Ультразвуковий контроль зварних з`єднань, методи і технологія контролю

Відео: Розділ II Урок №5. Проведення контролю.

Немає практично жодної галузі промисловості, де б не здійснювалися зварювальні роботи. Переважна більшість металоконструкцій монтуються і з`єднуються між собою за допомогою зварювальних швів. Само собою, від якості проведення такого роду робіт в перспективі залежить не тільки надійність будівлі, що зводиться, споруди, машини або будь-якого агрегату, але і безпеку людей, які будуть якимось чином взаємодіяти з цими конструкціями. Тому для забезпечення належного рівня виконання подібних операцій застосовується ультразвуковий контроль зварювальних швів, завдяки якому можна виявити наявність або ж відсутність різних дефектів в місці з`єднання металевих виробів. Про даному передовому методі контролю і піде мова в нашій статті.

Історія виникнення

Ультразвукова дефектоскопія як така була розроблена в 30-х роках. Однак перший реально працюючий прилад з`явився на світ лише в 1945 році завдяки компанії Sperry Products. Протягом наступних двох десятиліть новітня технологія контролю отримала всесвітнє визнання, різко зросла кількість виробників подібної техніки.

Ультразвуковий дефектоскоп, ціна якого на сьогоднішній день починається від 100000 -130000 неоподатковуваних мінімумів доходів громадян, спочатку в своїй основі містив вакуумні трубки. Такі прилади відрізнялися громіздкістю і великою вагою. Працювали вони виключно від джерел живлення зі змінним струмом. Але вже в 60-х роках, з появою напівпровідникових схем, дефектоскопи значно зменшилися в розмірах і отримали можливість працювати від батарей, що дозволило в підсумку застосовувати пристрої навіть в польових умовах.

Крок в цифрову реальність

На ранніх етапах описувані прилади застосовували аналогову обробку сигналів, за рахунок чого, як і багато інших подібні пристрої, були схильні до дрейфу в момент калібрування. Але вже в 1984 році компанія Panametrics дала путівку в життя першому портативному цифровому дефектоскопії під назвою EPOCH 2002. З цього моменту цифрові агрегати стали високонадійним устаткуванням, ідеально забезпечує необхідну стабільність калібрування і вимірювань. Ультразвуковий дефектоскоп, ціна якого безпосередньо залежить від його технічних характеристик і марки підприємства-виготовлювача, отримав також функцію реєстрації даних і можливість передачі показань на персональний комп`ютер.

У сучасних умовах все більше і більше викликають інтерес системи з фазованими гратами, в яких використовується складна технологія на базі багатоелементних п`єзоелектричних елементів, що генерують спрямовані промені і створюють поперечні зображення, схожі з медичної ультразвукової візуалізацією.

Сфера використання

Ультразвуковий метод контролю застосовується в будь-якому напрямку промисловості. Застосування його показало, що він може бути однаково ефективно використаний для перевірки майже всіх типів зварних з`єднань в будівництві, які мають товщину зварюваного основного металу більше 4 міліметрів. Крім того, метод активно використовується для перевірки з`єднання стиків газо- і нафтопроводів, різних гідравлічних і водопровідних систем. А в таких випадках, як контроль швів великої товщини, отриманих в результаті електрошлакового зварювання, ультразвукова дефектоскопія - єдино прийнятний метод здійснення контролю.

Остаточне рішення про те, придатна чи деталь або зварювальний шов до експлуатації приймається на основі трьох основних показників (критеріїв) - амплітуди, координат, умовні розмірів.

В цілому ж ультразвуковий контроль - саме той метод, який є найбільш плідним з точки зору формування зображень в процесі вивчення шва (деталі).

причини затребуваності

Описуваний метод контролю із застосуванням ультразвуку хороший тим, що він має набагато більш високою чутливістю і достовірністю показань в процесі виявлення дефектів у вигляді тріщин, меншою вартістю і високою безпекою в процесі використання в порівнянні з класичними методами радіографічного контролю. На сьогоднішній день ультразвуковий контроль зварних з`єднань застосовується в 70-80% випадків перевірок.

