научная статья по теме РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ, Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ,»

Акустические методы

УДК 620.179.16

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ

В. А. Бархатов

Статья представляет обзор методов у. з. дефектоскопии сварных соединений, применяемых в России. Проводится обсуждение путей повышения достоверности результатов контроля.

1. ВВЕДЕНИЕ

Начало использования у. з. контроля в промышленности относится примерно к 50-м годам прошлого века. Техническая реализация методов в то время была обусловлена созданием первых серийных ламповых дефектоскопов и разработкой у. з. преобразователей на основе пьезокера-мических элементов. За прошедший достаточно большой срок накоплен богатый опыт использования методов у. з. контроля.

У. з. контроль нашел широкое применение в практике дефектоскопии изделий. Согласно отчету института доктора Ферстера (INSTITUTE DR. FORSTER) [1], в восточно-европейских странах объемы неразрушающе-го контроля, разделенные по методам, распределяются следующим образом (рис. 1).

Others (4%) Eddy(21%)

Ultrasonic (32 %)

Thermography (7 %) Magnetic (17%)

Penetrant (19 %)

Рис. 1. Распределение объемов неразрушающего контроля по основным

методам.

У. з. контроль здесь занимает главенствующее положение. На его долю приходится 32 % объема контроля всех изделий. В отчете также отмечается, что несмотря на высокий уровень автоматизации труда в развитых странах доля ручного у. з. контроля остается наибольшей. Это связано с тем, что большие объемы работ проводятся на объектах, находящихся в эксплуатации: атомные и тепловые электростанции, трубопроводы различного назначения, металлоконструкции, транспортные средства и т. д. Характерной чертой указанных объектов является большое разнообразие конструкций и, следовательно, методик у. з. контроля, поэтому работы по контролю плохо поддаются автоматизации.

Статистические данные об использовании неразрушающего контроля в России либо носят частный характер, либо отсутствуют. В работе [2] приведено распределение средств дефектоскопии по методам неразрушающего контроля локомотивов и мотовагонного подвижного состава (рис. 2).

Относительное количество дефектоскопов в вагонных и локомотивных депо, приведенное на рис. 2, неточно отражает объем работ. Тем не менее видно, что у. з. методами проводится контроль значительного количества изделий.

В других областях Российской промышленности у. з. контроль занимает одно из ведущих положений. Об этом можно судить по количеству специалистов, занимающихся у. з. контролем. Например, по данным Уральского центра аттестации за период 1994—2000 гг. аттестовано 1475 дефек-тоскопистов 2-го уровня, из них 38 % являются специалистами по у. з. методам контроля. Характерной особенностью профиля работы дефекто-скопистов в России является то обстоятельство, что 98 % дефектоскопис-тов (из 38 % общего их числа) работают по методикам у. з. контроля сварных соединений. Второй наиболее массовый метод контроля — радиационный, 26 % дефектопистов используют его в своей деятельности.

Щ магнитопорошковые р вихрепотоковые ультразвуковые

Рис. 2. Распределение средств дефектоскопии по методам контроля для локомотивов и подвижного состава.

Анализ применения у. з. дефектоскопии на различных объектах [3— 20] показывает, что наибольшая часть работ проводится на сварных соединениях, причем в большинстве случаев контроль выполняется вручную.

У. з. контроль в технологии сварки имеет ряд особенностей. Прозву-чивание наплавленного металла и околошовной зоны осуществляется с поверхностей прилегающих деталей. Для этого используются наклонные преобразователи. Контроль осуществляется в стесненных условиях, когда выявление дефектов производится не только прямым прозвучива-нием, но и лучами, отраженными от донной стенки детали. В сварных соединениях наблюдается ряд эхосигналов от конструктивных особенностей шва, которые попадают в зону контроля. Существует проблема распознавания эхосигналов от дефектов.

Учитывая массовый характер контроля в технологии сварки можно говорить об отдельной технологии у. з. контроля сварных соединений.

Типовые средства у. з. контроля предназначены для измерения информативных параметров дефектов, таких как амплитуда эхосигнала, координаты дефекта, условные размеры. Совершенствование у. з. дефектоскопов и методик на протяжении уже трех десятилетий проводится в рамках указанных информативных параметров. Со временем улучшались характеристики дефектоскопа — уменьшились его габариты и вес, появились сервисные функции, такие как временная регулировка чувствительности, запоминание настроек и данных контроля, связь с ЭВМ и т. д. Стали использоваться новые схемы прозвучивания, например, контроль головными волнами, схемой корневой тандем и контроль с помощью хордовых преобразователей [21]. Однако решение о годности изделия принимается на основе анализа все тех же параметров — амплитуды, координат, условных размеров. В настоящее время такие традиционные методы контроля наиболее широко используются в практике.

Дальнейшее улучшение у. з. аппаратуры определялось в первую очередь достижениями микроэлектроники. Создание технологии интеграль-

ных схем, появление микропроцессоров стимулировало реализацию новых идей в у. з. аппаратуре. В 70-х и 80-х годах преобладало направление создания приборов с развертками типа В (B-scan) и С (C-scan). В развертке В детектированные эхосигналы отображаются на плоскости (вид сбоку), а в развертке С формируется изображение (вид сверху). В этих приборах не применяется пространственная обработка эхосигналов, поэтому изображения получаются сильно размытыми. Главное преимущество здесь в том, что изображение дефектов, даже сильно искаженное, лучше воспринимается оператором, чем эхосигнал. Кроме того, прибор выдает протокол контроля.

В начале 90-х годов разработчики у. з. аппаратуры стали изучать пути повышения качества изображений. Аналогичные задачи были решены в радиолокационной технике, применяемой в военных целях. Возможно, какое-то влияние оказала информация о военной технике, ставшая открытой в конце 80-х в связи с уменьшением военной напряженности. По крайней мере, имеется полная аналогия многоэлементных у. з. преобразователей [22—35], созданных в этот период, с фазированными антенными решетками.

Методы обработки эхосигналов, повышающие качество изображений, имеют общее название — метод синтезированной апертуры (Synthetic Aperture Focusing Technique). Данный метод впервые был создан для получения изображений в радарах. Позднее использовался в медицинских у. з. сканерах. А в последние годы ведутся исследования по его применению в приборах для у. з. контроля металла.

В мире имеется общая тенденция разработки средств визуализации несплошностей [36—38], основанных на различных физических методах — ультразвуковой, радиографический, феррозондовый, вихретоковый и т. д. Это и не удивительно, так как представление данных о внутренней структуре изделий в виде изображения позволяет определить местоположение, размеры и форму дефектов, а следовательно, позволяет оценить их реальную опасность. На основе анализа изображений решаются вопросы происхождения дефектов и может быть скорректирована технология изготовления, принимаются решения о возможности ремонта или о возможности дальнейшей эксплуатации оборудования.

У. з. метод является, пожалуй, самым плодотворным с точки зрения формирования изображений. Высокая чувствительность, безопасность применения и оперативность у. з. метода делает его наиболее конкурентоспособным по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.

2. АНАЛИЗ ТРАДИЦИОННЫХ МЕТОДОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В настоящее время методы у. з. контроля сварных соединений стандартизированы [39—61], также разработано большое количество инструкций, в частности [62—81].

Рассмотрим кратко особенности у. з. контроля сварных швов. Основным документом, нормирующим технологию контроля, является ГОСТ 14782—86. В нем определены схемы прозвучивания сварных швов (рис. 3—7), основные параметры системы контроля и информативные параметры дефектов.

Важной характеристикой системы неразрушающего контроля является ее воспроизводимость. Результаты контроля должны быть одинаковыми при замене дефектоскопа, у. з. преобразователя, стандартного образца предприятия. Воспроизводимость обеспечивается нормированием

комплекса параметров системы дефектоскоп-преобразователь. ГОСТ 14782—86 устанавливает десять основных параметров:

1. Длина волны или частота у колебаний.

2. Чувствительность.

3. Положение точки выхода луча (стрела преобразователя).

4. Угол ввода у. з. луча в металл.

5. Погрешность глубиномера.

6. Мертвая зона.

7. Разрешающая способность по дальности и по фронту.

8. Характеристики электроакустического преобразователя.

9. Минимальный условный размер дефекта, фиксируемого при заданной скорости сканирования.

10. Длительность импульса дефектоскопа.

Рис. 3. Схемы прозвучивания стыковых сварных соединений эхометодом:

а — прямыми лучами; б — однажды отраженными лучами; в — дважды отраженными лучами; г — многократно отраженными лучами.

Перечисленные характеристики, их конкретные численные значения должны оговариваться в документации на у. з. контроль сварных соединений.

Рис. 4. Схема прозвучивания тандем (а) и раздельно-совмещенная схема (б), реализующая зеркально-теневой метод; Т — излучающий преобразователь; Л — принимающий преобразователь.

В сварных соединениях подвергаются контролю наплавленный металл и зоны термического влияния. Схемы прозвучивания (см. рис. 3—7) должны обеспечивать выявление дефектов во всей контролируемой области.

Рис. 5. Схемы прозвучивания угловых (тавровых) сварных соединений эхометром:

а — прямыми лучами преобразователя; 5 -— однажды отраженными лучами.

Сварные соединения, как правило, прозвучиваются с поверхности околошовной зоны наклонными у. з. преобразователями. Наружный валик усиления шва не снимается.

Сварное соединение подготавливается для проведения у. з. контроля, производится зачистка поверхностей околошовной зоны размером 50— 150 мм. Ширина области зачистки зависит

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком