получить больше данных о дефекте.
С помощью вихретокового контроля можно обнаружить такие дефекты, как трещины, коррозия, наплывы, непровары, магнитные включения, пористость и износ.
Преимущества вихретокового контроля:
✅ Быстрое получение результатов;
✅ Минимальная подготовка деталей
✅ Может быть бесконтактным процессом;
✅ Работает со сложной геометрией деталей;
✅ Возможность автоматизации для однородных деталей;
✅ Выявляет поверхностные и подповерхностные дефекты размером до 0,5 мм;
✅ Многоцелевой. Он также может измерять толщину покрытия и материала, идентифицировать материалы и условия их термообработки;
Недостатки вихретокового контроля:
♦️ Глубина проникновения зависит от многих факторов;
♦️ Не удается обнаружить дефекты, параллельные поверхности детали;
♦️ Работает только с электропроводящими материалами;
♦️ Требуется высококвалифицированный персонал для точной интерпретации результатов;

Это одни из самых популярных методов неразрушающего контроля, используемых сегодня в промышленности. Помимо них, существует множество других методов НК для очень специфических целей. Некоторыми из них являются испытания на акустическую эмиссию, тепловые/инфракрасные тесты, анализ вибрации, тестирование на герметичность (например, масс-спектрометрические испытания), испытания на отскок, лазерное тестирование и т.д.

НК имеет широкий спектр практических применений. Но можно разделить их все на одну из следующих двух категорий: контроль качества и мониторинг состояния.
Неразрушающий контроль используется для проведения оценки качества изготовленных деталей, чтобы определить, соответствуют ли они требуемым спецификациям. Можно также применять его для оценки состояния деталей, которые уже находятся в эксплуатации, и их безопасности для дальнейшего использования.
Ниже приведены некоторые распространенные промышленные применения неразрушающего контроля:

Строительная техника
NDT может проверять структурную механику широкого спектра изделий и конструкций. Он требует минимального вмешательства и способен проводить как обычные, так и специальные проверки, не усугубляя проблемы, присутствующие в конструкции. Возможно использовать его и для проверки труднодоступных частей деталей.
Что касается применения в гражданском строительстве, то неразрушающий контроль может проверять фундаменты конструкций , памятники культурного наследия, мосты, здания и т. д.
В машиностроении НК используется для проверки нагруженного оборудования, такого как валы, турбомашины, батареи и т. д.
Методы, используемые в этой области, включают контроль: ультразвуковой, рентгенографический, визуальный, акустическую эмиссию, лазерное сканирование, фотограмметрию, тахеометрию , инфракрасную термографию и т. д.
Сварка
Методы НК позволяют выявить различные дефекты, возникающие в процессе сварки. В предыдущих разделах статьи перечислено множество дефектов сварки, которые можно надежно проверить с помощью неразрушающего контроля. НК удобно применять для выявления как внешних, так и внутренних дефектов сварки.
К внешним дефектам относятся трещины, пористость, подрезы, недоливы, брызги, нахлесты, разряды дуги. Внутренние дефекты: внутренние трещины, шлаковые включения, вольфрамовые включения, пористость, раковины и непровары.
Производители также используют методы неразрушающего контроля для проверки медицинских имплантатов на наличие мелких дефектов. Такое тестирование предотвращает последующие проблемы, когда изделия уже используются.