Что такое стилоскопирование сварных швов? С какой целью проводят?

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:

1. 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.
2. 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:

1. Спектральный диапазон. При выборе аппарата следует учитывать, что модели старого образца имеют довольно узкий спектр, то есть могут определить не все примеси.
2. Разрешающая способность.
3. Увеличение окуляра.
4. Светосила, характеризующая разницу в яркости свечения паров и изображения, даваемого оптической системой.
5. Фокусное расстояние объектива и окуляра.

Устройство приборов

Стилоскопы состоят из 2 основных блоков:

1. «Ружье» с оптическим блоком и блоком прожига, в котором находится электрод.
2. 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:

1. Низкая точность (погрешность в среднем порядка 20%). Зависимость результата от опыта и квалификации оператора.
2. Суженная область применения – только для металлических материалов (для неметаллов невозможно создать дуговой разряд).
3. Большая нагрузка на зрение оператора.
4. Невозможность проведения анализа для труднодоступных сварных швов.
5. Отсутствие устройств, фиксирующих изображение в традиционных моделях стилоскопов.
6. Возможность перегрева образца или прибора при длительном наблюдении.