RU2713843C1

RU2713843C1 - Method for non-destructive testing of welded joint metal microstructure during repair works

Info

Publication number: RU2713843C1
Application number: RU2019129715A
Authority: RU
Inventors: Роман Николаевич Калугин; Александр Ефимович Анохов
Original assignee: Акционерное общество "Интер РАО - Электрогенерация"
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-02-07

Abstract

FIELD: defectoscopy.

SUBSTANCE: invention relates to investigation of properties of materials, namely to nondestructive inspection (analysis) of microstructure of welded joint metal, and can be used, in particular, for analysis of microstructure of welded joints of pipelines of thermal power plants. Method of nondestructive inspection of metal microstructure involves preparation of section on analyzed surface of equipment, obtaining replica from section by means of application on surface of section of material in combination with solvent and holding of this material on section, obtaining the obtained replica from the section and subsequent study of the replica on a stationary optical microscope. Replica is a film obtained from lacquer consisting of the following components in wt%: suspension polyvinyl chloride – 15, cyclohexanone – 65, and ethyl acetate – 20.

EFFECT: enabling production of replicas of metal microstructure of welded joints on inclined surfaces of the sample and providing high quality of repair of welded joints of pipelines due to quality control of complete removal of damaged metal.

1 cl, 1 ex

Description

Область техникиTechnical field

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.The invention relates to the field of studying the properties of materials, namely to non-destructive testing (analysis) of the microstructure of the metal of welded joints and can be used, in particular, to analyze the microstructure of the metal of welded joints in pipelines of thermal power plants.

Уровень техникиState of the art

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.Ensuring high quality repair of welded joints of pipelines can only be achieved if the damaged metal is completely removed in the welded joint for subsequent welding of the sampling site using welding technologies. Non-destructive testing methods are used to confirm the completeness of removal of damaged metal, including metallographic examination of the sample surface using replicas for the presence of microdamage. Significant difficulties are caused by ensuring the high quality of the obtained replicas in the control of deep and narrow samples with complex relief.

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]).A known method of non-destructive testing of a metal microstructure, adopted as a prototype of the patented invention, includes preparing a thin section on the test surface of the equipment, obtaining a replica from the thin section by applying a material in combination with a solvent and holding this material on the thin section, separating the resulting replica from the thin section and subsequent study replicas on a stationary microscope, the replica being a copper film obtained from an aqueous solution deposited on the surface of a thin section copper salts concentration 5-30 g / l of copper (Patent RU 2163364 C1, publ. 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.The main disadvantage of the method known from [1] is that it cannot be implemented when monitoring the entire surface of a deep and narrow sample with a complex relief, because the replica material in the form of an aqueous solution of copper salt when applied to inclined surfaces of the sample will drain, which will not allow replicas on such surfaces and, accordingly, to analyze the microstructure of the metal.

Раскрытие изобретенияDisclosure of Invention

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.The problem to which the invention is directed is to improve the quality of non-destructive testing of the microstructure of the weld metal when repairing it and expand the capabilities of the metallographic study of the microstructural state of the metal using replicas, and the technical result is the possibility of obtaining replicas of the microstructure of the metal of welded joints on inclined surfaces of the sample and ensuring high quality repair of welded joints of pipelines due to quality vennogo control completeness removing the damaged metal.

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. %.The solution of this problem by achieving the specified technical result is ensured by the fact that the method of non-destructive testing of the microstructure of the metal includes preparing a thin section on the test surface of the equipment, obtaining a replica from the thin section by applying material in combination with a solvent on the surface of the thin section, and holding this material on the thin section, separating the resulting replica from the thin section and the subsequent study of the replica on a stationary microscope, while the replica is a film obtained from a varnish consisting of the following components in wt. %: suspension polyvinyl chloride -15 wt. %; cyclohexanone - 65 wt. %; and ethyl acetate - 20 wt. %

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.The causal relationship between the set of essential features of the patented invention and the achieved technical result is that the use of varnish, consisting of the following components in wt. %: suspension polyvinyl chloride - 15 wt. %; cyclohexanone - 65 wt. %; and ethyl acetate - 20 wt. %, to obtain a film as a replica, it allows deep penetration of the above varnish into the microcracks of the metal structure and at the same time ensures the retention of the above varnish on the investigated inclined surface and, as a result, ensures high quality of repair of welded joints of pipelines due to quality control of the completeness of removal of damaged metal.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Ниже приведен частный пример осуществления способа неразрушающего контроля микроструктуры металла сварного соединения при проведении ремонтных работ.The following is a particular example of the implementation of the method of non-destructive testing of the microstructure of the metal of the welded joint during repair work.

Типичными повреждениями для сварных соединений являются трещины, которые образуются на наружной поверхности и развиваются вглубь металла в процессе эксплуатации трубопроводов.Typical damage to welded joints are cracks that form on the outer surface and develop deep into the metal during operation of the pipelines.

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).The microstructure of the weld metal was monitored on an inclined surface of the sample in the control weld of high-temperature pipelines of thermal power plants with a diameter of 219 mm and a wall thickness of 25 mm made of P91 steel (X10CrMoVNb9-l).

Поврежденный металл в сварном соединении удалялся механическим способом (вышлифовкой) до получения углубления - выборки. Выборка имела глубокую и узкую форму со сложным рельефом.Damaged metal in the welded joint was removed mechanically (by grinding) to obtain a recess - sampling. The sample was deep and narrow with a complex relief.

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.The completeness of damage removal and the surface quality of the sample were monitored by metallographic control using replicas for the absence of microdamage in the form of microcracks, pore chains and their clusters. For this, the sampling surface was prepared according to a well-known technique, consisting of grinding, polishing and etching (OST 34-70-690-96 [2]). To prepare the sampling surface, sanding paper with different grain sizes was used, starting with coarse sandpaper (P80) and gradually reducing the grain size of sandpaper to fine grain (P2000). After grinding was completed, the sampling surface was polished to a mirror shine with a diamond paste (3 μm or less) on a water basis applied to the felt. The next step was repeated chemical etching and polishing. As a reagent, a composition of 1 g of picric acid, 10 ml was used. hydrochloric acid, 10 ml. nitric acid, 80 ml. ethyl alcohol. The number of etching and polishing cycles was 5 times.

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. %.For the preparation of varnish, suspension polyvinyl chloride was used, which is a powder consisting of non-porous glassy particles with a specific surface area of 0.005-0.2 m ² / g, characterized by increased solubility in organic solvents. As a solvent, cyclohexanone was used. Additionally, a plasticizer, ethyl acetate, was added to give the elastoplastic properties to the replica. The content of the starting components for the preparation of varnish in percent by weight is as follows: suspension polyvinyl chloride powder - 15 wt. %, cyclohexanone - 65 wt. % and ethyl acetate - 20 wt. %

Лак готовился следующим образом.The varnish was prepared as follows.

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).A polyvinyl chloride powder in cyclohexanone was dissolved in a glass flask with stirring for 45 minutes at a temperature of 55 ° C until a clear solution was obtained. Then ethyl acetate was added to the solution and the solution was stirred for 15 minutes at a temperature of 55 ° C until a homogeneous mass was obtained. Then the resulting homogeneous mass was cooled to room temperature (20 ° C).

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.The obtained varnish was applied to the etched surface of the sample metal with a synthetic fiber brush. The varnish was applied in two layers, the thickness of each of which was in the range of 0.5-1.5 mm.

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.The varnish replica was kept for 80 minutes until completely hardened. In this case, the minimum exposure time of the varnish replica for a metal surface heated to 30-40 ° С (including due to artificial heating with a hairdryer, UV heaters, etc.) is 60 minutes, and the maximum exposure time of the varnish replica for heated to 10- 20 ° C of the metal surface is 90 minutes.

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.The finished replica was shot in two steps: first its tip was peeled off with a knife, and then it was removed completely by the tip with tweezers. The replica was a flexible film, one of the sides of which had an imprint of the metal structure of the sample, along which metallographic control was carried out using an optical microscope. After removal, the replica was placed between two glass plates measuring 30 × 50 mm and in such a glass “envelope” it was transferred for examination under a microscope. The replica storage period is unlimited.

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.After a metallographic study of the replica using a Leica DMI 5000M optical microscope at a magnification of 500 times, the structural state of the sample surface was analyzed for the absence of microdamage. When confirming the completeness of the removal of damaged metal in the welded joint being repaired, the sample was welded using welding technologies.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

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.The patented invention meets the condition of "industrial applicability". The essence of the technical solution is disclosed in the formula, description and drawings sufficiently clear for understanding and industrial implementation by relevant specialists, and the tools used are simple and available for industrial implementation in the field of non-destructive testing (analysis) of the metal microstructure of welded joints in pipelines of thermal power plants.

Claims

A method of non-destructive testing of the metal microstructure, including preparing a thin section on the surface of the equipment, obtaining a replica from the thin section by applying material in combination with a solvent to the surface of the thin section, and exposing this material to the thin section, separating the resulting replica from the thin section and then studying the replica using a stationary optical microscope, characterized the fact that the replica is a film obtained from varnish, consisting of the following components in wt.%: suspension polyvinyl chloride - 15, cyclohexane he is 65 and ethyl acetate is 20.