Ультразвуковий контроль зварних швів

Отримання і властивості ультразвукових коливань

Ультразвукові коливання, звані також акустичними хвилями з частотою, що перевищує 20 кГц. Вони являють собою механічні коливання, які здатні поширюватися в пружних середовищах. У дефектоскопії використовується діапазон частот 0,5-10МГц.

При поширенні пружних хвиль в металі частинки металу вагаються щодо точки рівноваги. Відстань між двома частинками металу, що коливаються в однаковій фазі, буде довжиною ультразвукової хвилі. Довжина хвилі L пов'язана зі швидкістю її поширення c і з частотою коливань f. Ця залежність виражається формулою: L = c / f.

Швидкість поширення акустичної хвилі залежить від фізичних властивостей середовища і від типу хвилі. Швидкість поздовжньої хвилі приблизно в 2 рази вище, ніж швидкість поперечної.

Кути напрямки ультразвукових коливань

При похилому падінні поздовжньої акустичної хвилі на межу розділу двох середовищ 1 і 2 (див. Рисунок нижче), разом з відображенням виникає явище заломлення і трансформації ультразвукової хвилі. Виявляються переломлених і відбиті поздовжні хвилі, а також зсувні поперечні хвилі.

На схемі а) показано, що падаюча під кутом β хвиля СL1 розділяється на переломлених Сl2 і сдвиговую Сt2. які поширюються в металі. Відбита хвиля на малюнку не показана. При певному критичному значенні кута падіння β = βкр1. переломлених поздовжня хвиля перестане проникати вглиб металу і буде поширюватися тільки по її поверхні (схема б) на малюнку вище). Подальше збільшення кута падіння до βкр2. приведе до того, що зсувна хвиля буде поширюватися тільки на поверхні металу (схема в) на малюнку). Таке явище широко використовується на практиці при ультразвукової дефектоскопії зварних з'єднань для генерування в контрольованих зварних швах акустичних хвиль певного типу.

Методи ультразвукової дефектоскопії

Існує кілька методів ультразвукового контролю: луна-імпульсний, луна-дзеркальний, луна-наскрізний, дельта-метод (різновид луна-дзеркального), когерентний метод (різновид луна-імпульсного), тіньовий, дзеркально тіньової. Розглянемо коротко найбільш поширені з них, див. Малюнок:

1. Ехо-імпульсний метод. Він полягає в напрямку акустичної хвилі на зварене з'єднання і реєстрації відбитої хвилі від дефекту. При такому методі джерелом і приймачем хвиль виступає один перетворювач (схема а) на малюнку).

2. Тіньовий метод. Такий метод ультразвукової дефектоскопії полягає в використанні двох перетворювачів, встановлених на різні сторони зварного з'єднання. При такому методі один з перетворювачів генерує акустичні хвилі (випромінювач), а другий їх реєструє (приймач). При цьому приймач повинен бути розташований строго по напрямку руху хвилі, переданої випромінювачем. При такому методі ознакою дефекту є пропажа ультразвукових коливань. У потоці ультразвуку виходить "глуха область", це означає, що хвиля на цій ділянці не подолала зварений дефект (схема б) на малюнку).

3. Ехо-дзеркальний метод. Він також полягає у використанні двох перетворювачів, але розташовуються вони з одного боку зварного з'єднання. Згенеровані приймачем ультразвукові коливання відбиваються від дефекту і реєструються приймачем. На практиці такий метод набув широкого поширення для пошуку дефектів, розташованих перпендикулярно поверхні зварного з'єднання, наприклад, зварних тріщин (схема в) на малюнку).

4. дзеркально-тіньовий метод. За своєю суттю є тіньовий метод, але перетворювачі розташовуються не на протилежних поверхнях зварного з'єднання, а на одній. При цьому реєструються не прямий потік ультразвукових хвиль, а потік, відбитий від другої поверхні зварного з'єднання. Ознакою дефекту є пропажа відбитих коливань (схема г) на малюнку).

При ультразвукової дефектоскопії зварних з'єднань використовується, в основному, луна-імпульсний метод контролю. Рідше застосовується тіньової метод та інші.

Сутність процесу ультразвукової дефектоскопії

Принцип ультразвукового контролю

Ультразвуковий контроль зварних з'єднань відноситься до неразрушающим методам контролю варіння і є одним з найбільш вживаних методів. Акустичні ультразвукові хвилі здатні поширюватися всередині твердого тіла на значну глибину. Хвилі відбиваються від кордонів або від порушень суцільності, тому що вони мають інші акустичними властивостями.

Направляючи ультразвукові хвилі на зварене з'єднання за допомогою спеціальних приладів - ультразвукових дефектоскопів і вловлюючи відбиті сигнали, на екрані дефектоскопа відображаються імпульси излученной і відображеної хвиль. По розташуванню цих імпульсів і по їх інтенсивності, можна судити про розташування дефектів, їх величині і визначити характер зварного дефекту.

При контролі зварних швів необхідно ретельно виконати прозвучу всього металу зварного шва. Існують способи прозвучиванія прямий і відображеної хвилею. Прямий вільний прозвучівают нижню частину шва, а відображеної хвилею - верхню, як це показано на малюнку справа.

Параметри оцінки дефектів при ультразвуковому контролі

Чутливість ультразвукового контролю визначається найменшим розміром дефекту (або еталонного відбивача), який можливо виявити. Роль еталонних відбивачів часто грають плоскодонні отвори, розташовані перпендикулярно напрямку проникання, а також бокові отвори або зарубки, див. Малюнок:

Роздільна здатність луна-методу визначається мінімальною відстанню між двома дефектами, при якому їх можна визначити, як роздільні дефекти, а не як один.

При ультразвуковому контролі, виявлений дефект оцінюють, виходячи з таких параметрів: амплітуди ультразвукової хвилі, умовної протяжності, висоти і ширини дефекту, і його форми.

Умовну довжину зварного дефекту визначають довжиною переміщення випромінювача уздовж з'єднання, протягом якої фіксується луна-сигнал, що виходить від дефекту. Таким же чином, при переміщенні випромінювача по нормалі до зварного з'єднання, можна визначити умовну ширину дефекту.

Умовну висоту оцінюють, виходячи з різниці інтервалів часу між ізлучённой і відбитою від дефекту хвилею при крайніх положеннях випромінювача.

Визначити натуральну величину зварного дефекту при ультразвуковому контролі дуже часто виявляється важко. Тому, найчастіше прагнуть обчислити його еквівалентні величини (площа або діаметр). Еквівалентної площею зварного дефекту прийнято вважати, наприклад, площа плоскодонного отвори в зразку, амплітуда відбитої хвилі від якого дорівнює амплітуді відбитої хвилі в перевіряється шві. Майже у всіх випадках обчислена еквівалентна площа дефекту менше його реальної площі.

Форму зварного дефекту (площинний або об'ємний) встановлюють, використовуючи спеціальну методику, виходячи з форми луна-сигналу, що відображається на екрані дефектоскопа.

На точність даних, отриманих при ультразвуковому контролі, впливають кілька факторів. Основні з них - це:

1. Рівень кваліфікації оператора
2. Уважність оператора при роботі і ретельність проведення контролю
3. Відповідність вимірюваних показників тим, які передбачені інструкцією

Технологія проведення ультразвукового контролю

Технологія акустичного контролю зварювання залежить від типу зварного з'єднання і від вимог, що пред'являються до якості виробу. Технологію проведення акустичного контролю можна умовно розділити на кілька основних етапів:

1. Контроль зварного з'єднання зовнішнім оглядом
2. Вибір методу контролю і типу перетворювача
3. Визначення меж переміщення перетворювача
4. Підготовка поверхні зварного з'єднання для контролю
5. Розміщення, включення, перевірку працездатності приладів і обладнання для контролю, їх настройка
6. прозвучу металу зварного шва і зони термічного впливу
7. Оформлення даних, отриманих при контролі
8. Визначення якості зварювання, виходячи з результатів контролю
9. Оцінка якості зварювання на відповідність вимогам, що пред'являються до металоконструкції.

При зовнішньому огляді зварного з'єднання встановлюють товщину металу, що зварюється, тип з'єднання, розміри зварного шва (величину посилення або розмір катета) і встановлюють наявність або відсутність зовнішніх зварних дефектів. Неприпустимі дефекти необхідно усунути.

Контролюючи зварене з'єднання, перетворювачем здійснюють поздовжньо-поперечні руху вздовж зварного шва, а також, одночасно з цим, обертальні рухи, див. Малюнок зліва.

Переваги та недоліки ультразвукової дефектоскопії

Перевагами даного методу контролю є:

1. Висока чутливість приладів
2. Компактність обладнання та приладів
3. Інформацію про якість зварного з'єднання можна отримати досить швидко
4. Можливість контролю з'єднань великої товщини
5. Низька вартість дефектоскопії, тому що витрати при її проведенні мінімальні
6. Чи безпечний для здоров'я людини (в порівнянні, наприклад, з методом рентгенівської дефектоскопії, або методом радіаційної дефектоскопії)
7. В такий спосіб можна виявити майже всі відомі зварні дефекти
8. Даний метод контролю не руйнує зварене з'єднання
9. Можливість проводити перевірку в "польових" умовах, завдяки наявності переносних дефектоскопів.

До недоліків ультразвукової дефектоскопії можна віднести:

1. Необхідна підготовка поверхні з'єднання
2. Якщо дефект розташований перпендикулярно руху хвилі, його можна пропустити при перевірці
3. Якщо розмір дефекту менше довжини хвилі, то дефект залишається "невидимим", тому що він не відображає хвилю. А якщо збільшувати довжину хвилі, то глибина перевірки знижується.
4. Дані про дефект часто виявляється обмеженими. Можуть виникнути труднощі з визначенням виду зварного дефекту і його форми.
5. Складність контролю зварювання матеріалів з крупнозернистою структурою. Наприклад, при зварюванні чавунів. або зварюванні високолегованих сталей з крупнозернистою структурою шва (аустенитной, або перлітною), тому що акустичні хвилі в такій структурі швидко загасають.

Ультразвуковий дефектоскоп та інше обладнання, прилади для контролю

Комплект обладнання для ультразвукового контролю можна умовно розділити на основні групи:

Додаткові матеріали по темі: