Неруйнівний контроль: досягнення та застосування в інспекції матеріалів і контролі якості

Важливість неруйнівного контролю в інспекції матеріалів і контролі якості

Неруйнівний контроль (NDT) — це методи тестування та аналізу, які використовуються в промисловості для оцінки властивостей матеріалу, компонентів, конструкції чи системи на наявність характерних відмінностей або дефектів зварювання та розривів без пошкодження оригінальної частини.

NDT поєднує в собі застосування фізико-математичних, хімічних і біологічних наук для створення комплексного процесу, який можна використовувати для перевірки та випробування матеріалів або компонентів, для виявлення недоліків, дефектів або розривів на поверхні або під поверхнею, зберігаючи при цьому працездатність компонента після перевірки, не завдаючи жодної шкоди його початковій формі або корисності.

Як інструмент контролю та забезпечення якості, неруйнівний контроль відіграє життєво важливу роль у таких галузях, як аерокосмічна промисловість, будівництво трубопроводів, мостів, нафтопереробних заводів і нафтових платформ, а також електростанцій, оскільки може допомогти запобігти збоям, які можуть мати негативний вплив на безпеку, надійність і навколишнє середовище. Це важливий процес, який лежить в основі всіх подальших операцій. Однак для того, щоб використовувати його ефективно, всебічне розуміння різних доступних методів, їхніх переваг і недоліків, а також знання різних специфікацій і відповідних стандартів є вирішальним.

Усе обладнання, продукти та матеріали мають стандартні вимоги до конструкції та передбачений термін служби. Однак іноді через дефекти, які можуть залишитися непоміченими під час виробництва, виготовлення або надання послуг, їх може знадобитися замінити або пройти серйозний ремонт, інакше небезпечні умови або катастрофічні збої можуть бути наслідком нехтування їх непридатними умовами для обслуговування. У таких випадках кінцеві витрати через закриття проекту можуть бути великими.

Наявність процедур неруйнівного тестування протягом усього процесу виготовлення матеріалу або компонента або терміну служби може захистити активи та персонал, допомагаючи компаніям упевнитися, що вони дотримуються правил і стандартів. Від нафтових вишок і трубопроводів до мостів і залізничних колій, від літаків і поїздів до високошвидкісних тематичних парків розваг, NDT широко використовується в повсякденних речах, які потребують регулярного огляду та обслуговування. На додаток до необхідності забезпечення безпеки, неруйнівний контроль використовується для забезпечення ефективності та довговічності обладнання. Це поняття відоме як управління цілісністю активів, що, відповідно, означає кращий результат і прибутковість для компаній.

Неруйнівний контроль можна використовувати на всіх етапах виробництва, виготовлення та обслуговування майже в усіх галузях промисловості, включаючи машинобудування, аерокосмічну, автомобільну, залізничну, будівельну та енергетичну, зокрема для будівництва електростанції, нафтопереробного заводу, морської платформи або на лінії виробництва турбіни реактивного двигуна чи залізниці. Різноманітні методи неруйнівного контролю, від звичайних методів візуального контролю, випробування на проникнення, випробування магнітними порошками, радіографічного контролю та вихрово-струмового випробування (ET) до передових методів ультразвукового випробування, таких як ультразвукове випробування з фазованою решіткою (PAUT) і дифракції за час польоту (ToFD), використовуються для забезпечення безпеки та надійності компонентів протягом усього терміну служби.

Звичайно, не всі методи неруйнівного контролю підходять для одного проекту. Щоб отримати відповідні дані та прийняти правильні бізнес-рішення, компанії або використовують свою внутрішню команду навчених і сертифікованих експертів, або залучають стороннього постачальника послуг інспектування, який може порадити їм доступні варіанти, їхні плюси та мінуси, а також найкращі варіанти для відповідності нормам і галузевим стандартам.

Залежно від операцій і проекту, інспекція буде проводитися під час виробничого процесу, щоб оцінити продукт і виявити області зносу, недоліки або розриви. Інтерпретація результатів використовується для усунення несправностей, запобігання нещасним випадкам, а також для забезпечення безпеки конструкції.

Основні методи неруйнівного контролю

Ми живемо в сконструйованому світі, оточеному великими структурами, залежними від складних машин. Наше життя та засоби до існування нерозривно пов’язані з належним функціонуванням нашої інфраструктури та обладнання. Щоб це було безпечно, ми повинні мати абсолютну впевненість у технологіях, на які ми покладаємося. Неруйнівний контроль забезпечує таку впевненість.

Основна мета неруйнівного контролю — оцінити якості об'єкта без його руйнування. Основною причиною цього є управління ризиками. Хоча неруйнівний контроль не усуває ризик, він може значно зменшити або пом’якшити його.

Неруйнівний контроль контрастує та поєднується з руйнівним контролем. NDT дозволяє перевіряти об'єкти та обладнання, які фактично знаходяться в експлуатації. І навпаки, після того, як об’єкт пройшов руйнівне випробування, він не може бути повернутий в експлуатацію. Отже, мета неруйнівного контролю порівняно з руйнівним контролем полягає в зменшенні ризику пошкодження важливого обладнання чи інфраструктури в польових умовах.