ультразвукові перетворювачі

Без застосування цих пристроїв неруйнівного контролю ультразвукової просто немислимий. Пристосування служать для формування збудження, а також прийому коливань ультразвуку.

Агрегати бувають різними і підлягають класифікації за:

• Способом створення контакту з досліджуваним виробом.
• Способом підключення п`єзоелементів в електросхему самого дефектоскопа і дислокації електрода щодо пьезоелемента.
• Орієнтації акустичної щодо поверхні.
• Числа п`єзоелементів (одно-, дво-, багатоелементні).
• Ширині смуги робочих частот (вузькосмугові - смуга менше однієї октави, широкосмугові - смуга пропускання перевищує одну октаву).

Вимірювані характеристики дефектів

У світі техніки і промисловості всім керує ГОСТ. Ультразвуковий контроль (ГОСТ 14782-86) в цьому питанні також не є винятком. Стандарт регламентує, що дефекти вимірюються за такими параметрами:

• Еквівалентної площі дефекту.
• Амплітуді ехосигнала, яку визначають з урахуванням відстані до дефекту.
• Координатами дефекту в точці зварювання.
• Умовним розмірами.
• Умовному відстані між дефектами.
• Кількості дефектів на виділеній довжині зварного шва або з`єднання.

експлуатація дефектоскопа

Неруйнівний контроль, яким є ультразвукової, має власну методику використання, в якій мовиться, що основний вимірюваний параметр - амплітуда ехосигнала, отримана безпосередньо від дефекту. Для диференціації ехосигналів за величиною амплітуди фіксується так званий бракувальний рівень чутливості. Він, в свою чергу, налаштовується за допомогою стандартного зразка підприємства (СОП).

Початок експлуатації дефектоскопа супроводжується його налаштуванням. Для цього виставляється бракувальному чутливість. Після цього в процесі проведених ультразвукових досліджень здійснюється порівняння отриманого ехосигнала від виявленого дефекту з зафіксованим бракувальною рівнем. У разі, якщо виміряна амплітуда буде перевищувати бракувальний рівень, фахівці приймають рішення, що такий дефект є неприпустимим. Тоді шов або виріб бракується і відправляється на доопрацювання.

Найбільш часто зустрічаються дефектами зварювальних поверхонь є: непровар, неповне проплавление, розтріскування, пористість, шлакові включення. Саме ці порушення ефективно виявляє дефектоскопія з використанням ультразвуку.

Варіанти досліджень ультразвуком

З плином часу процес перевірки отримав кілька дієвих методів вивчення зварювальних з`єднань. Ультразвуковий контроль передбачає досить велику кількість варіантів акустичного дослідження розглянутих металоконструкцій, проте найбільшу популярність отримали:

• Ехо-метод.
• Тіньовий.
• Дзеркально-тіньовий метод.
• Ехо-дзеркальний.
• Дельта-метод.

Метод номер один

Найчастіше в промисловості і залізничному транспорті застосовується луна-імпульсний метод. Саме завдяки йому діагностується понад 90% всіх дефектів, що стає можливим за рахунок реєстрації та аналізу майже всіх сигналів, відбитих від поверхні дефекту.

Сам по собі цей метод ґрунтується на прозвучу металевого виробу імпульсами ультразвукових коливань з подальшою їх реєстрацією.

Перевагами методу є:

- можливість одностороннього доступу до виробу;

- досить висока чутливість до внутрішніх дефектів;

Відео: Неруйнівні методи контролю. ndt-welding.com

- висока точність визначення координат виявленого дефекту.

Однак є й недоліки, в числі яких:

- невисока стійкість до перешкод поверхневих відбивачів;

- сильна залежність амплітуди сигналу від розташування дефекту.

Описувана дефектоскопія має на увазі під собою посилку в виріб шукачем ультразвукових імпульсів. Прийом сигналу у відповідь відбувається їм же або ж другим шукачем. При цьому сигнал може відбиватися як безпосередньо від дефектів, так і від протилежної поверхні деталі, вироби (шва).

тіньовий метод

Він грунтується на детальному аналізі амплітуди ультразвукових коливань, що передаються від випромінювача до приймача. У разі, коли відбувається зменшення даного показника, це сигналізує про наявність дефекту. При цьому чим більше розміри самого дефекту, тим буде менше амплітуда одержуваного приймачем сигналу. Для отримання достовірної інформації слід розташовувати випромінювач і приймач співвісно на протилежних сторонах досліджуваного об`єкта. Недоліками даної технології можна вважати низьку чутливість в порівнянні з луна-методом і складність орієнтування ПЕП (п`єзоелектричних перетворювачів) щодо центральних променів діаграми спрямованості. Однак є і гідності, які полягають у високій стійкості до перешкод, малої залежності амплітуди сигналу від розташування дефекту, відсутності мертвої зони.

Дзеркально-тіньовий метод

Даний ультразвуковий контроль якості найчастіше використовується для контролю зварених між собою стиків арматури. Основна ознака того, що дефект виявлений, полягає в ослабленні амплітуди сигналу, який відбивається від розташованої навпроти поверхні (найчастіше її називає донної). Головне достоїнство методу - чітке виявлення різноманітних дефектів, дислокацією яких є корінь шва. Також метод характеризується можливістю одностороннього доступу до шву або деталі.

Ехо-дзеркальний метод

Найефективніший варіант виявлення вертикально розташованих дефектів. Перевірка здійснюється за допомогою двох ПЕП, які переміщують по поверхні біля шва з одного боку від нього. При цьому їх рух виробляють таким чином, щоб зафіксувати одним ПЕП сигнал, що випромінюється від іншого ПЕП і двічі відбився від наявного дефекту.

Головна перевага методу: з його допомогою можна оцінити форму дефектів, величина яких перевищує 3 мм і які відхиляються у вертикальній площині більш ніж на 10 градусів. Найголовніше - використовувати ПЕП з однаковою чутливістю. Такий варіант ультразвукового дослідження активно застосовується для перевірки товстостінних виробів і їх зварювальних швів.

Дельта-метод

Зазначений ультразвуковий контроль зварних швів використовує ультразвукову енергію, переизлучение дефектом. Поперечна хвиля, яка падає на дефект, відбивається частково дзеркально, частково перетворюється в подовжню, а також перевипромінює дифрагованим хвилю. В результаті відбувається уловлювання необхідних хвиль ПЕП. Недоліком методу можна вважати зачистку шва, досить високу складність розшифровки отриманих сигналів під час контролю зварених з`єднань товщиною до 15 міліметрів.

Переваги ультразвуку і тонкощі його застосування

Дослідження зварних з`єднань за допомогою звуку високої частоти - це, по суті, неруйнівний контроль, адже такий метод не здатний завдати будь-яких ушкоджень досліджуваній ділянці вироби, але при цьому досить точно визначає наявність дефектів. Також особливої уваги заслуговує низька вартість проведених робіт і їх висока швидкість виконання. Важливо й те, що метод абсолютно безпечний для здоров`я людини. Всі дослідження металів і зварних швів на основі ультразвуку проводяться в діапазоні від 0,5 МГц до 10 МГц. У деяких випадках можливе проведення робіт з використанням ультразвукових хвиль, що мають частоту 20 МГц.

Аналіз зварного з`єднання за допомогою ультразвуку повинен обов`язково супроводжуватися проведенням цілого комплексу підготовчих заходів, таких як очищення досліджуваного шва або поверхні, нанесення на контрольований ділянку специфічних контактних рідин (гелі спеціального призначення, гліцерин, масло машинне). Все це робиться для забезпечення належного стабільного акустичного контакту, який в підсумку забезпечує отримання необхідної картинки на приладі.

Неможливість використання і недоліки

Ультразвуковий контроль абсолютно нераціонально застосовувати для обстеження зварювальних з`єднань металів, що мають грубозернисту структуру (наприклад, чавуну або ж аустенітного шва з товщиною більше 60 міліметрів). А все тому, що в таких випадках відбувається досить велике розсіювання і сильне загасання ультразвуку.

Також не представляється можливим однозначно повноцінно охарактеризувати виявлений дефект (вольфрамовое включення, шлакове включення і ін.).