Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов

Методика ультразвукового контроля сварных соединений

Метод ультразвуковой дефектоскопии сварных швов применяется с 1930 года. С тех пор разработаны различные способы эхолокации. Они выявляют нарушение целостности диффузного слоя, соответствие наплавки основному металлу по химическому составу, выявляются шлаковые включения, оксидные примеси. Процедура УЗД (ультразвуковой диагностики) по точности результатов сопоставима с рентгеном, радиолокацией. Прибором выявляют самые мелкие дефекты, снижающие прочность соединений.

Среди неразрушающих методов контроля швов ультразвуковой стал самым доступным и эффективным, поставлен на поток. Результаты проверки работы сварщика заносятся в специальный журнал. Область применения ультразвукового контроля сварных соединений ограничена только геометрическими параметрами свариваемых деталей. Диагностируют швы трубопроводов, сосудов высокого давления, металлоконструкций, испытывающих большую нагрузку.

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.

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.

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.

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.

Проверка сварных швов ультразвуком

Технология проверки регламентирована ГОСТ Р 55724-2013. Операторам-контролерам выдают удостоверения. Перед проверкой им проводят инструктаж по ТБ. Проверять приходится соединения, расположенные в труднодоступных местах. Прибор обязательно заземляется. Оценка результатов проводится по нескольким критериям. В журнал ультразвукового контроля качества заносятся следующие данные:

• протяженность контролируемого сварного шва;
• описание дефекта (ширина, высота, форма);
• диапазон пропускаемой волны.

Для диагностики проводится зачистка исследуемой области (валик плюс область термовлияния). Для лучшей проходимости ультразвука на поверхности создают маслянистую пленку. Прибор настраивают по стандарту. Поиск отраженного или пропускаемого сигнала проходит на максимальной амплитуде. В зависимости от важности соединения контроль проводится за один или два прохода.

Ультразвуковой контроль сварных соединений

Швы в конструкциях со сварными соединениями должны постоянно подвергаться контролю. И это не зависит от того, когда соединение было сделано. Для этого используются различные методы, один из которых – ультразвуковая дефектоскопия (УЗД). Она по точности проведенных исследований превосходит и рентгеноскопию, и радио-дефектоскопию, и гамма-дефектоскопию.

Необходимо отметить, что эта методика не нова. Ее используют с тридцатых годов прошлого столетия, и сегодня ультразвуковой контроль сварных соединений популярен, потому что с его помощью можно выявить мельчайшие дефекты внутри сварочного шва. И, как показывает практика, именно скрытые дефекты являются основными серьезными причинами ненадежности свариваемой конструкции.

Теория технологии

Технология ультразвуковой дефектоскопии. (Слева отсутствие дефекта, справа дефет)

В основе ультразвуковых колебания лежат обычные акустические волны, которые имеют частоту колебания выше 20 кГц. Человек их не слышит. Проникая внутрь металла, волны попадают между его частицами, которые находятся в равновесии, то есть, колеблются в одной фазе. Расстояние между ними равно длине ультразвуковой волны. Этот показатель зависит от скорости прохождения через металлический шов и частоты самих колебаний. Зависимость определяется по формуле:

• L – это длина волны;
• с – скорость ее перемещения;
• f – частота колебаний.

Скорость же зависит от плотности материала. К примеру, в продольном направлении ультразвуковые волны двигаются быстрее, чем в поперечном. То есть, если на пути волны попадаются пустоты (другая среда), то изменяется и ее скорость. При этом, встречая на своем пути различные дефекты, происходит отражение волн от стенок раковин, трещин и пустот. А соответственно и отклонение от направленного потока. Изменение движения оператор видит на мониторе УЗК прибора, и по определенным характеристикам определяет, какой дефект встал на пути движения акустических волн.

К примеру, обращается внимание на амплитуду отраженной волны, тем самым определяется размер дефекта в сварочном шве. Или по времени распространения ультразвуковой волны в металле, что определяет расстояние до дефекта.

Виды ультразвукового контроля

В настоящее время в промышленности применяются несколько способов ультразвуковой дефектоскопии сварных швов. Рассмотрим каждый из них.

1. Теневой метод диагностики. Это методика основана на использовании и сразу двух преобразователей, которые устанавливаются по разные стороны исследуемого объекта. Один из них излучатель, второй – приемник. Место установки – строго перпендикулярно исследуемой плоскости сварного шва. Излучатель направляет поток ультразвуковых волн на шов, приемник их принимает с другой стороны. Если в потоке волн образуется глухая зона, то это говорит о том, что на его пути попался участок с другой средой, то есть, обнаруживается дефект.
2. Эхо-импульсный метод. Для этого используется один УЗК дефектоскоп, который и излучает волны, и принимает их. При этом используется технология отражения ультразвука от стенок дефектных участков. Если волны прошли сквозь металл сварочного шва и не отразились на приемном устройстве, то дефектов в нем нет. Если произошло отражение, значит, внутри шва присутствует какой-то изъян.
3. Эхо-зеркальный. Данный ультразвуковой контроль сварных швов – это подтип предыдущего. В нем используется два прибора: излучатель и приемник. Только устанавливаются они по одну сторону от исследуемого металла. Излучатель посылает волны под углом, они попадают на дефекты и отражаются. Эти отраженные колебания и принимает приемник. Обычно, таким образом, регистрируют вертикальные дефекты внутри сварочного шва – трещины.
4. Зеркально-теневой. Этот ультразвуковой метод контроля – симбиоз теневого и зеркального. Оба прибора устанавливаются с одной стороны от исследуемого металла. Излучатель посылает косые волны, они отражаются от стенки основного металла и принимаются приемником. Если на пути отраженных волн не встретились изъяны сварного шва, то они проходят без изменений. Если на приемнике отразилась глухая зона, то, значит, внутри шва есть изъян.
5. Дельта-метод. В основе этого способа контроля сварных соединений ультразвуком лежит переизлучение дефектом направленных акустических колебаний внутрь сварного соединения. По сути, отраженные волны делятся на зеркальные, трансформируемые в продольном направлении и переизлучаемые. Приемник может уловить не все волны, в основном отраженные и движущиеся прямо на него. От количества полученных волн будет зависеть величина дефекта и его форма. Не самая лучшая проверка, потому что она связана с тонкой настройкой оборудования, сложность расшифровки полученных результатов, особенно, когда проверяется сварочный шов шириною более 15 мм. При проведении ультразвукового контроля качества металла этим способом предъявляются жесткие требования к чистоте сварочного шва.

Вот такие методы ультразвукового контроля сегодня используются для определения качества сварных соединений. Необходимо отметить, что чаще всего специалисты используют эхо-импульсный и теневой метод. Остальные реже. Оба вариант в основном используются в ультразвуковом контроле тру.

Как проводится ультразвуковая дефектоскопия

Все выше описанные технологии относятся к категории ультразвуковых методов неразрущающего контроля. Они удобны и просты в исполнении. Рассмотрим, как теневой метод используется на практике. Все действия проводятся по ГОСТ.

• Производится зачистка сварного шва и прилегающих к нему участков на ширину 50-70 мм с каждой стороны.
• Чтобы получились более точные результаты на соединительный шов наносится смазочное средство. К примеру, это может быть солидол, глицерин или любой другое техническое масло.
• Производится настройка прибора по ГОСТ.
• Излучатель устанавливается с одной стороны и включается.
• С противоположной стороны искателем (приемником) производятся зигзагообразные перемещения вдоль сварного стыка. При этом прибор немного поворачивают туда-сюда вокруг своей оси на 10-15°.
• Как только на мониторе появится сигнал с максимальной амплитудой, то это вероятность, что в металле шва обнаружен дефект. Но необходимо удостоверится, что отражающий сигнал не стал причиной неровности шва.
• Если не подтвердилось, то записываются координаты изъяна.
• Согласно ГОСТ испытание проводится за два или три прохода.
• Все результаты записываются в специальный журнал.

Внимание! Контроль качества сварных угловых соединений (тавровых) производится только эхо-импульсным способом, теневой метод здесь не подойдет.

Параметры оценки результатов

Чувствительность прибора – основной фактор качества проводимых работ. Как с его помощью можно распознать параметры дефекта.

Во-первых, определяется количество изъянов. Даже при самых близких друг к другу расстояниях эхо-метод может определить: один дефект в сварочном шве или два (несколько). Их оценка производится по следующим критериям:

• амплитуда акустической волны;
• ее протяженность (условная);
• размеры дефекта и его форма.

Протяженность волны и ширину изъяна можно определить путем перемещения излучателя вдоль сварочного соединения. Высоту трещины или раковины можно узнать, исходя из разницы временных интервалов между отраженной волной и излученной раньше. Форма же дефекта определяется специальной методикой. В основе ее лежит форма отраженного сигнала, появляющаяся на мониторе.

Метод ультразвуковой дефектоскопии сложный, поэтому качество полученных результатов зависит от квалификации оператора и соответствия полученных показателей, которые регламентирует ГОСТ.

Достоинства и недостатки ультразвукового контроля труб

К достоинствам метода для контроля сварных швов можно отнести следующие критерии.

• Обследование проходит быстро.
• Диагностический результат высокий.
• Метод контроля сварных швов с помощью ультразвука – самый дешевый вариант.
• Он же и самый безопасный для человека.
• Устройство для контроля качества шва – портативный прибор, поэтому мобильность технологии обеспечивается.
• Ультразвуковая диагностика проводится без повреждения исследуемой детали.
• Нет необходимости останавливать оборудование или объект для того, чтобы провести контроль сварки.
• Можно проверять стыки нержавеющих металлов, черных и цветных.

Недостатки тоже есть.

• Контроль сварных соединений трубопроводов или других конструкций не дает точности по форме найденного дефекта. Все дело в том, что в трещинах или раковинах сварного шва могут присутствовать воздух (газ) или шлак. У двух материалов плотность разная, а значит, и разная отражательная способность.
• Сложно определить дефекты в деталях со сложной конфигурацией. Отправленные волны могут отразиться на другом участке шва, а не на исследуемом, за счет кривизны. А это выдаст некорректную информацию.
• Сложно провести ультразвуковой контроль труб, если металл, из которого они изготовлены, имеет крупнозернистую структуру. Внутри материала будет происходить рассеивания направленного потока и затухание отраженных волн.
• Важно ответственно подойти к очистке сварного шва. Его волнистость или загрязнение, ржавчина или окалины, капли разбрызганного металла или воздушные седла и поры на поверхности создадут преграду к получению правильных показателей, соответствующих ГОСТ.

Проконтролированный шов – это гарантия, что сварная конструкция находится под надзором. Исследования подтверждают его качественно состояние. То есть, оно низкое или достаточное, чтобы объект был принят в эксплуатацию или продолжал эксплуатироваться. Поэтому существуют определенные нормативы, касающиеся временного периода проведения проверок. Их необходимо строго соблюдать.

Ультразвуковой контроль сварных швов. Ультразвуковая дефектоскопия сварки

Содержание

Получение и свойства ультразвуковых колебаний

Ультразвуковые колебания, называемые также акустическими волнами с частотой, превышающей 20кГц. Они представляют собой механические колебания, которые способны распространяться в упругих средах. В дефектоскопии используется диапазон частот 0,5-10МГц.

При распространении упругих волн в металле частицы металла колеблются относительно точки равновесия. Расстояние между двумя частицами металла, колеблющимися в одинаковой фазе, будет являться длиной ультразвуковой волны. Длина волны L связана со скоростью её распространения c и с частотой колебаний f. Эта зависимость выражается формулой: L=c/f.

Скорость распространения акустической волны зависит от физических свойств среды и от типа волны. Скорость продольной волны примерно в 2 раза выше, чем скорость поперечной.

Углы направления ультразвуковых колебаний

При наклонном падении продольной акустической волны на границу раздела двух сред 1 и 2 (см. рисунок ниже), вместе с отражением возникает явление преломления и трансформации ультразвуковой волны. Проявляются преломлённые и отражённые продольные волны, а также сдвиговые поперечные волны.

На схеме а) показано, что падающая под углом β волна С_l1 разделяется на преломлённую С_l2 и сдвиговую С_t2, которые распространяются в металле. Отражённая волна на рисунке не показана. При определённом критическом значении угла падения β= β_кр1, преломлённая продольная волна перестанет проникать вглубь металла и будет распространяться только по её поверхности (схема б) на рисунке выше). Дальнейшее увеличение угла падения до β_кр2. приведёт к тому, что сдвиговая волна будет распространяться только на поверхности металла (схема в) на рисунке). Такое явление широко используется на практике при ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений для генерирования в контролируемых сварных швах акустических волн определённого типа.

