Результат интеллектуальной деятельности: Способ неразрушающего контроля микроструктуры металла сварного соединения при проведении ремонтных работ

Область техники

Изобретение относится к области исследования свойств материалов, а именно к неразрушающему контролю (анализу) микроструктуры металла сварных соединений и может быть использовано, в частности, для анализа микроструктуры металла сварных соединений трубопроводов тепловых электростанций.

Уровень техники

Обеспечение высокого качества ремонта сварных соединений трубопроводов можно достичь лишь при условии полного удаления поврежденного металла в сварном соединении для последующей подварки места выборки с помощью сварочных технологий. Для подтверждения полноты удаления поврежденного металла используют неразрушающие методы контроля, в том числе металлографическое исследование поверхности выборки с помощью реплик на предмет отсутствия микроповрежденности. Значительные трудности вызывает обеспечение высокого качества получаемых реплик при контроле глубоких и узких выборок, имеющих сложный рельеф.

Известен принятый в качестве прототипа патентуемого изобретения способ неразрушающего контроля микроструктуры металла, включающий подготовку шлифа на исследуемой поверхности оборудования, получение реплики со шлифа посредством нанесения на поверхность шлифа материала в сочетании с растворителем и выдержки этого материала на шлифе, отделение полученной реплики от шлифа и последующее изучение реплики на стационарном микроскопе, при этом репликой является пленка меди, получающаяся из нанесенного на поверхность шлифа водного раствора медной соли концентрацией 5-30 г/л по меди (Патент RU 2163364 С1, опубл. 20.02.2001 [1]).

Основным недостатком известного из [1] способа является то, что его невозможно реализовать при контроле всей поверхности глубокой и узкой выборки со сложным рельефом, т.к. материал реплики в виде водного раствора медной соли при нанесении на наклонные поверхности выборки будет стекать, что не позволит на таких поверхностях получить реплику и соответственно провести анализ микроструктуры металла.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено патентуемое изобретение, является повышение качества неразрушающего контроля микроструктуры металла сварного соединения при проведении его ремонта и расширение возможностей металлографического исследования микроструктурного состояния металла с помощью реплик, а техническим результатом - обеспечение возможности получения реплик микроструктуры металла сварных соединений на наклонных поверхностях выборки и обеспечение высокого качества ремонта сварных соединений трубопроводов за счет качественного контроля полноты удаления поврежденного металла.

Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что способ неразрушающего контроля микроструктуры металла, включает подготовку шлифа на исследуемой поверхности оборудования, получение реплики со шлифа посредством нанесения на поверхность шлифа материала в сочетании с растворителем и выдержки этого материала на шлифе, отделение полученной реплики от шлифа и последующее изучение реплики на стационарном микроскопе, при этом репликой является пленка, получающаяся из лака, состоящего из следующих компонентов в мас. %: суспензионный поливинилхлорид -15 мас. %; циклогексанон - 65 мас. %; и этилацетат - 20 мас. %.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что использование лака, состоящего из следующих компонентов в мас. %: суспензионный поливинилхлорид - 15 мас. %; циклогексанон - 65 мас. %; и этилацетат - 20 мас. %, для получения пленки в качестве реплики позволяет обеспечить глубокое проникновение вышеуказанного лака в микротрещины структуры металла и при этом обеспечить удерживание вышеуказанного лака на исследуемой наклонной поверхности и, как следствие, обеспечить высокое качество ремонта сварных соединений трубопроводов за счет качественного контроля полноты удаления поврежденного металла.

Осуществление изобретения

Ниже приведен частный пример осуществления способа неразрушающего контроля микроструктуры металла сварного соединения при проведении ремонтных работ.

Типичными повреждениями для сварных соединений являются трещины, которые образуются на наружной поверхности и развиваются вглубь металла в процессе эксплуатации трубопроводов.

Контроль микроструктуры металла сварного соединения проводился на наклонной поверхности выборки в контрольном сварном соединении высокотемпературных трубопроводов тепловых электростанций с диаметром 219 мм и толщиной стенки 25 мм из стали Р91 (X10CrMoVNb9-l).

Поврежденный металл в сварном соединении удалялся механическим способом (вышлифовкой) до получения углубления - выборки. Выборка имела глубокую и узкую форму со сложным рельефом.

Полноту удаления повреждения и качество поверхности выборки контролировали с помощью металлографического контроля с помощью реплик на предмет отсутствия микроповрежденности в виде микротрещин, цепочек пор и их скоплений. Для этого поверхность выборки подготавливали по общеизвестной методике, состоящей из шлифования, полирования и травления (ОСТ 34-70-690-96 [2]). При подготовке поверхности выборки применяли шлифовальную наждачную бумагу с разной зернистостью, начиная с крупнозернистой наждачной бумаги (Р80) и постепенно уменьшая зернистость наждачной бумаги до мелкозернистой (Р2000). После окончания шлифовки проводили полировку поверхности выборки до зеркального блеска алмазной пастой (3 мкм и менее) на водной основе, нанесенной на войлок. Следующим этапом проводилось многократное травление химическими реактивами и полирование. В качестве реактива использовался состав из 1 г. пикриновой кислоты, 10 мл. соляной кислоты, 10 мл. азотной кислоты, 80 мл. этилового спирта. Количество циклов травления и полирования составляло 5 раз.

Для приготовления лака использовался суспензионный поливинилхлорид, представляющий собой порошок, состоящий из непористых стеклообразных частиц с удельной поверхностью 0,005-0,2 м²/г, характеризующийся повышенной растворимостью в органических растворителях. В качестве растворителя использовался циклогексанон. Дополнительно, для придания эластопластических свойств реплике добавлялся пластификатор - этилацетат. Содержание исходных компонентов для приготовления лака в процентах по массе следующее: порошок суспензионного поливинилхлорида - 15 мас. %, циклогексанона - 65 мас. % и этилацетат - 20 мас. %.

Лак готовился следующим образом.

В стеклянной колбе растворялся порошок поливинилхлорида в циклогексаноне при перемешивании в течение 45 минут при температуре 55°С до получения прозрачного раствора. Затем в раствор добавлялся этилацетат и осуществлялось перемешивание раствора в течение 15 минут при температуре 55°С до получения однородной массы. После чего полученную однородную массу охлаждали до комнатной температуры (20°С).

На протравленную поверхность металла выборки наносили полученный лак с помощью кисти из синтетического волокна. Лак наносили в два слоя, толщина каждого из которых находилась в интервале 0,5-1,5 мм.

Лаковую реплику до полного затвердевания выдерживали в течение 80 минут. При этом минимальное время выдержки лаковой реплики для нагретой до 30-40°С поверхности металла (в том числе за счет искусственного подогрева феном, УФ нагревателями и т.п.) составляет 60 минут, а максимальное время выдержки лаковой реплики для нагретой до 10-20°С поверхности металла составляет 90 минут.

Готовую реплику снимали в два приема: сначала ее кончик отслаивали с помощью ножа, а затем снимали ее полностью за кончик с помощью пинцета. Реплика представляла собой гибкую пленку, одна из сторон которой имела оттиск структуры металла выборки, по которой проводился металлографический контроль на оптическом микроскопе. После снятия, реплика размещалась между двумя стеклянными пластинками размером 30×50 мм и в таком стеклянном «конверте» ее переносили для исследования под микроскопом. Срок хранения реплик не ограничен.

После металлографического исследования реплики на оптическом микроскопе Leica DMI 5000М при увеличении 500 крат проводился анализ структурного состояния поверхности выборки на предмет отсутствия микроповрежденности. При подтверждении полноты удаления поврежденного металла в ремонтируемом сварном соединении, выборка заваривалась с помощью сварочных технологий.

Промышленная применимость

Патентуемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области неразрушающего контроля (анализа) микроструктуры металла сварных соединений трубопроводов тепловых электростанций.