Comment les essais non destructifs des joints soudés des

La construction de longs pipelines nécessite de nombreux joints soudés de tuyaux individuels. La qualité du soudage peut avoir un impact significatif sur les performances de l’ensemble de la route. Les méthodes de contrôle des joints soudés permettent avec un degré de fiabilité suffisant de parler de leur qualité.

Schéma d'assemblage des joints de tuyaux par soudage

Schéma d'assemblage des joints de tuyaux par soudage.

Les normes gouvernementales régissent strictement la nécessité de vérifier la fiabilité des pipelines. Cette vérification est nécessaire pour assurer la sécurité de leurs services. Les essais non destructifs des joints soudés de tuyaux font partie du système de contrôle de la qualité objectif des routes et constituent un moyen obligatoire et efficace d’évaluer leur fiabilité et leur sécurité.

Formation de défauts

Lors du soudage de pipelines et des effets thermiques correspondants sur la soudure et les zones adjacentes, des défauts (fractures) peuvent se former.

Défauts de la soudure

Défauts de la soudure

Ces défauts de fonctionnement peuvent entraîner une diminution des caractéristiques de résistance du métal, une diminution de la fiabilité et de la durabilité de la canalisation, des modifications des caractéristiques de transport, une précision dimensionnelle insuffisante et une dégradation de l'aspect. Les principales causes de défauts sont les suivantes: violation de la technologie de soudage, utilisation de matériaux de mauvaise qualité ou qualification insuffisante du travailleur. L'inspection visuelle permet de détecter un certain nombre de défauts des joints soudés, mais la plupart d'entre eux sont masqués et ne peuvent être détectés que par des méthodes spéciales. En d'autres termes, les défauts peuvent être internes et externes.

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Types de dommages et défauts

Il est possible d'identifier les principales formes de défauts dans les zones soudées: afflux de masse, dégagement en contre-sens, pénétration inégale, fissures et pores (externes et internes), inclusions étrangères.

Les défauts peuvent être divisés et en raison de leur occurrence. Il existe deux groupes principaux: les défauts causés par les caractéristiques métallurgiques et les effets thermiques, et les défauts causés par les facteurs humains, la violation des conditions de soudage. Le premier peut être attribué à la structure cristalline: fissures (à froid et à chaud) dans la soudure et dans la section du joint, pores, scories, modifications structurelles du métal. Dans le deuxième groupe, les défauts tels que les dimensions non soudées de la soudure, la pénétration inégale, les contre-dépouilles, les perforations, les nodules, les cratères, le métal non chargé et certains autres sont à souligner.

Schéma de préparation des arêtes de tuyaux pour le soudage

Schéma de préparation du bord de la conduite pour le soudage.

Toute violation de la taille des joints peut affecter la fiabilité des pipelines. Par conséquent, si de tels écarts sont supérieurs à la norme, ils sont considérés comme des défauts. De tels défauts indiquent indirectement la présence de défauts internes dans la soudure. Les principaux défauts de ce type sont les suivants: une forte inégalité de largeur et de hauteur de la soudure sur toute sa longueur, une transition abrupte de la zone de pré-soudure à la soudure, une rugosité notable du métal fondu, de grandes selles et des ceintures.

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Pipelines: analyse de divers défauts

Des défauts du joint soudé sous forme de trop-plein apparaissent lorsque la masse fondue coule à grande eau dans la zone froide proche de la suture. Les affaissements peuvent être sous forme de gouttelettes individuelles et peuvent s'étendre sur une distance considérable le long du cordon de soudure. Causes des nodules:

  • excès de courant de soudage;
  • mauvaise inclinaison;
  • mouvement des électrodes pendant le soudage;
  • ignorer l'angle des tuyaux lorsqu'ils sont connectés.

L'affaissement s'accompagne souvent de l'apparition d'une pénétration inégale et de mauvaise qualité du métal fondu, ainsi que de l'apparition de fissures externes et internes.

Modèles de nodules

Schémas pour la formation de nodules.

Les découpes sont des rainures en métal qui apparaissent à la frontière avec une soudure. Un tel défaut réduit la section transversale réelle du joint et conduit à l'apparition de contraintes excessives pouvant conduire à leur croissance en fissures avec la destruction ultérieure du joint soudé.

Les défauts sous forme de brûlures apparaissent sous forme de trous à travers lesquels la masse fondue a coulé du bain de soudure. La raison de la formation d'un tel défaut peut être une faible vitesse de soudage, un écart surestimé entre les extrémités des tubes lorsqu'ils sont soudés et un excès de la force du courant de soudage. La pénétration inadéquate ou inégale des coutures est causée par l’absence de connexion fiable des arêtes dans les petites zones. Un tel défaut réduit la section transversale réelle de la soudure et entraîne des contraintes résiduelles susceptibles de provoquer une fissuration et une destruction ultérieures du métal.

Les fissures peuvent être attribuées aux types de défauts les plus dangereux. Ils peuvent apparaître en n’importe quel point de la zone de soudage (y compris la zone métallique taillée) et avoir toutes les directions (longitudinale et transversale). De par leur taille, ils se divisent en microfissures et fissures. Un tel défaut est dû à la fois à une cristallisation inappropriée de la masse fondue et à un dépassement de la concentration de carbone, de soufre et de phosphore dans le bain de soudure. Les fissures affectent de manière significative tous les paramètres principaux des joints soudés des pipelines.

Le tableau des valeurs admissibles de la contre-dépouille pendant le soudage

Tableau des valeurs admissibles de dépouille lors du soudage.

Les inclusions étrangères affaiblissent les caractéristiques de résistance. Le plus dangereux est la présence d'inclusions de scories formées lorsque le nettoyage des scories de la surface des soudures est insuffisant après le soudage. Ces inclusions accélèrent considérablement la corrosion du métal.

Les pores de gaz ou d'air sont généralement formés à l'intérieur de la soudure. Ils peuvent avoir un seul caractère, et ils peuvent provenir de groupes et même former des chaînes de vides. Les pores peuvent se déposer à la surface du métal et former des indentations (fistules). Les pores réduisent considérablement la résistance des joints et la formation de chaînes de vides peut entraîner une dépressurisation du pipeline.

Les violations de la structure du métal de la couture ou de la zone sans soudure peuvent se manifester par une augmentation de la concentration en oxydes, micropores et microfissures, ainsi que par la taille des grains. Le régime thermique dans la formation de la structure métallique joue un rôle crucial. Un chauffage excessif entraîne la formation de gros grains dans la structure. Lorsque le métal est brûlé, des grains avec des surfaces oxydées peuvent apparaître. Tout cela conduit à la fragilité du métal.

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Théorie générale des essais non destructifs

La méthode de contrôle non destructif comprend un ensemble de méthodes vous permettant de déterminer les paramètres requis sans compromettre l'intégrité du joint soudé du pipeline. Les joints soudés doivent être surveillés à toutes les étapes de la préparation, de la fabrication et de la préparation à l'utilisation, et périodiquement pendant le fonctionnement.

Facteurs affectant la qualité des soudures

Facteurs affectant la qualité des soudures.

Les méthodes de contrôle non destructif combinent contrôle par examen externe pour détecter les défauts externes, étude de l'étanchéité des soudures des joints soudés et méthodes de contrôle permettant d'établir les défauts cachés à l'aide de dispositifs spéciaux. Les tests non destructifs constituent une étape distincte du processus technologique de fabrication de l’ensemble du pipeline.

Les normes nationales réglementent strictement le contrôle des joints soudés des pipelines. Ainsi, GOST 3242-79 définit six types de contrôle de base et GOST 30242-97 classe les types de défauts dans les joints soudés des conduites. L'utilisation de méthodes spéciales a pour principal objectif de déterminer l'emplacement et la taille des vices cachés. Toutes les méthodes appartiennent donc au groupe de détection des failles. Le système de contrôle non destructif comprend les méthodes suivantes: capillaire, à rayonnement, acoustique, magnétique, à ultrasons.

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Inspection visuelle externe

La première méthode d’essai non destructif des joints soudés des conduites consiste en une inspection et une mesure visuelles externes, qui sont effectuées en continu à toutes les étapes de la fabrication et de l’utilisation des conduites. Tout d’abord, l’inspection visuelle du joint soudé des tuyaux permet de déterminer la présence de défauts externes, tels que débordements, contre-dépouilles, cratères de pores, brûlures, fissures externes et autres. Lors de cette inspection, il est recommandé d’utiliser une loupe multipliée par dix.

Schéma généralisé de justification des normes d'admissibilité des défauts

Le schéma généralisé de justification des normes d’admissibilité des défauts.

L'étape suivante consiste à mesurer les dimensions des éléments soudés et à déterminer l'emplacement des défauts. Lors de la mesure, les dimensions suivantes de la soudure sont établies: sa largeur et sa hauteur, la taille des parties convexes et les angles situés à la frontière avec la zone de suture proche. Des modèles spéciaux sont utilisés pour contrôler les tailles. Les résultats des mesures de la soudure sont comparés aux valeurs normalisées établies par les normes nationales pour ces types de soudage.

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Test de fuite

Les joints de tuyaux soudés doivent être étanches aux substances (liquides ou gaz) transportées par ce pipeline. Le contrôle de l'étanchéité (imperméabilité) est effectué après l'assemblage du pipeline. Il comprend les méthodes de test de base suivantes: capillaire, chimique, à bulles, aspiration et recherche de fuites.

La vérification des joints soudés à l'aide de la méthode capillaire repose sur la propriété du kérosène d'utiliser des capillaires pour pénétrer à travers les vides internes (pores, fissures). Pour vérifier l’étanchéité de la soudure, une solution aqueuse de craie est appliquée et séchée. Du côté de la couture opposé à la surface peinte à la craie, la surface est abondamment arrosée de kérosène. En cas de fuite, des traces de kérosène apparaîtront sur la surface calcaire. Lors de l'utilisation de kérosène, il sera possible de déterminer la présence de défauts internes d'une taille inférieure à 0,1 mm.

Le schéma de sélection du niveau de rejet avec contrôle par ultrasons des joints bout à bout

Diagramme de la sélection du niveau de rejet avec contrôle par ultrasons des joints bout à bout.

Le contrôle d'étanchéité en utilisant de l'ammoniac est basé sur la teinture de l'indicateur en contact avec un alcali. L'indicateur est une solution de phénolphtaléine ou d'acide nitrique et de mercure. Le réactif est de l'ammoniac à l'état gazeux.

La méthode de contrôle des bulles comprend la vérification de la pression atmosphérique. L'air comprimé est introduit dans le tube et l'étanchéité de la soudure est vérifiée par des bulles lorsque la section de la canalisation est immergée dans un bain d'eau. L'essai peut être basé sur la détection de bulles d'eau lors de la création d'une pression hydraulique à l'intérieur du tuyau. Avant le test, la surface du tuyau est séchée et lors du test, la pression interne de l'eau fournie est supérieure à la pression de service dans la conduite de 1,5 fois.

Lors du contrôle des joints soudés de pipelines critiques, le contrôle avec un détecteur de fuite gaz-électricité est utilisé. L'hélium utilisé pour les essais est hautement perméable. Une sonde spéciale de détection de fuite détecte l'apparition de gaz et l'unité électronique analyse sa quantité et le degré d'étanchéité de la soudure.

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Méthode d'installation du défaut magnétique

Schéma de la méthode magnétique de contrôle qualité de la soudure

Schéma de la méthode magnétique de contrôle qualité de la soudure.

Des méthodes de contrôle non destructif des joints soudés de canalisations, prenant en compte les propriétés magnétiques des matériaux, permettent de déterminer la localisation des défauts en étudiant la diffusion magnétique dans des structures non homogènes lors de l'aimantation du métal de la zone soudée. Une partie du tuyau est magnétisée à l'aide d'un solénoïde placé dans la cavité interne ou en enroulant un fil d'enroulement sur le cordon de soudure. Le test est effectué par la méthode de la poudre, par induction ou par magnétographie, qui diffère par la méthode de mesure de la dispersion du flux magnétique.

La méthode de contrôle de la poudre implique l’utilisation de poudre magnétique (limaille de fer) déposée à la surface de la zone soudée. Lorsqu'un champ magnétique est créé dans une poudre, les particules sont orientées et l'image du spectre magnétique est clairement formée. Vous pouvez ainsi détecter les fissures et les pores à des profondeurs considérables. Pour contrôler en utilisant la méthode d'induction, on utilise des chercheurs dans lesquels une force électromotrice est créée sous l'influence d'un flux magnétique diffusant. Dans ce cas, un signal sonore est émis ou un signal lumineux apparaît. Le procédé de contrôle magnétographique permet d’enregistrer le flux de dispersion sur une bande magnétique placée à la surface d’un joint soudé. À l'aide d'un détecteur de défauts magnétique, la présence de défauts est déterminée en comparant les résultats obtenus avec l'étalon.

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Méthode de rayonnement

Les méthodes de contrôle par rayonnement non destructif des joints soudés des pipelines sont basées sur les propriétés des rayons X et des rayons gamma. Le métal absorbe le rayonnement différemment en présence de défauts ou de changements structurels, ce qui prend en compte cette méthode de vérification. Les rayons pénètrent dans les soudures à l'aide de sources de rayonnement spéciales. Les rayons sont fixés sur un film spécial, où les zones d'assombrissement indiquent la présence de défauts. L'emplacement et leurs tailles se distinguent facilement. Les sources de rayonnement sont les appareils largement utilisés RUP 150-1 et RUE 120-5-1.

Les sources de rayons gamma sont les substances radioactives et leurs isotopes, par exemple le cobalt 60 et l’indium 192.

La méthode de vérification est similaire à l'inspection par rayons X. La capacité de pénétration des rayons gamma est supérieure à celle des rayons X, ce qui augmente les possibilités de la méthode de contrôle par rayonnement des joints soudés.

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Méthode par ultrasons

Inspection par ultrasons des soudures

Inspection par ultrasons des soudures.

La méthode ultrasonore non destructive de contrôle des joints soudés est largement utilisée pour la réparation de défauts dans la masse des métaux. Cette méthode utilise la propriété des ondes ultrasonores pour pénétrer dans le matériau à une profondeur considérable et se disperser aux limites des défauts. La source d'ondes est un piézocristal placé dans une plaque spéciale (sonde).

Les ultrasons sont appliqués à un angle différent de 40 à 73 ºC pour assurer une image complète. Une autre plaque de l'appareil capture les ondes réfléchies. En tant que méthode ultrasonore, la méthode la plus largement utilisée est la méthode écho, dans laquelle le dispositif enregistre la réflexion directe d'une impulsion à partir d'un défaut (écho). Lors de l'inspection des joints soudés des pipelines, des détecteurs de défauts à ultrasons du type TUD-320 ou TUD-310 sont utilisés. De plus, des méthodes d'ombre et de miroir-ombre sont utilisées pour la détection de défauts par ultrasons.

Instruments et dispositifs recommandés pour les essais non destructifs des soudures de canalisations:

  • loupe;
  • étrier;
  • micromètre;
  • indicateur de profondeur;
  • modèles de soudure;
  • Détecteurs de rayons X, de rayonnement, d'ultrasons et de défauts magnétiques;
  • indicateur de fuite;
  • analyseur de gaz.

L'analyse non destructive des joints soudés des pipelines est un élément important pour garantir la fiabilité et la sécurité. Sa conduite est régie par des normes et nécessairement dans la fabrication et l'exploitation de pipelines.

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