Дельта метод ультразвукового контроля

Вся технология ультразвукового контроля (УЗК) построена на простом физическом законе: траектория движения звуковых волн в однородной среде остаётся неизменной. При помощи дефектоскопа и пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) в материале искусственно создаются колебания с частотой более 20 кГц.

Если дефектов нет, они проходят беспрепятственно, без значительного отражения. Если же в материале есть какие-либо неоднородности (пустоты, трещины, инородные включения), то сигналы отражаются от них и регистрируются приёмником. По времени распространения волны можно судить о глубине залегания дефекта, по амплитуде отражённого импульса – о его относительном размере.

Ультразвуковой метод контроля предполагает использование продольных и поперечных волн. Скорость распространения у первых примерно в 2 раза выше, чем у вторых.

Другая важная характеристика упругих колебаний – длина волны. Чем она выше, тем выше разрешающая способность и, следовательно, чувствительность. Правда, пропорционально ей растёт и затухание (уменьшение энергии колебаний). «Золотой серединой» для дефектоскопии считается диапазон частот 0,5–10 МГц.

Для чего проводят ультразвуковой контроль

Данный метод НК позволяет:

• обнаруживать подповерхностные дефекты – поры, пустоты, расслоения в наплавленном металле, трещины, шлаковые включения и другие вкрапления;
• выявлять очаги коррозионного поражения;
• определять неоднородность структуры материалов;
• оценивать качество сварных, паяных, клееных соединений практически любых типов (тавровых, нахлёсточных, кольцевых, стыковых, угловых), в том числе – соединений разных материалов;
• измерять глубину залегания дефектов и их размеры.

Ультразвуковой контроль сварных соединений и основного металла – одна из обязательных процедур при техническом диагностировании, отражённая во многих руководящих документах, от РД РОСЭК-004-97 до СТО Газпром 2-2.3-066-2006. Применение УЗК привлекательно тем, что не предполагает разрушения объекта. Даже остановки эксплуатации, как правило, не требуется. Это особенно важно, например, для диагностики трубопроводов, когда нет возможности их дренировать.

Отчасти именно поэтому ультразвуковой контроль всё чаще противопоставляют радиографическому. В пользу первого говорит ещё и то, что он безвреден для человеческого здоровья. Приборы для УЗК хороши своей портативностью, удобство работы в полевых условиях, большим многообразием датчиков, призм, сканеров и прочих принадлежностей для самых разных задач дефектоскопии.

Что касается недостатков этого метода, то чаще всего к ним относят:

• существенные ограничения при сканировании материалов с крупнозернистой структурой и высоким коэффициентом затухания. Это объясняется слишком интенсивным рассеиванием колебаний. К таким «проблемным» материалам относятся, например, чугун и сплавы с повышенным содержанием никеля;
• сложность при проведении контроля соединений разнородных материалов;
• ограниченная пригодность к дефектоскопии объектов сложной конфигурации;
• относительно низкая точность при оценке реальных размеров дефектов (данная проблема успешнее решена в технологиях ФР и TOFD, о которых написано ниже).

Ультразвуковой контроль сварных соединений: последовательность действий

1) зачистку металлической поверхности – сварного шва и околошовной зоны – от краски, ржавчины, окалины, загрязнений;

2) калибровку и настройку дефектоскопа;

3) непосредственное прозвучивание объекта. Прижимая датчик к поверхности, оператор выполняет продольно-поперечные и вращательные движения;

4) сохранение результатов, передача на ПК;

5) расшифровку данных, оформление заключения.