Обидва служать взаємопов'язаним цілям. Деструктивне тестування дає точну оцінку того, що потрібно для знищення об'єкта. Знаючи межі, встановлені руйнівним тестуванням у лабораторії, техніки виконують неруйнівний контроль у польових умовах, щоб визначити, наскільки об’єкт близький до досягнення цих меж. Якщо об’єкт знаходиться надто близько до межі, NDT дозволяє безпечно відремонтувати або замінити його до того, як буде завдано будь-якої шкоди.

Чи всі об’єкти потрібно тестувати? Ні. Неруйнівний контроль є доцільним, коли ризик виходу з ладу об’єкта перевищує вартість його тестування. Об’єкти високого ризику — це ті, які загрожують життю оточуючих у разі відмови, наприклад, пасажирські літаки чи ядерні реактори. До об’єктів високого ризику також належать ті, які можуть завдати серйозної фінансової чи екологічної шкоди, наприклад нафтопроводи. Вартість тестування є функцією вартості обладнання та часу працівників, час співробітника включає як навчання, так і фактичне тестування.

На щастя, компаніям не потрібно здогадуватися, яке обладнання чи інфраструктуру тестувати — багато вимог до неруйнівного контролю диктуються національними урядами. Уряди часто засновують свої правові вимоги на інформації, опублікованій міжнародними органами стандартизації, такими як ASTM або ISO. Таким чином, похідною — хоча й важливою — метою неруйнівного контролю є забезпечення відповідності нормативним вимогам. Нехтування вимогами неруйнівного контролю може швидко стати дорожчим у вигляді штрафів і пені, ніж просте їх дотримання.

Багато різних типів неруйнівного контролю було розроблено протягом століть, від найпростіших візуальних тестів і тестів на герметичність до передових ультразвукових або радіографічних. Кожен матеріал, що підлягає випробуванню, має різні властивості, деякі з яких є більш сприятливими для одного типу неруйнівного контролю, ніж іншого. Методи NDT відрізняються залежно від засобів тестування, необхідного обладнання, швидкості та охоплення, які вони забезпечують, і, в деяких випадках, необхідних заходів безпеки.

Немає єдиного «найкращого» методу неруйнівного контролю. Найкращим методом у будь-якому сценарії є той, який найбільше відповідає потребам організації, яка його використовує. У сучасній промисловості швидкість, простота використання та діапазон застосування часто є кращими якостями рішень неруйнівного контролю.

Візуальний огляд. Найстарішим видом неруйнівного контролю є візуальний контроль. Він використовує малопотужне обладнання, включаючи бороскопи та фіброскопи для моніторингу недоліків. Швидке, недороге та пряме візуальне тестування може стати початковим інструментом для виявлення проблем з активами та інфраструктурою від тріщин до корозії. Однак візуального тестування недостатньо, коли намагаються визначити багато різних типів несправності матеріалу, щоб безпечно відремонтувати або замінити обладнання. Якщо зір поганий, або дефекти невеликі або внутрішні, візуальний огляд неможливий. Насправді різні недоліки візуального контролю створили необхідність у будь-якій іншій формі неруйнівного контролю.

Чи ефективний візуальний огляд? Загалом метод візуального контролю сам по собі не може дати результати такої ж якості, як інші методи неруйнівного контролю (NDT). По-перше, він не може виявити певні дрібні недоліки незалежно від того, наскільки гострий зір чи досвід аналітика. Навіть використання наочних посібників та інструментів іноді недостатньо — і навіть незначні дефекти можуть перерости в критичні проблеми, якщо на них довго не звертати уваги. Там, де візуальний огляд може відігравати важливу роль, так це для моніторингу наявних недоліків або як початковий інструмент для найпростішого огляду.

Візуальні перевірки недорогі та вимагають меншої підготовки, ніж інші методи тестування. Однак цей метод просто не може зрівнятися з розширеною дефектоскопією та всебічними можливостями сканування передового обладнання неруйнівного контролю.

Ультразвуковий контроль. Ручний ультразвуковий контроль (УЗ) є одним із найпоширеніших методів неруйнівного контролю матеріалів. Це тестування використовує високочастотну механічну енергію, тобто високочастотні звукові хвилі, для проведення досліджень і вимірювань на тестовій ділянці.

Зазвичай система ультразвукового контролю перевірки складається з ультразвукового перетворювача, генератора/приймача та блоку відображення. Імпульсний пристрій/приймач — це електронний пристрій, який може створювати електричні імпульси високої напруги для перетворювача. При керуванні пульсатором перетворювач генерує високочастотну ультразвукову енергію в матеріалі у формі звукових хвиль.

Якщо на звуковому шляху є розриви, такі як включення, пористість, тріщини тощо, частина механічної енергії відбиватиметься від поверхні розривів (рефлекторів).

Сигнал відбитих звукових хвиль, отриманий перетворювачем, потім перетворюється назад в електричний сигнал, і його інтенсивність відображається на дисплеї.

Час проходження звукової хвилі можна безпосередньо пов’язати з відстанню, яку подолав сигнал. За сигналом можна визначити інформацію про розташування відбивача, розмір, орієнтацію та інші особливості.

Деякі з різноманітних переваг методу ультразвукового контролю:

• Можливість портативної або високоавтоматизованої роботи.
• Може виконуватися на всіх типах матеріалів.
• Висока точність і відтворюваність дефектоскопії.
• Зазвичай має бути доступна лише одна поверхня.
• Характеристика матеріалів.

