Всё что нужно знать про ультразвуковой контроль (УЗК) в одной статье

Всё что нужно знать про ультразвуковой контроль (УЗК) в одной статье

Если Вам необходимо разобраться с ультразвуковым контролем (УЗК), узнать основные способы выполнения и область его применения то все это вы найдете в этой статье. Вас ждет подробное описание простыми словами этого способа неразрушающего контроля.

Что такое УЗК сварочных стыков

Ультразвуковой контроль (УЗК) или ультразвуковая дефектоскопия — это метод неразрушающего контроля. Детали и материалы, подвергаемые ему, не получают повреждений. Его применяют во многих сферах и отраслях в промышленности, в медицине и т. д.

Данный метод активно применяется при контроле сварных швов таких как: стыковые, угловые, нахлестрочные и тавровые с конструктивным проваром (это те швы у которых после сварки не останется внутри непроваренного участка). На рисунке для примера приведен тавровый шов с конструктивным проваром Т8 по ГОСТ 5264)

Методика основан на применении ультразвука (звуковой волны с частотой свыше порога слышимости более 20 кГц, для контроля используются частоты от 180 кГц – 10 МГц, а иногда и до 100 МГц).

При контроле ультразвуком используются 2 основных принципа:

1. Изменение амплитуды у отражённого сигнала (выявляются дефекты).
2. Измерение времени, за которое волна проходит изделия (определяется толщина)

На основе этих 2 принципов и проводится контроль сварных соединений, металла при входном контроле, и различного оборудования, которое уже длительное время отработало и нужно оценить его остаточный ресурс.

Для чего проводят ультразвуковой контроль

Данным методом неразрушающего контроля возможно:

1. Оценить наличие размеры очагов коррозии;
2. Выявить внутренние (подповерхностные) дефекты – трещины, не сплавления, отслоение металла, поры, шлаковые включения и прочее не сплошности сварочного шва и основного металла.
3. Оценить качество шва и определить глубину залегание дефектов.

Данным методом проводит диагностирование оборудование как действующего, так и нового (перед вводом в эксплуатацию), а также контролируется качество сварки после её выполнения.

При выполнении контроля в некоторых случаях даже не требуется опорожнение сосудов и трубопроводов (удаление среды), что делать данную методику очень востребованный.

Применяемое оборудование

При УЗК используется следующее оборудование:

1. Дефектоскоп.
2. Пьезоэлектронный преобразователь (ПЭП).
3. Соединяющий Lemo кабель.

Дефектоскопы применяемые в настоящее время имеет небольшие размеры их удобно использовать и не сложно переносить. В зависимости от производителя различается и функционал дефектоскопов от самых простейших с монохромными дисплеями типа УД-2-70 до самых компактных и передовых с цветными дисплеями и программным управлением.

Пьезоэлектронные преобразователи (или сокращённо ПЭПы) различаются по частотам, углам ввода, способам излучения и так далее.

Для контроля сварных швов используются следующие типы:

• прямые и наклонные;
• совмещённые и раздельно-совмещенные;
• фокусирующееся, не фокусирующиеся, а также хордовые;
• контактные и бесконтактные.

Совмещённые преобразователи – имеет только один пьезоэлемент который является и излучателем, и приёмником одновременно.

Раздельно-совмещённые преобразователи имеют уже 2 пьезоэлемента один из которых является источником волн, а другой приёмником. Данные преобразователи обеспечивают более точное определение дефекта. Ими можно контролировать под поверхностные дефекты и проводить контроль поверхности с высокой шероховатостью.

Виды ультразвуковой дефектоскопии

Сейчас существует и применяется порядка 16 методов ультразвукового контроля, но на практике из этого числа как правило применяется только 7 методов. О них и поговорим поподробнее.

1. Эхо-метод.
2. Эхо-зеркальный.
3. Дельта метод.
4. Зеркально теневой метод.
5. Теневой.
6. Ревербационно-сквозной метод.
7. Акустико-эмиссионный метод.

