Революция в промышленной дефектоскопии: старые методы с новыми технологиями

Представьте себе гигантский промышленный объект, где каждый элемент должен быть безупречен. От крошечной детали до многотонной конструкции — всё должно работать как часы.

Именно здесь начинается история современной дефектоскопии, которая переживает настоящую технологическую революцию.

Традиционные методы неразрушающего контроля объединяются с инновационными решениями, где главные роли играют искусственный интеллект и автоматизация процессов. В условиях растущих требований к безопасности и надёжности промышленных объектов это направление становится ключевым для развития современной промышленности.

Рассмотрим, как классические методы дефектоскопии трансформировались в современные способы неразрушающего контроля.

Классика жанра: что мы знаем о дефектоскопии

Для начала отметим, что дефектоскопия, как и неразрушающий контроль, — это комплекс технологий для выявления дефектов и повреждений в различных изделиях, конструкциях, зданиях и сооружениях. Главное преимущество метода заключается в том, что обследование проводится без демонтажа объекта и нанесения ему каких-либо повреждений. А когда речь идёт о неразрушающем контроле, то проверка ещё и не требует выведения объекта из рабочего состояния.

Особое внимание дефектоскопистов обращено на опасные производственные площадки. Здесь специалисты буквально по миллиметрам исследуют трубопроводы, котлы, газопроводы и несущие конструкции зданий.

Дефектоскопия проникла во все сферы — от авиации до строительства:

• Нефтегазовый сектор контролирует целостность трубопроводов.
• Авиационная промышленность проверяет безопасность конструкций.
• Энергетика следит за состоянием турбин.
• Металлургия контролирует качество проката.
• Железнодорожный транспорт проверяет рельсы.
• Строительство анализирует состояние конструкций.

Проверка состояния становится ключевым фактором в обеспечении промышленной безопасности. Каждый обнаруженный дефект — это потенциальная угроза, которую необходимо устранить до того, как она перерастёт в серьёзную проблему.

Традиционно инженеры используют несколько проверенных временем методов:

• Рентгенография — просвечивает материал насквозь.
• Ультразвук — проникает вглубь материала.
• Магнитная дефектоскопия — отлично раотает с ферромагнитными материалами.
• Капиллярный контроль — идеален для поверхностных дефектов.
• Вихретоковый контроль — применяется для проверки электропроводящих материалов. Эффективен при выявлении поверхностных и подповерхностных дефектов.
• Термография — метод, основанный на анализе теплового излучения объектов. Позволяет выявлять неоднородности материала по температурным аномалиям.

Рассмотрим основные из этих способов отдельно. Как сильно технологии изменились к 2025 году?

Рентгенография

Рентгеновская дефектоскопия — это один из основных методов неразрушающего контроля, который уже много лет применяется на промышленных предприятиях.

В частности, её широко используют машино-, авиа- и судостроительные отрасли, а также нефтегазовая и энергетическая промышленности.

Технология позволяет обнаружить скрытые дефекты в металлах, сплавах и других материалах. С её помощью на производствах контролируют качество сварных швов, литейной продукции и других изделий, которые нельзя исследовать методами разрушающего контроля.

Основные задачи этой технологии — выявление скрытых дефектов в металлах, сплавах и других материалах, контроль качества сварных швов, литейной продукции и иных изделий, которые не могут быть исследованы методами разрушительного контроля.

Как правило, снимки дефектов в материалах получают с помощью специального оборудования, например, аппарата РАП-120. В его основе лежит вакуумный сосуд, внутри которого расположены анод, катод и катодный накал. Рентгеновские лучи появляются в результате сильного ускорения заряженных частиц или высокоэнергетического перехода в оболочке атомов. А затем излучение фиксируют на фоточувствительном материале — получается рентгенограмма.

Современная рентгеноскопия использует ряд новых технологий:

• Детекторы контроля становятся цифровыми, что обеспечивает более высокую чувствительность анализа.
• Визуализация получает трёхмерное воплощение, благодаря аддитивным технологиям. Это позволяет исследовать дефекты с большей точностью.
• Рентгеновские системы интегрируют в роботизированные линии и конвейеры — это повышает производительность и снижает вероятность ошибок.

Хотя рентгеновская дефектоскопия уже достигла значительных результатов, всё ещё есть нерешённые вопросы, требующие внимания. В частности, необходимо повысить чувствительность систем, улучшить качество обработки изображений и сократить время анализа данных. Эти задачи будут определять развитие технологии в ближайшие годы.