Рентгенівський контроль. Радіографічний метод перевірки використовується для виявлення внутрішніх дефектів у багатьох різних матеріалах і конфігураціях. Рентгенівське випромінювання, яке генерується електричним шляхом, і гамма-промені, випромінювані радіоактивними ізотопами, є проникаючим випромінюванням, яке диференційовано поглинається матеріалом, через який воно проходить. Чим більше товщина, тим більше поглинання. Крім того, чим щільніший матеріал, тим більше поглинання.

Матеріал з внутрішніми порожнечами перевіряють, поміщаючи предмет між джерелом випромінювання та плівкою. Порожнечі видно як затемнені ділянки, де більше випромінювання досягло плівки, на чистому фоні. Принципи однакові як для рентгенівської, так і для гамма-радіографії.

У рентгенівській радіографії проникаюча здатність визначається кількістю вольт, прикладених до рентгенівської трубки. У випадку сталі це близько 1000 вольт на дюйм товщини. У гамма-радіографії ізотоп визначає проникаючу здатність і не змінюється в кожному ізотопі. Так, іридій 192 використовується для сталі товщиною від 15 мм до 25 мм, а цезій 134 використовується для сталі товщиною від 20 мм до 265 мм. У рентгенівській радіографії інтенсивність, а отже, і час експозиції визначаються силою струму катода в трубці. Час витримки зазвичай виражається в міліампер-хвилинах. Для гамма-променів інтенсивність випромінювання встановлюється в момент подачі ізотопу. Інтенсивність випромінювання ізотопів вимірюється в Беккерелях і зменшується з часом.

Останні розробки в радіографії дозволяють проводити діагностику «в реальному часі». Такі методи, як комп'ютерна томографія, дають багато важливої інформації, хоча ці методи можуть бути придатними лише для дослідницьких цілей і не зазвичай використовуються для контролю якості виробництва.

Переваги радіографічного контролю:

• Може перевірити зібрані об’єкти.
• Потребує мінімальної підготовки поверхні.
• Визначає як поверхневі, так і підповерхневі дефекти.
• Перевірте внутрішні дефекти складних конструкцій.
• Ізолюйте та перевіряйте внутрішні компоненти.
• Автоматичне виявлення та вимірювання внутрішніх дефектів.
• Висока чутливість до зміни товщини, наявності корозії, дефектів і зміни щільності матеріалів.

Магнітний контроль. Магнітопорошковий метод неруйнівного контролю був розроблений як спосіб перевірки сталевих компонентів на виробничих лініях. Принцип методу полягає в тому, що зразок намагнічується для створення магнітних силових ліній або потоку в матеріалі. Якщо ці силові лінії стикаються з розривом, наприклад тріщиною, на гранях тріщини утворюються вторинні магнітні полюси. Там, де ці вторинні магнітні поля з’являються на поверхні металу, їх можна виявити шляхом нанесення на поверхню магнітних частинок у вигляді порошку або рідкої суспензії. Частинки притягуються до витоку та збираються навколо дефекту, роблячи його видимим. Частинки можуть бути чорними або вкритими флуоресцентним барвником для збільшення їх видимості.

Лінії магнітного потоку повинні бути під прямим кутом до дефекту, щоб дати найкращу індикацію, оскільки це створює максимальний витік потоку. Це керує вибором відповідної техніки намагнічування. Часто для повного обстеження необхідно використовувати більше ніж одну техніку.

Дефект притягує більше частинок, якщо він перетинає більше магнітних силових ліній, тому здатність показати дефект залежить від глибини дефекту, кута дефекту до силових ліній і напруженості магнітного поля, індукованого під час намагнічування. Метод обмежений феромагнітними матеріалами — залізом, кобальтом і нікелем, оскільки інші парамагнітні та діамагнітні матеріали не можуть утримувати потік, який є достатньо сильним, щоб притягувати частинки.

Існує кілька методів магнітно-порошкового контролю (MPI). Методи розміщення з використанням портативного обладнання включають:

• Постійний магніт.
• Електромагнітне ярмо.
• Датчики струму.
• Гнучка котушка.

NDT для перевірки та контролю якості на виробництві

Ринок неруйнівного контролю (NDT) продовжує доводити, що це технологія, у яку варто інвестувати для багатьох галузей. Частково причиною його зростаючої популярності серед техніків та інженерів у цих сферах є те, що він економить компаніям мільйони доларів на ремонті.

Не секрет, що автоматизація стала домінуючою у виробничому секторі. Насправді, щороку довіра до роботизації та автоматизації зростає. Автоматизація може зробити зусилля ефективнішими. Це може оптимізувати процеси та зменшити ймовірність людської помилки. Але чого він не може зробити, так це гарантувати бездоганне виробництво, особливо коли йдеться про зварні шви та композитні матеріали.

Це підкреслює необхідність суворого тестування. Неруйнівний контроль (NDT), як вихрострумовий, так і ультразвуковий, допомагає виробникам підтримувати перевірку та контроль якості на виробництві. Запроваджуючи процеси тестування (включаючи ті, які можна автоматизувати), виробники можуть заощадити час, гроші та безпечно йти в ногу з новими технологіями.

Проблеми інспектування та контролю якості у виробництві

Виробничі процеси стали настільки ретельними та ефективними, що уявлення про пошкодження чи недоліки, які можна виявити людським оком, майже неможливо. Недоліки часто більш тонкі, навіть мікроскопічні, і це може призвести до низки проблем.