Сущность метода

Эхо-методом (в некоторых источниках – эхо-импульсный). Это самый применяемый метод УЗК и чаще всего он применяется для проверки сварочных швов. Принцип метода, следующий: звуковая волна, проходя через контролируемое изделие отражается от поверхности дефекта (если он есть) или от поверхности дна (если дефектов нет). При обнаружении дефекта прибор фиксирует это сигналом на дисплее. Для применения данного способа достаточно доступа только с одной стороны и в некоторых случаях не нужно разбирать оборудование.

Контролировать сварные швы можно без снятия усиления используя наклонные ПЭПы. Для проведения контроля потребуется зачистка шва на расстояние 100 мм в оба направления, шероховатость должна быть не выше Ra 3.2. Также потребуется нанести контактную жидкость (гель, глицерин, минеральное масло и т.д.)

Эхо-зеркальный метод. Для его реализации используется 2 ПЭПа один – трансмиттер, излучающий звуковые волны. Второй – ресивер, приемник отраженных волн от дефекта или донной поверхности. Располагаются они с одной стороны контролируемой детали и перемещаются совместно.

Данный метод применяется для выявления вертикально расположенных дефектов, чаще всего непроваров, несплавлений и трещин расположенных в корне шва.

Дельта метод. Принцип метода, следующий: излучатель вводит в изделие звуковые волны, которые рассеиваются и превращаются на краях дефекта в продольную волну, которую фиксирует ресивер продольных волн. Для контроля достаточно доступа с одной стороны. Данный метод является сложным в применении из-за необходимости чрезвычайно точной настройки дефектоскопа. Также предъявляются высокие требования к компетенции дефектоскописта. Данный способ активно применяется там, где предполагается наличие вертикально ориентированных дефектов.

Зеркально теневой метод основан на том, что производится измерение снижения силы сигнала от дефекта. При контроле сигнал дважды проходит сечение объекта.
Данный метод часто используют вместе с эхо-методом для дополнительного контроля.

Теневой (в некоторой литературе амплитудно-теневой) – данный метод основывается на снижении амплитуды звуковой волны после прохождения через дефект. Для него требуется двухсторонний доступ. Излучатель устанавливают с одной стороны, а приемник с другой и проводят прозвучивание. Важной особенностью является то, что нельзя определить глубину нахождения дефекта. Используют его для контроля листовых конструкций.

Ревербационно-сквозной метод используется для контроля в полимерных, многослойных материалах и композитах. Датчики располагаются с одной стороны объекта контроля, звуковая волна, пропускаемая через тело объекта, совершает несколько отражений от донных поверхностей.

Акустико-эмиссионный метод. Этот способ применяется там, где нужно выявить дефекты на ранней стадии их образование. Метод основан на способности изучать звуковые волны низкой частоты в процессе возникновение дефектов таких как: трещин и структурных перестроения.

На контролируемые изделия устанавливаются множество датчиков, которые фиксируют данные волны и передают их на усилители. Далее сигнал попадает в блок информационной обработки, в котором отфильтровываются посторонние шумы. Полученное значение выводится на дисплей.

Ниже приведем схему проведения акустико-эмиссионного контроля.

Данный способ чаще всего применяется на объектах химической и нефтехимической промышленности: резервуарах, ёмкостях и трубопроводах.

Свойства ультразвуковой волны

Звуковая волна как вид механического колебания обладают следующими свойствами:

1. Период—(Т) – то время, за которое совершается одно полное колебание.
2. Длина волны – (λ) — это то расстояние который проходит волна за одно колебание.
3. Чистота (f) – важная характеристика, которая показывает сколько совершается колебаний за 1 секунду.
4. Амплитуда (dB) – максимальное отклонение волны от равновесного состояния.

При ультразвуковом контроле также учитывается типа волн:

• продольная волна (растяжения/сжатия)
  
• поперечная (сдвиговая)
  
• поверхностная (волна Рэлея)
  
• Головная волна
  
• Волна Лэмба (в пластинах)
• Волны Порхгаммера (в стержнях)
  

Углы направления

При проведении УЗК используются ПЭПы (пьезоэлектронные преобразователи). Они же в свою очередь отличаются по углу ввода волны в контролируемые материалы на:

Прямые—создают и получают ультразвуковые волны под прямым углом к поверхности контроля.

Наклонные преобразователи – создают и получают ультразвуковой волны под различными углами отличными от нормали к поверхности. Чаще всего на практике применяются ПЭПы с углами ввода 50, 65 и 70 градусов.

Какие дефекты можно выявить

При контроле можно выявить следующий дефекты:

1. Поры.
2. Расслоения.
3. Шлаковые и другие включения.
4. Непровары.
5. Несплавления кромок.

Перечислены лишь основные дефекты. с помощью ультразвука можно выявить и другие несплошности, а также их расположение и размеры.

Область применения – где применяется ультразвуковой контроль

Ультразвуковой контроль весьма универсальный метод и обладает очень широкой областью применения. С его помощью можно контролировать как металлические, так и неметаллические изделия такие как: керамика, полимеры, стекло. Ограничением является лишь контроль пористых материалов, в которых происходит сильное затухание волн. Также весьма затруднительно использование данного метода при контроле изделий со сложной конфигурацией (резьбовые соединения) и контроль на малых толщинах.

УЗД (ультразвуковая дефектоскопия) применяется при контроле сварных швов и основного металла при техническом диагностировании, строительстве, реконструкциях в процессе эксплуатации и при монтаже. Применяется на таких объектах как :

• объекты котлонадзора (котельное оборудование);
• подъёмные сооружения (краны, подъёмники, лифты и так далее);
• объекты газоснабжения;
• горная промышленность (здание и сооружение, а также оборудование шахт и рудников);
• угольная промышленность;
• объекты контроля нефтяной и газовой промышленности;
• металлургическая промышленность;
• объекты химической и нефтехимической промышленности;
• железнодорожный транспорт;
• хранение, переработка зерна;
• объекты строительства (здания и сооружения, а также металлические конструкции);
• электроэнергетика.

Преимущества и недостатки методики

Преимуществами методы являются:

1. Скорость проведения контроля – данный получают без задержек в режиме реального времени (не требуется проявка пленок или расшифровка данных с магнитных лент).
2. Высокая универсальность метода позволяющая контролировать большую номенклатуру материалов и изделий.
3. Возможно выполнение контроля во всех пространственных положениях.
4. Возможна автоматизация метода.
5. Контроль больших толщин (вплоть до 3–5 м).
6. Метод безвреден для человека.
7. Большинство оборудования компактно и портативно (облегчает работу в полевых условиях).

Как у медали 2 стороны, так и у данного метода есть своя 2 сторона – недостатки.

К недостаткам метода относятся:

1. Сложно оценить реальные размеры дефекта.
2. Ряд ограничений при контроле материалов, имеющих зернистую или крупнозернистую структуру в которых происходит сильное затухание волны.
3. Имеется мёртвая зона при контроле поверхностных и подповерхностных дефектов.
4. Требуется высокое качество зачистки поверхности при контроле контактными способами.

Порядок проведения УЗК

Рассмотрим порядок проведения ультразвуковой дефектоскопии на примере контроля сварных швов. Перед контролем должны быть завершены все работы на данном оборудовании.

Перед началом необходимо зачистить зону вдоль сварочного шва на расстояние Д которая рассчитывается по формуле Д= Lмах+30 мм; где L – длина зоны перемещения ПЭПа (как правило 120 – 150 мм).

Зачистку для проката можно не производить, а убрать только брызги металла и коррозию глубина которой более 1 мм. Все забоины, вмятины и неровности должны быть устранены. Зачистку производит с помощью металлических щеток, напильников, также с помощью шлифовальные машинки с применением абразивных кругов.

Шероховатость подготовленной поверхности должна быть не выше Rz40 а температура при которой будет производиться контроль должна быть в пределах от минус 30 до плюс 30 градусов.

Далее для создания акустического контакта на поверхность наносится контактная жидкость (глицерин, минеральные трансмиссионные и машинные масла, специализированные жидкости и гели).

После производится настройка дефектоскопа на стандартных образцах СО-2 и СО-3, а чувствительность устанавливается по искусственно выполненному отражателю (дефекту) на стандартном образце предприятия – СОПе. Конструкции СОПов с искусственными отражателями приведены ниже.

Проверку исправности ПЭПов производят на стандартных образцах предприятия СО-2 и СО-3. СО-3 используют для определения точки выхода и стрелы.

С помощью СО— 2 определяют угол ввода.

На стандартном образце предприятия (СОПе) выполнен максимально допустимый дефект для данного объекта контроля при заданный толщине. По нему производится настройка чувствительности дефектоскопа. Сначала производится настройка сигнала, получаемого однократно отраженным лучом, а после настраивается сигнал, получаемый при контроле прямым лучом. Самые часто применяемый способы контроля прямым и однократно отраженным лучом.

Далее производится прозвучивание самого объекта. Преобразователь располагают перпендикулярно сварочному шву и плавно перемещают, удаляя и приближая совершая как бы возвратно-поступательные движения. В процессе совершения перемещений преобразователь поворачивают на угол от 10 до 15 градусов вправо влево. Шаг перемещения должен быть не более 5-6 мм.

В процессе сканирования дефектоскопист отслеживает получаемые сигналы на дисплее дефектоскопа и в случай брака отмечает место на изделии маркером или мелом.

Ниже можете ознакомиться со схемами прозвучивания различных сварочных соединений.

Параметры оценки результатов

Расшифровка результатов, полученных ультразвуковым методам контроля при прозвучивании сварных соединений, является одним из важных этапов работы.

При обнаружении дефекта измеряют:

1. Глубину залегания дефекта.
2. Протяженность.
3. Расстояние между дефектами (если их несколько).
4. Максимальную амплитуду от сигнала.
5. Суммарную протяженность дефектов.

Результаты заносятся в журнал контроля, а также в заключение или протокол. В журнале контроля указывают:

• Номер сварочного стыка по формуляру и его тип;
• длина контролируемого участка;
• № СОПа;
• рабочая частота и угол ввода;
• результаты контроля;
• участки, которые не удалось проконтролировать (при отсутствии доступа);
• дата контроля и подписи дефектоскопистов.

Выявленные дефекты при контроле описываются с помощью буквенно-цифирного обозначения. Для обозначения дефектов следует использовать ГОСТ 14782.

Обучение и аттестация специалистов

Обучение и аттестацию специалистов по ультразвуковой дефектоскопии проводит в специальных аттестованных организациях. Существует 3 уровня квалификации у дефектоскопистов.

I уровень присваивается новичкам работа которых будет проводиться под наблюдением специалиста со II или III уровнем. Специалист первым уровнем не может самостоятельно выбрать методику контроля, проводить оценку результатов, подбирать технологию и режим.

Дефектоскопист II уровня могут самостоятельно проводить и руководить работами. Принимать решение по выбору способа контроля, методик, технологий, также проводить оценку результатов контроля. Они могут разрабатывать технологические карты и утверждать их.

Дефектоскописты с III уровнем могут руководить работой дефектоскопистов с I и II уровнем, проводит обучение и аттестацию.

УЗК сварных швов трубопроводов

Зачастую УЗК сварных швов трубопроводов проводят лишь с одной стороны. При этом используются ПЭПы наклонные и прямые. В зависимости от толщины стенки ПЭПы подбираются по частоте.

Ниже в таблице приведены критерии выбора преобразователя.

Если контролируются трубопроводы диаметром от 10 до 530 мм с небольшой толщиной стенки (до 8-9 мм), лучше использовать хордовый раздельно-совмещённые преобразователи. Это увеличит скорость контроля и точность полученных результатов.

Критерии выбора преобразователя в зависимости от диаметра трубопровода и толщины стенки приведены ниже в таблице.

https://mrmetall.ru/ultrazvukovoy-kontrol-uzk/