Вихретоковая дефектоскопия трещин в стальных элементах конструкций

Вихретоковый контроль (ГОСТ Р 55613-2013.Контроль неразрушающий вихретоковый. Меры образцовые для поверки толщиномеров неорганических покрытий. Общие положения, ГОСТ Р ИСО 12718-2009.Контроль неразрушающий. Контроль вихретоковый. Термины и определения) выполняется при состоянии поверхности металла R_a не хуже 10 мкм (R_z£40 мкм), допускается чешуйчатость сварного шва в пределах установленных ГОСТ 5264-80.Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры, ГОСТ 14771-76.Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры, отраслевыми стандартами и конструкторской документацией. Вихретоковый контроль сварных соединений проводят специалисты обученные проведению вихретокового контроля по соответствующим программам в лицензированных учебных заведениях.

Для контроля основного металла несущих конструкций мостов и их сварных соединений следует применять поверенный в установленном порядке вихретоковый дефектоскоп типа ВД-12НФМ (ВД-12НФ, ВД-12НФП) с трансформаторным дифференциальным накладным преобразователем из комплекта дефектоскопа.Для настройки вихретокового дефектоскопа на заданный режим необходим стандартный образец типа Иа8.896.034 или ИРСЮ 741421.001, входящий в комплект дефектоскопа.При контроле угловых, тавровых и нахлесточных соединений рекомендуется использовать фиксирующие насадки, позволяющие плотно фиксировать нормальное положение преобразователя к касательной контролируемой поверхности.

К дополнительному оборудованию и средствам вихретокового контроля элементов мостовых конструкций относятся:

образцы шероховатости;

термометр;

штангенциркуль, линейка, рулетка для измерения координат и геометрических размеров дефектов;

лупа с увеличением до 4х;

мел и краска для разметки больших участков контроля;

щетки, шаберы, наждачная бумага и другие средства очистки участков от локальных загрязнений, потеков краски и т.п.;

краску или маркеры по металлу для отметки дефектных участков;

журнал контроля.

Вихретоковый контроль соединений элементов мостовых конструкций и их сварных соединений должен проводиться при температуре не ниже –10 °С и не выше +40 °С, температура контролируемых участков не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на 10 °С.

Контролируемые участки должны быть очищены от загрязнений. К контролю допускаются участки без или с защитным покрытием краской. В случае контроля участков покрытых краской необходимо определить толщину покрытия и производить настройку с учетом этой толщины.Подготовку контролируемой поверхности проводят сотрудники эксплуатирующих или ремонтных организаций.

Перед производством работ измерить температуру окружающей среды на участке контроля, убедиться в ее допустимом значении. В противном случае проводить контроль запрещается. Проверить качество подготовки контролируемых поверхностей, при необходимости выполнить разметку участка контроля.

Включить дефектоскоп, проверить его работоспособность на стандартном образце и установить порог срабатывания. Измерения производить поперечным (рисунок 8.2а) и продольным (рисунок 8.2б) сканированием, соблюдая максимально близкое к перпендикуляру положение преобразователя к касательной поверхности, на которой он установлен (рисунок 8.2в). Скорость сканирования должна быть в пределах 20–100 мм/сек.

 

а)	в)
б)

а) поперечное сканирование; б) продольное сканирование в) положение преобразователя при сканировании

Рисунок 8.2–Траектория сканирования участка контроля стыкового сварного соединения

 

В процессе сканирования следует следить, чтобы величина зазора между преобразователем и контролируемой поверхностью не изменялась. Допустимый зазор между преобразователем и объектом контроля при сканировании для дефектоскопов со стандартными накладными преобразователями не должен превышать 0,5 мм. Угол отклонения преобразователя от нормали не должен превышать 15º.При срабатывании индикаторов дефектоскопа на участке конструкции следует повторно провести преобразователем по этому участку контролируя угол отклонения, зазор и скорость сканирования, при повторных срабатываниях участок отмечается мелом и проводятся идентификация дефекта и измерение его параметров.

Идентификация и определение параметров дефектов производится следующим образом:

- для трещин, непроваров и расслоений ширина участка отклонения стрелки микроамперметра при сканировании поперек дефекта не более 1,5 диаметров преобразователя. Если ширина зоны отклонения стрелки больше, то такой участок является зоной локального изменения электромагнитных свойств;

- при оценке протяженности дефектов на плоском участке вокруг него проводится сканирование во взаимно перпендикулярных направлениях для определения направленности и размеров дефектного участка (см. рис. 8.2). Условная протяженность дефекта определяется как расстояние между крайними точками поперечного сканирования, при которых происходит срабатывание дефектоскопа.

- при определении протяженности трещин сварного шва преобразователь перемещается вдоль шва по дефектному участку, а длина дефекта определяется как протяженность участка, на котором стрелка отклоняется от положения «0» соответствующему аналогичному по геометрическим данным бездефектному участку.

Трещинами являются протяженные индикации в виде прямых, ломанных или кривых линий любого направления протяженностью более 5 мм, в том числе разветвленные.

Дефектные участки отмечаются краской или цветным маркером по металлу для последующего их учета и контроля. Дефектные участки маркируются рядом с дефектным местом контрастной краской и номером, который присваивает специалист, выносящий заключение о состоянии объекта.

Результаты контроля оформляются в виде акта.

Вибродиагностика

Вибродиагностика основана на сравнении параметров расчетного и экспериментального отклика сооруженияна динамическое воздействие, которые, являются важными расчетными параметрами при анализе изменений напряженно-деформированного состояния конструкций в процессе эксплуатации. Фиксируются частоты (периоды) и логарифмические декременты затухания собственных колебаний конструкции.Могут быть выделены и формы колебаний конструкции.

Получение экспериментального динамического отклика возможно как пассивным методом при случайном воздействии возбуждающих сил (в том числе и фоновым, при отсутствии транспортных средств на сооружении), так и активным методом путем приложения малого импульсного воздействия (сбрасывание груза массой 80...100 кг с высоты до 0,5 м, прыжок человека или группы людей) в определенных местах конструкции.

Данный метод неразрушающего контроля относится к амплитудному пьезоэлектрическому свободных колебаний. Основные решаемые задачи - диагностика и мониторинг состояния конструкций и локализация существующих дефектов, адаптация расчетных конечно-элементных моделей к реальной работе конструкции.

Этот метод позволяет по результатам инструментальной диагностики определить динамические характеристики, соответствующие фактическому техническому состоянию основных несущих конструкций. В дальнейшем по результатам экспресс – диагностики можно фиксировать изменение технического состояния конструкций и в случае необходимостиназначать дополнительные диагностические работы вплоть до испытания сооружения. При этом для возбуждения колебаний пролетных строений могут быть применены различные виды внешнего воздействия: движение транспорта, ветер, сейсмические толчки и т.п. Чувствительныевибродатчики-акселерометрыпозволяют использовать и метод «малых воздействий» - конструкция выводится из состояния покоя в результате прыжка группы людей (1...3 человека)в различных точках по длине и ширине пролетного строения. При этом возбуждаются колебания по форме, требующей минимальной энергии в направлении воздействия вынуждающей силы. Например, для неразрезных пролетных строений, в первую очередь будут вызываться низшие формы колебаний, характерные для пролета, в котором осуществляется воздействие на конструкцию.

Динамические параметры могут быть зафиксированы с помощью вибродатчиков-акселерометров.Полученные виброграммы обрабатывают спомощью пре­об­ра­зо­ва­ния Фу­рье, которое для дис­крет­но­го сиг­на­ла позволяет по­лу­чить час­то­ту ко­ле­ба­ний про­лет­но­го строе­ния в ви­де спектрограммы.

Следует отметить, что частоты низших форм колебаний с одной стороны имеют значительный разброс, а с другой стороны, частота колебаний только незначительно уменьшается при наличии дефектов в сооружении, т.е. является малочувствительной характеристикой и ее использование малоперспективно. Метод практически неприменим для выявления незначительных неисправностей, не оказывающих существенного влияния на жесткость конструкции.Практическое использование данного метода возможно на основе технологии создания «цифровых портретов» свободных колебаний в виде амплитудно-частотно-временных зависимостей. Сравнивая полученные в разное время «цифровые портреты», можнооперативно диагностировать изменения состояния и осуществлять автоматизированныймониторинг.

Точность получаемых результатов зависит от двух важнейших факторов - качества аппаратуры измерения и правильного выбора схемы измерений (положение датчиков на конструкции, продолжительность измерений).Чем продолжительнее время записи виброграмм, тем выше достоверность получаемых результатов. При измерениях на объектах, подверженных «шумовым» помехам (к таким объектам относятся транспортные сооружения, реагирующие на проезд транспортных средств) требуется предварительная обработка виброграмм (фильтрация, чистка, вырезание импульсных помех и т.д.) для исключения влияния шумов на конечный результат обработки данных.