На каких объектах практикуется ультразвуковой контроль

Виды ультразвукового контроля

В ГОСТ 23829-85 приводятся определения 16 различных методов УЗК. Мы перечислим лишь основные, наиболее распространённые на практике:

• теневой. По обе стороны сварного шва, перпендикулярно к его поверхности устанавливаются два преобразователя, один выполняет функцию излучателя, второй служит приёмником. При наличии инородной среды образуется глухая зона, что позволяет судить о наличии дефекта;
• эхо-импульсный. Метод очень распространён для ультразвукового контроля сварных соединений. Дефектоскоп одновременно и возбуждает, и принимает упругие волны. Если они беспрепятственно проходят через материал и не отражаются, значит, причин для отбраковки нет. В противном случае возникает эхо-сигнал, что свидетельствует о наличии отражателей – неоднородностей. Способ привлекателен тем, что подходит для объектов с односторонним доступом, не требует снятия усиления и иных сложных подготовительных мероприятий;
• эхо-зеркальный. Излучатель и приёмник разделены и расположены по одну сторону от исследуемого объекта. Волны излучаются под углом и, отражаясь от дефектов, фиксируются приёмником. «Тандем» как метод ультразвукового контроля особенно эффективен для выявления дефектов, перпендикулярных сварному соединению. В первую очередь – речь идёт о трещинах;
• зеркальной-теневой. Отличается от обычного теневого тем, что преобразователи находятся на одной стороне относительно исследуемой поверхности. Косые волны отражаются от противоположной стороны сварного шва. Если приёмник не фиксирует отражённый сигнал, значит, имеется дефект;
• дельта-метод. Данный вид ультразвукового контроля применяется редко – когда к качеству сварных соединений предъявляются особо жёсткие требования. Технология предполагает трудоёмкую, очень тонкую настройку дефектоскопа. Расшифровка результатов требует от специалиста особой подготовки. При всех недостатках у этого метода есть очень важное преимущество – повышенная чувствительность к вертикально-ориентированным трещинам, не всегда доступным для выявления стандартным эхо-методом. Суть дельта-метода в том, чтобы определить энергию колебаний, отражённых от дефекта внутрь сварного шва;
• велосиметрический. Основан на том, чтобы зафиксировать и проанализировать изменение скорости колебаний в дефектной зоне. Обычно применяется для композиционных материалов;
• ревербационно-сквозной. Также используется для ультразвукового контроля композитных, полимерных и многослойных материалов. Излучатель и приёмник располагаются по одну сторону объекта, на небольшой дистанции друг от друга. Волны посылаются в материал и после многократных отражений «добираются» до приёмника. Стабильные отражённые сигналы свидетельствуют об отсутствии дефекта. В противном случае наблюдается изменение амплитуды и спектра принятых сигналов.

Разумеется, изложенный перечень – далеко не исчерпывающий. При этом все перечисленные выше методы ультразвукового контроля сварных соединений и основного металла относятся к категории активных. Каждый из них подразумевает искусственное излучение и приём акустических волн, которые осуществляются при помощи специальной аппаратуры. Другое дело – пассивные методы. Самый яркий «представитель» этой категории – акустико-эмиссионный мониторинг, но это, по факту, отдельное направление акустической дефектоскопии.

Заканчивая этот блок, нельзя не сказать и об ультразвуковой толщинометрии (УЗТ). Измерение толщины металла – один из ключевых способов коррозионного мониторинга. По результатам УЗТ можно судить об остаточном ресурсе конструкции (механизма, оборудования и пр.).

Как и в ультразвуковом контроле, принцип построен на использовании импульсов, которые излучает преобразователь. Прибор измеряет скорость, за которую они проходят через стенку. Если конкретнее, то известно 3 основных режима:

1) однократного эхо-сигнала. Измеряется время, которое проходит между начальным импульсом возбуждения и первым эхо-сигналом. Значение корректируется с учётом толщины протектора ПЭП, компенсации степени изнашивания и слоя контактной среды;

2) однократного эхо-сигнала линии задержки. Измеряется время от конца линии задержки до первого донного эхо-сигнала;

3) многократных эхо-сигналов. Измеряется время прохождения между донными эхо-сигналами.