Як метали, так і композити з’єднуються за допомогою кріплень і зварних швів, які мають чітку та складну геометрію, що ускладнює перевірку. Існують також різні фізичні властивості металів і композитів, які по-різному взаємодіють з тестовими розчинами. Через ці унікальні проблеми не існує ідеального способу перевірити всі виготовлені компоненти. Існують різні методи виявлення дефектів, які залежать від компонента, який перевіряється.

Перевірка композитних матеріалів

Композитні матеріали викликають низку проблем при перевірці. Зазвичай вони не підходять для сканерів магнітного типу, оскільки не всі частини композиту є струмопровідними.

Складна геометрія багатьох композитних матеріалів також може стати проблемою перевірки. Незвичайні кути та кріпильні з’єднання часто залишають простір для утворення дефектів. Крім того, шарування матеріалів створює дещо різні рівні товщини, що може перешкоджати точності сканування, якщо у вас немає вдосконаленого обладнання, яке може регулювати різні рівні.

Ці проблеми посилюються природою композитних матеріалів. Поєднання різних матеріалів створює дефекти, які важко виявити. До них належать:

• порожнечі в пористому матеріалі,
• сторонні тіла, введені під час виробництва,
• тріщини між шарами.

Незважаючи на те, що ці недоліки часто мають невеликий масштаб, вони можуть призвести до великих проблем, якщо дефектний композитний матеріал піддається навантаженню під час експлуатації. Ультразвукове випробування з фазованою решіткою (PAUT) з портативним сканером і гнучким занурювальним зондом може бути ідеальним рішенням. Це дозволяє технікам швидко й ефективно створювати точні звіти використовуючи методи неруйнівного контролю.

Перевірка зварних швів

Перевірка зварювальних швів передбачає свої власні труднощі. Зварні шви існують майже в кожному виробничому процесі, і вони поширені в деяких галузях промисловості з найбільшим навантаженням і високим тиском у світі. Такі галузі, як залізниця, авіакосмічна промисловість і видобуток вуглеводнів, залежать від цілісності зварних швів.

Зварні шви можуть мати підняті вершини, нерівні поверхні та складні кути, що ускладнює перевірку. Щоб боротися з цим, технікам, які перевіряють, потрібні пристрої, які прості у використанні та здатні впоратися з цими порушеннями. Для деяких зварювальних швів випробування вихровими струмами є ідеальним, оскільки воно може перевіряти різноманітні поверхні.

Звичайно, не всі зварні шви однакові. Перевірка зварних швів різного металу пропонує власний набір унікальних обставин. Багато зварних швів з’єднують матеріали з різними металургійними властивостями, вирівнюванням зерен, акустичними характеристиками і геометрією.

Для деяких з них неруйнівний контроль може бути ідеальним методом інспектування, оскільки він спеціалізується на отриманні поверхневих і підповерхневих зображень матеріалів з різними властивостями.

Зварні шви з’єднують багато компонентів, необхідних для виробничих процесів. NDT забезпечує перевірку та контроль якості, необхідні для забезпечення безпеки та надійності.

Знання складнощів тестування композитних матеріалів і зварних швів дозволяє виробникам зрозуміти важливість пошуку правильного рішення для своїх потреб.

Як неруйнівний контроль використовується в будівельній промисловості?

Двома ключовими елементами будь-якого будівельного проекту є мінімізація витрат і забезпечення цілісності конструкції. Неруйнівний контроль (NDT) може досягти цих цілей за допомогою високоточних методів оцінки стану. NDT може мати багато форм, але це один із найкращих інструментів, який підрядники можуть використовувати для діагностики проблем і проведення загального тестування.

Як випливає з назви, неруйнівний контроль оцінює конструкцію або елемент, не пошкоджуючи їх. Він використовується в багатьох галузях промисловості, включаючи виробництво, аерокосмічну, нафтогазову та будівельну промисловість. Завдяки швидким портативним опціям ви можете працювати швидше, зменшуючи кількість помилок і витрати.

Важливість NDT в будівництві

NDT у будівництві зазвичай використовується для оцінки конструкцій і визначення місцезнаходження в них цілей, таких як труби, арматура та канали. Знайшовши ці предмети, NDT може спростити такі процеси, як відсікання керна, свердління та різання, щоб мінімізувати пошкодження та прискорити роботу. Це також допомагає контролювати конструкції на наявність корозії та пошкоджень. У той час як бетон є звичайним матеріалом для використання з неруйнівним контролем, цей метод також можна використовувати для таких матеріалів, як цегла або природний камінь. NDT пропонує швидкий і надійний метод випробувань у польових умовах на всіх етапах життєвого циклу конструкції.

Багато хто в будівельній індустрії обирає неруйнівний контроль через широкий спектр переваг, які він пропонує:

• Зниження витрат: обхід процесу видалення серцевини може значно скоротити трудові та матеріальні потреби та підвищити ефективність усього проекту.
• Швидше тестування: портативна система NDT дає змогу проводити випробування в польових умовах, багато методів неруйнівного контролю пропонують миттєвий перегляд зображення. Замість того, щоб витягувати серцевину, транспортувати її до випробувального обладнання та ремонтувати структуру, ви можете просто відсканувати саму структуру та негайно переглянути зображення.
• Більша точність: багато методів NDT неймовірно точні та можуть досягти кращих результатів, ніж частково руйнівний контроль. Деталі залежатимуть від вашого методу тестування, але оскільки вам не потрібно пошкоджувати структуру, зазвичай ви можете покладатися на більшу загальну точність. Маючи більше та кращі дані, ви можете швидко приймати рішення, маючи під рукою правильну інформацію. Вам не потрібно здогадуватися або витрачати стільки часу на інвазивні оцінки.
• Мінімальна шкода: усунувши необхідність видалення частини конструкції, ви можете мінімізувати ймовірність пошкодження.

