Badania ultradźwiękowe złączy spawanych, metody i technologia badań

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Praktycznie nie ma branży, w której nie wykonuje się spawania. Zdecydowana większość konstrukcji metalowych jest montowana i łączona za pomocą szwów spawalniczych. Oczywiście jakość tego rodzaju prac w przyszłości zależy nie tylko od niezawodności budynku, konstrukcji, maszyny czy jakiejkolwiek wznoszonej jednostki, ale także od bezpieczeństwa ludzi, którzy w jakiś sposób będą wchodzić w interakcję z tymi konstrukcjami. Dlatego, aby zapewnić właściwy poziom wykonania takich operacji, stosuje się ultradźwiękowe badania spoin, dzięki którym możliwe jest wykrycie obecności lub braku różnych wad na styku wyrobów metalowych. Ta zaawansowana metoda sterowania zostanie omówiona w naszym artykule.

Historia występowania

Defektoskopia ultradźwiękowa jako taka została opracowana w latach 30-tych. Jednak pierwsze naprawdę działające urządzenie narodziło się dopiero w 1945 roku dzięki firmie Sperry Products. W ciągu następnych dwóch dekad najnowsza technologia sterowania zyskała uznanie na całym świecie, a liczba producentów takiego sprzętu dramatycznie wzrosła.

UltradźwiękoweDefektoskop, którego cena dzisiaj zaczyna się od 100 000 -130 000 tysięcy rubli, początkowo zawierał lampy próżniowe. Takie urządzenia były nieporęczne i ciężkie. Pracowali wyłącznie ze źródeł prądu przemiennego. Ale już w latach 60., wraz z pojawieniem się obwodów półprzewodnikowych, defektoskopy zostały znacznie zmniejszone i mogły działać na bateriach, co ostatecznie umożliwiło korzystanie z urządzeń nawet w warunkach polowych.

Wkrocz w cyfrową rzeczywistość

We wczesnych etapach opisane przyrządy wykorzystywały przetwarzanie sygnału analogowego, przez co, podobnie jak wiele innych podobnych urządzeń, podlegały one dryfowi podczas kalibracji. Jednak już w 1984 roku firma Panametrics wprowadziła na rynek pierwszy przenośny defektoskop cyfrowy o nazwie EPOCH 2002. Od tego momentu jednostki cyfrowe stały się wysoce niezawodnym sprzętem, idealnie zapewniającym niezbędną kalibrację i stabilność pomiaru. Defektoskop ultradźwiękowy, którego cena zależy bezpośrednio od jego właściwości technicznych i marki producenta, otrzymał również funkcję rejestracji danych i możliwość przesyłania odczytów do komputera osobistego.

W dzisiejszym środowisku rośnie zainteresowanie systemami Phased Array, które wykorzystują zaawansowaną technologię opartą na wieloelementowych elementach piezoelektrycznych do generowania wiązek kierunkowych i tworzenia przekrojowych obrazów podobnych do medycznego obrazowania ultrasonograficznego.

Sferaaplikacje

Ultradźwiękowa metoda sterowania jest stosowana w każdej branży. Jego zastosowanie pokazało, że może być równie skutecznie stosowany do testowania prawie wszystkich typów złączy spawanych w budownictwie, które mają grubość spawanego metalu nieszlachetnego powyżej 4 milimetrów. Ponadto metoda jest aktywnie wykorzystywana do sprawdzania połączeń rurociągów gazowych i naftowych, różnych systemów hydraulicznych i wodnych. A w przypadkach takich jak kontrola grubych szwów uzyskanych w wyniku spawania elektrożużlowego, defektoskopia ultradźwiękowa jest jedyną dopuszczalną metodą kontroli.

Ostateczna decyzja o tym, czy część lub spoina nadaje się do użytku, podejmowana jest na podstawie trzech podstawowych wskaźników (kryteria) - amplitudy, współrzędnych, wymiarów warunkowych.

Ogólnie rzecz biorąc, badania ultradźwiękowe są dokładnie tą metodą, która jest najbardziej owocna pod względem obrazowania w procesie badania szwu (szczegół).

Przyczyny zapotrzebowania

Opisany sposób kontroli za pomocą ultradźwięków jest dobry, ponieważ ma znacznie wyższą czułość i wiarygodność wskazań w procesie wykrywania wad w postaci pęknięć, niższy koszt i wysokie bezpieczeństwo w procesie użytkowania w porównaniu do klasyczne metody badania radiograficznego. Do tej pory ultradźwiękowe badania złączy spawanych są stosowane w 70-80% przypadków kontrolnych.