Метод дает возможность использовать для анализа динамические параметры, являющиеся интегральными характеристиками технического состояния объекта. Экспресс диагностика сооружения с выявлением скрытых дефектов может производиться без остановки движения транспортных средств.

При выполнении диагностических работ с использованием данного метода необходимо учитывать климатические условия, поскольку существенное влияние на жесткость сооружения в целом оказывает замораживание и оттаивание балласта, грунта насыпи и основания.

Тензодиагностика

Тензодиагностика основана на измерении местных линейных деформаций и сравнении их с расчетными от обращающейся или специальной испытательной нагрузки. Через измеренные местные деформации может быть определен уровень напряжений от временной нагрузки в конкретной точке сооружения, уточнено значение фактического динамического коэффициента. Отношение уровня напряжений к величине нагрузки является инвариантом и может служить индикатором повреждений.

Для определения местных линейных деформаций и перемещений используют тензометры. Тензометры обеспечивают измерение взаимного перемещения двух точек, в частности, линейных деформаций волокон на определенной длине, называемой базой прибора.

Получение экспериментального отклика при тензодиагностике возможно, как пассивным методом при случайном воздействии возбуждающих сил (в том числе и фоновым, при отсутствии транспортных средств на сооружении), так и активным методом путем проезда по конструкции специальной испытательной нагрузки (например, одиночного локомотива известной массы). Основные решаемые задачи - диагностика и мониторинг напряженно-деформированного состояния в наиболее нагруженных элементах («критических точках») конструкции, адаптация расчетных конечно-элементных моделей к реальной работе конструкции с учетом фактического технического состояния.

С помощью мобильного измерительного комплекса производится фиксация изменения значений выбранного параметра под воздействием нагрузки, и получаемые результаты сравниваются с эталонными значениями. Эталоном могут служить как результаты расчетов (например, методом конечных элементов), так и результаты ранее выполненных испытаний (например, исправного сооружения при сдаче его в эксплуатацию). Отклонение значений выбранного параметра от эталона будет симптомом, сигнализирующим о возможных повреждениях. При этом предварительная экспресс оценка результатов осуществляется непосредственно в «поле», детальный анализ и оценка технического состояния сооружения может быть выполнен при камеральной обработке.

Применение методики тензодиагностики целесообразнодля оценки включения в совместную работу с главными металлическими балками железобетонной плиты проезжей части в сталежелезобетонных пролетных строениях. В качестве реакции системы принятыдеформации верхнего и нижнего поясов металлических балок.

Оценка технического состояния по деформациям поясов металлических балок позволяет выявлять изменения в работе отдельных поперечных сечений пролетного строения, вызванные нарушением монолитности плиты. Признаком такого нарушения является увеличение измеряемых деформаций (напряжений) в поясах балок по сравнению с расчетными значениями, полученными в предположении исправного состояния пролетного строения для одной и той же нагрузки:

в ходе диагностики по деформациям поясов металлических балок измеряют деформации (напряжения) в верхних поясах металлических балок (как основной параметр) и в нижних поясах (как дополнительный параметр);

измерения деформаций (напряжений) могут быть проведены при статическом загружении (специальные испытания) конструкции или при динамическом приложении нагрузки (измерения под проходящей нагрузкой);

при проведении измерений под проходящей нагрузкой желательно устанавливать тип и скорость движения транспортного средства.

Метод дает возможность оценивать фактическое напряженное состояние конструкции и проводить экспресс диагностику сооружения с выявлением скрытых дефектов без остановки движения транспортных средств.Ограничения использования метода - для детальной проверки всех конструктивных элементов сооружения необходимо выполнение большого объема измерений.

При проведении испытаний с применением тензометрических измеренийпри анализе и оценке основных результатов рекомендуется применять критерии, приведенные в приложении ВСП 79.13330.2012.По результатам тензометрических измерений в соответствии с разделом 10 Руководства по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов ОАО «РЖД», утвержденного распоряжением ОАО «РЖД» от 31 декабря 2015 г. № 3227р, можно уточнить грузоподъемность отдельных элементов пролетных строений.