Проверить, не повреждая

ВНИИНМ разрабатывает и применяет уникальное оборудование для проверки качества сварных соединений

Для достоверного контроля качества сварочных работ, выполняемых на производстве, используют различные методы, один из них — неразрушающий контроль. Что это такое, в чем его особенности и как он осуществляется в атомной отрасли, «Вестнику атомпрома» рассказали специалисты в области сварочных технологий АО «ВНИИНМ» — главный специалист Юрий Панченко, ведущий научный сотрудник Михаил Васильев, ведущий инженер Павел Иваненко.

Быстро и точно

Изделия атомной промышленности высокотехнологичны и дорогостоящи. Преимущество неразрушающего контроля состоит в сочетании высокой скорости и точности проверки качества сварных соединений. Изделия, проходящие подобный контроль, не меняют свои физические и механические свойства и в случае признания годными отправляются заказчикам целыми и невредимыми.

«Наш отдел занимается сваркой, пайкой и неразрушающим контролем различных изделий (деталей) для атомной отрасли, — рассказывает главный специалист Юрий Панченко. — Что же такое неразрушающий контроль? После того, как выполняется сварка ответственных изделий, необходимо проверить ее качество, определить, есть ли внутри изделия какие-либо дефекты в виде пор, раковин, непроваров и т. д. Как это осуществить?

Первый способ — разрезать изделие и посмотреть, какова структура шва внутри. Когда запускается серийное производство изделий, как правило, выборочно режут несколько штук из партии. С учетом стоимости каждого изделия, к примеру, в 1 млн рублей — минимум два изделия идут на выброс, то есть убыток составляет 2 млн рублей.

Второй способ — оставить изделие целым и проверить его на наших установках неразрушающего контроля, позволяющих исключить дорогостоящую операцию металлографического анализа. Какова штатная процедура? Заказчики (как правило, предприятия атомной промышленности) дают нам задание на контроль сварных соединений. Мы осуществляем оперативный анализ на предмет определения технической возможности и наличия доступного оборудования, необходимого для проведения контроля. Однако часто бывает, что требуемого оборудования нет, так как изделие новое либо слишком сложное. Вот в этих случаях приходится оборудование под поставленную задачу изготавливать самостоятельно. Разработанные и изготовленные нами установки передаются заводам, где проходят опытно-промышленное опробование, а далее уже сотрудники предприятия самостоятельно проводят тестирование качества производимых изделий, не разрушая их».

Индивидуальный подход

«Мы разрабатываем установки неразрушающего контроля, в частности изготавливаем электронные блоки и проектируем механические сканеры, которые производятся в наших мастерских. Соединив электронные и механические узлы с современным компьютером, получаем аппаратно-программные комплексы, предназначенные для контроля изделий. Я участвую в разработке и изготовлении уникальных ультразвуковых преобразователей. Часто получается, что для определенного изделия или конкретного вида сварного соединения приходится изготавливать сугубо индивидуальный вид сканирующего устройства, подходящего именно для разрабатываемого типа проверки. Мы стараемся делать сканеры небольшими, чтобы они помещались на столе или в вытяжных шкафах. Электронику, кроме некоторых компьютерных комплектующих, мы делаем сами», — объясняет ведущий инженер Павел Иваненко.

«Электронику делаю я, — добавляет Юрий Панченко. — Как все это работает? Генератор излучает высоковольтные короткие импульсы, они поступают на ультразвуковой преобразователь — он преобразует импульсы в пучок высокочастотных ультразвуковых колебаний, направляемых на контролируемое изделие или сварное соединение. Импульсы отражаются от неоднородностей на пути распространения ультразвуковой волны. Затем отклик принимается датчиком и преобразуется из ультразвуковых в электрические колебания, которые усиливаются, обрабатываются компьютером и поступают на экран монитора».

В режиме реального времени

«Я занимаюсь программным обеспечением, — говорит ведущий научный сотрудник Михаил Васильев. — Пишу программы для разрабатываемой аппаратуры ультразвукового контроля. Программа управляет блоками аппаратуры, обеспечивает взаимодействие этой аппаратуры с оператором, осуществляет математическую обработку сигналов и, наконец, выдает результат контроля в виде ультразвуковых изображений на экран монитора, и все это в реальном времени.