Як NDT використовується в будівництві?

NDT має багато різних варіантів, які використовують такі середовища, як звук, світло та магнітне тяжіння для збору даних. Деякі популярні варіанти включають радіографічне, акустичне випромінювання, ультразвукове випробування та тестування на проникнення барвника. Вони можуть допомогти із забезпеченням якості та документацією на багатьох етапах життєвого циклу конструкції. Радіографічне дослідження часто є методом вибору завдяки його швидкості, якості та простоті використання.

У будівництві неруйнівний контроль є ідеальним методом оцінки, оскільки він не перериває інші процеси та може підтримувати проект за графіком. NDT може виявити дефекти та аномалії та запропонувати точне місцезнаходження для мінімізації пошкоджень. За допомогою неруйнівного контролю оцінювання може відбуватися без відкладення інших завдань.

NDT для будівництва часто швидкий і непомітний, з мінімальною затримкою між будівництвом, тестуванням і продовженням наступного завдання. NDT також може швидко виявляти проблеми, щоб працівники могли виявляти дефект із меншою кількістю спроб і помилок, які могли б перервати збірку.

Цифрові детекторні матриці (DDA) і комп’ютерна радіографія (CR) є двома технологіями, які використовуються в будівництві для ефективних методів неруйнівного контролю. Як види прямого радіографічного тестування, DDA та CR використовують рентгенівські або гамма-промені для візуалізації внутрішньої структури компонента. Обидва використовуються в різних галузях, наприклад, перевірка зварювальних робіт і обладнання. У будівництві вони можуть запропонувати NDT без використання плівки.

Деякі характеристики, які можна визначити за допомогою рентгенографії, включають:

• Пустоти.
• Трубопровід.
• Сітка.
• Труби та стоки.
• Лінії охолодження та нагріву.
• Схема та розташування арматури.
• Вбудовані електричні стельові коробки.
• Кабелі для передачі даних і кабелі з додатковим натягом.

Використання неруйнівного контролю в наукових дослідженнях

Дослідження та розробки є важливою частиною будь-якої галузі, і галузь неруйнівного контролю (NDT) не є винятком. Структурна цілісність трубопроводів є життєво важливою для безпечного транспортування нафти та інших рідин у всьому світі, а старіння інфраструктури трубопроводів вимагає кращих, більш частих, ефективніших і економічно ефективніших методів перевірки.

Дослідження та розробки допомагають удосконалити існуючі методи та створити нові способи перевірки на корозію, пошкодження та знос. Без попередніх досліджень і розробок ми б ніколи не просунулися далі візуальних перевірок! Рентгенівські промені, комп’ютерна та цифрова радіографія та PMI — це лише три приклади методів неруйнівного контролю, які завдячують своїм існуванням дослідникам, які навчилися застосовувати їх для перевірки трубопроводів.

У нафтовому та енергетичному секторах інженери з досліджень і розробок є життєво важливими для безпеки, захисту навколишнього середовища, дотримання нормативних вимог та ефективного використання систем та інфраструктури.

Є дві основні сфери, в яких працюють науковці з методами неруйнівного контролю: поточне вдосконалення продукту (CPI) і розробка нових продуктів (NPD).

• Поточне вдосконалення продукту (CPI). Дослідники зосереджуються на вдосконаленні існуючих методів неруйнівного контролю. Вони можуть шукати способи зробити техніку менш дорогою, швидшою, точнішою або простішою в управлінні. Вони також можуть досліджувати способи використання існуючих технологій на різних продуктах і матеріалах.
• Розробка нових продуктів (NPD). Технологічний прогрес робить можливим розробку нових та інноваційних продуктів у всіх галузях промисловості, включно з неруйнівним контролем. У секторі NDT завжди потрібні дослідження, щоб створити інструменти, які легше використовувати в польових умовах, які зазвичай включають надзвичайно жорсткі умови.

Науковці розробляють прототипи, вдосконалюють існуючі методи та техніки та розробляють нові методики. Значна частина науково-дослідних робіт полягає в моніторингу розвитку технологій і пошуку способів застосування нових технологій до методів перевірки NDT.