Przetworniki ultradźwiękowe

BezWykorzystanie tych urządzeń do nieniszczących badań ultradźwiękowych jest po prostu nie do pomyślenia. Urządzenia służą do generowania wzbudzeń, a także odbierania drgań ultradźwiękowych.

Jednostki są różne i są klasyfikowane według:

• Sposób tworzenia kontaktu z elementem testowym.
• Sposób podłączenia elementów piezoelektrycznych do obwodu elektrycznego samego defektoskopu oraz przemieszczenie elektrody względem elementu piezoelektrycznego.
• Orientacja akustyki względem powierzchni.
• Liczba elementów piezo (pojedynczy, podwójny, wieloelementowy).
• Szerokość pasma częstotliwości roboczych (wąskopasmowe - mniej niż jedna oktawa, szerokopasmowe - więcej niż jedna oktawa).

Wymierne cechy wad

GOST rządzi wszystkim w świecie technologii i przemysłu. Testy ultradźwiękowe (GOST 14782-86) również nie są pod tym względem wyjątkiem. Norma określa, że defekty są mierzone za pomocą następujących parametrów:

• Równoważny obszar wady.
• Amplituda sygnału echa, która jest określana z uwzględnieniem odległości do wady.
• Współrzędne wady w punkcie zgrzewania.
• Rozmiary konwencjonalne.
• Warunkowa odległość między defektami.
• Liczba defektów w wybranej długości spoiny lub połączenia.

Działanie wykrywacza usterek

Badania nieniszczące, jakimi są ultradźwięki, mają własną metodę użycia, która stwierdza, że głównym mierzonym parametrem jest amplituda uzyskanego sygnału echabezpośrednio z wady. Aby rozróżnić sygnały echa według amplitudy, ustalony jest tak zwany poziom czułości odrzucania. To z kolei jest konfigurowane przy użyciu standardowego szablonu przedsiębiorstwa (SOP).

Rozpoczęciu pracy defektoskopu towarzyszy jego regulacja. W tym celu ustawiona jest czułość odrzucania. Następnie, w procesie trwających badań ultradźwiękowych, uzyskany sygnał echa z wykrytej wady jest porównywany ze stałym poziomem odrzucenia. Jeśli zmierzona amplituda przekracza poziom odrzucenia, eksperci uznają, że taka wada jest niedopuszczalna. Następnie szew lub produkt jest odrzucany i wysyłany do rewizji.

Najczęstsze wady spawanych powierzchni to: brak stopienia, niepełna penetracja, pękanie, porowatość, wtrącenia żużla. To właśnie te naruszenia są skutecznie wykrywane przez wykrywanie wad za pomocą ultradźwięków.

Opcje ultradźwiękowe

Z biegiem czasu w procesie kontroli opracowano kilka skutecznych metod badania spoin. Badania ultradźwiękowe dają dość dużą liczbę możliwości badania akustycznego rozważanych konstrukcji metalowych, jednak najpopularniejsze to:

• Metoda echa.
• Cień.
• Metoda odbicia lustrzanego.
• Echo Mirror.
• Metoda delta.

Metoda numer jeden

Najczęściej w przemyśle i transporcie kolejowym stosowana jest metoda impulsu echa. To dzięki niemu diagnozowanych jest ponad 90% wszystkich wad, co staje się możliwe dzięki rejestracji i analizie niemal wszystkich sygnałów odbitych od powierzchni wady.

Ta metoda sama w sobie opiera się na sondowaniu produktu metalowego za pomocą impulsów drgań ultradźwiękowych, a następnie ich rejestracji.

Zaletami tej metody są:

- możliwość jednokierunkowego dostępu do produktu;

- dość duża wrażliwość na wady wewnętrzne;

- najwyższa dokładność w określeniu współrzędnych wykrytej wady.

Jednak są też wady, w tym:

- niska odporność na zakłócenia od reflektorów powierzchniowych;

- silna zależność amplitudy sygnału od lokalizacji wady.

Opisane wykrywanie wad polega na wysyłaniu przez lokalizator impulsów ultradźwiękowych do produktu. Sygnał odpowiedzi jest odbierany przez niego lub przez drugiego poszukiwacza. W takim przypadku sygnał może odbijać się zarówno bezpośrednio od defektów, jak i od przeciwnej powierzchni części, produktu (szwu).

Metoda cienia

Opiera się na szczegółowej analizie amplitudy drgań ultradźwiękowych przesyłanych z nadajnika do odbiornika. W przypadku spadku tego wskaźnika oznacza to obecność wady. W tym przypadku im większy rozmiar samej wady, tym mniejsza amplituda sygnału odbieranego przez odbiornik. Aby uzyskać wiarygodne informacje, nadajnik i odbiornik należy umieścić współosiowo po przeciwnych stronachbadany obiekt. Wady tej technologii można uznać za niską czułość w porównaniu z metodą echa oraz trudność zorientowania PET (przetworników piezoelektrycznych) względem wiązek centralnych wzorca promieniowania. Jednak istnieją również zalety, którymi są wysoka odporność na zakłócenia, mała zależność amplitudy sygnału od lokalizacji wady oraz brak martwej strefy.

Metoda odbicia lustrzanego

Ta ultradźwiękowa kontrola jakości jest najczęściej używana do kontroli spawanych połączeń prętów zbrojeniowych. Główną oznaką wykrycia defektu jest osłabienie amplitudy sygnału, która odbija się od przeciwległej powierzchni (najczęściej nazywanej dnem). Główną zaletą metody jest wyraźne wykrycie różnych wad, których przemieszczeniem jest grani spoiny. Ponadto metoda charakteryzuje się możliwością jednostronnego dostępu do szwu lub części.

Metoda odbicia lustrzanego

Najskuteczniejszy sposób wykrywania defektów pionowych. Kontrola odbywa się za pomocą dwóch sond, które przesuwają się po powierzchni w pobliżu szwu po jednej jego stronie. Jednocześnie ich ruch odbywa się w taki sposób, aby jedną sondą utrwalić sygnał emitowany z innej sondy i dwukrotnie odbity od istniejącej wady.

Główna zaleta metody: można ją wykorzystać do oceny kształtu defektów, których wielkość przekracza 3 mm i które odchylają się w płaszczyźnie pionowej o więcej niż 10 stopni. Najważniejsze -używaj sond o tej samej czułości. Ta wersja badania ultradźwiękowego jest aktywnie wykorzystywana do sprawdzania grubościennych produktów i ich spoin.

Metoda delta

Wyspecyfikowane ultradźwiękowe badanie spoin wykorzystuje energię ultradźwiękową ponownie wypromieniowaną przez defekt. Fala poprzeczna padająca na ubytek ulega częściowo odbiciu lustrzanemu, częściowo przekształca się w falę podłużną, a także ponownie wypromieniowuje falę ugiętą. W rezultacie wychwytywane są wymagane fale PET. Wadę metody można uznać za czyszczenie szwu, dość dużą złożoność odszyfrowywania odbieranych sygnałów podczas kontroli połączeń spawanych o grubości do 15 milimetrów.

Zalety ultradźwięków i subtelności jego zastosowania

Badanie złączy spawanych dźwiękiem o wysokiej częstotliwości jest w rzeczywistości badaniem nieniszczącym, ponieważ ta metoda nie jest w stanie spowodować żadnych uszkodzeń badanego odcinka wyrobu, ale jednocześnie dość dokładnie określa obecność wad. Na szczególną uwagę zasługuje również niski koszt wykonywanych prac oraz ich duża szybkość wykonania. Ważne jest również, aby metoda była całkowicie bezpieczna dla zdrowia ludzkiego. Wszystkie badania metali i spoin w oparciu o ultradźwięki wykonywane są w zakresie od 0,5 MHz do 10 MHz. W niektórych przypadkach możliwe jest prowadzenie prac z wykorzystaniem fal ultradźwiękowych o częstotliwości 20 MHz.

Analizie połączenia spawanego za pomocą ultradźwięków musi koniecznie towarzyszyć cały kompleksśrodki przygotowawcze, takie jak czyszczenie szwu lub badanej powierzchni, nałożenie na kontrolowany obszar określonych płynów kontaktowych (żele specjalnego przeznaczenia, gliceryna, olej maszynowy). Wszystko po to, aby zapewnić właściwy, stabilny kontakt akustyczny, który docelowo zapewnia niezbędny obraz na urządzeniu.

Nieużyteczne i wady

Badania ultradźwiękowe są całkowicie nieracjonalne w przypadku badania połączeń spawanych metali o gruboziarnistej strukturze (na przykład żeliwa lub spoiny austenitycznej o grubości większej niż 60 milimetrów). A wszystko dlatego, że w takich przypadkach występuje wystarczająco duża dyspersja i silne tłumienie ultradźwięków.

Nie jest również możliwe jednoznaczne, pełne scharakteryzowanie wykrytej wady (wtrącenia wolframu, wtrącenia żużla itp.).