Радиографический контроль: увидеть объект насквозь​

Для выявления подповерхностных дефектов радиографический контроль сварных соединений (РК, РГК) был и остаётся одним из наиболее надёжных и достоверных видов НК. Метод «эксплуатирует» проникающую способность рентгеновских лучей. Они по-разному поглощаются металлом и внутренними дефектами, и это отчётливо видно на рентгеновских снимках. По результатам их расшифровки стык можно смело признать годным либо забраковать.

Метод используется для наиболее ответственных объектов, включая магистральные и технологические нефте- и газопроводы, РВС, всевозможные сосуды, работающие под давлением, трубопроводную арматуру и пр. Рентген активно применяется в заводских лабораториях и службах ОТК на предприятиях по производству оборудования для атомных электростанций – насосов, корпусов и теплообменников парогенераторов, котлов и т.д. Метод успешно практикуется и в авиакосмической отрасли – для обследования ответственных деталей из композитов.

Технология проведения рентгеновского контроля сварных швов​

В классическом виде процедура проводится согласно ГОСТ 7512 и состоит из 8 ключевых этапов.

1. Зачистка. Стык тщательно осматривают, после чего удаляют шлак, брызги металла, окалину и прочие загрязнения, из-за которых снимки могут оказаться непригодны для расшифровки. К радиографическому контролю допускаются только те сварные соединения, которые были допущены по результатам визуального и измерительного контроля.
2. Разметка и маркировка. Осуществляется согласно руководящей документации, которая действует на объекте. Примеры таких нормативов – СТО Газпром 2-2.4-083-2006 и РД 08.00-60.30.00-КТН-046-1-05. Под разметкой понимается разделение стыка на участки по 400-500 мм (в зависимости от размера плёнки). В качестве альтернативы - обозначают начало отсчёта и устанавливают мерительный пояс по часовой стрелке относительно предполагаемого направления потока рабочей среды. На каждом из них устанавливают маркировочный знак (буквенный и/или цифровой) и эталон чувствительности (канавочный, проволочный или пластинчатый). Это необходимо для того, чтобы чётко идентифицировать сварное соединение на снимке и убедиться в том, что чувствительность радиографического контроля соответствует нормативам. Знаки представляют собой литые цифры и литеры из свинца, которые при помощи пинцета закрепляют на кассете, в которую вставляется рентген-плёнка. Конверт фиксируется на объекте при помощи магнитных прижимов.
3. Выбор схемы контроля. Они описаны в уже упомянутом ГОСТ 7512. Свои схемы панорамного и направленного (или, как говорят, «в лоб») просвечивания через одну или две стенки предусмотрены для угловых, тавровых, нахлёсточных, стыковых швов.
4. Выбор параметров контроля. К таковым относится расстояние от источника излучения до стыка, длина и ширина снимков, количество размеченных участков, которые можно «охватить» за одну экспозицию и др.
5. Собственно просвечивание. Можно условно разделить на тренировку (прогрев) рентген-аппарата (источника ионизирующего излучения, ИИИ) и само экспонирование. Чтобы «пробить» толщину стенки и получить качественные снимки, очень важно не ошибиться с мощностью напряжения и временем экспозиции. На этом этапе особенно важен опыт специалистов в проведении рентгеновского контроля сварных соединений. В современных аппаратах хоть и предусмотрены калькуляторы экспозиций, без знаний, а иногда и без дозиметра (для расчёта выходного напряжения) не обойтись.
6. Фотохимическая обработка плёнок. Проявка может проводиться вручную либо при помощи автоматической проявочной машины. В компьютерной и цифровой радиографии всё проще. Сканер считывает изображение с запоминающей пластины и выводит его на экран ПК. Самый быстрый вариант – плоскопанельные детекторы, которые можно напрямую подключить к компьютеру и передать оцифрованное изображение за считаные минуты. Новейшие модели умеют делать это посредством Wi-Fi.
7. Расшифровка. Если снимки на плёнках, используются негатоскопы с мощными галогенными либо светодиодными лампами. В цифровой радиографии изображения просматриваются на экране ПК. Расшифровка заключается не только в том, чтобы обнаружить дефекты, классифицировать их, измерить и определить местоположение. Попутно оценивают и качество плёнок. К расшифровке допускаются снимки заданной оптической плотности, без пятен, полос, повреждений эмульсионного слоя и иных «артефактов». Ограничительные метки, эталоны чувствительные и маркировочные знаки должны быть чётко видны на изображениях.
8. Оформление заключения. Записи дефектов вносятся в протоколы или журналы установленного образца с использованием специальных сокращений.

Сильные и слабые стороны рентген-контроля сварных швов​

Метод заслужил хорошую репутацию благодаря таким своим преимуществам, как:

• высокая надёжность и наглядность результатов. На снимках чётко видны даже мельчайшие дефекты. Можно оценить выпуклость, вогнутость корня шва и смещение корня. Разумеется, всё это при условии, что оптическая плотность соответствует норме;
• возможность выявления самых разных скрытых неоднородностей (особенно округлых), включая поры, непровары, подрезы, трещины, усадочные раковины, а также шлаковые, окисные, вольфрамовые и другие включения;
• возможность определения размеров, характера и местоположения дефектов. Всё это упрощает и ускоряет проведение ремонта;
• возможность применения как в полевых, так и в цеховых условиях (в том числе – для нужд серийного производства изделий);
• просвечивание объектов толстостенных объектов;
• высокая производительность при контроле кольцевых сварных швов (при использовании кроулера и/или генератора с панорамной геометрией излучения);
• документирование результатов. Как плёнки, так и оцифрованные снимки можно (и нужно) архивировать и хранить в течение продолжительного времени.

Однако при всех своих достоинствах радиографический контроль сварных соединений не идеален. Прежде всего, согласно ГОСТ 7512, данный способ не предназначен для выявления:

• несплошностей и включений, размер которых в направлении просвечивания меньше, чем удвоенная чувствительность контроля;
• непроваров и трещин с плоскостью раскрытия, отличающейся от направления просвечивания. При этом величина их раскрытия ниже, чем нормированное значение. Для каждой радиационной толщины оно своё – и может составлять 0,1–0,5 мм;
• любых несплошностей и включений, изображение которых на снимке «накладывается» на изображение посторонних деталей либо места резкого изменения толщины металла.

На этом недостатки не заканчиваются. Рентген не совершенен ещё и потому, что:

• основан на использовании рентгеновского излучения – опасного для человеческого здоровья и окружающей среды. Отчасти это проблема компенсируется дополнительными выплатами для персонала, ранним выходом на пенсию и прочими льготами. Во избежание несчастных случаев перед проведением РК рабочую зону огораживают при помощи ленты. Дополнительно используются сигнальные огни для предупреждения посторонних лиц;
• связан с трудоёмкой фотохимической обработкой снимков. Этот пункт актуален только для традиционного радиографического контроля, построенного на плёночных технологиях. В цифровой радиографии всё проще и быстрее. Но этот способ пока только набирает популярность. ГОСТ Р 50.05.07-2018, например, строго предписывает использование плёнок. А это значит, что нужно разбираться в проявке, знать и соблюдать правила работы с реактивами, решать проблему утилизации отходов и т.д. Всё это создаёт дополнительные требования к персоналу;
• требует оформления лицензии на работу с ИИИ, санитарно-эпидемиологического заключения и иных разрешительных документов;
• предполагает существенные затраты. Стоимость рентген-аппаратов достигает несколько миллионов рублей, не говоря о дополнительном оборудовании и постоянной потребности в расходниках (об этом ниже). Правда, цифры здесь относительны, так как проведение РК позволяет избежать по-настоящему страшных аварий, ущерб от которых нельзя оценить никакими деньгами. Как пример – просвечивание швов обечайки реакторной установки на АЭС.

Оборудование и материалы для рентгеновского контроля сварных соединений​

РГК – пожалуй, один из самых «требовательных» методов с точки зрения того, какое количество технических устройств, принадлежностей и аксессуаров для него предусмотрено. Перечислим хотя бы основные позиции:

