Ультразвуковая дефектоскопия как инструмент качества

Содержание

Ультразвуковая дефектоскопия как инструмент качества

Что такое ультразвуковая дефектоскопия и для чего она нужна. Эхо-импульсный, эхо-зеркальный и теневой методы. Достоинства и недостатки ультразвуковой дефектоскопии.

Что такое ультразвуковая дефектоскопия?

Ультразвуковая дефектоскопия представляет собой совокупность методов неразрушающего контроля, использующих для нахождения дефектов в изделиях ультразвуковые волны. Полученные данные затем анализируются, выясняется форма дефектов, размер, глубина залегания и другие характеристики.

Позволяет надёжно и эффективно проверять качество стального литья, сварных соединений, литых заготовок. Применяется при изготовлении и эксплуатации железнодорожных рельс, частей авиационных двигателей, трубопроводов в атомных реакторах и контроля иных ответственных изделий. Самый совершенный инструмент диагностики — дефектоскоп на фазированных решетках.

Дефектоскоп

Ультразвуковые преобразователи

В промышленности металлы, как правило, проверяют ультразвуком с частотой в диапазоне от 0,5 МГц до 10 МГц. В определённых случаях сварные швы обследуют волнами, имеющими частоту до 20 МГц. Благодаря этому можно выявлять дефекты весьма небольшого размера. Объекты значительной толщины, в частности отливки, поковки, сварные соединения, сделанные электрошлаковой сваркой, а также металлы крупнозернистого строения, например, чугун и некоторые виды стали проверяют ультразвуком с низкими частотами.

Пьезоэлектрическими преобразователями называются приборы, которые возбуждают и принимают ультразвуковые волны.

Совмещённые преобразователи имеют в своём составе пьезоэлемент, который может в один момент времени испускать ультразвук, а в следующий принимать.
В раздельно-совмещенных аппаратах один пьезоэлемент является источником ультразвуковых волн, а другой их улавливает.
В раздельных пьезоэлемент служит либо генератором, либо приёмником ультразвука.

В контактных преобразователях ультразвуковые волны излучаются в исследуемый объект через тонкую прослойку жидкости.
В иммерсионном устройстве его поверхность и изделие разделены слоем жидкости, во много раз превышающим длину волны. Для этого образец помещают в иммерсионную ванну, применяют струю воды и т.д.

В контактно-иммерсионном преобразователе имеется специальная ванна с эластичной мембраной, контактирующей с проверяемым изделием.
В бесконтактных установках ультразвуковые колебания возбуждаются с помощью различных физических эффектов через воздушный промежуток. Их чувствительность уступает преобразователям других типов в десятки тысяч раз.

Способы контроля с помощью ультразвука

Эхо-импульсный способ самый широко распространённый и простой. Преобразователь излучает зондирующие сигналы и сам же регистрирует отражённые дефектами эхо-сигналы.

По временному интервалу между посылаемыми сигналами и эхо можно узнать, где и на какой глубине находится дефект, а по амплитуде сигнала – каковы его размеры. К достоинствам данного способа следует отнести:

К достоинствам данного способа следует отнести:

  • Возможность провести проверку с использованием только одного преобразователя;
  • Хорошо находит внутренние дефекты;
  • Очень точно определяет местонахождение дефекта.
Читать статью  Два экскаватора работая одновременно могут вырыть котлован за 6 ч 40 мин

Основные его недостатки это:

  • К поверхностным отражателям помехоустойчивость оставляет желать лучшего;
  • Отражённый сигнал слишком сильно зависит от того, как ориентирован дефект;
  • Нельзя контролировать акустический контакт, когда преобразователь перемещается по проверяемому объекту, потому что эхо на участках без дефектов отсутствует.

Эхо-зеркальный метод нуждается в двух преобразователях. Их располагают по одну сторону проверяемого изделия так, чтобы один прибор мог улавливать сигнал излучаемый другим. В приёмник поступает ультразвук, отражённый от дефекта и от донной поверхности.

К недостаткам следует отнести необходимость менять через определённые промежутки времени расстояние между преобразователями.

Теневой метод требует доступа преобразователей к проверяемому изделию с двух сторон, причём устройства обязаны находиться на одной акустической оси. О присутствии в объекте дефекта судят по серьёзному снижению амплитуды принимаемого сигнала либо его полному исчезновению. Основные достоинства подобного метода это: хорошая помехоустойчивость и низкая зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта.

Преимущества и недостатки ультразвуковой дефектоскопии

Ультразвуковой контроль в промышленности используется с 50 годов прошлого века. В то время инструментами для диагностики сварных соединений и обнаружения других дефектов на трубопроводах служили ламповые дефектоскопы и УЗК преобразователи на основе пьезокерамических элементов. За прошедшие более чем 60 лет накоплен богатый опыт применения ультразвукового контроля, появились новые цифровые дефектоскопы и новые методы неразрушающего контроля.

Плюсы ультразвуковой дефектоскопии

  • Проверяемую деталь не требуется повреждать или разрушать.
  • Работа проводится очень быстро и недорого стоит.
  • В сравнении с некоторыми другими видами дефектоскопии, например, рентгеновской не представляет опасности для человека.
  • Возможность проводить контроль как металлических, так и неметаллических образцов.
  • Благодаря высокой мобильности ультразвуковые дефектоскопы для проверки необходимого объекта можно доставить практически в любое место.

Недостатки ультразвукового контроля

  • Требуется тщательная подготовка поверхности проверяемого изделия, чтобы между ней и прибором не было даже малейшего воздушного зазора.
  • Во многих случаях этот метод контроля не позволяет получить информацию об истинных размерах дефекта.
  • Большие трудности представляет контроль изделий сложной формы и малых размеров.

Ультразвуковой контроль

Ультразвуковой контроль

Ультразвуковой контроль (далее УЗК) – один из методов акустического неразрушающего контроля (НК). Впервые он был применен в 30-х годах XX века и за двадцать лет получил самое широкое распространение как метод контроля качества сварных швов цельных деталей. Его длительная популярность объясняется тем, что ультразвук позволяет выявить не только поверхностные, но и подповерхностные дефекты и получать при этом результаты высокой точности. По этой причине его еще называют ультразвуковой дефектоскопией.

Проведение ультразвукового контроля

В основе УЗК использование ультразвуковых колебаний. В однородном материале звуковые волны не меняют свою траекторию. Их отражение говорит о присутствии упругих сред с разным удельным акустическим сопротивлением.

При УЗК в объект излучают акустические колебания, а отраженные волны фиксируют дефектоскопом с пьезоэлектрическим преобразователем. По их амплитуде можно сделать вывод о наличии отклонений и узнать их основные параметры (тип, форму и размеры).

Читать статью  Руководства по эксплуатации техники для обработки земли

УЗК не определяет предельно точные параметры дефекта, поэтому для сравнения необходимо эталонное изделие. Фактические размеры отклонения почти всегда больше, чем получаемые путем расчета.

Больше всего УЗК востребован в различных отраслях промышленности для контроля прочности стыковых сварных соединений/ стыков и склейки разных по структуре частей изделия и металлов. Кроме этого, он достаточно часто используется в процессе строительства или реконструкции жилых домов и зданий коммерческого назначения.

Методы ультразвукового контроля

По характеру взаимодействия физических полей с объектом контроля выделяются следующие методы УЗК:

  • Акустико-эмиссионный;
  • Акустико-ультразвуковой;
  • Метод прошедшего излучения;
  • Метод отраженного излучения (эхо-метод);
  • Импедансный;
  • Резонансный;
  • Метод свободных колебаний.

Методики применения различных методов УЗК установлены отдельными стандартами. Например, методы контроля сварных соединений описывает ГОСТ Р 55724-2013.

Преимущества и недостатки УЗК

Преимуществами УЗК являются:

  • экономичность его как метода;
  • возможность выполнить его оперативно (за счет использования портативных приборов);
  • возможность провести его, не приостанавливая работу и не выводя из строя проверяемый объект.

К минусам метода относятся:

  • полученные сведения о дефектах не будут исчерпывающими;
  • сложно проверять мелкие детали, сварные швы стали разных видов и крупнозернистых металлов из-за чрезмерного рассеивания или затухания ультразвуковых волн;
  • если ультразвуковые волны в металле создаются с помощью пьезоэлектрических преобразователей, необходимо соблюдать требования к шероховатости поверхности.

Примеры объектов, которые подвергаются ультразвуковому контролю:

  • Трубы и трубопроводы;
  • Бетон;
  • Рельсы;
  • Металл и металлоконструкции;
  • Листовой прокат;
  • Сосуды;
  • Котлы;
  • Колесные пары.

УЗК является надежным и эффективным способом обнаружить целый ряд дефектов. После проверки объекта заказчик получает заключение по результатам контроля (протокол контроля).

Ультразвуковая дефектоскопия (УЗК, УЗД)

Экспертная компания Эталон г. Сыктывкар проводит ультразвуковую дефектоскопию различных объектов

Ультразвуковой диагностика 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 проводится диагностика разных сварных соединений. УЗД является действенным при выявлении воздушных пустот, химически не однородного состава (шлаковые включения в металле) и выявления присутствия не металлических элементов. Ультразвуковая диагностика, которая превосходит по точности полученных результатов многие другие виды контроля.

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. Таким образом, ультразвуковой метод контроля сварных швов относиться к неразрушающим методам контроля качества и выявления места локализации тех или иных дефектов (ГОСТ 14782-86).

Читать статью  Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами

Качество проведения УЗК зависит от многих факторов, таких как чувствительность приборов, настройка и калибровка дефектоскопа, 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.

Дефекты, выявляемые с помощью ультразвуковой дефектоскопии

С помощью проведения УЗД 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.

Принцип работы

Ультразвуковая технология испытания основана на способности высокочастотных колебаний проникать в металл и отражаться от поверхности коррозии, включений в основном металле, пустот и других неровностей. Искусственно созданная, направленная ультразвуковая волна проникает в проверяемое соединение и в случае обнаружения дефекта отклоняется от своего нормального распространения. Оператор УЗК видит это отклонение на экране прибора и по определенным показаниям данных может дать характеристику выявленному дефекту.

  • расстояние до дефекта — по времени распространения ультразвуковой волны в материале;
  • относительный размер дефекта — по амплитуде отраженного импульса.

Процедура проведения ультразвуковой дефектоскопии

1. Удаляется краска и ржавчина со сварочных швов не менее 100 мм с двух сторон.

2. Для получения более точного результата УЗК 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 УЗК.
4. Контроль:
толщины до 20 мм — стандартные настройки (зарубки);
свыше 20 мм — настраиваются АРД-диаграммы, если это разрешено требованиями к данному НТД;
5. Пьезоэлектрический преобразователь(ПЭП) перемещают продольно-поперечными движениями относительно оси сварного соединения и при этом стараются повернуть вокруг оси на 10-150.
6. При появлении устойчивого сигнала на экране прибора в зоне проведения УЗК, ПЭП поворачивают в сторону максимальной амплитуды отражения УЗ волн.
7. Следует уточнить: не вызвано ли наличие подобного колебания отражением волны от швов, что часто бывает при УЗК.
8. Если нет, то фиксируется дефект и записываются координаты.
9. Контроль сварных швов проводится согласно ГОСТу.
10. Тавровые швы (швы под 90 0) проверяются эхо-методом или по специальным методическим документам.
11. Все результаты проверки дефектоскопист заносит в таблицу данных, по которой можно будет легко повторно обнаружить дефект и устранить его.

Области применения ультразвукового контроля

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.

Источник https://www.pergam.ru/articles/ultrazvukovaya-defektoskopiya.htm

Источник https://www.serconsrus.ru/services/ultrazvukovoj-kontrol/

Источник https://etalon-rk.ru/nerazrushayushhij-kontrol-i-diagnostirovanie/ultrazvukovoj-kontrol-uk/ultrazvukovaya-defektoskopiya-uzk/