Существует большой спрос на инспекцию материалов из пластика, армированного стекловолокном (GFRP или GRP) и пластика, армированного углеродным волокном (CFRP или CRP). По сравнению с металлическими компонентами, используемыми в нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности, эти композиты обладают большими преимуществами.
Существует большой спрос на инспекцию и контроль материалов из пластика, армированного стекловолокном и пластика, армированного углеродным волокном (CFRP или CRP). По сравнению с металлическими компонентами, используемыми в нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности, эти композиты обладают большими преимуществами.
В областях, где есть подозрение на высокий риск коррозии — от морских платформ до наземных технологических установок — пластик, армированный стекловолокном, и пластик, армированный углеродным волокном, продемонстрировали большую разницу с точки зрения отношения прочности к весу, срока службы, простоты установки и низких эксплуатационных расходов. Эти преимущества делают трубы из композитных материалов отличным выбором.
В то же время существует неопределенность в обеспечении качества из-за отсутствия общей практики контроля. В этой статье описаны передовые методы, помогающие уменьшить эту неопределенность, и она основана на существующих знаниях, касающихся пластиковых материалов, армированных стекловолокном и углеродным волокном.
Понимание дефектов в композитных материалах
Как и во всех других материалах, дефекты в стеклопластике и углепластике могут возникать на разных этапах производственного процесса от сырья до готовых компонентов, во время установки и ввода в эксплуатацию или во время самой эксплуатации.
● Ранняя диагностика. Цель контроля перед вводом в эксплуатацию состоит в том, чтобы как можно раньше выявить отклонения от спецификаций или функциональных требований и сформировать основу для корректирующих действий для сравнения с будущими проверками.
● Диагностика на объекте. Во время обслуживания роль инспекции заключается в обеспечении высокого уровня безопасности и регулярности во время эксплуатации, формировании основы для оценки и планирования технического обслуживания (включая «соответствие назначению»), содействии улучшению текущей и будущей конструкции и сравнении новых результатов контроля с первоначальными результатами на этапах производства.
Текущие стратегии контроля: сильные стороны и ограничения
Большинство трубопроводов и резервуаров из композитных материалов исторически проверялись с использованием комбинации визуальных испытаний и испытаний под давлением. Этот подход в целом работает достаточно хорошо, и ожидается, что эти два метода останутся в центре большинства инспекций.
Некоторые трудности с историческим подходом были отмечены при использовании стеклопластика и углепластика на производственных объектах. Чрезмерное доверие к испытаниям системы под давлением иногда становилось фактором, способствующим неадекватному контролю качества системы на различных этапах производства, приемки и монтажа.
Ключевые проблемы традиционных методов:
Субъективность визуального контроля: Критерии были чрезмерно субъективными, т. е. фотографические стандарты для применения в трубопроводах недоступны.
Позднее проведение испытаний под давлением: Часто проводятся на более позднем этапе строительства проекта, что делает любой необходимый ремонт трудным из-за ограниченного доступа и дорогостоящим.
Высокая стоимость: Иногда стоимость испытаний под давлением, включая изоляцию систем из стеклопластика или углепластика, превышает стоимость самой системы.
Типы дефектов и методы их обнаружения
Обычно дефекты, которые выявляются при таком контроле, заключаются либо в самих материалах, либо в клеевых соединениях. Для пластиковых труб, армированных углеродным волокном или стекловолокном, процесс менее сложен и более автоматизирован, что приводит к меньшему количеству дефектов в материалах. Фитинги более сложны и обычно не автоматизированы, что может привести к большему подозрению в дефектах.