• источники излучения. Чаще всего это рентгеновские аппараты (генераторы) и гамма-дефектоскопы. Первые подразделяются на переносные и стационарные, с направленной и панорамной геометрией излучения, постоянного и импульсного потенциала. Гамма-дефектоскопы – «тяжёлая артиллерия». Имеется в виду даже не габариты и масса таких устройств (они, к слову, вполне компактные), а феноменальная проникающая способность гамма-лучей. Такие дефектоскопы могут просвечивать стенки толщиной до 350 (!) мм. Правда, регулировать напряжение нельзя, а потому для тонкостенных объектов такие источники бесполезны. К тому же они гораздо опаснее рентген-аппаратов, а потому хранить и перевозить гамма-дефектоскопы можно лишь в специальных свинцовых контейнерах;
• кроулеры. Это самоходные тележки с шасси, приводом и блоком аккумуляторов. Используются с рентгеновскими аппаратами, имеющими панорамную геометрию излучения, для контроля кольцевых сварных соединений при строительстве и ремонте трубопроводов;
• проявочные и сушильные машины. Первые предназначены для автоматической проявки снимков. Позволяют проводить фотохимическую обработку даже без неактиничного освещения. Помимо штатных программ предусмотрена индивидуальная настройка циклов проявки. Сушильная техника ускоряет высыхание рентгенограмм. К этой же группе оборудования отнесём устройства для смешивания реагентов;
• денситометры. Измеряют оптическую плотность готовых снимков, после чего их допускают к расшифровке либо бракуют. Пример – внесённый в Государственный реестр СИ денситометр-яркомер XRS-4400;;
• негатоскопы. Это устройства со сверхмощными галогенными и светодиодными лампами для просмотра и расшифровки снимков. Регулировать яркость можно нажатием ногой на специальную педаль. Для просмотра плёнок разных форматов предусмотрены шторки и просмотровые окна различных размеров, в том числе сменные. Обычно негатоскопы комплектуются выносными или встроенными денситометрами. Последний вариант менее удобен, поскольку каждый раз для поверки денситометра приходится везти в ЦСМ весь негатоскоп целиком. Ещё одна проблема – большая теплоотдача. При просмотре рентгенограмм с высокой плотность потемнения это особенно ощущается, потому как оператору приходится увеличивать яркость. Через стекло проходит более интенсивный световой поток, из-за чего просмотровое окно и даже рентгеновская плёнка нагреваются. Греется и электроника (у LED-негатоскопов – светодиодная матрица) внутри прибора. Для охлаждения аппаратуры производители оснащают негатоскопы вентиляторами для обдува нагревающихся частей, проделывают в корпусе вентиляционные отверстия, используют комплектующие из тугоплавких материалов и пр. Одна из наиболее интересных моделей с точки зрения эффективности охлаждения – «Гелиос макс XRS 100/400»;
• камеры радиационной защиты. Сборные конструкции для рентгена в цеховых условиях. Не все предприятия располагают свободными помещениями под эти нужды. Использовать ИИИ в цеху, в перерывах между другими технологиями операциями – не безопасно и довольно накладно. Каждый раз нужно просить других работников покинуть свои места, а сами специалисты РК вынуждены торопиться, подолгу ждать своей очереди и т.д. Камеры радиационной защиты не требуют обустройства отдельного помещения и в то же время позволяют проводить рентгеновский контроль без лишних хлопот. Изготовленные из свинца и стали, такие конструкции «не выпускают» излучение наружу. Сигнальные фонари и акустические средства оповещения предупреждают о начале экспозиции. Камеры широко используются на заводах по производству литья, поковок, трубопроводной арматуры и прочей продукции. Среди спонсоров проекта «Дефектоскопист.ру» есть предприятие, которое специализируется на проектировании, изготовлении, сборке и сдаче под ключ камер радиационной защиты. Это созданная в 1998 году компания «Рентгенсервис» (Нижний Новгород), на счету которой – десятки построенных камер по всей России;
• эталоны чувствительности. Предназначены для наглядной оценки чувствительности РК. По ГОСТ 7512-82 обычно используются проволочные и канавочные, реже – пластинчатые. Существуют также их европейский аналоги, выполненные по EN 462-1, ASTM E-747 и другим стандартам;
• маркировочные знаки. Как уже отмечалось выше, представляют собой металлические значки в виде цифр и литер. Используются для разметки стыков и цифробуквенной маркировки;
• гибкие кассеты. Применяются для закрепления рентгеновских плёнок, усиливающих экранов, эталонов чувствительности и маркировочных знаков. Состоят из двух и более светонепроницаемых отделений. Удерживаются на металлической поверхности за счёт магнитных прижимов либо мерных поясов. У последних предусмотрены крепления в виде пряжек либо липучек. Преимущество мерных поясов, что с ними гораздо проще определить точное местоположение дефектов относительно оси трубопровода;
• дозиметры. Измеряют экспозиционную дозу. Дозиметр помогает рассчитать выходное напряжение для просвечивания заданной толщины. И, конечно же, используется специалистами РК для личной безопасности от высоких доз излучения.

Традиционный радиографический метод контроля сварных соединений нуждается и в большом количестве расходных материалов. К таковым относятся форматные и рулонные рентгеновские плёнки, реагенты (проявитель, фиксаж, стартер, концентраты для очистки проявочной техники), флюоресцентные и свинцовые усиливающие экраны. Резку плёнок осуществляют при помощи специальных резаков. От качества расходников и умения работать с ними напрямую зависит качество рентгенограмм и контроля в целом. Первое, на что обращают внимание технадзоры при ознакомлении со снимками в лаборатории, – это оптическая плотность изображения, правильность установки эталонов чувствительности, маркировки, отсутствие вуали и иных «артефактов» на изображении. Снимок считается документом, и это одно из важных преимуществ радиационных методов дефектоскопии. Поэтому и отношение к нему надлежащее: несоответствие карте контроля и НТД служит основанием для пересвета. В общем, правильный выбор плёночных систем и реактивов – это отдельная большая тема. По этой причине большинство дефектоскопистов РГК предпочитают работать с материалами какой-то одной марки.

Отдельную категорию принадлежностей составляют аксессуары, задача которых в том, чтобы упростить расшифровку и сделать её более точной. Так, в лабораториях РГК очень востребованы:

• трафареты (мерные шаблоны). Это прозрачные плёнки, на которые нанесены линейки и прочая вспомогательная разметка. С такими трафаретами намного легче измерять выявленные трещины, поры и другие дефекты;
• меры оптической плотности. Представляют собой фрагменты рентгеновской плёнки различной оптической плотности. Используются для настройки денситометра и визуального сравнения с имеющимся снимком;
• универсальные шаблоны радиографа. Более «продвинутая» версия трафаретов с дополнительными разметками, маркерами и иными вспомогательными изображениями. При наличии УШР гораздо проще определять вид дефектов, их диаметр, протяжённость, глубину и др.

Обучение и аттестация специалистов радиографического контроля​

Теоретическая и практическая подготовка персонала включает в себя обучение по следующим направлениям:

• материаловедению;
• физическим основам радиационного метода;
• природе ионизирующего излучения, его взаимодействия с материалами;
• видам и характеристикам источников излучения;
• чувствительности РГК, подбора параметров экспозиции, плёнок и усиливающих экранов;
• правилам расшифровки, классификации и определения размеров дефектов;
• работе с дозиметрами;
• фотохимической обработке плёнок и т.д.

Занятия проводятся в специально оборудованных аудиториях с камерами радиационной защиты. Соискатели отрабатывают навыки по всем этапам проведения РГК, от резки плёнок и «зарядки» кассет до просмотра готовых снимков на негатоскопе и оформления заключения.
Проводить радиографический контроль сварных швов с оформлением заключений могут только аттестованные лаборатории аттестованные и/или сертифицированные специалисты по СДАНК-02-2020 или СНК ОПО РОНКТД-02-2021 (в зависимости от того, в какой Системе НК нужно подтвердить компетенцию, чтобы зайти на объект заказчика). Для аттестации на I и II уровень необходимо иметь среднее или высшее техническое образование какого-либо инженерного вуза либо университета. Дополнительно нужно пройти специализированные курсы по программе, согласованной с Независимым органом по аттестации персонала. Для кандидатов на присвоение II квалификационного уровня вместо этого могут зачесть опыт работы по НК с составлением методических документов.

Подготовка соискателей для допуска к квалификационным экзаменам по радиографическому контролю должна занимать не менее 40 (для I уровня) или 80 (для II уровня) часов. Производственный опыт для II квалификационного уровня должен быть не менее 12 месяцев (для аттестации в Единой системе оценки соответствия).

Что касается III уровня, то для его получения кандидату желательно иметь II уровень. В этом случае для аттестации в ЕС ОС требуется подтвердить 18 месяцев производственного стажа.

На форуме «Дефектоскопист.ру» доступны статьи, живые обсуждения, библиография, база нормативной документации и много другой полезной информации для начинающих и состоявшихся специалистов РК. Чтобы стать настоящим профессионалом радиографического контроля, присоединяйтесь к нашему сообществу.