Дефектоскопы и другое оборудование для ультразвукового метода контроля

Наиболее продвинутые модели имеют два и более независимых канала. Технически самыми совершенными считаются многоканальные приборы со специальным ПО и поддержкой секторного и/или линейного сканирования. Речь идёт о двух технологиях ультразвукового контроля сварных соединений:

• фазированных решётках (ФР). Имеются в виду особые датчики (кристаллы), на поверхности которых с определённым шагом расположены 16, 32, 64 или 128 элементов. Каждый из них излучает волны с определённой задержкой. Корректируя этот «сдвиг по фазе», можно получить фронт волны с определённым углом. В этом и заключается принцип секторного сканирования. Оператору не нужно водить датчиком по поверхности – он и без этого «видит» все дефекты, расположенные в заданной зоне. По сравнению с одноэлементными ПЭП фазированные решётки могут генерировать пучок волн точно в зоне дефекта. В режиме реального времени на экране многоканального дефектоскопа выстраиваются наглядные А-сканы, на основе которых формируются детализированные, информативные отчёты. Мёртвая зона минимальна. Производительность ультразвукового контроля с ФР примерно в 3–4 раза выше, чем у традиционного УЗК;
• дифракционно-временном методе (Time of Flight Diffraction, сокращённо – TOFD). Суть технологии – регистрация поперечных и продольных (боковых) волн, дифрагированных на краях несплошностей. Метод предполагает использование двух наклонных датчиков для излучения и приёма волн, расположенные по обе стороны сварного шва. «Натыкаясь» на дефект, волны изменяют своё направление и время прохода. Последний показатель в режиме TOFD считается ключевым. Дифракционно-временной метод эффективно выявляет точечные дефекты, выходящие на поверхность трещины, вогнутость, непровары в корне, расслоения, питтинговую коррозию и пр. Точность измерений достигает ±1 мм. Повторяемость результатов приближается к 100%. По своей информативности и достоверности линейное сканирование – полноценная замена радиографическому методу, особенно для дефектоскопии низколегированных и нелегированных углеродистых сталей.

Другой важнейший атрибут для ультразвукового контроля качества сварных соединений – это преобразователи. Они же датчики, они же ПЭП. Состоят из призматической искательной головки и пластины, изготовленной из титанита бария либо кварца. После того, как на неё подаётся ток в диапазоне частот 0,8–2,5 МГц, начинается излучение коротких импульсов упругих колебаний. Современные датчики позволяют корректировать их длительность и временной интервал между ними.

ПЭП различаются по углу ввода колебаний, способу излучения и приёма ультразвукового тракта, типу контакта, форме акустического поля и рабочей поверхности. Так, для ультразвукового метода контроля сварных соединений используются преобразователи следующих типов:

• совмещённые, раздельные и раздельно-совмещённые;
• прямые, наклонные, комбинированные и с переменным углом ввода;
• фокусирующие и нефокусирующие;
• притёртые и непритёртые;
• контактные, иммерсионные, бесконтактные, щелевые и т.д.

Помимо этого, в УЗК активно применяются различные призмы, координатные устройства и сканеры. Для настройки и калибровки не обойтись без стандартных образцов (СОП, СО) и настроечных мер. Для улучшения акустического контакта на поверхность объекта предварительно наносят контактную жидкость/гель.

Для проведения УЗТ требуется толщиномер. Такой прибор технически проще, компактнее, дешевле классического дефектоскопа.

Обучение и аттестация специалистов по ультразвуковому методу контроля

Пройти подготовку и аттестацию на дефектоскописта УЗК можно в специализированных научно-учебных центрах. Всего предусмотрено 3 квалификационных уровня – I, II и III. Продолжительность программы обучения обычно составляет 40–120 часов. В стандартный курс входят следующие дисциплины:

• введение в классификацию видов и методов неразрушающего контроля;
• физические основы – теория колебаний, типы упругих волн, их свойства, критические углы ввода;
• блок по источникам ультразвуковых колебаний (что собой представляет акустическое поле, в чём разница между прямым и обратным пьезоэффектом);
• методы УЗК;
• технология проведения акустической дефектоскопии – сварных швов, основного металла и композитов;
• приборы и дополнительные принадлежности для УЗК.

Специалистов III уровня дополнительно обучают разработке методик проведения ультразвукового контроля. Изучаются типовые требования к их наполнению и оформлению.

По завершении обучения необходимо сдать квалификационный экзамен, состоящий из теоретической и практической части.

Разумеется, в каждом учебном центре есть своя библиотека методической и образовательной литературы. Дополнительно к этому можно почитать «классику» учебников по УЗК – труды И.Н. Ермолова, В.Г. Щербинского, В.В. Клюева, А.Х. Вопилкина и др. Посмотреть информацию об изданиях можно в специальном разделе «Библиофонд» онлайн-библиотеки «Архиус».

Для тех, кто открыт для новых знаний и обмена опытом, на форуме «Дефектоскопист.ру» предусмотрен свой раздел. Начать рекомендуем с веток «Изучение УЗ-контроля» и «Обучение УЗК».

Классификация акустических методов контроля показана на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Классификация акустических методов контроля

Из большого многообразия методов акустического контроля (ГОСТ 23829—79), для контроля сварных швов применяют эхо-метод, теневой, зеркально-теневой, эхо-зеркальный метод, дельта-метод.

Эхо-метод (рис. 3.10) основан на регистрации эхо-сигнала, отраженного от дефекта. Кроме преимущества одностороннего доступа он также имеет наибольшую чувствительность к выявлению внутренних дефектов (S_min плоск ≈ ≈0,5 мм 2 и 2b=0,8 мм), высокую точность определения координат дефектов. К недостаткам метода следует отнести, прежде всего, низкую помехоустойчивость к наружным отражателям, резкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта. Этим методом контролируют около 90% всех сварных соединений толщиной 4 мм и более.

Расчёт эхо-сигнала по АРД-диаграмме. Для плоскодонного отверстия, чаще других используемого в качестве искусственного отражателя, и полуплоскости разработаны удобные способы расчёта максимальных эхо-сигналов, применяемые для широкого диапазона диаметров.

Плоскодонное отверстие. Амплитуды максимальных сигналов от от плоскодонных отверстий определяют с помощью семейства кривых амплитуда-расстояние-диаметр (АРД-диаграмм). На рисунке 3.11 даны безразмерные АРД-диаграммы с линейным масштабом по оси абсцисс, на которой отложено приведённое расстояние (r/r6) преобразователь-отражатель (т.е. расстояние делённое на длину ближней зоны r6=N). Параметром семейства кривых является отношение диаметра диска к диаметру излучателя. Заштрихованные области в левой части диаграммы соответствуют изменению амплитуд, вызываемому различной длительностью ультразвуковых импульсов.

Пример использования АРД-диаграммы. Определим с помощью АРД-диаграммы амплитуду сигнала от плоского дефекта диаметром 6 мм, расположенного в стальном образце на глубине 100 мм перпендикулярно оси нормального искателя диаметром 12 мм, на частоту 2,5 МГц.

Длина волны λ=С_l/f=5,9∙10 6 /2,5∙10 6 =2,35 мм. Длина ближней зоны r_б=а 2 /λ=6 2 /2,35=15,3 мм. Приведённое расстояние r/r_б=100/15,3=6,5. приведённый диаметр дефекта 2b/2a=6/12=0,5. на пересечении вертикали r/r_б=6,5 и кривой 2b/2a=0,5 находим P´/P=25,5 отр. дб.=0,053.

Глава 2. МЕТОДЫ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Рис. 3.11. АРД-диаграмма с линейным масштабом по оси абсцисс

Теневой метод.При теневом методе контроля о наличии дефекта судят по уменьшению амплитуды УЗ-колебаний, прошедших от излучателя к приемнику (рис. 3.12). Чем больше размер дефекта, тем меньше амплитуда прошедшего сигнала. Излучатель и приемник ультразвука располагают при этом соосно на противоположных поверхностях изделия. Теневой метод можно применять только при двустороннем доступе к изделию. При ручном контроле этим методом можно контролировать сварные швы ограниченного сечения небольшой толщины. Недостатками метода являются сложность ориентации преобразователя относительно центральных лучей диаграммы направленности, невозможность точной оценки координат дефектов и более низкая чувствительность (в 10—20 раз) по сравнению с эхо-методом. К преимуществам следует отнести низкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта, высокую помехоустойчивость и отсутствие мертвой зоны. Благодаря первому преимуществу этим методом уверенно обнаруживаются наклонные дефекты, не дающие прямого отражения при эхо-методе.

Зеркально-теневой метод(рис. 3.13). При зеркально-теневом методе признаком обнаружения дефекта служит ослабление амплитуды сигнала, отраженного от противоположной поверхности (ее обычно называют донной поверхностью) изделия. Дополнительным преимуществом этого метода по сравнению с теневым являются односторонний доступ и более уверенное обнаружение дефектов, расположенных в корне шва. Оба эти метода нашли широкое применение при контроле сварных стыков арматуры.

Эхо-зеркальный метод(рис. 3.14) – наиболее достоверен при обнаружении плоскостных вертикально ориентированных дефектов. Он реализуется при прозвучивании шва двумя преобразователями, которые перемещаются по поверхности околошовной зоны с одной стороны шва таким образом, чтобы фиксировать одним преобразователем сигнал, излученный другим преобразователем, и дважды отразившийся от дефекта и противоположной поверхности изделия. Этим методом контролируют изделия с эквидистантными по­верхностями, а если их толщина менее 40 мм, то необходимы специальные преобразователи.

Одно из основных преимуществ метода — возможность оценки формы дефектов размером 3 мм и более, которые отклонены в вертикальной плоскости не более чем на Ө≤10°. При оценке формы дефектов необходимым условием является использование преобразователей одинаковой чувствительности. Метод нашел широкое применение при контроле толстостенных изделий, когда требуется высокая надежность обнаружения вертикально-ориентированных плоскостных дефектов, а также при арбитражных оценках.

Дельта-метод.Здесь (рис. 3.15) используется ультразвуковая энергия, переизлученная дефектом. Падающая на дефект поперечная волна частично отражается зеркально, частично трансформируется в продольную, а частично переизлучает дифрагированную волну. Трансформированная продольная волна распространяется нормально к нижней поверхности, отражается от нее и улавливается прямым преобразователем. Этим же преобразователем будет улавливаться компонента продольной дифрагированной волны, срывающейся с верхнего кончика трещины и распространяющейся вертикально вверх. К недостаткам метода следует отнести необходимость зачистки шва, сложность расшифровки принятых сигналов при контроле соединений толщиной 15 мм и менее, трудности при настройке чувствительности и оценке величины дефектов.

Наиболее достоверные результаты получают, если применяют СОП с реальными дефектами. Применение СОП с искусственными дефектами, имитирующими трещины, может привести к ложным результатам. Это связано с тем, что искусственные дефекты имеют с торца сравнительно большую отражающую поверхность, поэтому процессы рассеяния УЗ-колебаний от искусственных дефектов могут резко отличаться от реальной картины рассеяния.

При любом из перечисленных методов контроля можно, а иногда и необходимо применять два преобразователя, один из которых выполняет функции излучателя, другой – приемника. Такая схема включения называется раздельной(рис. 3,12, 3.13, 3.15).Когда используется один преобразователь, то в этом случае он выполняет функции излучения зондирующих импульсов и приема эхо-сигналов и такая схема называется совмещенной(рис. 3.10). Когда преобразователи включены параллельно и одновременно являются и излучателями и приемниками эхо-сигналов то в этом случае схема называется раздельно-совмещенной(рис. 3.14).

Области применения методов. Из рассмотренных акусти­ческих методов контроля наибольшее практическое применение находит эхо-метод. Около 90% объектов, контролируемых акустическими методами, проверяют эхо-методом.

Применяя различные типы волн, с его помощью решают задачи дефектоскопии поковок, отливок, сварных соединений, многих неметаллических материалов. Эхо-метод используют также для измерения размеров изделий. Измеряют время прихода донного сигнала и, зная скорость ультразвука в материале, определяют толщину изделия при одностороннем доступе. Если толщина изделия неизвестна, то по донному сигналу измеряют скорость, оценивают затухание ультразвука, а по ним определяют физико- механические свойства материалов.

Зеркально-теневой метод используют вместо или в дополнение к эхо-методу для выявления дефектов, дающих слабое отражение ультразвуковых волн в направлении раздельно- совмещенного преобразователя. Дефекты (например, верти­кальные трещины), ориентированные перпендикулярно поверхности, по которой перемещают преобразователь (поверхности ввода), дают очень слабый рассеянный сигнал и плохо выявляются эхо-методом. В то же время они ослабляют донный сигнал благодаря тому, что на их поверхности продольная волна трансформируется в головную, которая в свою очередь излучает боковые волны, уносящие энергию. Пример применения зеркально-теневого метода — контроль рельсов на вдпикальные трещины в шейке. По чувстаительносш этот метод обычно в 10-100 раз хуже эхо-метода.

Эхо-зеркальный метод также применяют для выявления дефектов, ориентированных перпендикулярно поверхности ввода. При этом он обеспечивает более высокую чувстви­тельность к таким дефектам, но требует, чтобы в зоне расположения дефектов был достаточно большой участок ровной поверхности (рис. 3.13). В рельсах, например, это требование не выполняется, поэтому там возможно применение только зеркально-теневого метода. Дефект может быть выявлен совмещенным наклонным преобразователем, расположенным в точке А . Однако, в этом случае зеркально-отраженная волна уходит в сторону и на преобразователь попадает лишь слабый рассеянный сигаал. Преобразователи, расположенные в точках С или Д обнаруживают дефект с высокой чувствительностью.

Эхо-зеркальный метод в варианте «тандем» используют для выявления вертикальных трещин и непроваров при контроле сварных соединений. Дефекты некоторых видов сварки, например, непровар при электронно-лучевой сварке, имеют гладкую отражающую поверхность, очень слабо рассеивающую ультразвуковые волны, но такие дефекты хорошо выявляются эхо-зеркальным методом. Дефекты округлой формы (шлаковые включения, поры) дают большой рассеянный сигаал и хорошо регасгрируются совмещенным преобразователем в точке в то же время зеркальное отражение от них слабое. В результате сравнения отраженных сигаалов в точках А и В определяют форму дефекта сварного соединения.

Вариант «косой тандем» применяют, когда расположение преобразователей в одной плоскости затруднительно. Его используют, например, для выявления поперечных трещин в сварных швах. Преобразователи в этом случае располагают по разные стороны валика усиления шва. Углы δ₁, и δ₂ выбирают либо малыми (не более 10°), либо большими (св. 35°) для предотвращения трансформации поперечных волн в продольные. При угле меньше 10° трансформация мала. Угол 35° и больше превосходит третье критическое значение и трансформация отсутствует. Существуют варианты с δ₁≠δ₂. Например, излучают поперечную волну с δ₁=20°, а принимают трансформированную продольную волну.

Дельта и дифракционно-временной методы также исполь­зуют для получения дополнительной информации о дефектах при контроле сварных соединений. В варианте, показанном на рис. 3.14, излучают поперечные, а принимают продольные волны. Эффективная трансформация волн на дефекте произойдет, если угол падения на плоский дефект меньше третьего критического, либо если продольная волна возникает в результате рассеяния на дефекте. Для создания хорошего контакта приемного прямого преобразователя с поверхностью сварного соединения валик усиления зачищают. С помощью этого метода довольно точно определяют положение дефекта вдоль сварного шва, что важно для его автоматической регистрации.

