Сварка под ультразвуковой контроль

Сварка под ультразвуковой контроль

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.

Читайте также:  Питающий провод контактной сети

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

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.
Читайте также:  Красивые дворы частных домов на кавказе фото

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.

Безопасная эксплуатация строительных конструкций со сварными соединениями требует систематической проверки соединительных швов. Различные виды дефектоскопии позволяют проверять их качество и прочность как на этапе монтажа, перед сдачей в эксплуатацию, так и спустя продолжительное время использования зданий, сооружений и хозяйственных построек по назначению. К наиболее эффективным и менее ресурсо затратным способам обследования соединений, выполненных путём сварки металла, относят ультразвуковую диагностику. Данный метод превосходит рентгенографические исследования, радиографию и гамма-дефектоскопию по точности результатов.

Первый ультразвуковой контроль сварных соединений датируется 1930 годом. На сегодняшний день УЗК сварки очень популярен и благодаря доступной цене используется повсеместно. Его востребованность обусловлена тем, что даже самое незначительное нарушение целостности соединения неизбежно приведёт к утрате физических свойств элемента: прочности, упругости, устойчивости к внешним воздействиям. Со временем это повлечёт за собой разрушение шва и непригодности каркаса.

Определение

Ультразвуковой контроль сварных швов – это метод неразрушающей проверки, в основе которого лежит поиск скрытых от человеческого глаза механических дефектов недопустимого размера и химических отклонений от заданного параметра. Также УЗД проводится с целью выявления воздушных пустот, вкраплений шлака в металл и присутствия в детали посторонних неметаллических предметов. Методика исследования подходит для всех видов сварочных соединений.

Читайте также:  Подключение электродвигателя с фазным ротором крановые

Виды ультразвукового контроля

В современной строительной индустрии используют несколько видов УЗК сварных швов. Ознакомимся кратко с каждым типом изучения состояния сварочных работ.

  1. Методика эхо-импульсной диагностики. Для измерений берут УЗ дефектоскоп, состоящий из одного аппарата. Прибор настроен таким образом, чтобы излучать волны и принимать их. Если аудио сигнал прошёл сквозь сварочный рубец и не зафиксировался на датчике приёма, значит, нарушения на нём отсутствуют. Если зафиксировано отражение сигнала, это обозначает, что внутри шва имеется изъян.
  2. Эхо-зеркальная дефектоскопия. Метод похож на предыдущий, однако для получения результата используются два устройства: излучатель и приёмник. Оборудование устанавливается под углом относительно оси соединения. Датчик посылает сигнал, а приёмник ловит отражение колебаний, обрабатывает данные и визуализирует их. Идеальный вариант для регистрации вертикальных трещин внутри соединительного рубца.
  3. Зеркально-теневой метод ультразвукового неразрушающего контроля. Сочетание лучших приёмов теневого и зеркального исследования. Для получения информации о состоянии сварочного соединения, устанавливается комплект датчиков для излучения и приёма волн, отражённых от поверхности шва. Если на пути сигнала нарушений нет, то приёмник фиксирует чистую волну. В случае, когда прибор показывает глухую зону, внутри рубца имеется брак.
  4. Методика теневой диагностики. Излучатель и преобразователь устанавливают напротив друг друга по разные стороны строго перпендикулярно оси проверяемого элемента. Излучатель отправляет волновой поток, а преобразователь принимает, обрабатывает и визуализирует сигнал. Наличие глухих зон говорит о том, что внутри шва сформирована инородная среда, а значит, имеет место брак.
  5. Дельта метод. Способ проверки состояния сварки основан на направленном воздействии акустическими волнами. Однако тут много подводных камней. Точность показателей относительно размера и формы трещин или инородных тел зависит от количества полученных обратно волн. Они же имеют свойство отклоняться от траектории. Тут требуется деликатная настройка приёмника. Также имеют место ограничения размеров исследуемой области.

