Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов

Теория УЗК сварных швов

Физическая основа метода ультразвукового контроля сварных швов основана на способности ультразвука отражаться от границы раздела сред. Ультразвук – упругие механические колебания, получаемые различными методами. Они находятся за пределами слышимости. Вредного воздействия на уши оператора-контролера излучатели не оказывают.

Ультразвуковая диагностика проводится в диапазоне от 20 кГц до 500 МГц. В однородной среде направленные волны распространяются с одинаковой скоростью. На фазовом переходе отражаются или преломляются подобно световому лучу. Скорость продольной волны во всех твердых средах почти в два раза превышает скорость поперечной.

Чувствительность у приборов разная, зависит от конструктивных особенностей. Но по сути волны способны отражаться от дефектов, которые равны длине волны или превосходят ее по размеру. Ультразвуком можно определить мелкие дефекты сварных соединений: несплошности, раковины, включения шлака или нерастворимые соединения, крупные зерна, повышающие хрупкость металла.

Преимущества и недостатки ультразвуковой дефектоскопии

Сначала о достоинствах:

  • Это неразрушающий контроль, исследуемую часть конструкции не нужно отделять, разрезать, везти в лабораторию.
  • Ультразвуковыми дефектоскопами для контроля сварных соединений можно пользоваться в лабораторных и полевых условиях.
  • Методы применяются для однородных и разнородных соединений.
  • Для исследования шва не требуется много времени, результат получают на месте.
  • Приборы безопасны для человека, не оказывают вредного воздействия.
  • Достоверность результатов очень высокая, диагностируются многие виды дефектов.

Недостатки связаны с необходимостью подготовки специалистов, ограничениями. Ультразвук затухает в крупнозернистых металлах. Необходимо использовать преобразователи с определенным радиусом кривизны подошвы.

Виды УЗК сварочных швов

Стыки прозвучивают по различной методике:

  • прямым лучом;
  • однократно отраженным;
  • двукратно отраженным;
  • многократно отраженным.

Направление луча в ультразвуковом методе контроля сварных соединений подбирают по нормали, на которой дефекты особенно опасны.

Основные способы локации:

  1. Эхо-импульсная УЗД. Прибор настроен на излучение и прием волны. Если аудиволна не зафиксирована датчиком, все в порядке, в шве дефекты не обнаружены. Если зафиксировано отражение, есть раздел сред.
  2. Эхо-зеркальный метод предусматривает применение датчика, генерирующего волну, и улавливающего приемника. Приборы устанавливают под углом к оси шва. Приемник ловит отраженные волны. По результатам диагностируют трещины в сварном соединении.
  3. Теневая диагностика подразумевает прохождение ультраволн по всей площади шва, приемник устанавливается за сварным соединением. Если звук отражается, возвращается к излучателю, приемник фиксирует теневой участок.
  4. Зеркально-теневая дефектоскопия – сочетание зеркального и теневого исследования. Комплект датчиков регистрирует отраженные звуковые колебания. Чистая волна — шов сделан без нарушений. Наличие глухой зоны – признак несплошностей.
  5. Дельта-метод основан на воздействии направленным лучом. Дефекты определяются по отражению ультразвука, изменению траектории. Для точных результатов требуется деликатная настройка диагностического оборудования.
Читайте также:  Плазменная наплавка металла – полное описание процесса + Видео

Виды ультразвукового контроля

На практике чаще используют первый и третий методы. Неразрушающий контроль с использованием ультразвука выявляет брак, провоцирующий разгерметизацию сварных изделий. Считается эффективным способом профилактики аварийных ситуаций.

Область и возможности применения методики УЗК

Проверка проводится на соединениях цветных металлов, чугуне, углеродистой и легированной стали. С помощью диагностики УЗК сварных швов выявляют:

  • пористость, связанную с насыщением расплава атмосферными газами;
  • включения ржавчины;
  • непровары;
  • участки с нарушением геометрии детали;
  • трещины в зоне термовлияния;
  • несплошности различной природы;
  • инородные включения в расплаве;
  • структурные расслоения;
  • неоднородность наплавленного слоя;
  • складки наплавочного материала;
  • свищи (сквозные дефекты);
  • провисание диффузионного слоя за пределами стыка.

УЗК-контролю сварных соединений подвергают различные конструкционные элементы:

  • тавровые швы;
  • трубные и фланцевые кольцевые соединения;
  • стыки любой конфигурации, включая сложные формы;
  • продольные и поперечные швы, подвергающиеся разнонаправленным нагрузкам или испытывающим высокое давление.

В инструкциях по ультразвуковому контролю сварных соединений указаны ограничения диагностики, связанные со способностью ультразвука рассеиваться при прохождении через металлическую решетку.

Геометрический диапазон контроля:

  • толщина проверяемых заготовок: mах 0,5–0,8 м, min 8–10 мм;
  • расстояние до контролируемого шва или углубление: mах 10 м; min 3 мм.

Методика применяется в строительной отрасли, автомобильной промышленности, на предприятиях, где есть сосуды высокого давления, котлы, технологические трубопроводы.

Сущность УЗК технологии

Контроль сварных соединений УЗК основан на излучении ультразвуковых волн акустического типа, которые при прохождении однородной среды не изменяют прямолинейной траектории.

Принцип технологии построен на способности высокочастотных колебаний (выше 20 кГц) проникать в металл, не нарушая его структуры, и отражаться от поверхности пустот, царапин, неровностей или инородных включений. Созданная искусственно волна проникает внутрь проверяемого сварочного стыка и если в нем имеет место дефект, то она отклоняется от своего естественного направления при его обнаружении.

Все отклонения отражаются на экранах специальных приборов. Сигнал на монитор передается с помощью усилителя. Он способствует построению схемы, по которой оператор может увидеть все дефекты и особенности стыковых соединений. Размер дефектного образования устанавливается по амплитуде отраженного импульса, расстояние до него определяется по времени распространения акустической волны.

Свойства и получение ультразвуковых колебаний

Практически все приборы, которыми осуществляется ультразвуковая дефектоскопия сварных швов устроены по аналогичному принципу. Состоящая из титана бария или кварца пластина является основным рабочим элементом устройства. В призматической головке, которая отвечает за поиск дефектов, расположен пьезодатчик прибора.

Головка (щуп) размещается вдоль соединений и медленно перемещается посредством возвратно-поступательных движений. К пластине подается высокочастотный ток в пределах 0,8-2,5 Мгц и в результате она перпендикулярно своей длине начинает излучение волн.

Исходящие волны воспринимаются другой принимающей пластиной, где они преобразуются в электрический переменный ток, который мгновенно отклоняет волну на мониторе осциллографа.

Читайте также:  Технология фланцевого соединения стальных труб: Пошаговая инструкция +Фото и Видео

Датчик отправляет разные по длительности переменные импульсы колебаний, разделяя их на паузы с большей продолжительностью от 1 до 5 мкс. Такой процесс позволяет безошибочно провести контроль УЗК сварных швов, определить наличие дефектов, их тип и глубину залегания.

Рамки применения метода УЗК

Проведение ультразвукового контроля сварных соединений обеспечивает достаточно точные результаты и при соблюдении технологии способен предоставить исчерпывающую информацию в отношении любых дефектов. Но здесь следует понимать, что существуют определенные границы применения методики.

Дефекты, которые можно обнаружить методикой УЗК следующие:

  • поры;
  • непроваренные участки;
  • трещины в швах и возле них;
  • несплавления соединений;
  • расслоения наплавленного материала;
  • наличие свищей;
  • провисание металла в нижних участках стыка;
  • коррозионные образования;
  • участки, на которых нарушены геометрические размеры или присутствует несоответствие химического состава.

УЗК сварных соединений осуществлять можно на конструкциях из легированной и аустенитной стали, меди, чугуна и металлов, которые ультразвук проводят плохо.

Геометрические параметры проведения УЗ-дефектоскопии:

  • не более 10 метров составляет наибольшая глубина залегания шва;
  • при минимальной толщине металла 3-4 мм;
  • в зависимости от прибора наименьшая толщина шва должна быть в пределах 8-10 мм;
  • 500-800 мм — максимальная толщина металла.

Что касается видов соединений, то сварка под УЗК предполагает выполнение продольных, плоских, сварных, кольцевых, тавровых стыков. Также применяют методику для сварных труб.

Области использования дефектоскопии

Ультразвуковая проверка сварных швов активно применяется в промышленной, строительной и других сферах. Чаще всего контроль ультразвуком применяют:

  • для аналитической диагностики агрегатов и узлов;
  • дефектоскопия сварных швов трубопроводов проводится с целью определения их целостности и степени износа труб;
    Фото: УЗК трубопровода
  • в атомной и тепловой энергетике для контроля состояния сварных конструкций;
  • в области машиностроения и химической промышленности;
  • для проверки сварных стыков в изделиях со сложной конфигурацией;
  • при необходимости проверить прочность соединений металлов с крупнозернистой структурой.

Применять УЗК можно как в лабораторных, так и в полевых условиях при нахождении стыков на высоте, в замкнутых пространствах и труднодоступных местах.

Преимущества и недостатки методики

Ультразвуковой контроль сварных швов трубопроводов иди других типов металлоизделий обладает рядом преимущественных особенностей:

  • высокая чувствительность оборудования обеспечивает точность результатов и скорость проведения проверок;
  • удобность использования благодаря компактности приборов;
  • возможность проведения выездной дефектоскопии если для контроля использовать портативные измерительные устройства;
  • минимальные затраты на осуществление контроля сварочных швов, что обусловлено невысокой стоимостью самих дефектоскопов;
  • возможность проверять соединения с большой толщиной;
  • УЗК не нарушает структуру шва и не повреждает исследуемый объект;
  • практически все разновидности дефектов сварных швов можно установить посредством ультразвукового контроля;
  • контролируемый объект не требуется выводить из эксплуатации, проверку сварочных соединений можно проводить непосредственно в процессе его работы;
  • абсолютная безопасность для человека, что нельзя отнести, например, к рентгеновской дефектоскопии.
Читайте также:  Сварка толстого металла электродуговым и электрошлаковым методом: правила наложения сварочного шва

К недостаткам контроля сварочных швов ультразвуковым методом относят некоторые трудности при проверке металлов с крупнозернистой структурой, возникающие вследствие сильного затухания и рассеивания волн. Также в числе минусов отмечают необходимость предварительно перед установкой дефектоскопов очистить и подготовить поверхность шва и некую ограниченность информации, выдаваемой прибором об обнаруженном дефекте.

В заключение следует сказать о том, что УЗК сварочных соединений — это гарантия безопасной эксплуатации готовых металлоизделий и сооружений. Если соблюдать сроки проверок, то это позволит своевременно устранить повреждения, продлить периоды и увеличить эффективность работы конструкций.

Порядок проведения УЗК

Существует определенный стандарт, согласно которого должен проводится ультразвуковой контроль сварных соединений трубопроводов или других металлоконструкций. Порядок выполнения контрольных операций следующий:

  • тщательное очищение стыковых соединений от ржавчины, лакокрасочных покрытий не менее чем на 50-70 мм с обеих сторон шва;
    Фото: проведение УЗК
  • поверхность стыка и металла возле него обрабатывается машинным, турбинным, трансформаторным маслом, глицерином или солидолом. Такая обработка необходима для получения более точных результатов проверки;
  • проверочный прибор настраивается в соответствии характерных конкретному типу УЗК параметров. При толщине исследуемого материала до 2 см применяются стандартные настройки, АРД-диаграммы настраиваются если толщина превышает 2 см. Для проверки качества используются DGS или AVG-диаграммы;
  • зигзагообразными движениями вдоль сварочного шва перемещается излучатель прибора, поворачиваясь на 10-15 вокруг собственной оси;
  • искатель перемещается по материалу до того момента, пока не появится устойчивый, максимально четкий сигнал. После этого устройство разворачивается и осуществляется поиск сигнала наивысшей амплитуды.

Часто колебания отражения волн воспринимают за дефекты, поэтому этот момент необходимо тщательно проверить. Если действительно имеет место повреждение, то оно фиксируется с обозначением места локализации.

Проверка сварных швов ультразвуком должна осуществляться согласно установленных ГОСТом требований. Если с точностью определить характер дефекта с помощью УКЗ не получается, то в таких случаях проводят более детальные проверки с применением гамма-дефектоскопии или рентгенодефектоскопии.

Устройство и принцип работы ультразвукового дефектоскопа

У всех приборов есть генератор, излучатель и приемник ультразвука, усилитель сигнала. Устройства различаются по типу генераторов. Чаще используются пьезоэлементы. Ультразвуковой датчик посылает сигналы импульсно, с паузами до пяти микросекунд. Длительность настраивают в зависимости от плотности металла, структурных особенностей изыскиваемых дефектов. По отражению делается качественная и количественная оценка: выявляется дефект, глубина его образования, размеры.

Излучатель находится в подвижном щупе, он двигается вдоль и поперек исследуемых швов.

Схема дефектоскопа

Точность диагностики зависит от чувствительности приемника, улавливающего прошедшую или отраженную волну. На границе сред волна меняет направление, оператор должен это учитывать. Проще определяются теневые участки – места, где волна отражается. Звуковой сигнал преобразуется в электрический, картинка выводится на осциллограф. Отраженная волна показывает пик, постоянная – прямую линию.

Источники

  • https://svarkaprosto.ru/tehnologii/ultrazvukovoy-kontrol-svarnyh-soedinenij
  • https://www.studmed.ru/scherbinskiy-vg-tehnologiya-ultrazvukovogo-kontrolya-svarnyh-soedineniy_d046f84b6a7.html
  • https://osvarka.com/shvy-i-soedineniya/ultrazvukovoy-kontrol-svarnykh-soedineniy-uzk

[свернуть]
Ссылка на основную публикацию