Ультрагукавой кантроль зварных злучэнняў, метады і тэхналогія кантролю

Няма практычна ні адной галіны прамысловасці, дзе б не ажыццяўляліся зварачныя працы. Пераважная большасць металаканструкцый мантуюцца і злучаюцца паміж сабой з дапамогай зварачных швоў. Само сабой, ад якасці правядзення такога роду работ у перспектыве залежыць не толькі надзейнасць ўзводзіцца будынка, збудавання, машыны або якога-небудзь агрэгата, але і бяспеку людзей, якія будуць нейкім чынам узаемадзейнічаць з гэтымі канструкцыямі. Таму для забеспячэння належнага ўзроўню выканання падобных аперацый прымяняецца ультрагукавой кантроль зварачных швоў, дзякуючы якому можна выявіць наяўнасць ці ж адсутнасць розных дэфектаў у месцы злучэння металічных вырабаў. Аб дадзеным перадавым метадзе кантролю і пойдзе гаворка ў нашай артыкуле.

Гісторыя ўзнікнення

Ультрагукавая дэфектаскапія як такая была распрацавана ў 30-х гадах. Аднак першы рэальна працуючы прыбор з'явіўся на свет толькі ў 1945 годзе, дзякуючы кампаніі Sperry Products. На працягу наступных двух дзесяцігоддзяў найноўшая тэхналогія кантролю атрымала сусветнае прызнанне, рэзка ўзрасла колькасць вытворцаў падобнай тэхнікі.

Ультрагукавой дэфектаскапіі, цана якога на сённяшні дзень пачынаецца ад 100000 -130000 тысяч рублёў, першапачаткова ў сваёй аснове утрымліваў вакуумныя трубкі. Такія прыборы адрозніваліся грувасткасцю і вялікім вагай. Працавалі яны выключна ад крыніц харчавання з пераменным токам. Але ўжо ў 60-х гадах, са з'яўленнем паўправадніковых схем, дэфектаскапіі значна зменшыліся ў памерах і атрымалі магчымасць працаваць ад батарэй, што дазволіла ў выніку ўжываць прылады нават у палявых умовах.

Крок у лічбавую рэальнасць

На ранніх этапах апісваныя прыборы ўжывалі аналагавую апрацоўку сігналаў, за кошт чаго, як і многія іншыя падобныя прылады, былі схільныя дрэйфу ў момант каліброўкі. Але ўжо ў 1984 годзе кампанія Panametrics дала пуцёўку ў жыццё першаму партатыўным лічбавага дэфектаскапіі пад назвай EPOCH 2002. З гэтага моманту лічбавыя агрэгаты сталі высоканадзейным абсталяваннем, ідэальна якія забяспечваюць неабходную стабільнасць каліброўкі і вымярэнняў. Ультрагукавой дэфектаскапіі, цана якога наўпрост залежыць ад яго тэхнічных характарыстык і маркі прадпрыемства-вытворцы, атрымаў таксама функцыю рэгістрацыі дадзеных і магчымасць перадачы паказанняў на персанальны кампутар.

У сучасных умовах ўсё больш і больш выклікаюць цікавасць сістэмы з фазаванай кратамі, у якіх выкарыстоўваецца складаная тэхналогія на базе многоэлементных п'езаэлектрычных элементаў, генерыруючых накіраваныя прамяні і ствараюць папярочныя малюнка, падобныя з медыцынскай ультрагукавой візуалізацыяй.

сфера прымянення

Ультрагукавой метад кантролю ўжываецца ў любым кірунку прамысловасці. Ужыванне яго паказала, што ён можа быць аднолькава эфектыўна выкарыстаны для праверкі амаль усіх тыпаў зварных злучэнняў у будаўніцтве, якія маюць таўшчыню зварваюць асноўнага металу больш за 4 міліметраў. Акрамя таго, метад актыўна выкарыстоўваецца для праверкі злучэння стыкаў газа-і нафтаправодаў, розных гідраўлічных і вадаправодных сістэм. А ў такіх выпадках, як кантроль швоў вялікай таўшчыні, атрыманых у выніку электрошлаковой зваркі, ультрагукавая дэфектаскапія - адзіна прымальны метад ажыццяўлення кантролю.

Канчатковае рашэнне аб тым, прыдатная Ці дэталь або зварачнае шво да эксплуатацыі прымаецца на аснове трох асноватворных паказчыкаў (крытэрыяў) - амплітуды, каардынатаў, ўмоўныя памераў.

У цэлым жа ультрагукавой кантроль - менавіта той метад, які з'яўляецца самым плённым з пункту гледжання фарміравання малюнкаў у працэсе вывучэння шва (дэталі).

прычыны запатрабаванасці

Апісваны метад кантролю з ужываннем ультрагуку добры тым, што ён валодае значна больш высокай адчувальнасцю і пэўнасцю паказанняў у працэсе выяўлення дэфектаў у выглядзе расколін, меншым коштам і высокай бяспекай у працэсе выкарыстання ў параўнанні з класічнымі метадамі радиографического кантролю. На сённяшні дзень ультрагукавой кантроль зварных злучэнняў ўжываецца ў 70-80% выпадкаў праверак.

ультрагукавыя пераўтваральнікі

Без прымянення гэтых прылад неразбураючы кантроль ультрагукавой проста немагчымы. Прыстасаванні служаць для фарміравання ўзбуджэння, а таксама прыёму ваганняў ультрагуку.

Агрэгаты бываюць рознымі і падлягаюць класіфікацыі па:

• Спосабу стварэння кантакту з доследным вырабам.
• Спосабу падлучэння пьезоэлемента ў электрасхему самага дэфектаскоп і дыслакацыі электрода адносна пьезоэлемента.
• Арыентацыі акустычнай адносна паверхні.
• Ліку пьезоэлемента (адна-, двух-, многоэлементные).
• Шырыні паласы працоўных частот (вузкапалосных - паласа менш за адну актавы, шырокапалосныя - паласа прапускання перавышае адну актаву).

Якія вымяраюцца характарыстыкі дэфектаў

У свеце тэхнікі і прамысловасці ўсім кіруе ДАСТ. Ультрагукавой кантроль (ДАСТ 14782-86) ў гэтым пытанні таксама не з'яўляецца выключэннем. Стандарт рэгламентуе, што дэфекты вымяраюцца па наступных параметрах:

• Эквівалентнай плошчы дэфекту.
• Амплітудзе эхосигнала, якую вызначаюць з улікам адлегласці да дэфекту.
• Каардынатах дэфекту ў кропцы зварвання.
• Умоўнай памерах.
• Ўмоўнага адлегласці паміж дэфектамі.
• Колькасці дэфектаў на выдзеленай даўжыні зварнога шва або злучэння.

эксплуатацыя дэфектаскоп

Неразбураючы кантроль, якім з'яўляецца ультрагукавой, мае ўласную методыку выкарыстання, якая абвяшчае, што асноўнай вымяраны параметр - амплітуда эхосигнала, атрыманая непасрэдна ад дэфекту. Для дыферэнцыяцыі эхосигналов па велічыні амплітуды фіксуецца так званы браковочный ўзровень адчувальнасці. Ён, у сваю чаргу, наладжваецца пры дапамозе стандартнага ўзору прадпрыемства (суправаджаецца).

Пачатак эксплуатацыі дэфектаскоп суправаджаецца яго наладай. Для гэтага выстаўляецца браковочная адчувальнасць. Пасля гэтага ў працэсе праводзяцца ультрагукавых даследаванняў ажыццяўляецца параўнанне атрыманага эхосигнала ад знойдзенага дэфекту з зафіксаваным браковочным узроўнем. У выпадку, калі вымераная амплітуда будзе перавышаць браковочный ўзровень, спецыялісты прымаюць рашэнне, што такі дэфект з'яўляецца недапушчальным. Тады шво або выраб бракуецца і адпраўляецца на дапрацоўку.

