Ультразвуковий метод контролю якості зварних з’єднань

Установки для автоматичного зварювання поздовжніх швів обичайок - в наявності на складі!
Висока продуктивність, зручність, простота в управлінні і надійність в експлуатації.

Зварювальні екрани і захисні шторки - в наявності на складі!
Захист від випромінювання при зварюванні і різанні. Великий вибір.
Доставка по всейУкаіни!

Властивості ультразвукових хвиль

Метод ультразвукової дефектоскопії металів і інших матеріалів вперше був розроблений і практично здійснений в Радянському Союзі в 1928-1930 рр. проф. С. Я. Соколовим.

Ультразвукові хвилі являють собою пружні коливання матеріальної середовища, частота яких лежить за межами чутності в діапазоні від 20 кГц (хвилі низької частоти) до 500 Мгц (хвилі високої частоти).

Ультразвукові коливання бувають поздовжні і поперечні. Якщо частинки середовища переміщаються паралельно напрямку поширення хвилі, то така хвиля є поздовжньої, якщо перпендикулярно-поперечної. Для відшукання дефектів в зварних швах використовують в основному поперечні хвилі, спрямовані під кутом до поверхні деталей, що зварюються.

Ультразвукові хвилі здатні проникати в матеріальні середовища на велику глибину, заломлюючись і відбиваючись при попаданні на кордон двох матеріалів з різним звуковий проникністю. Саме ця здатність ультразвукових хвиль використовується в ультразвукової дефектоскопії зварних з'єднань.

Ультразвукові коливання можуть поширюватися в самих різних середовищах - повітрі, газах, дереві, металі, рідинах.

Швидкість поширення ультразвукових хвиль C визначають за формулою:

де f - частота коливань, Гц;
λ - довжина хвилі, см.

Для виявлення дрібних дефектів в зварних швах слід користуватися короткохвильовими ультразвуковими коливаннями, так як хвиля, довжина якої більше розміру дефекту, може не виявити його.

Отримання ультразвукових хвиль

Ультразвукові хвилі отримують механічним, термічним, магнітострикційним (Магнітострикція - зміна розмірів тіла при намагнічуванні) і п'єзоелектричним (Приставка «пьезо» означає «тиснути») способами.

Найбільш поширеним є останній спосіб, заснований на п'єзоелектричного ефекту деяких кристалів (кварцу, сегнетової солі, титанату барію): якщо протилежні грані пластинки, вирізаної з кристала, заряджати різнойменних електрикою з частотою вище 20 000 гц, то в такт змінам знаків зарядів платівка буде вібрувати , передаючи механічні коливання в навколишнє середовище у вигляді ультразвукової хвилі. Таким чином електричні коливання перетворюються в механічні.

У різних системах ультразвукових дефектоскопів застосовують генератори високої частоти, що задають на п'єзоелектричні пластинки електричні коливання від сотень тисяч до декількох мільйонів герц.

П'єзоелектричні пластинки можуть служити не тільки випромінювачами, але і приймачами ультразвуку. В цьому випадку під дією ультразвукових хвиль на гранях кристалів-приймачів виникають електричні заряди малої величини, які реєструються спеціальними підсилювальними пристроями.

Методи виявлення дефектів ультразвуком

Існують в основному два методи ультразвукової дефектоскопії: тіньовий і луна-імпульсний (метод відбитих коливань.)

Мал. 41. Схеми проведення ультразвукової дефектоскопії
а - тіньовим; б - відлуння імпульсним методом; 1 - щуп-випромінювач; 2 - досліджувана деталь; 3 - щуп приймач; 4 - дефект

При тіньовому методі (рис. 41, а) ультразвукові хвилі, що йдуть через зварний шов від джерела ультразвукових коливань (щупа-випромінювача), при зустрічі з дефектом не проникають через нього, так як межа дефекту є кордоном двох різнорідних середовищ (метал - шлак або метал - газ). За дефектом утворюється область так званої «звукової тіні». Інтенсивність ультразвукових коливань, прийнятих щупом-приймачем, різко падає, а зміна величини імпульсів на екрані електронно-променевої трубки дефектоскопа вказує на наявність дефектів. Цей метод має обмежене застосування, так як необхідний двосторонній доступ до шву, а в ряді випадків потрібно знімати посилення шва.

При ехо-імпульсному методі (рис. 41,6) щуп-випромінювач посилає через зварний шов імпульси ультразвукових хвиль, які при зустрічі з дефектом відбиваються від нього і уловлюються щупом-приймачем. Ці імпульси фіксуються на екрані електронно трубки дефектоскопа у вигляді піків, які свідчать про наявність дефекту. Вимірюючи час від моменту посилки імпульсу до прийому зворотного сигналу, можна визначити і глибину залягання дефектів. Основна перевага цього методу полягає в тому, що контроль можна проводити при односторонньому доступі до зварного шва без зняття посилення або попередньої обробки шва. Цей метод отримав найбільше застосування при ультразвукової дефектоскопії зварних швів.

Імпульсні ультразвукові дефектоскопи

Контроль зварних з'єднань здійснюється за допомогою ультразвукових дефектоскопів, якими можна виявляти тріщини »непровари, газові і шлакові включення в стикових, кутових, таврових і напусткових з'єднаннях, виконаних дугового, електрошлакового, газовим і контактним зварюванням. Контролювати можна як зварювання сталей, так і зварювання кольорових металів і їх сплавів.

Електрична схема дефектоскопів, що складається з окремих електронних блоків, змонтована в металевому кожусі, на передній панелі якого знаходиться екран електронно трубки і розташовані рукоятки управління. Дефектоскопи укомплектовані призматическими щупами-шукачами (рис. 42) з кутами введення ультразвукового променя 30, 40 і 50 ° (0,53; 0,7 і 0,88 рад). Надаються також і прямі щупи, за допомогою яких ультразвукові коливання вводяться перпендикулярно поверхні контрольованого вироби. Комплект щупів дозволяє вибирати для кожного конкретного випадку необхідну схему проникання. У всіх щупах як п'єзоелектричного перетворювача використовуються пластинки титаната барію.

Залежно від кількості щупів і схеми їх включення ультразвукові дефектоскопи можуть бути двухщуповимі, ​​в яких один щуп є випромінювачем, а інший приймачем, або однощуповою, де функція введення і прийому ультразвукових коливань виконуються одним щупом. Це можливо тому, що прийом відбитого сигналу відбувається під час пауз між імпульсами, коли ніяких інших сигналів, крім відображених, на п'єзоелектричну платівку не надходить.

Типова блок-схема імпульсного ультразвукового дефектоскопа, що працює по однощуповою схемою, наведена на рис. 43.

Мал. 43. Блок-схема імпульсного ультразвукового дефектоскопа УЗД-7Н
1 - генератор, що задає; 2 - генератор імпульсів; 3 - п'єзоелектричний щуп; 4 - генератор розгортки; 5 - приймальний підсилювач; 6 - електронно-променева трубка; 7 - контрольований виріб

Генератор, що задає, що живиться змінним струмом, виробляє електричні коливання, що передаються на генератор імпульсів і п'єзоелектричний щуп. В останньому високочастотні електричні коливання перетворюються в механічні коливання ультразвукової частоти та надсилаються в контрольований виріб. В інтервалах між окремими посиланнями високочастотних імпульсів п'єзоелектричний щуп за допомогою електронного комутатора підключається до приймального підсилювача, який підсилює отримані від щупа відображені коливання і направляє їх на екран електронно трубки. Таким чином, п'єзоелектричний щуп поперемінно працює як випромінювач і приймач ультразвукових хвиль.

Генератор розгортки забезпечує розгортку електронного променя трубки, який прокреслює на екрані електронно трубки світиться лінію з піком початкового імпульсу.

При відсутності дефекту в контрольованому виробі імпульс дійде до нижньої поверхні виробу, відіб'ється від неї і повернеться в п'єзоелектричний щуп. У ньому механічні коливання ультразвукової частоти знову перетворюються в високочастотні електричні коливання, посилюються в приймальному підсилювачі і подаються на відхиляють електронно трубки. При цьому на екрані виникає другий пік донного імпульсу (як би відбитого від дна вироби).

Якщо на шляху проходження ультразвуку зустрінеться дефект, то частина хвиль відіб'ється від нього раніше, ніж донний сигнал досягне п'єзоелектричного щупа. Ця частина хвиль посилюється прийомним підсилювачем, подається на електронно-променеву трубку і на її екрані між початковим і донним імпульсами виникне пік імпульсу від дефекту.

Завдяки синхронній роботі генератора розгортки променя, генератора імпульсів і інших пристроїв дефектоскопа взаємне розташування імпульсів на екрані електронно трубки характеризує глибину розташування дефекту. Розташувавши на екрані трубки масштабні мітки часу, можна порівняно точно визначити глибину залягання дефекту.

Методика ультразвукового контролю

Перед початком ультразвукового контролю зачищають поверхню зварного з'єднання на відстані 50-80 мм з кожного боку шва, видаляючи бризки металу, залишки шлаку і окалину. Зачистку виконують ручної шліфувальної машинкою, а при необхідності ще й напилком або наждачним шкіркою.

Щоб забезпечити акустичний контакт між щупом-шукачем і виробом, спустошену поверхню металу безпосередньо перед контролем ретельно протирають і наносять на неї шар контактної мастила. Як мастила застосовують автол марок 6, 10, 18, компресорне, трансформаторне або машинне масло.

Потім перевіряють правильність показань дефектоскопа на стандартах зварних швів із заздалегідь визначеними дефектами.

Контроль стикових з'єднань проводять шляхом почергової установки щупа по обидва боки перевіряється шва.

Мал. 44. Схема проведення ультразвукового контролю
а - переміщення призматичного щупа по поверхні виробу; б - контроль прямим променем; в - контроль відбитим променем

У процесі контролю щуп-шукач плавно переміщають уздовж обох сторін шва по звивистій лінії (рис. 44, а), систематично повертаючи його на 5-10 ° в обидві сторони для виявлення різному розташованих дефектів.

Прозвучу виробляють як прямим (рис. 44, б), так і відбитим (рис. 44, в) променем. Стикові з'єднання при товщині металу більше 20 мм зазвичай перевіряють прямим променем. При товщині металу менш 20 мм посилення шва не дає можливості встановити щуп так, щоб ультразвуковий промінь проходив через корінь шва. У цих випадках контроль здійснюють одноразово або дворазово відбитими променями. При товщині металу менше 8 мм його прозвучівают багаторазово відбитим променем.

Межі переміщення щупа поперек шва залежать від кута введення променя і способу проникання і визначаються за номограмами, що додаються до інструкції на експлуатацію дефектоскопа. Щоб забезпечити переміщення щупів в заданих межах, їх встановлюють в спеціальний утримувач (рис. 45).

Мал. 45. Тримачі призматичних щупів
а - для контролю стикових швів відбитим променем; б - для контролю стикових швів прямим променем; в - для контролю кутових швів

Мал. 46. ​​Схема визначення розмірів дефекту в стиковому шві
а - протяжності l; б - висоти h

Мал. 47. Конструктивна схема рідинного глибиноміра
1 - генератор дефектоскопа; 2 - циліндр; 3 - компенсуючий обсяг; 4 - глибиномір; 5 - механізм переміщення поршня; 6 - рідина; 7 - поршень; 8 - п'єзоелектричний платівка

При виявленні дефекту в звареному шві на екрані дефектоскопа з'являється імпульс. Умовну протяжність його вимірюють довжиною зони переміщення щупаіскателя уздовж шва, в межах якої спостерігається поява і ісчезнованіе імпульсу (рис. 46, а). Умовну висоту дефекту визначають як різницю глибин, виміряних в крайніх положеннях щупаіскателя, в яких з'являється і зникає імпульс при переміщенні щупа перпендикулярно осі шва (рис. 46, б). Умовну висоту дефектів, що мають велику протяжність, вимірюють в місці, де імпульс від дефекту має найбільшу амплітуду.

Глибину залягання дефекту визначають за допомогою глибиномірів. Рідинної глибиномір (рис. 47) складається з п'єзоелектричної пластинки, яка збуджується від генератора дефектоскопа одночасно з основною випромінює п'єзоелектричній платівкою щупаіскателя. Ця платівка поміщена в циліндр з компенсуючим обсягом. Циліндр наповнений рідиною і має поршень, пов'язаний зі шкалою глибиноміра. При прозвучу зварного шва на екрані електронно трубки разом з початковим і донним сигналом з'являється так званий службовий імпульс, відбитий від поршня циліндра глибиноміра. Положення його на екрані трубки дефектоскопа визначається положенням поршня в циліндрі. Пересуваючи поршень, поєднують службовий імпульс з імпульсом, відбитим від дефекту, і за шкалою глибиноміра визначають глибину залягання дефекту. При суміщенні поршня з донним імпульсом можна визначити товщину металу. Подібні глибиноміри можуть бути приєднані до будь-якого ультразвукового імпульсного дефектоскопа.

Підвищення швидкості контролю можна досягти застосуванням нескладних пристроїв (рис. 48), що дозволяють здійснювати переміщення дефектоскопа вздовж шва і зворотно-поступальний рух щупа. Щуп-шукач встановлюється на візку пристрою і з'єднується з ультразвуковим дефектоскопом. На цій же візку знаходиться механізм пересування, що складається з електродвигуна потужністю 12 вт, черв'ячних пар і кривошипного механізму.

Мал. 48. Схема автоматизованого контролю стиків трубопроводів за допомогою спеціального пристосування
1 - контрольний механізм; 2 - труба; 3 - роликовий ланцюг; 4 - коробка з щупом; 5 - ультразвуковий дефектоскоп

Значно збільшується надійність і швидкість контролю при використанні автоматичного ультразвукового дефектоскопа Дауз-169, що дозволяє контролювати зварні з'єднання при товщині листів від 6 до 16 мм. Він являє собою датчик, встановлений на автоматично пересувається каретці, з'єднаної гнучким кабелем з шафою з електронними блоками.

Дефекти реєструються записом на діаграмної стрічці і краскоотметчіком на контрольованому шві, робота якого дублюється світловою сигналізацією. Швидкість контролю становить 1 м / хв. Застосування його значно збільшує надійність і продуктивність процесу контролю зварних швів.

Оформлення результатів контролю

Результати ультразвукової дефектоскопії згідно ГОСТ 14782-69 фіксують в журналі або в ув'язненні, обов'язково вказуючи:

а) тип зварного з'єднання; індекси, присвоєні цього виробу та зварного з'єднання; довжину проконтрольованого ділянки шва;

б) технічні умови, за якими виконувалася дефектоскопія;

в) тип дефектоскопа;

г) частоту ультразвукових коливань;

д) кут введення променя в контрольований метал або тип шукача, умовну або граничну чутливість;

е) ділянки шва, які не піддавалися дефектоскопії;

ж) результати дефектоскопії;

з) дату дефектоскопії;

і) прізвище оператора.

При скороченому описі результатів дефектоскопії кожну групу дефектів вказують окремо.

Характеристика протяжності дефекту позначається однією з букв А, Б, В. Цифрами позначають: кількість дефектів в шт .; умовну протяжність дефекту в мм; найбільшу глибину залягання дефекту в мм; найбільшу умовну висоту дефекту в мм.

Буква А вказує, що протяжність дефекту не перевищує допустиму технічними умовами. Буква Б використовується для характеристики дефекту більшої протяжності, ніж типу А. Буквою В позначають групу дефектів, віддалених один від одного на відстані не більше величини умовної протяжності для дефектів типу А.

Нижче наводиться приклад скороченою записи результатів дефектоскопії в журналі або в ув'язненні.

На ділянці шва зварного з'єднання С15 (ГОСТ 5264-69), позначеному індексом МН-2, довжиною 800 мм виявлені: два дефекту типу А на глибині 12 мм, один дефект типу Б умовної протяжністю 16 мм на глибині 14-22 мм, умовною висотою 6 мм і один дефект типу В умовної протяжністю 25 мм на глибині 5-8 мм.

Скорочена запис результатів випробування виглядає так:

С15, МН-2, 800; А-2-12; Б-1-16-22-6; По-1-25-8.

Техніка безпеки при ультразвуковому контролі

До роботи з ультразвуковими дефектоскопами допускають осіб, які пройшли інструктаж з правил техніки безпеки і мають відповідне посвідчення. Перед проведенням контролю на великій висоті, у важкодоступних місцях або всередині металоконструкцій оператор проходить додатковий інструктаж, а його роботу контролює служба техніки безпеки.

Забороняється проводити контроль поблизу зварювальних робіт при відсутності захисту від променів електричної дуги.

Л.П. Шебеко, А.П. Яковлєв. "Контроль якості зварних з'єднань"