Классификация дефектов и методы неразрушающего контроля
| Тип дефекта | Описание | Подходящий метод неразрушающего контроля |
|---|---|---|
| Неправильное клеевое соединение | Клеевое соединение шва неправильно расположено или конструктивно неверно | Ультразвуковой контроль (UT), рентгенографический контроль (RT), визуальный контроль (VT) |
| Локальное отсутствие клея | Линия клеевого соединения не заполнена и есть пустоты | UT, RT, термография, гидравлическое испытание |
| Разрыв и локальное нарушение кристаллической решетки внутри материала | Слабые связи между адгезивами в стеклопластике и углепластике. Характеризуется локальной потерей структурной непрерывности внутри материала. | Ультразвуковой контроль (UT), гидравлическое испытание |
| Недостаточная прочность | Неправильное ламинирование | Ультразвуковой контроль (UT), визуальный контроль (VT) |
| Деламинация | Область, в которой слои внутри клеевого соединения стеклопластика / углепластика расходятся | Ультразвуковой контроль (UT), термография (RT), визуальный контроль (VT) |
| Переломы и трещины | Растрескивание стенки из стеклопластика/карбона, разрыв волокна | Ультразвуковой контроль (UT), визуальный контроль (VT), термография, рентгенографический контроль (RT) |
| Пористость, пустоты и включения в матрице | Воздух, выделение газа во время отверждения, посторонние вещества, отвержденные в ламинате | Ультразвуковой контроль (UT), рентгенографический контроль (RT) |
| Эрозия | Внутренний локальный материал, удаляемый абразивной эрозией или кавитацией* | Ультразвуковой контроль (UT), рентгенографический контроль (RT), термография |
*Кавитация — физический процесс образования пузырьков в жидких средах, с последующим их схлопыванием и высвобождением большого количества энергии.
Ультразвуковой контроль материалов стеклопластика и углепластика
При проведении ультразвукового контроля следуйте той же стратегии контроля, что и стратегия контроля коррозии. Важно, чтобы оцениваемая область была достаточно очищена, чтобы облегчить движение датчиков для максимального проникновения ультразвука.
Стандарты калибровки обычно соотносятся с соответствующими размерами исследуемых резервуаров или труб. Калибровочный эталон для клеевых соединений должен быть изготовлен с использованием адгезивных материалов (отрезков труб или клеевых соединений резервуаров) с соответствующими ступенчатыми рисунками, нанесенными на поверхности.
Пример калибровочного образца для проверки клеевых соединений
Контролируемые пустоты или участки без клея могут образовываться, например, из-за неполного покрытия клеем или съемными полосками из тефлона. Как внешняя, так и внутренняя и обработанная поверхности должны отражать шероховатость поверхности во время изготовления и стружки адгезивов перед склеиванием.
Вот пример калибровочного образца, который можно использовать для проверки стеклопластика или армированного углеродом пластика, склеенного с трубой.
Калибровочный образец для проверки склеенных труб из композита
Подготовка и требования к ультразвуковому контролю
Ключевые данные для отчета
Процедурная информация
Современные решения для контроля композитов
Eddyfi Technologies предлагает широкий спектр продуктов, которые можно использовать для такого контроля, и как M2M Gekko, так и Mantis™ можно использовать для расширенного ультразвукового контроля с фазированной решеткой (PAUT). Эти инструменты используют высокотехнологичную ультразвуковую методологию. Для получения дополнительной информации, связанной с PAUT, посмотрите здесь.
При выполнении PAUT-контроля одним из важнейших шагов является выбор правильного типа датчиков, которые будут генерировать достаточно энергии для проникновения в композитный материал.
PAUT решение Mantis для контроля композитных материалов
Инструменты PAUT, предлагаемые Eddyfi Technologies, поставляются с датчиками и сканером, подобранными вручную для готового к контролю решения.
Настройка для ультразвукового контроля углеродных и стеклопластиковых материалов учитывает несколько параметров. Это включает в себя геометрию образца и параметры материала. Законы фокусировки должны быть достаточно мощными, чтобы воссоздать поведение ультразвука в таких материалах. Программное обеспечение Capture™, встроенное в портативные PAUT-инструменты Gekko и Mantis, обеспечивает наиболее желаемое фокусное расстояние, наиболее подходящее для контроля материалов сложной геометрии.
Многоосевой сканер для PAUT контроля сложных поверхностей
Это надежное программное обеспечение оснащено самыми современными инструментами анализа, которые помогают не только обнаруживать, но и обеспечивать наилучшее представление о дефектах в 3D-формате. Приборы обеспечивают большой диапазон ЧСИ, чтобы помочь операторам выбрать наилучший ЧСИ, позволяющий сократить время цикла контроля.
Результаты PAUT контроля композитной структуры
Оценка углеродных и стеклопластиковых материалов с использованием фазированных решеток не только помогает обнаруживать дефекты, но и делает это очень быстро, а это означает, что инспекции повышают производительность и обеспечивают надежную основу для управления целостностью активов.
