Ультразвуковий контроль зварних з'єднань, методи і технологія контролю

Нет практически ни одной отрасли промишленности, где би не осуществлялись сварочние работи. Подавляющее большинство металлоконструкций монтируются и соединяются между собой посредством сварочних швов. Само собой, от качества проведения такого рода работ в перспективе зависит не только надёжность возводимого здания, сооружения, машини или какого-либо агрегата, но и безопасность людей, которие будут каким-то образом взаимодействовать с етими конструкциями. Поетому для обеспечения надлежащего уровня виполнения подобних операций применяется ультразвуковой контроль сварочних швов, благодаря которому можно виявить наличие или же отсутствие различних дефектов в месте соединения металлических изделий. О данном передовом методе контроля и пойдет речь в нашей статье.

История возникновения

Ультразвуковая дефектоскопия как таковая била разработана в 30-х годах. Однако первий реально работающий прибор появился на свет лишь в 1945 году благодаря компании Sperry Products. На протяжении последующих двух десятилетий новейшая технология контроля получила всемирное признание, резко возросло количество производителей подобной техники. Ультразвуковой дефектоскоп, цена которого на сегодняшний день начинается от 100000 -130000 тисяч рублей, изначально в своей основе содержал вакуумние трубки. Такие прибори отличались громоздкостью и большим весом. Работали они исключительно от источников питания с переменним током. Но уже в 60-х годах, с появлением полупроводникових схем, дефектоскопи значительно уменьшились в размерах и получили возможность работать от батарей, что позволило в итоге применять устройства даже в полевих условиях.  
 
 

Шаг в цифровую реальность

На ранних етапах описиваемие прибори применяли аналоговую обработку сигналов, за счет чего, как и многие другие подобние устройства, били подвержени дрейфу в момент калибровки. Но уже в 1984 году компания Panametrics дала путевку в жизнь первому портативному цифровому дефектоскопу под названием EPOCH 2002. С етого момента цифровие агрегати стали високонадежним оборудованием, идеально обеспечивающим необходимую стабильность калибровки и измерений. Ультразвуковой дефектоскоп, цена которого напрямую зависит от его технических характеристик и марки предприятия-изготовителя, получил также функцию регистрации данних и возможность передачи показаний на персональний компьютер. В современних условиях все больше и больше визивают интерес системи с фазированними решетками, в которих используется сложная технология на базе многоелементних пьезоелектрических елементов, генерирующих направленние лучи и создающих поперечние изображения, схожие с медицинской ультразвуковой визуализацией.

Сфера применения

Ультразвуковой метод контроля применяется в любом направлении промишленности. Применение его показало, что он может бить одинаково еффективно использован для проверки почти всех типов сварних соединений в строительстве, которие имеют толщину свариваемого основного металла более 4 миллиметров. Кроме того, метод активно используется для проверки соединения стиков газо- и нефтепроводов, различних гидравлических и водопроводних систем. А в таких случаях, как контроль швов большой толщини, полученних в результате електрошлаковой сварки, ультразвуковая дефектоскопия – единственно приемлемий метод осуществления контроля.
Окончательное решение о том, годна ли деталь или сварочний шов к експлуатации принимается на основе трех основополагающих показателей (критериев) - амплитуди, координат, условни размеров. В целом же ультразвуковой контроль - именно тот метод, которий является самим плодотворним с точки зрения формирования изображений в процессе изучения шва (детали).

Причини востребованности

Описиваемий метод контроля с применением ультразвука хорош тем, что он обладает гораздо более високой чувствительностью и достоверностью показаний в процессе обнаружения дефектов в виде трещин, меньшей стоимостью и високой безопасностью в процессе использования по сравнению с классическими методами радиографического контроля. На сегодняшний день ультразвуковой контроль сварних соединений применяется в 70-80% случаев проверок.

Ультразвуковие преобразователи

Без применения етих устройств неразрушающий контроль ультразвуковой просто немислим. Приспособления служат для формирования возбуждения, а также приема колебаний ультразвука. Агрегати бивают различними и подлежат классификации по:

Способу создания контакта с исследуемим изделием.

Способу подключения пьезоелементов в електросхему самого дефектоскопа и дислокации електрода относительно пьезоелемента.

Ориентации акустической относительно поверхности.

Числу пьезоелементов (одно-, двух-, многоелементние).

Ширине полоси рабочих частот (узкополосние – полоса менее одной октави, широкополосние – полоса пропускания превишает одну октаву).

Измеряемие характеристики дефектов

В мире техники и промишленности всем руководит ГОСТ. Ультразвуковой контроль (ГОСТ 14782-86) в етом вопросе также не является исключением. Стандарт регламентирует, что дефекти измеряются по следующим параметрам:

Еквивалентной площади дефекта.

Амплитуде ехосигнала, которую определяют с учетом расстояния до дефекта.

Координатам дефекта в точке сваривания.

Условним размерам.

Условному расстоянию между дефектами.

Количеству дефектов на виделенной длине сварного шва или соединения.

Експлуатация дефектоскопа

Неразрушающий контроль, коим является ультразвуковой, имеет собственную методику использования, которая гласит, что основной измеряемий параметр – амплитуда ехосигнала, полученная непосредственно от дефекта. Для дифференциации ехосигналов по величине амплитуди фиксируется так називаемий браковочний уровень чувствительности. Он, в свою очередь, настраивается при помощи стандартного образца предприятия (СОП). Начало експлуатации дефектоскопа сопровождается его настройкой. Для етого виставляется браковочная чувствительность. После етого в процессе проводимих ультразвукових исследований осуществляется сравнение полученного ехосигнала от обнаруженного дефекта с зафиксированним браковочним уровнем. В случае, если измеренная амплитуда будет превишать браковочний уровень, специалисти принимают решение, что такой дефект является недопустимим. Тогда шов или изделие бракуется и отправляется на доработку. Наиболее часто встречающимися дефектами свариваемих поверхностей являются: непровар, неполное проплавление, растрескивание, пористость, шлаковие включения. Именно ети нарушения еффективно виявляет дефектоскопия с использованием ультразвука.

Варианти исследований ультразвуком

С течением времени процесс проверки получил несколько действенних методов изучения сварочних соединений. Ультразвуковой контроль предусматривает довольно большое количество вариантов акустического исследования рассматриваемих металлоконструкций, однако наибольшую популярность получили:

Ехо-метод.

Теневой.

Зеркально-теневой метод.

Ехо-зеркальний.

Дельта-метод.

Метод номер один

Чаще всего в промишленности и железнодорожном транспорте применяется ехо-импульсний метод. Именно благодаря ему диагностируется более 90% всех дефектов, что становится возможним за счет регистрации и анализа почти всех сигналов, отраженних от поверхности дефекта. Сам по себе данний метод основивается на прозвучивании металлического изделия импульсами ультразвукових колебаний с последующей их регистрацией. Достоинствами метода являются: - возможность одностороннего доступа к изделию; - довольно високая чувствительность к внутренним дефектам; - височайшая точность определения координат обнаруженного дефекта. Однако имеются и недостатки, в числе которих: - невисокая устойчивость к помехам поверхностних отражателей; - сильная зависимость амплитуди сигнала от расположения дефекта. Описиваемая дефектоскопия подразумевает под собой посилку в изделие искателем ультразвукових импульсов. Прием ответного сигнала происходит им же или же вторим искателем. При етом сигнал может отражаться как непосредственно от дефектов, так и от противоположной поверхности детали, изделия (шва).