Найбольш часта сустракаюцца дэфектамі зварваюць паверхняў з'яўляюцца: непровар, няпоўнае проплавление, парэпанне, сітаватасць, шлаковые ўключэньня. Менавіта гэтыя парушэнні эфектыўна выяўляе дэфектаскапія з выкарыстаннем ультрагуку.

Варыянты даследаванняў ультрагукам

З цягам часу працэс праверкі атрымаў некалькі дзейсных метадаў вывучэння зварачных злучэнняў. Ультрагукавой кантроль прадугледжвае даволі вялікая колькасць варыянтаў акустычнага даследаванні разгляданых металаканструкцый, аднак найбольшую папулярнасць атрымалі:

• Рэха-метад.
• Ценявы.
• Люстрана-ценявы метад.
• Рэха-люстраны.
• Дэльта-метад.

Метад нумар адзін

Часцей за ўсё ў прамысловасці і чыгуначным транспарце прымяняецца рэха-імпульсны метад. Менавіта дзякуючы яму дыягнастуецца больш за 90% усіх дэфектаў, што становіцца магчымым за кошт рэгістрацыі і аналізу амаль усіх сігналаў, адлюстраваных ад паверхні дэфекту.

Сам па сабе дадзены метад грунтуецца на прозвучивании металічнага вырабы імпульсамі ультрагукавых ваганняў з наступнай іх рэгістрацыяй.

Вартасцямі метаду з'яўляюцца:

- магчымасць аднабаковага доступу да вырабу;

- даволі высокая адчувальнасць да унутраным дэфектаў;

- найвышэйшая дакладнасць вызначэння каардынатаў знойдзенага дэфекту.

Аднак ёсць і недахопы, у ліку якіх:

- невысокая ўстойлівасць да перашкод паверхневых адбівальнікаў;

- моцная залежнасць амплітуды сігналу ад размяшчэння дэфекту.

Апісваная дэфектаскапія мае на ўвазе пад сабой пасылку ў выраб шукальнікам ультрагукавых імпульсаў. Прыём зваротнага сігналу адбываецца ім жа ці ж другім шукальнікам. Пры гэтым сігнал можа адбівацца як непасрэдна ад дэфектаў, так і ад процілеглага паверхні дэталі, вырабы (шва).

ценявы метад

Ён грунтуецца на падрабязным аналізе амплітуды ультрагукавых ваганняў, якія перадаюцца ад выпраменьвальніка да прымача. У выпадку, калі адбываецца памяншэнне гэтага паказчыка, гэта сігналізуе аб наяўнасці дэфекту. Пры гэтым чым больш памеры самога дэфекту, тым будзе менш амплітуда атрымоўванага прымачом сігналу. Для атрымання дакладнай інфармацыі варта размяшчаць выпраменьвальнік і прыёмнік сувосева на процілеглых баках доследнага аб'екта. Недахопамі дадзенай тэхналогіі можна лічыць нізкую адчувальнасць у параўнанні з рэха-метадам і складанасць арыентавання ПЭП (п'езаэлектрычных пераўтваральнікаў) адносна цэнтральных прамянёў дыяграмы накіраванасці. Аднак ёсць і годнасці, якія складаюцца ў высокай устойлівасці да перашкод, малой залежнасці амплітуды сігналу ад размяшчэння дэфекту, адсутнасці мёртвай зоны.

Люстрана-ценявы метад

Дадзены ультрагукавой кантроль якасці часцей за ўсё выкарыстоўваецца для кантролю звараных паміж сабой стыкаў арматуры. Асноўная прыкмета таго, што дэфект выяўлены, заключаецца ў паслабленні амплітуды сігналу, які адлюстроўваецца ад размешчанай насупраць паверхні (часцей за ўсё яе называе дновай). Галоўная вартасць метаду - выразнае выяўленне разнастайных дэфектаў, дыслакацыяй якіх з'яўляецца корань шва. Таксама метад характарызуецца магчымасцю аднабаковага доступу да шве або дэталі.

