Технология ультразвукового контроля сварных соединений трубопроводов

24.06.2019

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.

  Что такое стилоскопирование сварных швов

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.

  Как правильно варить аргоном нержавейку

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.

Методика ультразвукового контроля сварных соединений Ссылка на основную публикацию

Ультразвуковой контроль сварных соединений (УЗК)

Для обеспечения безопасной эксплуатации сварных металлоконструкций необходимо регулярно проводить контроль качества стыковых соединений. Существуют разные методы проверок надежность и прочности стыков, среди которых наиболее эффективным и точным считается ультразвуковой контроль сварных швов.

Что являет собой УЗК сварочных стыков

Ультразвуковой контроль сварных соединений, который часто называют дефектоскопией — это неразрушающий метод проверки, в процессе которого выявляются все присутствующие в стыке внутренние дефекты механического характера, а также химические отклонения от действующих стандартов.

Данной технологией диагностируются сварные соединения разных типов. Действенной методика является для обнаружения шлаковых вкраплений в металле, выявления воздушных пустот, присутствия неметаллических элементов и химически неоднородного состава.

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.

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.

Виды ультразвуковой дефектоскопии

Ультразвуковой метод контроля сварных соединений регламентирован ГОСТом 23829-79 и проводится несколькими способами:

• теневой. Проверка проводится с применением двух устройств, которые устанавливаются на противоположных сторонах исследуемого участка по перпендикулярной плоскости. Первое излучает волны, второй их принимает. Если при приеме отражений возникает глухая зона, то это указывает на наличие дефекта в этом месте;
• эхо-импульсный. В этом способе применяется один ультразвуковой дефектоскоп для контроля сварных соединений, параметры которого обуславливают направление и прием излучающих импульсов. Отражение происходит посредством его отсвечивания от поврежденных участков. Если волны проходят прямо и без препятствий, то такой участок сварочного стыка считается качественным. Когда имеет место отражение и волна возвращается к прибору, то этот участок обозначается бракованным;
• эхо-зеркальный. Принцип контроля практически такой же, как и в предыдущем способе. Отличием является наличие отражателя, который установлен под прямым углом. На соединительный шов посылаются волны и отражаются на приемник при наличии на нем дефектов. Такой тип УЗК сварных швов как правило используют для обнаружения вертикальных дефектов и трещин;
• зеркально-теневой. Проверка осуществляется двумя приборами, установленными с одной стороны контролируемого участка. Волны косые, отражаются от сетки основного металла. При нестандартных импульсах место считается поврежденным;
• дельта метод. Диагностика сварных швов состоит в переизлучении от дефекта направленных внутрь соединения. Применяется такой способ редко, поскольку ему характерна довольно продолжительная расшифровка результатов, а также требуется специфическая настройка оборудования.

В большинстве случаев ультразвуковой контроль качества сварных соединений проводится эхо-импульсным и теневым методами основанных на отражении акустической волны от дефекта.

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;
• 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.

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.

Интересное видео

Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов и 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=c/f, где

• 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.

• Поделись с друзьями
• 1
• 0
• 0
• 0

Ультразвуковой контроль сварных швов

24.03.2020

Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов успешно используется для выявления изъянов сварных соединений, начиная с 1930 года. За столь длительный период времени учеными совместно с практикующими специалистами были разработаны разные методики эхолокации.

С их помощью несложно выявить нарушения в целостности диффузного слоя, отклонения в химическом составе наплавки, обнаружения шлаков, примеси оксидов. Ультразвуковая диагностика (УЗД) по точности не уступает рентгену или радиолокации.

Прибор выявляет даже самые мелкие дефекты, отрицательно влияющие на прочность стыка.

Среди используемых сегодня неразрушающих методов определения дефектов сварного шва УЗД стал наиболее эффективным и одним из самых доступных, которые поставлены на поток.

По результатам проверки ведется специальный журнал в разрезе по каждому сварщику. Область применения контроля при помощи УЗД ограничивается исключительно геометрическими данными заготовок.

Диагностике подвергаются сварочные швы трубопроводов, которые испытывают высокое давление.

Что такое УЗК сварных швов трубопроводов

В основу метода положены физические возможности ультразвука. Его особенность заключается в том, что он отражается от границы разделения разных по своему составу сред. По своей природе ультразвук является упругим механическим колебанием, который генерируется различными методами. Его звуковой диапазон находится вне пределов доступных для человеческого уха. Излучатели не оказывают вредного воздействия на организм человека.

Ультразвуковая диагностика выполняется в широком диапазоне частот: от 20 кГц до 500 МГц. Волны, направленные от излучателя в какую-либо сторону, распространяются с одинаковой скоростью при условии однородности среды. При изменении среды они преломляются или отражаются, подобно лучу света. Скорость продольной волны практически в два раза больше, чем поперечной.

Чувствительность приборов зависит от его конструктивных особенностей и сильно варьируется.

Большой ассортимент объясняется тем, что генерируемые волны могут отражаться только от тех дефектов, которые равны длине волны или больше ее.

Ультразвук отлично определяет мелкие дефекты сварного стыка, а именно: пустоты, раковины, разного рода включения, шлаки, зерна и прочие примеси, понижающие прочность шва.

Преимущества и недостатки УЗД дефектоскопии

Важные достоинства:

• неразрушающий метод контроля качества сварных соединений. Нет потребности в том, чтобы вырезать часть металлоконструкции и везти ее в лабораторию для проведения исследований;
• дефектоскопы универсальны. Они подходят для использования в полевых условиях или в оборудованной лаборатории;
• метод одинаково хорошо подходит для определения дефектов как однородных, так и разнородных соединений;
• не требуется много времени для того, чтобы определить состояние шва. Результат готов буквально сразу;
• приборы абсолютно безопасны в использовании. Они не оказывают вредного влияния на организм человека;
• диагностике поддаются большинство видов дефектов. Очень высока достоверность полученного результата.

Недостатки оборудования связаны с ограничениями его применения и необходимостью подготовки специалистов для эксплуатации техники. Дело в том, что ультразвуковой сигнал затухает в крупнозернистых структурах. Нужно использовать специальные преобразователи с конкретным радиусом кривизны подошвы.

Виды и методы ультразвукового контроля сварных соединений

Для диагностирования стыков ультразвуком используют разные методики:

• прямой луч;
• отражение однократное;
• отражение двукратное;
• отражение многократное.

Касательно направления луча, то его подбирают по нормали, где опасность дефектов особенно высока. Наиболее распространенные варианты измерений:

• эхо-импульсная диагностика. Прибор генерирует волну и настроен на прием оклика. Если его нет, то это значит, что дефекты не обнаружены. Если же результат обратный, то в исследуемой массе есть разделение сред;
• эхо-зеркальный. Подразумевает использование генерирующего волну датчика и приемника-улавливателя. Размещение приборов – под углом к оси стыка. Приемник ловит все ультразвуковые излучения и по ним диагностируются трещины или их отсутствие;
• теневая диагностика. Волны проходят по всей площади стыка. Приемник располагается позади сварного соединения. В случае, когда излучение отражается и не попадает на приемник, фиксируется теневой участок;
• зеркально-теневая дефектоскопия. Технология сочетает теневой и зеркальный методы исследований. Используется комплект датчиков, которые улавливают отраженные звуковые колебания. Если идет чистая волна, то это значит, что шов не имеет дефектов;
• дельта-метод подразумевает воздействие на объект направленным лучом. По отражению звукового сигнала определяются изъяны стыка. Когда возникает необходимость в получении точных результатов, то можно воспользоваться к тонкой настройке диагностического оборудования.

На практике чаще всего определяют проблемные участки сварки при помощи эхо-импульсной и теневой диагностики. Метод неразрушающего контроля дает возможность выявить бракованный отрезок, который со временем может привести к разгерметизации сварочного шва. Это отличный метод профилактики аварийных ситуаций. Особенное, если речь идет о магистралях высокого давления.

Методы контроля сварных швов

Технология проведения ультразвукового контроля: область использования

УЗК используется для проверки сварных швов цветных металлов, стали углеродистой и легированной, чугуна. При помощи диагностического оборудования выявляется:

• пористость, образованную атмосферными газами;
• ржавчину внутри застывшего расплава;
• не проваренные места;
• нарушение геометрии на отдельных участках;
• трещины;
• включения инородных тел и прочие отличия в структуре;
• расслоения;
• складки, образованные наплавом;
• дефекты сквозного характера;
• внестыковое провисание диффузного слоя.

При помощи УЗК контролируются соединения самых разных конструкционных элементов:

• фланцевые, трубные и прочие кольцевые соединения;
• тавровые швы;
• стыки, независимо от их конфигурации (в т.ч. и сложные формы);
• швы поперечные и продольные, которые испытывают высокое давление или нагрузки разнонаправленного характера.

При прохождении через металлическую решетку звуковые волны рассеиваются. Это их свойство накладывает определенные ограничения на область использования оборудования. Все они изложены в инструкции производителя, которая прилагается к аппарату.

Ограничения геометрического характера:

• толщина проверяемых заготовок не может быть больше 50-80 см, или меньше 8-10 мм;
• расстояние до объекта контроля: минимальное – 3 мм, максимальное – 10 метров.

Методика отлично зарекомендовала себя в строительстве, машиностроении; на предприятиях, имеющих магистрали высокого давления.

Устройство ультразвукового дефектоскопа

Каждое устройство имеет излучатель, усилитель и приемник ультразвука. Основное отличие разных моделей заключается в типе генераторе. Наибольшее распространение получили пьезоэлементы. Датчик отправляет сигналы через равные промежутки времени.

Паузы между импульсами составляют несколько микросекунд. Их длительность задается пользователем с учетом искомых дефектов, плотности и структуры металла. По отражению выявляется брак и основные его параметры: размер и глубина местонахождения. Излучатель размещен в динамичном щупе, который передвигается по исследуемым швам.

Точность работы аппарата зависит от чувствительности приемника, который улавливает отраженную волну. Пользователю важно учитывать тот факт, что на границы сред волна меняет направление. Легче обстоят дела с определением теневых участков – в этих местах волна отражается. Прибор ловит звуковой сигнал, преобразует его в электричество и показывает на осциллографе.

Проверка сварных соединений при помощи ультразвука

Технология выявления дефектов регламентирована положениями ГОСТа. Допущенные к работе операторы имеют соответствующие удостоверения. Перед началом выполнения комплекса работ они проходят инструктаж по технике безопасности.

Нередко проверка сварных швов ультразвуком требуется в неудобных или труднодоступных местах. В обязательном порядке требуется заземление прибора. Результаты оцениваются по нескольким критериям.

В журнале фиксируются основные показатели:

• длина проверяемого сварного стыка;
• параметры обнаруженных дефектов – размеры и форма;
• диапазон излучаемой волны.

Перед диагностикой исследуемая область зачищается. Чтобы ультразвук проходил лучше на поверхности металла следует образовать маслянистую пленку. В зависимости от требований точности процедура проводится один или два раза.