В ще яких галузях застосовують неруйнівний контроль

• Аерокосмічна та оборонна промисловість: звичайно, аерокосмічна та оборонна промисловість є одними з найбільш послідовних користувачів технологій NDT, включаючи використання обладнання для ультразвукового тестування. Це пов’язано з тим, що такі елементи, як конструкції планера, потрібно перевіряти на міцність і знос, оскільки вони під час використання перебувають під великим тиском. Найменше порушення матеріалів, яке може виявити ультразвукове дослідження, може призвести до втрати вантажу, майна та людських життів.
• Біомедичні та медичні пристрої: застосування неруйнівного контролю у біомедичних та медичних пристроях дуже велике. Це єдина галузь, яку непрофесіонали найбільше асоціюють з NDT, як-от ультразвук, рентген тощо. Очевидно, що там, де задіяно людське тіло, техніки хочуть завдати якомога менше шкоди під час діагностики захворювань.
• Цивільне та важке будівництво: оскільки конструкції стають все більшими та більшими, з’являється потреба в певних матеріалах, щоб вони могли витримувати великі навантаження. NDT гарантує, що матеріали, які використовуються для будівництва будівель, мостів, гребель тощо, можуть витримувати ці навантаження та зберігатимуться поколіннями.
• Нафтова та газова промисловість: ультразвукові технології, а також радіографія використовуються в цій галузі для перевірки внутрішньої структури обладнання з метою виявлення зварних швів, тріщин, пустот та інших типів матеріалів або структурних дефектів.
• Атомна енергія: сучасна атомна енергетика — це екологічно чиста енергія, з низьким рівнем викидів, дуже безпечна та дуже ефективна. Щоб переконатися, що електростанції будуються та залишаються безпечними, необхідне неруйнівне випробування від початку до кінця. Починаючи з тестування всіх компонентів, які використовуються в будівництві. Дотримуючись найкращих практик і законодавчих вимог, ретельних перевірок і результатів вимірювань, нові електростанції будуються з урахуванням безпеки.
• Целюлозна та паперова промисловість: служби перевірки підтверджують придатність котлів і варочних котлів, труб високого тиску та інших механічних компонентів до експлуатації. Ультразвуковий контроль товщини та перевірка зварних швів — це лише дві послуги перевірки, які використовуються для забезпечення механічної цілісності компонентів.
• Нафтопереробні, нафтохімічні та хімічні заводи: нафтопереробка, галузь, яка є широкомасштабною та критично важливою для національної інфраструктури та світової економіки, покладається на неруйнівний контроль для запобігання аварій і максимізації вартості інвестицій. Немає жодного аспекту нафто- та газопереробної промисловості, який би певним чином не покладався на NDT. Нафтопереробні заводи постійно використовують групи NDT для перевірки труб, стояків, резервуарів, зварних швів і великих поковок.

Вигоди від застосування неруйнівного контролю

Виконувати випробування неруйнівного контролю дуже зручно, враховуючи, що компоненти, що перевіряються, не потрібно демонтувати або навіть зупиняти з експлуатації. Портативний розмір обладнання NDT також робить його використання дуже зручним, що також сприяє ефективності методів тестування, які використовуються під час експлуатації обладнання.

Неруйнівний контроль є частиною повсякденної діяльності багатьох компаній завдяки численним перевагам, які він пропонує. Деякі з найбільш помітних переваг включають:

1. Гарантія безпеки. Неруйнівний контроль проводиться, щоб переконатися, що використовувані компоненти або матеріали не пошкоджені чи несправні та придатні для використання персоналом. Результат тестування може показати, чи потребують компоненти ремонту, чи вони безпечні для експлуатації. Оскільки методи здебільшого неінвазивні для компонентів і нешкідливі для оператора, після тестування можна гарантувати цілісність безпеки елементів, що тестуються. При правильному використанні в галузях промисловості, пов’язаних з нестабільним обладнанням високого тиску, NDT може не тільки запобігти катастрофічним збоям, виявити та вирішити катастрофічні проблеми, але навіть врятувати життя.
2. Запобігання відмови. Якщо компонент пошкоджений або виходить з ладу, бізнес не тільки серйозно постраждає через несподіване припинення роботи, але, в гіршому випадку, це може призвести до непоправних катастроф, які можуть завдати шкоди людям і навколишньому середовищу. Правильне використання NDT може запобігти цим несправностям шляхом визначення проблемних областей до того, як вони стануть проблемою за допомогою процедур аналізу несправностей.
3. Гарантія якості та надійності активів. Неруйнівний контроль пропонує надійні та точні результати, які можуть забезпечити стабільність. Оскільки цей метод тестування не пошкоджує компоненти, можна протестувати всі частини обладнання та машини, що може звести до мінімуму неточність результатів тестування та будь-які виявлені порушення. Заспокоєння, отримане в результаті ретельного тестування, є неоціненною перевагою NDT. Знання про те, що все обладнання на заводі регулярно перевіряється та відповідає стандартам, додає рівень впевненості в якості та безпеці обладнання, а також у безпеці операторів цього обладнання.
4. Економічна ефективність. Різні галузі повинні дотримуватися різних наборів правил і норм і відповідати різним стандартам безпеки. Щоб відповідати галузевим вимогам щодо безпеки, обладнання необхідно регулярно перевіряти, а неруйнівний контроль пропонує одні з найбільш економічно ефективних методів контролю. З іншого боку, результат регулярного тестування може запобігти збоям, несправностям або поломкам, які було б набагато дорожчим ремонтувати замість проведення регулярного технічного обслуговування та ремонту, коли це необхідно.

Перспективи розвитку та нові досягнення неруйнівного контролю

21 століття привело до початку Четвертої промислової революції або 4IR. Цей промисловий перехід запровадив використання автоматизації, оптимізації процесів, покращеного керування даними, зв’язку та з’єднання між процесами.

Таким чином, потреба в людській участі зменшується, і системам заохочується автоматизувати технічне обслуговування, моніторинг, усунення несправностей і загальну роботу за допомогою сучасних програмних ресурсів, датчиків, вбудованих систем, Інтернету речей, штучного інтелекту та машинного навчання.

Величезна кількість даних, отриманих за допомогою вищезазначених ресурсів для «інтелектуалізації» виробничих процесів і заводів, забезпечує активний контроль процесів і машин, а також може передбачати можливі збої та вимоги до обслуговування.

Методи неруйнівного контролю стали центральною темою з появою 4IR. Удосконалення існуючої технології передбачає впровадження вбудованих систем, передових датчиків, хмарних обчислень для полегшення зберігання даних і доступу, штучного інтелекту, що використовується для покращеної аналітики, безпомилкового висновку, скоординованого процесу та ефективного усунення несправностей.

Передові методи допомагають усунути перешкоди, створені складними неруйнівними системами, які вимагають глибокого розуміння процесу, спеціальної підготовки та значного досвіду оператора. Автоматизація та штучний інтелект узагальнюють процеси та аналізують тенденції в роботі, щоб виміряти та оцінити найбільш зручний план дій.

Імовірність людської помилки, викликаної ручним позиціонуванням, складанням і інсталяцією, також мінімізується або усувається за допомогою сучасних датчиків і, отже, оптимізує робочі процеси за рахунок зменшення ітерацій, необхідних для отримання точних і стандартизованих показань відповідно до галузевих стандартів.

Інтерпретація даних також спрощена та автоматизована завдяки використанню сучасних технологій, що дозволяє уникнути ймовірності помилок запису та оцінки. Процедурні дані ретельно документуються, тому робочий процес і можливі відхилення від стандартної процедури можна виявити за допомогою цих технічних оновлень.

Потенціальне використання NDT у небезпечному середовищі

Неруйнівний контроль надає безліч методів, які відносно легко автоматизувати та інтегрувати в роботизовані системи. Ці мобільні механізми з удосконаленими моделями руху та датчиками можна використовувати для доступу до конструкцій і механізмів у складних і небезпечних середовищах. Ці технології зберігають участь людини та зменшують ризик для життя людини в небезпечних ситуаціях, зберігаючи стандарти тестування та забезпечуючи структурну цілісність суб’єктів тестування.

Методи неруйнівного контролю, які можна автоматизувати, включають візуальний контроль, ультразвуковий контроль, ультразвуковий контроль із фазованою решіткою, дифракцію за час польоту та вихровий контроль.

Сучасні методи неруйнівного контролю можна використовувати в таких середовищах:

• Хімічно небезпечне робоче середовище: тривалий вплив хімічних речовин на робочому місці може спричинити довготривалі та смертельні захворювання працівників. Встановлено кілька галузевих стандартів щодо обмеження впливу хімічних речовин, протоколів хімічної безпеки та професійного спорядження для працівників. Роботи та обладнання є замінними, на відміну від людського життя та безпеки, тому можна використовувати хімічно стійких роботів у поєднанні з обладнанням для неруйнівного контролю.
• Робоче середовище із забрудненням повітря твердими частинками: працівники можуть вдихати та проковтувати тверді частинки, що містяться в повітрі, спричиняючи серйозні пошкодження органів (включаючи легені, серце та кістки). Пил може містити свинець, цемент, кремнезем, деревину, борошно, цвіль тощо. Роботи, з іншого боку, можуть бути оснащені датчиками (IP65) і бути захищеними від пилу, що позбавить людей від необхідності наражатися на такі небезпеки.
• Робоче середовище з високим рівнем шуму: закони OSHA (Управління з безпеки та гігієни праці) та ISO 1999-1990 встановлюють суворі стандарти щодо обмежень на вплив звуку для працівників (обмеження 85 дБ протягом 8 годин і загальна верхня межа 140 дБ), щоб запобігти довготривалому пошкодженню слуху. Роботи можуть надавати віддалений доступ до такого середовища, і тестування можна проводити без шкоди для операторів. Роботу цих роботів також можна автоматизувати, щоб усунути потребу в присутності людини.
• Робоче середовище на великій висоті: прогрес у архітектурі та цивільному будівництві призвів до будівництва все більш високих споруд. Ці конструкції піддаються впливу сильних вітрів і природних стихій, які можуть спричинити пошкодження та ослаблення конструкції. Тестування таких структур у верхніх частинах, де може бути низький рівень кисню в атмосфері, неможливе для людей-операторів і може спричинити набряк легенів і висотну хворобу. Роботи для неруйнівного тестування можуть запобігти цим проблемам і ризику нещасних випадків, пов’язаних із падінням на великій висоті, зберігаючи при цьому ретельний моніторинг цілісності конструкції.
• Робоче середовище з високими температурами: згідно з правилами на робочому місці повинна підтримуватися стандартна температура, придатна для проживання, щоб запобігти тепловим ударам серед працівників. Однак, якщо температура на робочому місці перевищує 80 °C, слід бути обережним, оскільки це може спричинити надмірну втому. При температурах вище 90 °C існують ризики теплових ударів, тому організаціям необхідно діяти вкрай обережно, залучаючи працівників у ці приміщення. Роботи можуть бути оснащені термостійкими костюмами, які можуть працювати з високою температурою. Датчики та виконавчі механізми IP69K встановлюються в таких механізмах, щоб забезпечити стійкість випробувального пристрою до тепла та тиску.
• Середовище високого радіаційного опромінення: Чорнобильський ядерний реактор і ядерний реактор у Фукусімі після аварій є деякими прикладами зон сильної радіації, які недоступні для людей без смертельних радіаційних ушкоджень або тривалих захворювань. Однак до цих зон потрібно було отримати доступ, щоб зменшити пошкодження та забезпечити безпеку. Роботи використовувалися в Чорнобилі, щоб замінити людей для виконання важливих процедур очищення, тоді як на заводі Фукусіма також використовувалися роботи для огляду зон, уражених радіацією. Щоб забезпечити безпеку та стабільність, без ризику для життя людей, радіаційно-захищені роботи використовуються з апаратурою неруйнівного контролю, щоб забезпечити безпеку та безперебійну роботу таких установок.
• Середовища для випробувань на великій глибині: глибоководні оптичні кабелі, бурові установки для нафтової промисловості, дослідження океану та атомні електростанції передбачають наявність важкої техніки в глибоководних регіонах. Тиск значно перевищує допустиму норму для професійних дайверів. Людський огляд і технічне обслуговування в таких установках складні, тому використовуються глибоководні роботи. Ці роботи також мають більший діапазон руху, ніж люди, і їх можна використовувати для багатьох процедур тестування.