Рэха-люстраны метад

Самы эфектыўны варыянт выяўлення вертыкальна размешчаных дэфектаў. Праверка ажыццяўляецца з дапамогай двух ПЭП, якія перамяшчаюць па паверхні каля шва з аднаго боку ад яго. Пры гэтым іх рух вырабляюць такім чынам, каб зафіксаваць адным ПЭП сігнал, выпраменьваны ад іншага ПЭП і двойчы адбіўся ад наяўнага дэфекту.

Галоўная перавага метаду: з яго дапамогай можна ацаніць форму дэфектаў, велічыня якіх перавышае 3 мм і якія адхіляюцца ў вертыкальнай плоскасці больш чым на 10 градусаў. Самае галоўнае - выкарыстаць ПЭП з аднолькавай адчувальнасцю. Такі варыянт ультрагукавога даследавання актыўна ўжываецца для праверкі таўстасценных вырабаў і іх зварачных швоў.

Дэльта-метад

Ўказаны ультрагукавой кантроль зварных швоў выкарыстоўвае ўльтрагукавую энергію, переизлученную дэфектам. Папярочная хваля, якая падае на дэфект, адлюстроўваецца часткова люстрана, часткова пераўтвараецца ў падоўжную, а таксама переизлучает дифрагированную хвалю. У выніку адбываецца ўлоўліванне патрэбных хваляў ПЭП. Недахопам метаду можна лічыць зачыстку шва, даволі высокую складанасць расшыфроўкі атрыманых сігналаў падчас кантролю звараных злучэнняў таўшчынёй да 15 міліметраў.

Перавагі ультрагуку і тонкасці яго прымянення

Даследаванні зварных злучэнняў з дапамогай гуку высокай частоты - гэта, па сутнасці, неразбураючы кантроль, бо такі метад не здольны нанесці якіх-небудзь пашкоджанняў даследуемага участку вырабы, але пры гэтым даволі дакладна вызначае наяўнасць дэфектаў. Таксама асаблівай увагі заслугоўвае нізкі кошт праводзімых работ і іх высокая хуткасць выканання. Немалаважна і тое, што метад абсалютна бяспечны для здароўя чалавека. Усе даследаванні металаў і зварных швоў на аснове ультрагук праводзяцца ў дыяпазоне ад 0,5 Мгц да 10 Мгц. У некаторых выпадках магчыма правядзенне работ з выкарыстаннем ультрагукавых хваль, якія маюць частату 20 Мгц.

Аналіз зварнога злучэння з дапамогай ультрагуку павінен абавязкова суправаджацца правядзеннем цэлага комплексу падрыхтоўчых мер, такіх як ачыстка доследнага шва або паверхні, нанясенне на кантраляваны ўчастак спецыфічных кантактных вадкасцяў (гелі спецыяльнага прызначэння, гліцэрына, алей машыннае). Усё гэта робіцца для забеспячэння належнага стабільнага акустычнага кантакту, які ў выніку забяспечвае атрыманне неабходнай карцінкі на прыборы.

Немагчымасць выкарыстання і недахопы

Ультрагукавой кантроль абсалютна нерацыянальна ўжываць для абследавання зварачных злучэнняў металаў, якія маюць крупнозерністой структуру (напрыклад, чыгуну ці ж аустенитного шва з таўшчынёй больш за 60 міліметраў). А ўсё таму, што ў такіх выпадках адбываецца досыць вялікая рассейванне і моцнае згасанне ультрагуку.

Таксама не ўяўляецца магчымым адназначна паўнавартасна ахарактарызаваць выяўлены дэфект (вальфрамавага ўключэнне, шлаковой ўключэнне і інш.).