Несмотря на обилие способов УЗ диагностики, специалисты отдают предпочтение эхо-импульсной и теневой методикам. Они являются наиболее точными и отлично подходят для сложных соединений трубопровода.

Как проводится ультразвуковая дефектоскопия

Диагностика состояния сварочных конструкций посредством ультразвуковых волн входит в группу методов неразрушающего контроля. Она отличается удобством и простотой выполнения. Разберём этапы УЗИ сварных швов на примере теневого метода. Он определяется основными параметрами ГОСТ.

  • На подготовительном этапе исследователь зачищает сварочный шов и деталь конструкции на 5-7 см по окружности.
  • Очищенная поверхность натирается техническим маслом (это может быть промышленный глицерин или старый добрый солидол). Эта мера позволяет повысить точность результатов.
  • Проверочное оборудование настраивается согласно требованиям ГОСТ.
  • Устанавливается излучатель. Его включают, и начинается передача сигналов.
  • Приёмник находится в руках лаборанта. Специалист медленно водит прибор с обратной стороны, совершая зигзагообразные движения. Для максимального поглощения волн, датчик проворачивают вокруг своей оси на 10-15 градусов.
  • Если в металлическом рубце будет дефект, сигнал выдаст на мониторе максимальный скачок амплитуды. Однако причиной искажения данных может стать обычная неровность шва.
  • Координаты изъяна заносятся в протокол исследования.
  • Каждое соединение проверяется в 2-3 подхода. Таковы требования ГОСТ.
  • Полученная информация регистрируется в специальный журнал и хранится в архиве.

Важно! Для осуществления измерения качества угловых соединений путём сваривания, применяют исключительно эхо-импульсную методику диагностирования. Теневая форма исследований в этом случае не подходит.

Параметры оценки результатов

Качество оценки сварных соединений зависит от чувствительности прибора и его настроек. С помощью измерительного оборудования определяют количество дефектов. Эхо метод даёт возможность обнаружить изломы, расположенные близко друг к другу. Для этого анализируются следующие критерии:

  • амплитуда ультразвукового колебания
  • длина волны
  • размер искажения
  • форма дефекта.

Протяжённость волны определяет ширину изъяна. Его можно вычислить посредством перемещения прибора вдоль сварного шва. Высоту раскола прибор рассчитывает путём замера временного интервала между направленной волной и её поглощённым отражением. Форму дефекта определяют посредством визуальной формы зафиксированного отражённого сигнала.

Ультразвуковая дефектоскопия требует узкоспециализированных навыков. Точность исследований напрямую зависит от опыта и навыков специалиста.

Достоинства и недостатки ультразвукового контроля труб

Метод УЗК сварных соединений имеет ряд неоспоримых преимуществ:

  • высокая скорость обследования
  • максимальная точность результатов
  • доступность, благодаря низкой стоимости
  • безопасность для персонала
  • мобильный и компактный прибор не требует оформления спецдоставки
  • сохраняется целостность конструкции
  • обследования можно проводить, не останавливая основные работы
  • подходит для проверки качества спайки цветных и чёрных металлов, нержавеющих сплавов.

Присутствуют и недостатки, но их с лихвой можно компенсировать профессиональным опытом лаборанта:

  • возможны погрешности формы обнаруженного дефекта, если внутри шва оказались воздушные пустоты или инородный шлак, т.к. разная плотность материалов сказывается на отражательной способности
  • элементы со сложной геометрией дают некорректные показатели, так как волны могут отражаться не от исследуемого участка, а от близлежащей детали
  • крупнозернистая структура металла также может вызвать искажение показателей, поскольку волны могут рассеиваться или затухать внутри каркаса
  • на подготовительном этапе необходимо очистить рубец от окалин, ржавчины, загрязнений, иначе они могут нарушить точность измерений.

Проконтролированный шов служит гарантией того, что конструкция должным образом выполнит свои функции. Обследование подтвердит качество стыков, запас прочности, эксплуатационные возможности. Существуют определённые нормативы и графики проведения проверок, правила диагностики. Их соблюдение обеспечит безопасность.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector