научная статья по теме УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИНТРОСКОПИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ ИЗДЕЛИЙ АТОМНОЙ ТЕХНИКИ Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИНТРОСКОПИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ ИЗДЕЛИЙ АТОМНОЙ ТЕХНИКИ»

УДК 620.179.16

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИНТРОСКОПИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ ИЗДЕЛИЙ АТОМНОИ ТЕХНИКИ

В.Т. Пронякин, Ю.В. Сорокин, Ю.Н. Панченко, М.Ю. Васильев, П.Б. Иваненко

Приведены данные аппаратуры у. з. контроля и способы получения двумерных у. з. изображений сварных соединений на частотах 10—50 МГц.

Быстрое развитие методов и аппаратуры у. з. интроскопии определяется прежде всего наибольшей информативностью метода и высокой разрешающей способностью [1, 2]. Получаемые у. з. изображения объектов контроля позволяют определять их сплошность, идентифицировать типы дефектов, а также определять размеры, характеризующие возможное снижение эксплуатационных параметров изделий [3—5].

Особое значение у. з. интроскопия имеет при исследовании сварных соединений ответственных изделий атомной техники. Во ВНИИНМ разработаны многоцелевые одноканальные и двухканальные у. з. интроскопы трех типов: ИМИН-96, ИМИН-1С и ИМИН-2С, применяемые для автоматизированного контроля различных сварных соединений с толщиной стенки 0,5—10 мм. Интроскопы отличаются как числом каналов, так и конструкцией.

Рис. 1. Двухканальный интроскоп ИМИН-2С:

1 1 — компьютерный шкаф; 2 — блоки интроскопа; 3 — монитор; 4 — полочка с клавиатурой и мышью; 5 — принтер.

4

2

5

На рис. 1 представлен двухканальный интроскоп ИМИН-2С, установленный вместе с дисплеем в герметичном шкафу. Такая конструкция интроскопа позволяет применять его в производственных условиях. Для лаборатор-

Владимир Тимофеевич Пронякин, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ВНИИНМ. Тел. 499-190-81-83. E-mail: imin1@bochvar.ru

Юрий Васильевич Сорокин, канд. техн. наук, начальник отдела ВНИИНМ. Юрий Николаевич Панченко, ведущий инженер ВНИИНМ.

Михаил Юрьевич Васильев, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ВНИИНМ.

Павел Борисович Иваненко, инженер-технолог I кат. ВНИИНМ.

ных исследований разработан настольный вариант исполнения интроскопа.

Интроскопы управляют работой сканеров, на которых закрепляются изделия и у. з. преобразователи. Как правило, сканеры имеют шаговые двигатели, обеспечивающие возвратно-поступательное перемещение у. з. преобразователей и вращение или передвижение изделий. В результате по известным координатам преобразователя и параметрам измеряемого сигнала вычислительный блок интроскопа реконструирует цветные двумерные изображения объекта контроля. Представленные интроскопы работают на частотах 10—50 МГц с импульсами длительностью 20—50 нс. Разрешающая способность к величине раскрытия непроваров и трещин составляет около 0,5 мкм. Программное обеспечение позволяет проводить обработку сигналов с получением у. з. изображений сечений зон контроля (В-скан), плана (С-скан), а также послойные изображения (Г-сканы). В Г-сканах зона контроля разбивается на слои, анализируется наличие сигналов в каждом слое, по заданному алгоритму проводится оценка качества и каждому слою присваивается определенный цветовой код [6].

Для получения у. з. изображения суммарного сечения всего объема контролируемой зоны во ВНИИНМ разработан тип сканирования, названный ЬВ-скан. При ЬВ-сканировании получают аналогично В-скану сечение зоны контроля, но в процессе сканирования программно соединяют конец предыдущего В-скана с началом следующего. Метод ЬВ-сканирования сочетает простоту настройки акустического тракта и надежность контроля. Для тонкостенных (0,1—0,5 мм) конструкций, имеющих два и более акустических слоев, по которым надо фиксировать результаты контроля, например, сварное соединение с подкладной планкой, разделение по времени отраженных импульсов от всех поверхностей и внутреннего провисания литого металла при С- и Г-сканировании проводится с точностью (4—6)10-7 с, а

Рис. 2. Схема стыкового сварного соединения с представлением результатов контроля

в виде:

а — В-скана, б — Г-скана, в — ЬВ-скана; Н — толщина свариваемых деталей; к — глубина проплавления; 5 — величина провисания шва; к — смещение свариваемых кромок; г — размер вершины непровара; — I—— — цветовые коды допустимого непровара, недопустимого провисания и недопустимого непровара.

при ЬВ-сканировании — с точностью (4—6)10-9 с. Таким образом, ЬВ-ска-нирование существенно упрощает юстировку аппаратуры и упрощает конструкцию сканера. Все это повышает достоверность контроля.

На рис. 2 представлены результаты сканирования стыкового сварного соединения в виде В1-, Г- и ьВ-сканов при вводе у. з. импульсов по нормали к его поверхности.

Довольно часто недостаточно для обнаружения и определения размеров дефектов применения только одного у. з. преобразователя. Отражение у. з. импульсов продольных волн от вершины непровара наблюдается, если ее размер г более А,/2 (Я — длина волны). В стальных деталях на частоте 50 МГц Х/2 ~ 60 мкм; при г > 60 мкм и использовании фокусирующих ПЭП наблюдается отражение импульсов от вершины непровара, глубина проплавления определяется по формуле к = Ре/2, где г — время пробега у. з. импульса; с — скорость распространения у. з. волн. В этом случае, зная величину с, к определяется достаточно точно по измеренному г. Если размер вершины непровара г < А,/2, то оценку к проводят по амплитуде отраженного сигнала от боковых поверхностей непроварен-ной части стыка. Следует отметить, что оценка к по амплитуде сигнала имеет более существенную ошибку, достигающую для тонкостенных деталей 25—100 %.

Соотношение глубины проплавления сварного шва и цвета ультразвукового изображения

Оценка качества шва

Глубина проплавления сварного шва равна толщине оболочки.

Сварной шов годный.

Глубина проплавления существенно меньше толщины оболочки. Сварной шов имеет непровар. Брак.

Глубина проплавления чуть меньше толщины оболочки. Сварной шов имеет непровар глубиной более 100 мкм. Брак.

Глубина проплавления больше толщины оболочки, но не заходит за нижнюю плоскость подкладной планки. Сварной шов годный.

Глубина проплавления больше нормы.

Сварной шов—брак.

Глубина сварного шва соответствует норме, но литая зона шва смещена относительно стыка. Брак.

* В графе £В-скан приведены у. з. изображения двух строк.

В интроскопе ИМИН-2С имеются два канала с автоматическим переключением прямого и наклонного у. з. преобразователей. Регистрация результатов проводится в реальном времени одновременно по двум каналам. В таблице представлены схематические у. з. изображения сварного стыкового соединения с подкладной планкой (подложкой), которые являются, в сущности, каталогом для оценки качества сварных соедине-

ний с подкладной планкой. Дефектоскопист относительно быстро может по у. з. изображениям идентифицировать дефект. Таким образом, работа дефектоскописта существенно упрощается. Кроме того, практически устраняется субъективность оценки, зависящая от квалификации дефектоскописта. Аналогичные каталоги у. з. изображений несложно составить и для других конструкций сварных соединений.

а 2 6

Рис. 3. Схема контроля бортовых сварных соединений:

а, б — различная форма сварного шва; в — результаты контроля в виде В-скана; 2 — результаты контроля в виде С-скана; 1 — литая зона сварного шва; 2 — ПЭП; 3 — свариваемые детали; 4 — внутренняя поверхность свариваемых деталей; 5 — акустический экран; Ь — ширина сварного шва.

На рис. 3 представлены схема озвучивания и у. з. изображение бортового сварного соединения деталей из нержавеющей стали. При толщинах свариваемых деталей до 4 мм погрешность определения глубины проплавления Ь составляет 0,3 мм. Более высокая точность получена на сварных соединениях с ровной поверхностью для ввода у. з. пучка (рис. 3 б). С этой целью отработана технология сварки так, что все неровности поверхности литого металла шва находятся дальше зоны ввода у. з. пучка, сфокусированного на корень сварного шва. Создание такой контролепригодной конструкции сварного соединения позволяет существенно повысить достоверность контроля.

Таким образом, у. з. интроскопия с получением в реальном времени двумерных изображений зон контроля позволяет не только повысить до-

стоверность и разрешающую способность, но и существенно упростить идентификацию дефектов с определением их размеров.

Созданные интроскопы явились базой для создания автоматизированных установок неразрушающего контроля качества сварных соединений ответственных изделий.

Госкорпорация "Росатом" Поступила в редакцию

12 марта 2009 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сухоруков В.В. и др. Интроскопия и автоматизация контроля. Кн. 5.— М.: Высшая школа, 1993.— 324 с.

2. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Неразрушающий контроль. Т. 3.— М.: Машиностроение, 2004.— 859 с.

3. Пронякин В.Т. Идентификация дефектов по ультразвуковым изображениям.— Труды 15-й российской научно-технической конференции. "Неразрушающий контроль и диагностика".— 1999, т. 1, с. 309.

4. Пронякин В.Т., Рыбаков Н.К., Панченко Ю.Н. Ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений твэлов.— Атомная энергия, 1995, т. 79, вып. 3, с. 236—237.

5. Пронякин В.Т., Рыбаков Н.К., Панченко Ю.Н. Ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений тонкостенных изделий.— Сварочное производство, 1998, < 4, с. 45—47.

6. Пронякин В.Т., Васильев М.Ю., Панченко Ю.Н. Способ ультразвукового контроля изделий по ультразвуковым изображениям. Патент RU 2256172C2.— Изобретения. Полезные модели, 2005, бюл. < 19.

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