Ультразвук 

Ультразвуковая дефектоскопия (УЗД), как и, например, ультразвуковая толщинометрия (УЗТ), относится к основным методам ультразвукового контроля (УЗК).

Эти методы неразрушающего контроля активно используются на опасных производственных объектах (ОПО), которые находятся под контролем Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор).

Ультразвуковая дефектоскопия основана на использовании продольных и поперечных волн. Эти волны могут быть как горизонтально, так и вертикально поляризованными.

Для проверки различных типов сварных соединений, таких как стыковые, нахлёсточные, тавровые и угловые, применяются специальные типы волн: головные, нормальные и поверхностные.

Кроме того, этот метод подходит не только для контроля металлов, но и для других материалов, включая полимеры, углепластики, композиты и бетон.

Для проведения ультразвукового контроля используются разнообразные инструменты и устройства:

• одноканальные и многоканальные ультразвуковые дефектоскопы;
• прямые и наклонные совмещённые, раздельно-совмещённые и раздельные пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП);
• поворотные преобразователи;
• электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП);
• преобразователи — фазированные решётки (ФР ПЭП или ПФР);
• калибровочные и настроечные образцы;
• контактная жидкость;
• механические и автоматизированные сканирующие устройства.

В последние годы в отрасли стали появляться передовые решения для УЗД, например:

• технология цифровой фокусировки антенной решётки (ЦФА, TFM/FMC);
• полноматричный захват (FMC);
• тройное сканирование и другие.

Эти технологии позволяют сделать ультразвуковую дефектоскопию более эффективной для обнаружения как поверхностных, так и объёмных дефектов. Кроме того, они делают визуализацию результатов сканирования более наглядной и понятной.

Ультразвук особенно эффективен в «поточном» контроле металлургических производств. С его помощью проверяют наличие дефектов в трубах, рельсах, листовом прокате и других изделиях.

Магнитная

Магнитная дефектоскопия — совокупность методов, которые позволяют исследовать объекты без их разрушения, основываясь на анализе взаимодействия объекта с магнитным полем. Это один из ключевых инструментов промышленной диагностики, который помогает обнаруживать различные повреждения в металлических конструкциях.

Чаще всего в промышленности используют магнитопорошковый метод. Принцип работы следующий:

1. Деталь намагничивается.
2. На её поверхность наносят специальный магнитный порошок.
3. Под воздействием магнитного поля частицы порошка образуют индикаторный рисунок.
4. Глядя на него, можно визуально определить наличие и расположение дефектов.

Этот способ НК также уже автоматизирован. Так, за счёт автоматизации обработки диагностических данных ускоряется процесс и снижаются затраты. Моделирование электромагнитного поля позволяет точно оценивать размеры дефектов. А бесконтактная многоканальная профилеметрия улучшает качество данных и исключает ложные дефекты. 

Капиллярный контроль

Принцип действия капиллярного контроля (КК) основан на способности специальных жидкостей, известных как дефектоскопические материалы, проникать в микроскопические трещины и поры на поверхности, что делает их видимыми для человеческого глаза.

Для проведения капиллярного контроля применяются специальные наборы, в состав которых входят индикаторный пенетрант, очиститель и проявитель. Каждый из этих материалов играет свою важную роль в процессе выявления дефектов.

Такой контроль осуществляется в несколько этапов:

1. Подготовка поверхности (шероховатость должна быть не более 3,2 мкм по Ra или 20 мкм по Rz).
2. Обезжиривание поверхности.
3. Нанесение пенетранта (этот материал проникает в полости дефектов, позволяя увидеть их изнутри).
4. Удаление излишков пенетранта.
5. Нанесение проявителя (он «вытягивает» пенетрант из дефектов, делая их видимыми).
6. Осмотр индикаторного рисунка.
7. Измерение максимального размера выявленных дефектов.
8. Оценка дефектов в соответствии с нормами отбраковки.

Капиллярный контроль активно используется для оценки качества продукции, изготовленной из различных материалов: чёрных и цветных металлов, керамики, пластмассы и других твёрдых веществ.

Этот тип НК находит применение в разнообразных сферах: от нефте- и газодобычи, а также металлургии до машиностроения, судо-, авиастроения и атомной энергетики.

Таким образом, видно, что современная дефектоскопия прошла впечатляющий путь трансформации, превратившись из набора отдельных методов контроля в комплексную систему обеспечения безопасности промышленных объектов

В продолжении расскажем о принципиально новых подходах в промышленной дефектоскопии!