Методы ультразвуковой дефектоскопии

Существует несколько методов ультразвукового контроля: эхо-импульсный, эхо-зеркальный, эхо-сквозной, дельта-метод (разновидность эхо-зеркального), когерентный метод (разновидность эхо-импульсного), теневой, зеркально теневой. Рассмотрим кратко наиболее распространенные из них, см. рисунок:

1. Эхо-импульсный метод. Он заключается в направлении акустической волны на сварное соединение и регистрации отражённой волны от дефекта. При таком методе источником и приёмником волн выступает один преобразователь (схема а) на рисунке).

2. Теневой метод. Такой метод ультразвуковой дефектоскопии заключается в использовании двух преобразователей, установленных на разные стороны сварного соединения. При таком методе один из преобразователей генерирует акустические волны (излучатель), а второй их регистрирует (приёмник). При этом приёмник должен быть расположен строго по направлению движения волны, переданной излучателем. При таком методе признаком дефекта является пропадание ультразвуковых колебаний. В потоке ультразвука получается «глухая область», это означает, что волна на этом участке не преодолела сварной дефект (схема б) на рисунке).

3. Эхо-зеркальный метод. Он также заключается в использовании двух преобразователей, но располагаются они с одной стороны сварного соединения. Сгенерированные приёмником ультразвуковые колебания отражаются от дефекта и регистрируются приёмником. На практике такой метод получил широкое распространение для поиска дефектов, расположенных перпендикулярно поверхности сварного соединения, например, сварных трещин (схема в) на рисунке).

4. Зеркально-теневой метод. По своей сути представляет собой теневой метод, но преобразователи располагаются не на противоположных поверхностях сварного соединения, а на одной. При этом регистрируются не прямой поток ультразвуковых волн, а поток, отражённый от второй поверхности сварного соединения. Признаком дефекта является пропадание отражённых колебаний (схема г) на рисунке).

При ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений используется, в основном, эхо-импульсный метод контроля. Реже применяется теневой метод и другие.

Сущность процесса ультразвуковой дефектоскопии

Принцип ультразвукового контроля

Ультразвуковой контроль сварных соединений относится к неразрушающим методам контроля варки и является одним из наиболее применяемых методов. Акустические ультразвуковые волны способны распространяться внутри твёрдого тела на значительную глубину. Волны отражаются от границ или от нарушений сплошности, т.к. они обладают другими акустическими свойствами.

Направляя ультразвуковые волны на сварное соединение с помощью специальных приборов — ультразвуковых дефектоскопов и улавливая отражённые сигналы, на экране дефектоскопа отображаются импульсы излученной и отражённой волн. По расположению этих импульсов и по их интенсивности, можно судить о расположении дефектов, их величине и определить характер сварного дефекта.

При контроле сварных швов необходимо тщательно выполнить прозвучивание всего металла сварного шва. Существуют способы прозвучивания прямой и отражённой волной. Прямой волной прозвучивают нижнюю часть шва, а отражённой волной — верхнюю, как это показано на рисунке справа.

Параметры оценки дефектов при ультразвуковом контроле

Чувствительность ультразвукового контроля определяется наименьшим размером дефекта (или эталонного отражателя), который возможно выявить. Роль эталонных отражателей часто играют плоскодонные отверстия, расположенные перпендикулярно направлению прозвучивания, а также боковые отверстия или зарубки, см. рисунок:

Разрешающая способность эхо-метода определяется минимальным расстоянием между двумя дефектами, при котором их можно определить, как раздельные дефекты, а не как один.

При ультразвуковом контроле, выявленный дефект оценивают, исходя из следующих параметров: амплитуды ультразвуковой волны, условной протяжённости, высоты и ширины дефекта, и его формы.

Условную длину сварного дефекта определяют длиной перемещения излучателя вдоль соединения, на протяжении которой фиксируется эхо-сигнал, исходящий от дефекта. Таким же образом, при перемещении излучателя по нормали к сварному соединению, можно определить условную ширину дефекта.

Условную высоту оценивают, исходя из разности интервалов времени между излучённой и отражённой от дефекта волной при крайних положениях излучателя.

Определить истинную величину сварного дефекта при ультразвуковом контроле очень часто оказывается затруднительно. Поэтому, чаще всего стремятся вычислить его эквивалентные величины (площадь или диаметр). Эквивалентной площадью сварного дефекта принято считать, к примеру, площадь плоскодонного отверстия в образце, амплитуда отражённой волны от которого равна амплитуде отражённой волны в проверяемом шве. Почти во всех случаях вычисленная эквивалентная площадь дефекта меньше его настоящей площади.

Форму сварного дефекта (плоскостной или объёмный) устанавливают, используя специальную методику, исходя из формы эхо-сигнала, отображаемого на экране дефектоскопа.

На точность данных, полученных при ультразвуковом контроле, влияют несколько факторов. Основные из них — это:

1. Уровень квалификации оператора
2. Внимательность оператора при работе и тщательность проведения контроля
3. Соответствие измеряемых показателей тем, которые предусмотрены инструкцией

Технология проведения ультразвукового контроля

Технология акустического контроля сварки зависит от типа сварного соединения и от требований, предъявляемых к качеству изделия. Технологию проведения акустического контроля можно условно разделить на несколько основных этапов:

1. Контроль сварного соединения внешним осмотром
2. Выбор метода контроля и типа преобразователя
3. Определение границ перемещения преобразователя
4. Подготовка поверхности сварного соединения для контроля
5. Размещение, включение, проверку работоспособности приборов и оборудования для контроля, их настройка
6. Прозвучивание металла сварного шва и зоны термического влияния
7. Оформление данных, полученных при контроле
8. Определение качества сварки, исходя из результатов контроля
9. Оценка качества сварки на соответствие требованиям, предъявляемым к металлоконструкции.

При внешнем осмотре сварного соединения устанавливают толщину свариваемого металла, тип соединения, размеры сварного шва (величину усиления или размер катета) и устанавливают наличие или отсутствие внешних сварных дефектов. Недопустимые дефекты необходимо устранить.

Контролируя сварное соединение, преобразователем совершают продольно-поперечные движения вдоль сварного шва, а также, одновременно с этим, вращательные движения, см. рисунок слева.

Видео на тему: «Ультразвуковой контроль сварных соединений»

Преимущества и недостатки ультразвуковой дефектоскопии

Преимуществами данного метода контроля являются:

1. Высокая чувствительность приборов
2. Компактность оборудования и приборов
3. Информацию о качестве сварного соединения можно получить достаточно быстро
4. Возможность контроля соединений большой толщины
5. Низкая стоимость дефектоскопии, т.к. затраты при её проведении минимальны
6. Безопасен для здоровья человека (по сравнению, например, с методом рентгеновской дефектоскопии, или методом радиационной дефектоскопии)
7. Этим методом можно выявить почти все известные сварные дефекты
8. Данный метод контроля не разрушает сварное соединение
9. Возможность проводить проверку в «полевых» условиях, благодаря наличию переносных дефектоскопов.

К недостаткам ультразвуковой дефектоскопии можно отнести:

1. Необходима подготовка поверхности соединения
2. Если дефект расположен перпендикулярно движению волны, его можно пропустить при проверке
3. Если размер дефекта меньше длины волны, то дефект остаётся «невидимым», т.к. он не отражает волну. А если увеличивать длину волны, то глубина проверки снижается.
4. Данные о дефекте часто оказывается ограниченными. Могут возникнуть трудности с определением вида сварного дефекта и его формы.
5. Сложность контроля сварки материалов с крупнозернистой структурой. Например, при сварке чугунов, или сварке высоколегированных сталей с крупнозернистой структурой шва (аустенитной, или перлитной), т.к. акустические волны в такой структуре быстро затухают.

Ультразвуковой дефектоскоп и другое оборудование, приборы для контроля

Комплект оборудования для ультразвукового контроля можно условно разделить на основные группы:

1. Дефектоскопы и преобразователи. Подробнее о них рассказано на странице: «Дефектоскопы для ультразвукового контроля сварных соединений».
2. Комплекты образцов и эталонов, необходимых для настройки и поверки приборов
3. Координатные линейки и шаблоны для определения места расположения дефектов
4. Вспомогательные приспособления

Ультразвуковой контроль сварных швов, и как он проводится

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации различных объектов со сварными соединениями все швы необходимо подвергать регулярной проверке. Вне зависимости от их новизны или давнего срока эксплуатации металлические соединения проверяются различными методами дефектоскопии. Наиболее действенным методом является УЗД – ультразвуковая диагностика, которая превосходит по точности полученных результатов рентгенодефектоскопию, гамма-дефектоскопию, радио-дефектоскопию и др.

Это далеко не новый (впервые УЗК проведен в 1930 году) метод, но является очень популярным и используется практически повсеместно. Это обусловлено тем, что наличие даже небольших дефектов сварочных соединений приводит к неизбежной утрате физических свойств, таких как прочность, а со временем к разрушению соединения и непригодности всей конструкции.

Теория акустической технологии

Ультразвуковая волна при УЗД не воспринимается ухом человека, но она является основой для многих диагностических методов. Не только дефектоскопия, но и другие диагностические отрасли используют различные методики на основе проникновения и отражения ультразвуковых волн. Особенно они важны для тех отраслей, в которых основным является требование о недопустимости нанесения вреда исследуемому объекту в процессе диагностики (например, в диагностической медицине). Таким образом, ультразвуковой метод контроля сварных швов относиться к неразрушающим методам контроля качества и выявления места локализации тех или иных дефектов (ГОСТ 14782-86).

Качество проведения УЗК зависит от многих факторов, таких как чувствительность приборов, настройка и калибровка аппарата, выбор более подходящего метода проведения диагностики, от опыта оператора и других. Контроль швов на пригодность (ГОСТ 14782-86) и допуск объекта к эксплуатации не возможен без определения качества всех видов соединений и устранения даже мельчайшего дефекта.

Определение

Ультразвуковой контроль сварных швов – это неразрушающий целостности сварочных соединений метод контроля и поиска скрытых и внутренних механических дефектов не допустимой величины и химических отклонений от заданной нормы. Методом ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) проводится диагностика разных сварных соединений. УЗК является действенным при выявлении воздушных пустот, химически не однородного состава (шлаковые вложения в металле) и выявления присутствия не металлических элементов.

Принцип работы

Ультразвуковая технология испытания основана на способности высокочастотных колебаний (около 20 000 Гц) проникать в металл и отражаться от поверхности царапин, пустот и других неровностей. Искусственно созданная, направленная диагностическая волна проникает в проверяемое соединение и в случае обнаружения дефекта отклоняется от своего нормального распространения. Оператор УЗД видит это отклонение на экранах приборов и по определенным показаниям данных может дать характеристику выявленному дефекту. Например:

• расстояние до дефекта – по времени распространения ультразвуковой волны в материале;
• относительный размер дефекта – по амплитуде отраженного импульса.

На сегодняшний день в промышленности применяют пять основных методов проведения УЗК (ГОСТ 23829 – 79), которые отличаются между собой только способом регистрации и оценки данных:

• Теневой метод. Заключается в контроле уменьшения амплитуды ультразвуковых колебаний прошедшего и отраженного импульсов.
• Зеркально-теневой метод. Обнаруживает дефекты швов по коэффициенту затухания отраженного колебания.
• Эхо-зеркальный метод или “Тандем”. Заключается в использовании двух аппаратов, которые перекликаются в работе и с разных сторон подходят к дефекту.
• Дельта-метод. Основывается на контроле ультразвуковой энергии, переизлученной от дефекта.
• Эхо-метод. Основан на регистрации сигнала отраженного от дефекта.

Откуда колебания волны?

Практически все приборы для диагностики методом ультразвуковых волн устроены по схожему принципу. Основным рабочим элементом является пластина пьезодатчика из кварца или титанита бария. Сам пьезодатчик прибора для УЗД расположен в призматической искательной головке (в щупе). Щуп располагают вдоль швов и медленно перемещают, сообщая возвратно-поступательное движение. В это время к пластине подводится высокочастотный ток (0,8—2,5 Мгц), вследствие чего она начинает излучать пучки ультразвуковых колебаний перпендикулярно своей длине.

Отраженные волны воспринимаются такой же пластиной (другим принимающим щупом), которая преобразует их в переменный электрический ток и он сразу отклоняет волну на экране осциллографа (возникает промежуточный пик). При УЗК датчик посылает переменные короткие импульсы упругих колебаний разной длительности (настраиваемая величина, мкс) разделяя их более продолжительными паузами (1—5 мкс). Это позволяет определить и наличие дефекта, и глубину его залегания.

Процедура проведения дефектоскопии

1. Удаляется краска и ржавчина со сварочных швов и на расстоянии 50 – 70 мм с двух сторон.
2. Для получения более точного результата УЗД требуется хорошее прохождение ультразвуковых колебаний. Поэтому поверхность металла около шва и сам шов обрабатываются трансформаторным, турбинным, машинным маслом или солидолом, глицерином.
3. Прибор предварительно настраивается по определенному стандарту, который рассчитан на решения конкретной задачи УЗД. Контроль:
4. толщины до 20 мм – стандартные настройки (зарубки);
5. свыше 20 мм – настраиваются АРД-диаграммы;
6. качества соединения – настраиваются AVG или DGS-диаграммы.
7. Искатель перемещают зигзагообразно вдоль шва и при этом стараются повернуть вокруг оси на 10-15 0 .
8. При появлении устойчивого сигнала на экране прибора в зоне проведения УЗК, искатель максимально разворачивают. Необходимо проводить поиск до появления на экране сигнала с максимальной амплитудой.
9. Следует уточнить: не вызвано ли наличие подобного колебания отражением волны от швов, что часто бывает при УЗД.
10. Если нет, то фиксируется дефект и записываются координаты.
11. Контроль сварных швов проводится согласно ГОСТу за один или два прохода.
12. Тавровые швы (швы под 90 0) проверяются эхо-методом.
13. Все результаты проверки дефектоскопист заносит в таблицу данных, по которой можно будет легко повторно обнаружить дефект и устранить его.

Иногда для определения более точного характера дефекта характеристики от УЗД не хватает и требуется применить более развернутые исследования, воспользовавшись рентгенодефектоскопией или гамма-дефектоскопией.

Рамки применения данной методики при выявлении дефектов

Контроль сварочных швов, основанный на УЗД довольно четкий. И при правильно проведенной методике испытания шва дает полностью исчерпывающий ответ по поводу имеющегося дефекта. Но рамки применения УЗК так же имеет.

С помощью проведения УЗК возможно выявить следующие дефекты:

• Трещины в околошовной зоне;
• поры;
• непровары шва;
• расслоения наплавленного металла;
• несплошности и несплавления шва;
• дефекты свищеобразного характера;
• провисание металла в нижней зоне сварного шва;
• зоны, пораженные коррозией,
• участки с несоответствием химического состава,
• участки с искажением геометрического размера.

Подобную УЗД возможно осуществить в следующих металлах:

• чугун;
• медь;
• аустенитные стали;
• легированные стали;
• и в металлах, которые плохо проводят ультразвук.

УЗД проводится в геометрических рамках:

Проверки подвергаются следующие виды швов:

• плоские швы;
• продольные швы;
• кольцевые швы;
• сварные стыки;
• тавровые соединения;
• сварные трубы.

Пескоструйная очистка поможет избавиться от многих загрязнений металла. Подробнее об этом читайте здесь.

Основные области использования данной методики

Не только в промышленных отраслях используют ультразвуковой метод контроля целостности швов. Данную услугу – УЗД заказывают и в частном порядке при строительстве или реконструкции домов.

УЗК чаще всего применяется:

• в области аналитической диагностики узлов и агрегатов;
• когда необходимо определить износ труб в магистральных трубопроводах;
• в тепловой и атомной энергетике;
• в машиностроении, в нефтегазовой и химической промышленности;
• в сварных соединениях изделий со сложной геометрией;
• в сварных соединениях металлов с крупнозернистой структурой;
• при установке (сварки соединений) котлов и узлов оборудования, которое поддается влиянию высоких температур и давления или влиянию различных агрессивных сред;
• в лабораторных и полевых условиях.

Испытания в полевых условиях

Качество под контролем. Лаборатория неразурушающего контроля

УЗК контроль в Владимире

Ультразвуковой метод контроля является одним из основных методов неразрушающего контроля.

Ультразвуковой контроль основан на способности высокочастотных колебаний проникать в металл и отражаться от поверхности трещин, пустот и других несплошностей.

Контролируемые объекты:

Методы ультразвуковой дефектоскопии позволяют производить контроль сварных соединений, сосудов и аппаратов высокого давления, трубопроводов, поковок, листового проката и другой продукции.

Полезно знать, что ультразвуковой метод контроля, помимо своего прямого назначения, а именно, обнаружения дефектов, также применяется для измерения толщины. Ультразвуковая толщинометрия, в свою очередь, является не менее важной процедурой для контроля качества и безопасности изделий.

Преимущества:

• высокая чувствительность к наиболее опасным дефектам типа трещин и непроваров;
• высокая точность и скорость исследования;
• возможность вести контроль непосредственно на рабочих местах без прерывания технологического процесса;
• не требуется выведения контролируемой детали или всего объекта из эксплуатации;
• исследуемый объект не повреждается;
• возможность проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов.

Недостатки:

Трудности при контроле металлов с крупнозернистой структурой из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука, а также повышенные требования к состоянию поверхности контроля (шероховатости и волнистости)

Применяемое оборудование:

• А1214 «Expert»
• Peleng 307
• Уралец А9812

Перед тем, как приступить к УЗК, необходимо подготовить поверхность контролируемого объекта. Подготовка заключается в том, чтобы придать поверхности шероховатость. Если диагностируется сварные соединения, то шероховатостям требуется задать направление, которое расположится перпендикулярно шву. Для устранения воздушного зазора, исследуемый участок обрабатывается контактными жидкостями (водой, маслом, глицерином).

Нормативные документы в Владимире:

РД СТО 02495307-002-2008 Ультразвуковой контроль сварных соединений арматуры в железобетонных конструкциях.

РД ПНАЭ Г-7-030-91 «Ультразвуковой контроль. Часть II. Контроль сварных соединений и наплавки».

РД 34.17.450-98 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО УЛЬТРАЗВУКОВОМУ КОНТРОЛЮ БЕЗ РАЗЛОПАЧИВАНИЯ ОБОДА ДИСКА В РАЙОНЕ ВЕРХНИХ КОНЦЕНТРАТОРОВ Т-ОБРАЗНОГО ПАЗА.

РД 34.17.302-97 (ОП-501, ЦД-97) «Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды, сосуды. Сварные соединения. Контроль качества. Ультразвуковой контроль. Основные положения».

РД РОСЭК-001-96 «Машины грузоподъемные. Конструкции металлические. Контроль ультразвуковой. Основные положения».

РД СТО 00220256-005-2005 «Швы стыковых, угловых и тавровых сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методика ультразвукового контроля».

РД СНиП 3.05.03-85 (2000) «Тепловые сети».

РД ВСН 012-88 «Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Контроль качества и приемка работ. Часть1».

РД ПБ 03-585-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов».

РД СТО Газпром-2006 «Инструкция по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов».

РДИ 38.18.016-94 «Инструкция по УЗК сварных соединений технологического оборудования».

РД ОСТ-32-100-87″Ультразвуковой контроль швов сварных соединений мостов, локомотивов и вагонов».

РДСНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции».

РДПБ 03-576-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением».

РД 153-34.1-003-01 (РТМ-1С) «Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования».

ГОСТ 17624-87 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности бетона».

Методические рекомендации по статистической оценке прочности бетона при испытании неразрушающими методами (МДС 62-1.2000)

УЗК контроль — универсальный метод выявления дефектов

Ультразвуковое исследование объекта возглавляет перечень методов контроля. Ведь его проведение основывается на свойствах высокочастотных колебаний, а значит может применяться как для металлов, так и не металлических материалов. В Владимире ультразвуковой контроль качества на самых выгодных условиях сотрудничества, выполняет наша лаборатория. Опытные специалисты готовы выполнить исследование любого объекта, не зависимо от размеров и характеристик, ориентируясь на сроки заказчика. Результатом такой работы станет детальное заключение экспертной комиссии установленного законодательством образца.

Ультразвуковой контроль качества: достоинства и особенности

Проводятся исследования контролируемого объекта с помощью мощное современного оборудования, что позволяет гарантировать заказчику:

• Выявление дефектов любого размера;
• Определение дополнительных параметров;
• Оперативность получения информации.

Высокая чувствительность применяемого оборудования позволяет не только провести дефектовку, но и классифицировать выявленные изъяны. Такая максимальная точность и конкретика значительно облегчает пути поиска решений и планирования ремонтных работ. В конце исследования, наши эксперты предоставят письменное заключение, а также окажут консультативную поддержку относительно самого эффективного и практичного метода устранения выявленных дефектов.