Приспособления для ручного УЗК

Достоинства и недостатки ультразвукового контроля труб

Ультразвуковым контролем возможно определить несоответствия во всех видах соединений, пайке, склейке, сварки и т.к. Процедура позволяет выявить большое количество недочетов:

• поры, воздушные пустоты;
• околошовные трещины, шлаковые отложения;
• неоднородные химические вкрапления;
• расслоения слоями наплавленного металла.

Основными преимуществами проведения неразрушимой акустической дефектоскопии являются:

• возможность проверки соединений как разнородных, так и однородных металлов, материалов;
• оценка качества соединения материалов, состоящих из неметаллов;
• отсутствие разрушения, повреждения поверхности шва, после проверки обследуемый участок необходимо только закрасить;
• отсутствие опасных воздействий на организм человека в сравнении с радио или рентген дефектоскопией.
• Низкая себестоимость, высокая мобильность позволяют проводить контроль швов практически при любых полевых условиях.

Плюсы и минусы ультразвукового контроля

Проведения работ со сложным оборудованием требует обученного, опытного персонала. Ультразвуковой контроль швов не исключение, а также требуется подготовка сварного шва по определенным показателям:

• Контроль за создание шероховатости не ниже 5 класса, направление полос должно быть перпендикулярно направлению шва;
• Исключение появления воздушного зазора путем нанесения масел или воды, в случае проверти вертикальной поверхности применяется густые массы и клейстеры.

Каждый из способов проверки имеет недостатки, проверка КЗД металлов не исключение. К основным отрицательным сторонам можно отнести:

• При диагностике круглых изделий радиусом менее 10 см, необходимо применять специальные преобразователи пьезоэлектрического типа, радиус кривизны подошвы которых отличается от объекта на 10 процентов в большую или меньшую сторону;
• Крупнозернистые структуры толщиной более 60 мм сложно диагностировать, в связи с затуханием отражения, рассеиванием колебаний при контроле. Такие материалы обычно состоят из аустенита или чугуна.
• Малые изделия, детали со сложными конструктивными особенностями не возможно подвергнуть проверке УЗД;
• Сложный процесс оценки, проверки материалов из неоднородных сталей;
• Расположение в структуре шва дефекта на различной глубине, не дает возможности точно определить диаметр, высоту неровности.

Преимущества и проблемные вопросы метода

Для проверки понадобится дефектоскопы и преобразователи, набор эталонов, образцов, предназначенных для калибровки и настройки оборудования. Определение расположения, места дефектов производится с помощью линейки координатного типа, вспомогательные приспособления понадобятся для зачистки, смазки проверяемого шва.

Проверенный сварной шов гарантирует надежность, прочность конструкции при эксплуатации. Существуют определенные нормативы, по которым изделие вводится в эксплуатацию или дорабатывается дальше.

Для чего проводят ультразвуковой контроль

НК

• обнаруживать подповерхностные дефекты – поры, пустоты, расслоения в наплавленном металле, трещины, шлаковые включения и другие вкрапления;
• выявлять очаги коррозионного поражения;
• определять неоднородность структуры материалов;
• оценивать качество сварных, паяных, клееных соединений практически любых типов (тавровых, нахлёсточных, кольцевых, стыковых, угловых), в том числе – соединений разных материалов;
• измерять глубину залегания дефектов и их размеры.

РД РОСЭК-004-97СТО Газпром 2-2.3-066-2006радиографическому

• существенные ограничения при сканировании материалов с крупнозернистой структурой и высоким коэффициентом затухания. Это объясняется слишком интенсивным рассеиванием колебаний. К таким «проблемным» материалам относятся, например, чугун и сплавы с повышенным содержанием никеля;
• сложность при проведении контроля соединений разнородных материалов;
• ограниченная пригодность к дефектоскопии объектов сложной конфигурации;
• относительно низкая точность при оценке реальных размеров дефектов (данная проблема успешнее решена в технологиях ФР и TOFD, о которых написано ниже).

Требования к сварным соединениям (швам) и изображения сварных швов

Поры появляются при загрязнения краев металла, быстрое охлаждение шва или быстрая скорость сварки.

Несплавление –это причина не достаточной чистоты кромок

Включения шлака – это последствия малого сварного тока.

Неправильная постановка и удаленность электрода от шва влечет за собой наплывы.

Маленькая пластичность металла и появление закалочных структур приводит к появлению свищей.

