Для проверки металлических деталей и конструкций на предмет целостности и однородности в промышленности применяется ультразвуковая дефектоскопия, благодаря такой методике обнаруживаются мельчайшие дефекты. Например, для толстого металла используются волны с частотой до 20 МГц, а для тонких изделий достаточно ультразвука с частотой в пределах 0,5—10,0 МГц.
Содержание
Краткое объяснение методики
Ультразвуковая дефектоскопия – это метод контроля без разрушения изделия, в основу которого входят исследования распространения звука внутри различных материалов с частотой волн до 25 МГц, а также проведение анализа величины амплитуд, времени прохождения и особенностей формы, при этом используются специальные мобильные устройства, называемые дефектоскопами.
Проверки проводятся на основании документов, прописанных в ГОСТ ультразвуковой контроль, подробное описание легко найти в интернете или справочной литературе. Эта методика занимает 32% от всего объёма аналогичных проверок на производстве, но, несмотря на высокую автоматизацию производственных процессов, такие проверки производятся только вручную.
Неразрушающий ультразвуковой контроль основывается на введении в проверяемую конструкцию высокочастотных волн, которые полностью отражают картину внутренней целостности объекта и выводят данные на экран. Используют два принципа: время прохождения ультразвуковой волны внутри изделия и измерение полученной амплитуды отражённого сигнала.
Методы проверки
Повсеместно применяются такие методы неразрушающего ультразвукового контроля:
- Эхо-импульсный вариант — волны пропускаются сквозь изделие, а затем происходит регистрация их отражения от обнаруженного внутри изъяна.
- Теневая методика подразумевает использование минимум двух излучателей, устанавливаемых с противоположных сторон проверяемого объекта. Одно из устройств излучает акустические волны, а другой преобразователь, расположенный строго по направлению движений волн, исполняет роль приёмника. Пропадание колебаний показывает, что внутри изделия обнаружен скрытый дефект.
- При эхо-зеркальном варианте используются также два преобразователя, но установка осуществляется на одной стороне проверяемого изделия. Генерируемые волны отражаются от, например, обнаруженной трещины и происходит регистрация на приёмнике. На практике такая методика получила широкое применение при поиске микротрещин в сварочных швах.
- Зеркально-теневая методика — это теневой вариант, но два преобразователя располагаются на одной стороне проверяемого изделия, а регистрация происходит отражённых от обнаруженной полости волн. Если отражённые ультразвуковые колебания пропадают, т. к. полость или трещина создаёт тень, то техника фиксирует обнаружение дефекта.
Сегодня на практике в основном применяется первый вариант ультразвукового контроля (УЗК), очень редко второй, не говоря уже о последующих методиках.
Методы проверки объектов и выявления скрытых дефектов.
Принцип УЗК
Проверка сварных швов ультразвуком относится, как уже упоминалось ранее, к неразрушающей методике контроля целостности аналогичных соединений и чаще всего применяется на практике. Звуковые волны быстро распространяются внутри твёрдых тел, проникая на всю глубину, отражение затеняется границами трещин или пустот, т. к. эти образования обладают другими свойствами, нежели материал проверяемого изделия.
Во время проверки сварных швов ультразвуковые дефектоскопы направляют волны сквозь проверяемый объект и улавливают отражение, а на экране появляются импульсы, интенсивность и расположение которых позволяет оператору определить точное расположение, а также основные параметры обнаруженного изъяна. При такой проверке производится тщательная диагностика всего шовного соединения, чтобы с точностью определить его внутреннее состояние.
Схема дефектоскопа, области применения
Основа схематического изображения ультразвукового дефектоскопа — это генератор электрических импульсов, который возбуждает ультразвуковые волны и направляет их движение. Волны пронизывают всё изделие и отражаются от противоположной стенки объекта, если дефектов не выявлено, или происходит их отражение от границ изъяна.
Отражённые импульсы улавливаются преобразователем и направляются на усилитель, затем в электронно-лучевую трубку и далее на генератор развёртки. На экране отображается плотность внутренней части изделия в виде графика, по которому анализируются два основных параметра: пики амплитуды и время возвращения сигнала.
Область применения аналогичных устройств довольна обширна, укажем только основные из них: нефтяная и химическая промышленность, машиностроение, строительство, приборостроительное и механическое производство, исследовательские лаборатории, проверка соединений трубопроводов. Аппаратура способна обнаружить и замерить пустоты в изделиях, определить плотность сварочных швов, клеевого соединения, имеется возможность проверять качество деталей прямо на конвейере.
[stextbox id=’info’]И. П. Никодимов, образование: МГСУ, специальность: дефектоскопист по визуальному и измерительному контролю, опыт работы: с 1998 года: «Ультразвуковой контроль сварных соединений имеет ограничения — если дефекты менее четверти длины применяемой волны, то на мониторе такие нарушения не отражаются».[/stextbox]
Схема дефектоскопа, работающего по отражению ультразвуковых волн.
Особенности настройки
Перед началом проверки оборудование УЗК настраивается следующим образом:
- вначале производят регулировку пьезоэлектрического преобразователя;
- по эталонам параметров контроля осуществляется настройка дефектоскопа.
ПЭП настраивается на стандартных образцах, которые используют на предприятии, типа СО-1,2 или 3. При втором варианте настройка производится таким методом:
- вначале осуществляется настрой скорости прохождения ультразвуковых волн сквозь контролируемый объект;
- затем регулируется чувствительность по эталонам или стандартными образцами предприятия.
СОП изготавливаются из такого же материала, что и объект для проверки, а искусственный изъян внутри имеет минимальные размеры, которые допустимы для аналога изделия. Методика контроля осуществляется с требованиями ГОСТ УЗК, при этом учитываются действующие стандарты в отрасли на аналогичный вид контроля.
Осуществление контроля
Подробный алгоритм действий:
- Удаление краски и следов коррозии со шва, а также на расстоянии не менее 50 мм с обеих сторон.
- Для улучшения прохождения ультразвуковых волн и удаления воздуха между корпусом излучателя, поверхность обработать машинным маслом, возможна замена техническим вазелином или солидолом.
- Осуществляется предварительный настрой аппаратуры, что напрямую зависит от решения поставленной задачи по проведению диагностики.
- Корпус искателя перемещается вдоль шва зигзагообразно, при этом исполнитель плавно проворачивает его вокруг оси на несколько градусов.
- Искатель максимально разворачивается во время первого появления сигнала на экране прибора, чтобы провести расширенный поиск с появлением максимальной амплитуды ультразвуковой волны.
- Уточняется — не вызвано ли появление колебания из-за отражения волны от рядом расположенных швов, если всё в норме, то оператор фиксирует изъян с записью координат расположения.
- Аналогичный контроль проводится не менее, как за два прохода.
- Тавровые швы с прямым углом проверяются эхо-методикой.
- Результат проверки оператор записывает в таблицу, чтобы было легко осуществить повторное обнаружение выявленных дефектов и последующее устранение.
В исключительных случаях для определения точного характера обнаруженных дефектов применяют такие исследования, как гамма-дефектоскопия или рентгенодефектоскопия.
Достоинства и недостатки
Положительные качества методики:
- при проверке детали остаются в целости и сохранности;
- низкая себестоимость проверки и быстрота работы исполнителя;
- не представляет опасности для работающего персонала;
- проверка осуществляется для изделий из любого материала;
- высокая мобильность ультразвукового оборудования.
Благодаря малым габаритам, проверка ультразвуковым способом проводится в любом месте.
Без негативных свойств никогда не обходится:
- нужна довольно тщательная предварительная подготовка, чтобы между искателем дефектоскопа и изделием не было воздушной прослойки;
- трудности с проверкой изделий и конструкций сложной формы ил малых размеров.
Иногда аналогичная методика не позволяет получение реальных размеров обнаруженного дефекта.
Как определяют параметры изъянов?
Чувствительность ультразвуковых дефектоскопов для внутреннего контроля изделий напрямую зависит от минимального размера эталонного образца, поэтому мельчайшие изъяны внутри изделия могут не определиться на дисплее прибора. Роль эталона часто выполняют прямые или боковые отверстия с плоским дном, иногда это специальные зарубки, расположение которых строго перпендикулярно направлению распространения звуковых волн.
При проверке ультразвуком сварочных швов выявленные изъяны оцениваются исходя из следующих параметров:
- амплитуда ультразвука;
- условная протяжённость, пространственные габариты дефекта;
- форма обнаруженного объекта.
Условная длина изъяна сварочного соединения определяется величиной расстояния перемещения излучателя вдоль изделия, когда сигнал, исходящий от дефекта, поступает непрерывно. Перемещая излучатель перпендикулярно оси шва, определяется условная ширина, аналогичная высота оценивается разницей между интервалом времени, когда был получен сигнал от излучённой и отражённой от дефекта волны, при этом излучатель находится в крайнем положении.
Точность получаемых данных зависит от следующих основных факторов:
- Уровня подготовки исполнителя (оператора).
- Тщательности проводимого обследования и внимательности оператора.
- Соответствия измеренных параметров с теми, которые были предусмотрены соответствующей инструкцией.
Довольно затруднительно точно установить истинную величину обнаруженного изъяна в сварном шве во время проведения ультразвуковой диагностики, поэтому на практике достаточно вычислить его площадь или диаметр, т. к. это эквивалентные показатели.
Выводы
Ультразвуковая дефектоскопия относится к сложному оборудованию, хотя габариты прибора довольно небольшие, что позволяет увеличить мобильность и использовать приборы внутри помещения и снаружи, даже в труднодоступных местах. Операторами работают специально обученные люди, которые по графику изменения частот определяют месторасположение изъяна, например, Московский строительный университет готовит инженеров для работы с ультразвуковыми дефектоскопами на производстве.