Робототехніка в неруйнівному контролі

Використання роботів є вигідним для багатьох процедур неруйнівного контролю, таких як рентгенографія. Рентгенівське та гамма-промені з високою проникаючою здатністю створюють численні проблеми, які можуть перешкоджати точності результатів.

Неруйнівний контроль забезпечив експоненціальний прогрес у рентгенівських системах завдяки використанню автоматизованих рентгенівських систем, які займають менше часу на обробку та обертаються навколо об’єкта тестування, що дає комплексний аналіз і зменшує людські помилки.

Використання роботів у тестуванні NDT забезпечує повторюваність, відповідність стандартам тестування, доступ до різних середовищ, об’єктів тестування різноманітних розмірів і геометрії, вищу швидкість тестування, покращене керування даними та бездоганну точність.

Час налаштування та однорідність процесу тестування можна узгодити з використанням роботів. Удосконалені роботизовані механізми, які називаються «розумними» роботами, дозволяють проводити незалежні процедури тестування, за допомогою яких робота можна використовувати для постійного моніторингу системи, структури або процесу. Роботи не обмежені робочим часом або трудовим законодавством, тому їх можна використовувати для цілодобового неруйнівного контролю та аналізу.

Нові матеріали потребують нових методів неруйнівного контролю

Відкриття та винайдення нових матеріалів і композитів породжує потребу в нових методологіях тестування для забезпечення якості та цілісності для промисловості та сфери послуг. Дослідження та використання передових датчиків і вбудованих систем допомагають в ефективному аналізі такого матеріалу, щоб можна було прискорити прогрес у його використанні, а переваги цих новіших матеріалів можна повністю використати в нових технологіях і структурах.

• Космічна індустрія. Терагерц (ТГц) — це нова методологія неруйнівного контролю, яка використовується NASA для перевірки плиток Space Shuttle на корозію. Ця неруйнівна техніка є безконтактною та забезпечує результати з високою роздільною здатністю. Цей пристрій працює на частоті від 300 ГГц до 3 ТГц. Він може виявляти корозійні дефекти глибиною приблизно 0,13 мм. Плитки шатла не є струмопровідними та зазнають різких навантажень, починаючи від вакууму в космосі та закінчуючи морськими посадками, і можуть піддаватися корозії, яку вкрай необхідно виявити та пом’якшити. Терагерц — це ретельно досліджена методологія, яка може допомогти забезпечити безпеку космічного човника.
• Нафтова і газова промисловість. Метод повного фокусування (TFM) — це вдосконалена техніка ультразвукового тестування з фазованою решіткою, яка допомагає виявити водневе пошкодження в тестових матеріалах. Тестовий апарат є портативним і забезпечує зображення високої роздільної здатності, точні зчитування, спрощену характеристику даних, більше охоплення тестової зони, візуалізацію нахилу та зменшення мертвої зони. Метод тотального фокусування використовує індуковану ультразвукову енергію та ділить тестову зону на пікселі, вилучаючи дані про час дифракції та амплітуду з кожного пікселя. Дані амплітуди підсумовуються для N (приймачів) x N (випромінювачів). Ці дані витягуються для кожного пікселя в зоні, отже, забезпечуючи точні результати.

Удосконалення технологій та їх застосування призвели до експоненційного зростання вимог до точності та ефективності даних. Використання самих методологій неруйнівного контролю обмежене роздільною здатністю даних обладнання або діапазоном і швидкістю тестування, що створює потребу в покращенні ефективного застосування та роботи в промисловості.

Інтеграція передових технологій і краще керування даними допомагають задовольнити потреби галузі, що швидко зростають. Комбіноване застосування таких технологій виявилося корисним разом із інтеграцією даних за допомогою супутникового віддаленого тестування та регулярних методологій наземного неруйнівного контролю.

Втрати ефективності, спричинені втратою продуктивності, людськими помилками та проблемами доступності, збільшили попит на неруйнівні технології. Ретельний аналіз цілісності матеріалів, структур і продуктів разом із ретельним контролем якості є обов’язковим, а кращі форми запису інтерпретованої інформації та обміну даними всередині організації та між персоналом допомагають покращити відстеження.

Нові технології, такі як датчики, вбудовані системи, бездротове підключення, Інтернет речей тощо, допомагають оновити методології неруйнівного контролю та підштовхнути ці методи до нової ери інженерного та операційного зростання.

Удосконалення та працездатність є метою оновлених технологій, а неруйнівний контроль є ідеальною методологією для інтеграції в майбутнє техніки.