Подрез самый распространённый дефект появляется при большой дуге и сильном сварочном токе

Непровар –это последствие превышенной скорости сварки, наличие гряздных кромок.

Неравномерный шов – это неправельный режим сварки, неправильное положение электрода.

Превышенное наличие серы и фосфора, резкий перепад температуры приводят к образованию трещин 

Условным обозначением сварных соединений на чертежах является “X”

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.

Ультразвуковой метод и его технология

Технология ультразвукового контроля используется производством, промышленностью с момента развития радиотехнического процесса. Эффект и устройство технологии в том, что ультразвуковые волны акустического типа не меняют прямолинейную траекторию движения при прохождении однородной среды. Ультразвуковой метод используется также при проверке металлов и соединений, имеющих различную структуру. Такие случаи подразумевают, что происходит частичный процесс отражения волн, зависит от химических свойств металлов, чем больше сопротивление звуковых волн, тем сильнее воздействует эффект отражения.

Дефектоскопия или ультразвуковой контроль не разрушают соединения по структуре. Технология проведения ультразвуковой диагностики включает поиск структур, не отвечающих по химическим или физическим свойствам показателям, любые отклонения считаются дефектом. Показания колебаний рассчитываются по формуле L=c/f, где L описывает длину волны, Скорость перемещения ультразвуковых колебаний, f частоту колебаний. Определение дефекта происходит по амплитуде отраженной волны, тем самым возможно вычислить размер недочета.

Процесс ультразвукового метода

Сварные соединения подразумевают работу с наличием газовых ванн, испарения которых не всегда успевают удалиться в окружающую среду. Ультразвуковой метод контроля позволяет выявить газообразные вещества в сварных соединениях, за счет сопротивления волн. Газообразная среда веществ обладает сопротивлением в пять раз меньшим по отношению к кристаллической решетке металлических материалов. Ультразвуковой контроль металла позволяет вывить среды за счет отражения колебаний.

Виды методов

Дефектоскоп для проверки сварных швов может иметь несколько видов методов проверки. Среди них выделяют:

• Эхо-метод, который основывается на испускании коротких ультразвуковых импульсов. Прибор регистрирует их время прихода и активность звуковой волны. При встрече с несплошностью, который зачастую выступает тот или иной дефект, волна в этом месте возвращается раньше, чем в остальных. Пр. Благодаря эхо-дефектоскопу можно обнаружить дефекты, как на поверхности, так и внутри шва, расположенные в различных пространственных положениях.
• Теневой метод ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений работает на принципе отражения звукового колебания, который встречается с дефектом на своем пути. Отражение происходит в обратном направлении. О том, что дефект действительно присутствует, можно понять по тому, как изменяется фаза принимаемого сигнала звука, так как звук огибает дефект. Применяется как метод неразрушающего контроля сварных соединений рельсов и прочих крупных металлических изделий.
• Зеркально-теневой применяется как дополнение или замена эхо-дефектоскопам. Он хорошо подходит для определения относительно небольших дефектов, дающих слабый уровень отражения. Направление распределения волн здесь раздельно-совмещенное с преобразователем. Разнообразные дефекты, такие как вертикальные трещины и прочие, зачастую ориентируются перпендикулярно основной поверхности, где проходит преобразователь. Все это дает рассеянный слабый донный сигнал, так как на поверхности продольная волна приобретает вид головной. Она же в свою очередь излучает боковые волны, которые уносят энергию. Зеркально-теневой метод используется для выявления вертикальных трещин.

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;
• 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.

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.

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?

Проводим контроль

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.

Устройство

Основным элементом устройства, который испускает звуковые волны, является генератор импульсов. Образуемые им сигналы передаются на следующий элемент, которым выступает преобразователь. Он повернут непосредственно к образцу исследуемого металла, чтобы отраженный сигнал мог попасть точно на его поверхность. После возвращения волны она попадает на поверхность преобразователя, который отправляет сигнал на следующий компонент – усилитель. Он необходим для того, чтобы получаемый относительно слабый импульс был усилен для нормального восприятия электронно-лучевой трубкой. При помощи генератора развертки электронно-лучевая трубка выводит изображение полученного анализа.

Принцип работы

Ультразвуковой дефектоскоп сварных швов имеет следующий принцип работы. Когда волна генерируется при помощи соответствующего элемента устройства, она моментально начинает распространяться в воздушном пространстве. Но в то время, когда она сталкивается со средой, плотность которой отличается от той, в которой она проходила до этого, то часть волн возвращается. При одной плотности шва это должно происходить на момент вхождения ее в шов и на момент выхода, то есть график должен быть ровным. Но если внутри есть неровности и воздушные прослойки, что говорит о наличии дефекта, то волна будет приходить назад неравномерно. Преобразователь помогает определить данную особенность, а усилитель обеспечивает показания сигнала так, чтобы человек смог локализовать найденный дефект.

Технические характеристики

На примере такой модели как дефектоскоп контроля сварных швов УД1 можно рассмотреть основные технические характеристики данных устройств:

Модели и отличительные особенности

Каждый ультразвуковой дефектоскоп для контроля сварных швов обладает собственными параметрами, которые обеспечивают ему свою сферу применения. Среди основных распространенных моделей можно выделить:

УД4 12Т используется для анализа однородности металла, пластика и прочих твердых материалов. Применяется в машиностроении, в строительстве, металлургической промышленности, а также при ремонте транспортных средств.

Ультразвуковой дефектоскоп УД4 12Т

УСД 50 – универсальная модель, которая обладает цветным дисплеем, что построен по технологии TFT. Экран большого размера, поддерживающий разрешение 640х480 точек. Вес устройства около 2 кг, работа прибора идет от аккумуляторов. Это отличный выбор для профессионалов.

Ультразвуковой дефектоскоп УСД 50

УСД 60 – универсальная модель, которая обладает TFT дисплеем, размером 135х100 мм. Сигналы выводятся в виде каналов А, В и С. Может записывать большие объемы данных. Есть функция автоматического формирования отчетов с последующим выводом на печать. Устройство отличается высокой точностью и тонкой коррекцией. Есть поддержка подключения многоканальных систем сканирования.

Ультразвуковой дефектоскоп УСД 60

• УД 25 П45 – не имеет функции сохранения данных, а также не подключается к ПК. Используется для поиска дефектов и измерения толщины деталей.
• ФОКУС РХ – применяется как один из компонентов автоматических систем контроля. Работает на собственном программном обеспечении ФОКУС ПК. Обладает хорошими характеристиками в параметрах сигнал-шум и скорости контроля.

Производители

Среди производителей на современном рынке выделяются такие компании как:

• Novotest;
• АКС;
• Helling;
• Orient;
• Пульсар.

Получение и свойства ультразвуковых колебаний

Акустические волны или ультразвуковые колебания выдаются при частоте, превышающей параметр 20 кГц. Механические колебания, способные рассеиваться при упругих, твердых средах, диапазон, как правило, составляет 0,5 – 10 МГц. Распространение волн структурой металла происходит акустическими ультразвуковыми волнами, воздействующими на равновесие центральной точки.

Методика ультразвукового метода

Существуют несколько способов ультразвукового неразрушающего контроля, наиболее распространенный из них пьезоэлектрический. Заряженная электричеством с определенной частотой пластинка вибрирует, механические колебания передаются в окружающую среду при состоянии волны. Генераторы электро волны используется вне зависимости от предназначения, размеров оборудования, могут выдавать различные параметры.

Скорость обращения ультразвукового контроля напрямую зависит от свойств, типа физической среды. Скорость распространения продольной волны вдвое выше, чем поперечной. Прием информации происходит пластиной из пьезоэлектрического элемента, работающей на преобразование энергии в импульсную энергию. Процессом применяются короткие переменные импульсы различного типа колебаний, что позволяет определить глубину, свойства дефекта.

Углы направления ультразвуковых колебаний

На границе разделения двух сред, результатом падения продольной акустической волны при наклонном типе является появление отражения и трансформации ультразвуковых волн. Существуют основные типы контроля:

• отраженные;
• преломлённые;
• сдвиговые поперечные;
• продольные волны.

Процесс происходит путем разделения падающей под углом волны на поперечную и продольную, распространение которых производится непосредственно материалом.

Углы направления ультразвуковых колебаний

Существует определенное значение угла подачи, направления ультразвуковых колебаний, при нарушении которого, ультразвуковой контроль не будет распространяться вглубь металла, а останется на его поверхности. Данный метод используется при определенных параметрах и задачах, волна двигается только по поверхности материала, что позволяет контролировать качество сварного шва.

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.

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.

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.