Кроме получения общепринятых ультразвуковых изображений (A-scan, B-scan, С-scan), в современных интроскопах реализованы алгоритмы изображений новых типов, например послойные изображения, суммарные изображения, непрерывные последовательности изображений поперечных сечений сварного соединения. Так, для получения послойных изображений анализируется время пробега ультразвуковых импульсов, отраженных от объекта на разной глубине, и преобразуется в соответствующие цветовые коды, реконструируемые в ультразвуковые изображения. Конкретный участок изделия выводится на монитор, где высвечивается зона контроля и дефекты при их наличии. Годное сварное соединение при этом будет отмечено зеленым цветом, а любое отклонение от нормы будет окрашено в желтые и красные цвета в зависимости от глубины проплавления металла».

С высокой частотой

«Наша изюминка в том, что мы делаем высокочастотные дефектоскопы, которые работают на частотах до 50 МГц, — отмечает Юрий Панченко. — При этом обычные промышленные установки работают на частотах до 20 МГц, а часто и до 10 МГц. Повышенная частота позволяет нам выявлять дефекты с малым раскрытием и тестировать изделия и покрытия очень малой толщины. Если понижать частоту, то снижается и разрешающая способность. Иностранные компании делают оборудование с частотой до 30 МГц, а мы уже давно разрабатываем и создаем приборы до 50 МГц.

Но даже если импортное оборудование обладает высокими техническими характеристиками, его использование для нас оказывается неприемлемым, поскольку требует раскрытия дополнительной технической информации перед производителем. Без этого невозможна доработка аппаратуры для решения наших задач.

Мы создаем уникальные современные приборы с новыми типами сканирования — в зависимости от задач, для решения которых они предназначены. При этом у нас штучное ручное производство».

Как это работает

«Что из себя представляет процесс нашей работы? Нам приносят образец, который необходимо протестировать, и мы проводим над ним десятки различных экспериментов при помощи наших приборов, — рассказывает Павел Иваненко. — После осуществляется анализ результатов и появляется целостная картина, позволяющая приступить к разработке компьютерной программы. Программа позволит обработать полученную информацию и предоставить результаты произведенного контроля. Мы создаем методику проверки изделий, отрабатываем ее у себя, а затем уже внедряем у заказчика.

Бывает, что мы принимаем участие и в проверке серийных изделий непосредственно на производстве. Выборочный металлографический контроль не может заменить на 100% приборный контроль. Сварка — очень тонкий и технологически весьма сложный процесс. Доли миллиметра вправо-влево — и шов нарушается. Даже при соблюдении всех режимов сварки некоторые изделия могут быть с отклонениями от заданных параметров. И наши методики позволяют эти изделия выявлять. И самое главное: наше оборудование дает возможность проверить качество сварки всех изделий, не разрезая, не разрушая их физически.

В свое время мы делали установку для контроля оребренных оболочек транспортных твэлов. Это достаточно сложная задача. Была разработана установка «Иволга», которая позволяла проверять оболочки твэлов изнутри. Оболочка вращалась, а трехэлементный датчик перемещался внутри на длинном поводке. Мы метрологически аттестовали эту установку на заводе, но она долго не проработала, так как датчики оказались слишком сложными для промышленного производства».

Штучные специалисты

«Я пришел во ВНИИНМ в 1986 году, — вспоминает Юрий Панченко. — В то время существовал целый отдел неразрушающего контроля, который работал по крайней мере уже десятилетие. Работы одновременно проводились по разным направлениям: ультразвуку, вихревым токам, контролю проникающими веществами и рентгеновским излучением. Это были подразделения по 20–30 человек, которые занимались конкретными задачами. И таких задач на тот момент было очень много.

А потом пришли 1990-е годы, и стало очень сложно с финансированием. Однако отрасль пережила этот непростой период и вышла на новый уровень развития. Сегодня группа неразрушающего контроля не так многочисленна, как когда-то. Мы берем в работу только самые важные задачи и те, с которыми не могут справиться своими силами специалисты на заводах. Профессионалов, работающих по нашей тематике и способных решать подобные задачи, раз-два и обчелся — этим занимаются считанные люди. К нам обращаются, когда появляются проблемы, которые другие специалисты не могут решить. Мы делаем уникальные вещи, которые у других разработчиков не получается повторить. Уникальное программное обеспечение, уникальная электроника, уникальные датчики, уникальные специалисты».

«За последние 20 лет мы создали более десятка различных установок, — резюмирует Павел Иваненко. — Много это или мало? Оценка нашей работы — это ее результат. Если установка лежит на складе, сломалась и никому не нужна — это одно. Если же она работает на производстве и успешно контролирует серийную продукцию на протяжении многих лет — это совсем другое. Оценка нашей работы не в количестве, а в качестве, в конечном результате работы выпущенных нами установок».