Стилоскопирование швов сварных соединений является одним из видов контроля качества. Несмотря на невысокую точность, он широко применяется при производстве сосудов и трубопроводов с целью быстрого определения легирующих компонентов и некоторых вредных примесей.
Порядок проведения работ, объем и места анализа регламентируются отраслевыми руководящими документами и государственными стандартами.
Стилоскопирование сварных швов – что это такое?
Стилоскопирование – это экспрессный метод оценки химсостава металла сварного шва на соответствие требованиям НТД (нормативно-технической документации). Он основан на визуальном контроле, который заключается в сравнении яркости полученных спектральных линий с эталонными снимками.
Впервые этот метод был внедрен в практику в 30-е гг. XX века и широко применяется в промышленности до сих пор.
С помощью стилоскопирования можно определить наличие следующих веществ в сталях и цветных сплавах:
- легирующие добавки (хром, никель, вольфрам, молибден, титан и другие);
- углерод;
- сера;
- фосфор.
Данный метод контроля относится к качественному и полуколичественному (субъективному) типу анализа, то есть он применяется в тех случаях, когда отсутствуют высокие требования к точности измерений.
Стилоскопирование проводится также в качестве первого шага оценки качества сварных швов ответственных соединений. Если его результаты не удовлетворяют требованиям НТД, то производятся другие виды исследования, на основании которых делают окончательное заключение о пригодности соединения.
Области применения
Стилоскопический анализ проводится в следующих случаях:
- входной контроль поступающих на предприятие сборочных узлов или изделий (требования к проведению стилоскопирования – в ГОСТ 24297-2013);
- монтаж и ремонт оборудования;
- сборочно-сварочные работы.
Контроль качества может производиться как в цеховых, так и в полевых условиях (при наличии сети переменного тока для питания источника возбуждения спектра).
Кроме того, благодаря универсальности стилоскопов, их можно использовать для других операций:
- качественный контроль сырья и материалов;
- разбраковка металлопроката;
- сортировка металлического лома;
- анализ химического состава отливок;
- контроль марок металла деталей перед их сборкой.
Нормативная документация
Необходимость стилоскопирования сварных соединений определяется конструкторской и проектной документацией, техническими нормативами, установленными в организации-изготовителе металлоконструкций и оборудования.
Требования к проведению такого контроля имеются также в отношении следующих объектов:
- сосуды и аппараты, которые работают под давлением, – РД 26.260.15-2001, ПБ 10-576-03;
- детали энергетических установок (тепловые электрические станции) – РД 34.17.416-96;
- трубопроводы пара и горячей воды – ПБ 10-573-034;
- технологические трубопроводы из теплоустойчивых и высоколегированных сталей – РД 51-31323949-38-98 (ОАО «Газпром»);
- паровые и водогрейные котлы – ПБ 10-574-03.
Чаще всего стилоскопированию подвергают узлы, изготовленные из нержавеющих и жаропрочных легированных сталей для определения хрома и молибдена.
Человеческий фактор и надежность металлоконструкций
Материал деталей подбирается конструктором так, чтобы обеспечить их наилучшую свариваемость. Марка электрода также оговаривается в нормативной документации на проектирование и проведение сварочных работ.
В связи с этим может возникнуть вопрос – с какой целью проводят стилоскопирование металла шва?
Нарушение проектных условий сварки может наблюдаться в том случае, если произошла случайная замена нормативного материала детали или в результате неправильного подбора электрода сварщиком.
Проведение «быстрого» спектрального анализа позволяет предотвратить в последующем аварийный выход из строя установки или разрушение металлоконструкции.
С помощью стилоскопа можно на месте оценить содержание сотых долей элементов в стали и сплавах. Общая длительность данного вида контроля составляет порядка 2-3 минут, не требует сложной подготовки, а изделие после операции контроля может сразу использоваться по своему назначению.
Физические основы метода
Стилоскопирование – это неразрушающий метод контроля, основанный на явлении свечения паров металла в дуговом разряде (низковольтной искре). Последний создается с помощью системы двух электродов, одним из которых является исследуемый образец, а вторым – «постоянный» электрод прибора.
Его изготавливают в виде стального стержня или медного диска. Во время горения дуги осуществляется перенос вещества с электродов, а пространство между ними заполняется раскаленными парами.
Для каждого вида металла характерны свои линии спектра. Излучение светящихся паров направляется в оптическую систему стилоскопа, где в призме происходит его разложение в спектральные линии с определенной длиной волны. Их можно наблюдать в окуляре. Если в спектре присутствуют линии того или иного химического элемента, то это значит, что он имеется в материале сварного шва и наоборот.
Качественная оценка производится по спектрограммам, собранным в атласе, а полуколичественная – по таблицам сравнительной интенсивности. Эти данные прилагаются в комплекте к спектрометру.
Смотрите видео-сюжет про применение неразрушающих методов контроля:
Порядок выполнения анализа
Стилоскопирование сварных соединений осуществляется в следующем порядке:
- подготовка поверхностей электродов (зачистка шва до блеска, устранение краски, ржавчины и других пороков, заточка электрода стилоскопа напильником или на токарном станке);
- установка сварного соединения на стол (для малогабаритных узлов), при необходимости – его закрепление;
- маркировка исследуемых стыков для последующего фиксирования результатов в картах контроля;
выставление расстояние от электрода до образца по шаблону; - зажигание электрической дуги или искры;
- регулировка окуляра для наведения максимальной резкости изображения;
- визуальная оценка анализируемого образца, фиксирование результата в контрольном журнале, составление протокола.
Если сварной шов выполнен двумя и более сварщиками, то производится контроль каждого участка. При получении неудовлетворительных результатов делают дополнительный анализ в 3 точках.
Смотрите интересное видео — стилоскопирование, спектральный анализ:
Типы стилоскопов
В промышленности выпускают 2 основных вида стилоскопов:
- Переносные. Их назначение – экспресс-анализ в цехах, на складах и в полевых условиях, а также контроль крупногабаритных изделий. Масса мобильных устройств без силового модуля колеблется в пределах 2-5 кг.
- Стационарные. Применяются в основном в лабораторных условиях. Имеют большую чувствительность и возможность более длительной работы (меньше перегреваются), но существенным ограничением их использования является размер исследуемого узла.
В продаже имеются также гибкие стилоскопы для работы в труднодоступных местах. У таких моделей блок прожига закреплен на оптико-волоконном проводе.
Видео-обзор стилоскопа СЛ-13, который предназначен для эмиссионного визуального качественного и полуколичественного анализа сталей, цветных металлов и сплавов:
Основные параметры приборов
Основными характеристиками стилоскопов являются:
- Спектральный диапазон. При выборе аппарата следует учитывать, что модели старого образца имеют довольно узкий спектр, то есть могут определить не все примеси.
- Разрешающая способность.
- Увеличение окуляра.
- Светосила, характеризующая разницу в яркости свечения паров и изображения, даваемого оптической системой.
- Фокусное расстояние объектива и окуляра.
Устройство приборов
Стилоскопы состоят из 2 основных блоков:
- «Ружье» с оптическим блоком и блоком прожига, в котором находится электрод.
- Генератор, от мощности которого зависит максимальная продолжительность анализа. В его составе имеются силовой трансформатор, амперметр, катушка индуктивности, блоки сопротивления и конденсации, переключатели, индикаторы, кабельные разъемы.
Современные модели стилоскопов также оснащены портом USB или аналоговым входом для соединения с цифровыми устройствами, могут иметь ЖК-дисплей и фотографирующее устройство (камеру-окуляр) для сохранения изображения.
Преимущества и недостатки
К преимуществам стилоскопического анализа сварных швов относятся:
- более быстрое получение результатов по сравнению с лабораторными видами химического анализа;
- универсальность;
- сохранение целостности изделия, отсутствие необходимости вырезать образцы сварных швов;
- высокая надежность работы оборудования;
- низкая цена (от 300 тыс. рублей) по сравнению с лазерными и рентгенофлуоресцентными анализаторами (от 1 800 тыс. рублей);
- простота конструкции стилоскопов и удобство их эксплуатации.
Недостатками этого метода контроля являются:
- Низкая точность (погрешность в среднем порядка 20%). Зависимость результата от опыта и квалификации оператора.
- Суженная область применения – только для металлических материалов (для неметаллов невозможно создать дуговой разряд).
- Большая нагрузка на зрение оператора.
- Невозможность проведения анализа для труднодоступных сварных швов.
- Отсутствие устройств, фиксирующих изображение в традиционных моделях стилоскопов.
- Возможность перегрева образца или прибора при длительном наблюдении.
