Ултразвуково тестване на заварени съединения, методи и технология на изпитване

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Практически няма индустрия, в която да не се извършва заваряване. По-голямата част от металните конструкции са монтирани и свързани помежду си чрез заваръчни шевове. Разбира се, качеството на този вид работа в бъдеще зависи не само от надеждността на сградата, конструкцията, машината или който и да е възел, който се издига, но и от безопасността на хората, които по някакъв начин ще взаимодействат с тези конструкции. Ето защо, за да се гарантира правилното ниво на изпълнение на такива операции, се използва ултразвуково тестване на заваръчни шевове, благодарение на което е възможно да се открие наличието или отсъствието на различни дефекти на кръстовището на метални изделия. Този усъвършенстван метод за контрол ще бъде обсъден в нашата статия.

История на възникване

Ултразвуковото откриване на дефекти като такова е разработено през 30-те години. Въпреки това, първото наистина работещо устройство се ражда едва през 1945 г. благодарение на Sperry Products. През следващите две десетилетия най-новата технология за управление получи световно признание и броят на производителите на такова оборудване се увеличи драстично.

УлтразвукДефектотърсачът, чиято цена днес започва от 100 000 -130 000 хиляди рубли, първоначално съдържаше вакуумни тръби. Такива устройства бяха обемисти и тежки. Те работеха изключително от променливотокови източници на захранване. Но още през 60-те години, с появата на полупроводниковите схеми, дефектоскопите бяха значително намалени по размер и можеха да работят на батерии, което в крайна сметка направи възможно използването на устройствата дори в полеви условия.

Влезте в дигиталната реалност

В ранните етапи описаните инструменти са използвали аналогова обработка на сигнала, поради което, подобно на много други подобни устройства, те са били обект на дрейф в момента на калибриране. Но още през 1984 г. Panametrics пусна първия портативен цифров дефектоскоп, наречен EPOCH 2002. От този момент нататък цифровите устройства се превърнаха в високонадеждно оборудване, което в идеалния случай осигурява необходимото калибриране и стабилност на измерването. Ултразвуковият дефектоскоп, чиято цена директно зависи от техническите му характеристики и марката на производителя, също получи функция за регистриране на данни и възможност за прехвърляне на показанията към персонален компютър.

В днешната среда има все по-голям интерес към системите с фазова решетка, които използват сложна технология, базирана на многоелементни пиезоелектрични елементи за генериране на насочени лъчи и създаване на изображения на напречно сечение, подобни на медицински ултразвукови изображения.

Сфераприложения

Ултразвуковият метод за контрол се използва във всяка индустрия. Използването му показа, че може да се използва еднакво ефективно за изпитване на почти всички видове заварени съединения в строителството, които имат дебелина на заварения основен метал над 4 милиметра. В допълнение, методът се използва активно за проверка на фугите на газо- и нефтопроводи, различни хидравлични и водни системи. А в случаи като проверката на дебели шевове, получени в резултат на електрошлаково заваряване, ултразвуковото откриване на дефекти е единственият приемлив метод за проверка.

Окончателното решение дали дадена част или заваръчен шев е годен за обслужване се взема въз основа на три основни индикатора (критерия) - амплитуда, координати, условни размери.

Общо взето, ултразвуковото тестване е точно методът, който е най-плодотворният от гледна точка на изобразяване в процеса на изследване на шева (детайл).

Причини за търсене

Описаният метод за проверка с помощта на ултразвук е добър с това, че има много по-висока чувствителност и надеждност на индикациите в процеса на откриване на дефекти под формата на пукнатини, по-ниска цена и висока безопасност в процеса на използване в сравнение с класически методи за рентгеново изследване. Към днешна дата ултразвуковото изследване на заварени съединения се използва в 70-80% от случаите на проверка.

Ултразвукови трансдюсери

БезИзползването на тези устройства за неразрушително ултразвуково изследване е просто немислимо. Устройствата се използват за генериране на възбуждане, както и за приемане на ултразвукови вибрации.

Единиците са различни и се класифицират по:

• Начинът за създаване на контакт с тестовия елемент.
• Методът за свързване на пиезоелектрични елементи към електрическата верига на самия дефектоскоп и дислокацията на електрода спрямо пиезоелектричния елемент.
• Ориентация на акустиката спрямо повърхността.
• Брой пиезо елементи (единични, двойни, многоелементни).
• Пропускателна способност на работните честоти (теснолентови - по-малко от една октава честотна лента, широколентова - повече от една октава честотна лента).

Измерими характеристики на дефекти

GOST управлява всичко в света на технологиите и индустрията. Ултразвуковото изследване (GOST 14782-86) също не е изключение по този въпрос. Стандартът определя, че дефектите се измерват със следните параметри:

• Еквивалентна площ на дефекта.
• Амплитуда на ехо сигнала, която се определя, като се вземе предвид разстоянието до дефекта.
• Координати на дефекта в точката на заваряване.
• Конвенционални размери.
• Условно разстояние между дефектите.
• Броят на дефектите в избраната дължина на заварката или съединението.

Операция на детектора за дефекти

Неразрушителното изпитване, което е ултразвуково, има собствен метод на използване, който гласи, че основният измерван параметър е амплитудата на получения ехо сигналдиректно от дефекта. За да се разграничат ехо сигналите по амплитуда, така нареченото ниво на чувствителност на отхвърляне е фиксирано. Това от своя страна се конфигурира с помощта на стандартния шаблон на предприятието (SOP).

Началото на работа на дефектоскопа е придружено от неговата настройка. За това е зададена чувствителност на отхвърляне. След това, в процеса на текущи ултразвукови изследвания, полученият ехо сигнал от открития дефект се сравнява с фиксираното ниво на отхвърляне. Ако измерената амплитуда надвишава нивото на отхвърляне, експертите решават, че такъв дефект е неприемлив. След това шевът или продуктът се отхвърлят и се изпращат за ревизия.

Най-честите дефекти на заварените повърхности са: липса на сливане, непълно проникване, напукване, порьозност, шлакови включвания. Именно тези нарушения се откриват ефективно чрез откриване на дефекти с помощта на ултразвук.

Ултразвукови опции

С течение на времето процесът на проверка разработи няколко мощни метода за изследване на заваръчни шевове. Ултразвуковото тестване предоставя доста голям брой възможности за акустично изследване на разглежданите метални конструкции, но най-популярните са:

• Ехо метод.
• Сянка.
• Метод на огледална сянка.
• Echo Mirror.
• Делта метод.

Метод номер едно

Най-често в индустрията и железопътния транспорт се използва ехо-импулсният метод. Благодарение на него се диагностицират повече от 90% от всички дефекти, което става възможно благодарение на регистрирането и анализа на почти всички сигнали, отразени от повърхността на дефекта.

Самият този метод се основава на озвучаването на метален продукт с импулси от ултразвукови вибрации, последвано от тяхното регистриране.

Предимствата на метода са:

- възможност за еднопосочен достъп до продукта;

- доста висока чувствителност към вътрешни дефекти;

- най-високата точност при определяне на координатите на открития дефект.

Въпреки това, има и недостатъци, включително:

- ниска устойчивост на смущения от повърхностни рефлектори;

- силна зависимост на амплитудата на сигнала от местоположението на дефекта.

Описаното откриване на дефекти предполага изпращане на ултразвукови импулси към продукта от търсача. Сигналът за отговор се получава от него или от втория търсещ. В този случай сигналът може да бъде отразен както директно от дефекти, така и от противоположната повърхност на детайла, продукт (шев).

Метод на сянка

Той се основава на подробен анализ на амплитудата на ултразвуковите вибрации, предавани от предавателя към приемника. В случай, че има намаление на този индикатор, това показва наличието на дефект. В този случай, колкото по-голям е размерът на самия дефект, толкова по-малка е амплитудата на сигнала, получен от приемника. За да се получи надеждна информация, излъчвателят и приемникът трябва да бъдат разположени коаксиално от противоположните страниобект на изследване. Недостатъците на тази технология могат да се считат за ниска чувствителност в сравнение с ехо метода и трудността при ориентиране на PET (пиезоелектрични преобразуватели) спрямо централните лъчи на радиационната картина. Има обаче и предимства, които са висока устойчивост на смущения, ниска зависимост на амплитудата на сигнала от местоположението на дефекта и липса на мъртва зона.

Метод на огледална сянка

Този ултразвуков контрол на качеството се използва най-често за проверка на заварени арматурни съединения. Основният признак, че е открит дефект, е отслабването на амплитудата на сигнала, което се отразява от противоположната повърхност (най-често наричана дъно). Основното предимство на метода е ясното откриване на различни дефекти, чиято дислокация е коренът на заваръчния шев. Също така методът се характеризира с възможност за едностранен достъп до шева или частта.

Огледален метод на ехо

Най-ефективният начин за откриване на вертикални дефекти. Проверката се извършва с две сонди, които се движат по повърхността близо до шева от едната му страна. В същото време тяхното движение се извършва по такъв начин, че да фиксира от една сонда сигнала, излъчен от друга сонда и отразен два пъти от съществуващия дефект.

Основно предимство на метода: може да се използва за оценка на формата на дефекти, чийто размер надвишава 3 мм и които се отклоняват във вертикалната равнина с повече от 10 градуса. Най-важните -използвайте сонди със същата чувствителност. Тази версия на ултразвуково изследване се използва активно за проверка на дебели стени и техните заварки.

Делта метод

Посоченото ултразвуково тестване на заваръчни шевове използва ултразвукова енергия, преизлъчена от дефекта. Напречната вълна, падаща върху дефекта, се отразява частично огледално, частично се трансформира в надлъжна, а също така повторно излъчва дифрагираната вълна. В резултат на това се улавят необходимите PET вълни. Недостатъкът на метода може да се счита за почистване на шева, доста високата сложност на дешифрирането на получените сигнали по време на контрола на заварени съединения с дебелина до 15 милиметра.

Предимства на ултразвука и тънкостите на неговото приложение

Изследването на заварени съединения с помощта на високочестотен звук всъщност е безразрушително изпитване, тъй като този метод не е в състояние да причини никаква повреда на изследваната част от продукта, но в същото време доста точно определя наличието на дефекти. Също така, специално внимание заслужава ниската цена на извършената работа и високата им скорост на изпълнение. Също така е важно методът да е абсолютно безопасен за човешкото здраве. Всички изследвания на метали и заварки на базата на ултразвук се извършват в диапазона от 0,5 MHz до 10 MHz. В някои случаи е възможно да се извършва работа с ултразвукови вълни с честота 20 MHz.

Анализът на заварено съединение чрез ултразвук трябва задължително да бъде придружен от цял комплексподготвителни мерки, като почистване на шева или изследваната повърхност, нанасяне на специфични контактни течности върху контролираната зона (гелове със специално предназначение, глицерин, машинно масло). Всичко това се прави, за да се осигури правилен стабилен акустичен контакт, който в крайна сметка осигурява необходимата картина на устройството.

Неизползваеми и недостатъци

Ултразвуковото тестване е абсолютно нерационално да се използва за изследване на заваръчни съединения на метали с едрозърнеста структура (например чугун или аустенитна заварка с дебелина над 60 милиметра). И всичко това, защото в такива случаи има достатъчно голяма дисперсия и силно затихване на ултразвука.

Не е възможно също така недвусмислено да се характеризира напълно откритият дефект (включване на волфрам, включване на шлака и др.).