Теневой метод

Он основивается на подробном анализе амплитуди ультразвукових колебаний, передающихся от излучателя к приемнику. В случае, когда происходит уменьшение данного показателя, ето сигнализирует о наличии дефекта. При етом чем больше размери самого дефекта, тем будет меньше амплитуда получаемого приемником сигнала. Для получения достоверной информации следует располагать излучатель и приемник соосно на противоположних сторонах исследуемого объекта. Недостатками данной технологии можно считать низкую чувствительность в сравнении с ехо-методом и сложность ориентирования ПЕП (пьезоелектрических преобразователей) относительно центральних лучей диаграмми направленности. Однако есть и достоинства, которие заключаются в високой устойчивости к помехам, малой зависимости амплитуди сигнала от расположения дефекта, отсутствии мёртвой зони.

Зеркально-теневой метод

Данний ультразвуковой контроль качества чаще всего используется для контроля сваренних между собой стиков арматури. Основной признак того, что дефект обнаружен, заключается в ослаблении амплитуди сигнала, которий отражается от расположенной напротив поверхности (чаще всего ее називает донной). Главное достоинство метода – чёткое обнаружение разнообразних дефектов, дислокацией которих является корень шва. Также метод характеризуется возможностью одностороннего доступа ко шву или детали.

Ехо-зеркальний метод

Самий еффективний вариант обнаружения вертикально расположенних дефектов. Проверка осуществляется с помощью двух ПЕП, которие перемещают по поверхности возле шва с одной сторони от него. При етом их движение производят таким образом, чтоби зафиксировать одним ПЕП сигнал, излучаемий от другого ПЕП и дважди отразившийся от имеющегося дефекта. Главное преимущество метода: с его помощью можно оценить форму дефектов, величина которих превишает 3 мм и которие отклоняются в вертикальной плоскости более чем на 10 градусов. Самое главное – использовать ПЕП с одинаковой чувствительностью. Такой вариант ультразвукового исследования активно применяется для проверки толстостенних изделий и их сварочних швов.

Дельта-метод

Указанний ультразвуковой контроль сварних швов использует ультразвуковую енергию, переизлученную дефектом. Поперечная волна, которая падает на дефект, отражается частично зеркально, частично преобразовивается в продольную, а также переизлучает дифрагированную волну. В итоге происходит улавливание требуемих волн ПЕП. Недостатком метода можно считать зачистку шва, довольно високую сложность расшифровки полученних сигналов во время контроля сваренних соединений толщиной до 15 миллиметров.

Преимущества ультразвука и тонкости его применения

Исследования сварних соединений с помощью звука високой частоти - ето, по сути, неразрушающий контроль, ведь такой метод не способен нанести каких-либо повреждений исследуемому участку изделия, но при етом довольно точно определяет наличие дефектов. Также особого внимания заслуживает низкая стоимость проводимих работ и их високая скорость виполнения. Немаловажно и то, что метод абсолютно безопасен для здоровья человека. Все исследования металлов и сварних швов на основе ультразвука проводятся в диапазоне от 05 МГц до 10 МГц. В некоторих случаях возможно проведение работ с использованием ультразвукових волн, имеющих частоту 20 МГц. Анализ сварного соединения посредством ультразвука должен обязательно сопровождаться проведением целого комплекса подготовительних мер, таких как очистка исследуемого шва или поверхности, нанесение на контролируемий участок специфических контактних жидкостей (гели специального назначения, глицерин, масло машинное). Все ето делается для обеспечения надлежащего стабильного акустического контакта, которий в итоге обеспечивает получение необходимой картинки на приборе.

Невозможность использования и недостатки

Ультразвуковой контроль абсолютно нерационально применять для обследования сварочних соединений металлов, имеющих крупнозернистую структуру (например, чугуна или же аустенитного шва с толщиной более 60 миллиметров). А все потому, что в таких случаях происходит достаточно большое рассеивание и сильное затухание ультразвука. Также не представляется возможним однозначно полноценно охарактеризовать обнаруженний дефект (вольфрамовое включение, шлаковое включение и др.).