Эхо-теневой метод применяют также при контроле сварных соединений. Например, при автоматическом контроле сварных соединений искатели располагают по обе стороны от шва и принимают как отраженные, так и прошедшие сигналы. Последние используют для контроля качества акустического контакта и обнаружения дефектов, ориентированных таким образом, что эхо-сигналы от них очень слабы.

Эхо-зеркальный метод (рис. 4) — наиболее достоверен при обнаружении плоскостных вертикально ориентированных дефектов. Он реализуется при прозвучивании шва двумя ПЭП, которые перемещаются по поверхности околошовной зоны с одной стороны шва таким образом, чтобы фиксировать одним ПЭП сигнал, излученный другим ПЭП и дважды отразившийся от дефекта и противоположной поверхности изделия. Этим методом контролируют изделия с эквидистантными поверхностями, а если их толщина менее 40 мм, то необходимы специальные ПЭП.

Одно из основных преимуществ метода — возможность оценки формы дефектов размером 3 мм и более, которые отклонены в вертикальной плоскости не более чем на 10°. При оценке формы дефектов необходимым условием является использование ПЭП одинаковой чувствительности. Метод нашел широкое применение при контроле толстостенных изделий, когда требуется высокая надежность обнаружения вертикально-ориентированных плоскостных дефектов, а также при арбитражных оценках.

Рис. 4 Контроль эхо-зеркальным методом: 1 — генератор; 2 — усилитель; 3 — ЭЛТ; 4 — ПЭП; 5 — шов

Дельта-метод

Дельта-метод (рис. 5) Здесь используется ультразвуковая энергия, переизлученная дефектом. Падающая на дефект поперечная волна частично отражается зеркально, частично трансформируется в продольную, а частично переизлучает дифрагированную волну. Трансформированная продольная волна распространяется нормально к нижней поверхности, отражается от нее и улавливается прямым ПЭП. Этим же ПЭП будет улавливаться компонента продольной дифрагированной волны, срывающейся с верхнего кончика трещины и распространяющейся вертикально вверх. К недостаткам метода следует отнести необходимость зачистки шва, сложность расшифровки принятых сигналов при контроле соединений толщиной 15 мм и менее, трудности при настройке чувствительности и оценке величины дефектов.

Рис.5 Контроль дельта-методом: 1-генератор; 2-усилитель; 3-ЭЛТ; 4-ПЭП; 5-шов

Аппаратура ультразвукового контроля

Ультразвуковой контроль сварных швов проводим используя ультразвуковой дефектоскоп «ТОМОГРАФИК УД4-Т». Краску, ржавчину и шероховатость перед проведением ультразвуковой дефектоскопии снимаем шлифовальной машиной. В качестве контактной жидкости используем глицерин или специальный G-гель. Преимущество глицерина заключается в том, что он более вязок и имеет высокий акустический импеданс(сопротивление), что делает его более предпочтительным для использования на грубых поверхностях и материалах с высокой степенью ослабления ультразвука. При контроле металлических объектов он обеспечивает увеличение мощности сигнала до 6 дБ

Преимущества ультразвукового контроля

во время контроля излучение не приносит вреда здоровью оператора;

ультразвук имеет высокую скорость и точность, благодаря чему исследование проводится быстро без погрешностей;

низкая стоимость исследования и проведения контроля;

возможность использования портативных аппаратов, что повышает мобильность метода;

не требует остановки процесса производства.

при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается;

К основным недостаткам УЗК относятся:

при ультразвуковой дефектоскопии невозможно дать ответ на вопрос о реальных размерах дефекта, т.к. размер дефекта определяется его отражательной способностью и поэтому по результатам контроля дается эквивалентный размер дефекта (например: имеющиеся в изделии два реальные дефекта одного размера и формы, расположенные на одной глубине, но один из которых заполнен воздухом, а другой шлаком будут давать отраженные импульсы различной амплитуды и, соответственно оценены как дефекты, имеющие различные размеры). Следует отметить, что, некоторые дефекты в силу их характера, формы или расположения в объекте контроля практически невозможно выявить ультразвуковым методом. Кроме того, затруднителен контроль деталей небольшой размера и толщины, а также деталей, имеющих сложную форму с криволинейными и сферическими поверхностями малого радиуса. Кроме того, при проведении ультразвукового контроля в отличие от радиографического, как правило, невозможно однозначно охарактеризовать дефект (шлаковое включение, пора, вольфрамовое включение и др.);

подготовка поверхности контроля к контролю, для ввода ультразвуковых волн в металл, а именно: очистка поверхности контроля от загрязнений, отслаивающейся окалины, ржавчины, брызг расплавленного металла и др.

необходимость нанесения на контролируемый участок изделия после его зачистки непосредственно перед выполнением контроля контактных жидкостей (специальные гели, глицерин, машинное масло, и др.) для обеспечения стабильного акустического контакта;

Одним из основных методов неразрушающего контроля является ультразвуковой метод контроля. Впервые осуществить неразрушающий контроль ультразвуковой волной пытались еще в 1930 году. А уже спустя 20 лет ультразвуковой контроль качества сварных соединений приобрел наибольшую популярность, по сравнению с другими методами контроля качества сварки. Ультразвуковой контроль предназначен для выявления в сварных швах и околошовной зоне трещин, непроваров, несплавлений, пор, шлаковых включений и других видов дефектов без расшифровки их характера, но с указанием координат, условных размеров и количества обнаруженных дефектов.

Принцип работы Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пластинки-щупа (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов. При встрече с дефектным участком ультразвуковая волна отражается от него и улавливается другой пластинкой-щупом, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал. Существуют в основном два метода ультразвуковой дефектоскопии: теневой и эхо-импульсный (метод отраженных колебаний.) При теневом методе (рис. 41, а) ультразвуковые волны, идущие через сварной шов от источника ультразвуковых колебаний (щупа-излучателя), при встрече с дефектом не проникают через него, так как граница дефекта является границей двух разнородных сред (металл — шлак или металл — газ). За дефектом образуется область так называемой «звуковой тени». Интенсивность ультразвуковых колебаний, принятых щупом-приемником, резко падает, а изменение величины импульсов на экране электронно-лучевой трубки дефектоскопа указывает на наличие дефектов. Этот метод имеет ограниченное применение, так как необходим двусторонний доступ к шву, а в ряде случаев требуется снимать усиление шва.

При эхо-импульсном методе (рис. 41,6) щуп-излучатель посылает через сварной шов импульсы ультразвуковых волн, которые при встрече с дефектом отражаются от него и улавливаются щупом-приемником. Эти импульсы фиксируются на экране электроннолучевой трубки дефектоскопа в виде пиков, свидетельствующих о наличии дефекта. Измеряя время от момента посылки импульса до приема обратного сигнала, можно определить и глубину залегания дефектов. Основное достоинство этого метода состоит в том, что контроль можно проводить при одностороннем доступе к сварному шву без снятия усиления или предварительной обработки шва. Этот метод получил наибольшее применение при ультразвуковой дефектоскопии сварных швов.

Во всех щупах в качестве пьезоэлектрического преобразователя используются пластинки титаната бария. В зависимости от количества щупов и схемы их включения ультразвуковые дефектоскопы могут быть двухщуповыми, в которых один щуп является излучателем, а другой приемником, или однощуповыми, где функция ввода и приема ультразвуковых колебаний выполняются одним щупом. Это возможно потому, что прием отраженного сигнала происходит во время пауз между импульсами, когда никаких других сигналов, кроме отраженных, на пьезоэлектрическую пластинку не поступает. Задающий генератор, питаемый переменным током, вырабатывает электрические колебания, передаваемые на генератор импульсов и пьезоэлектрический щуп. В последнем высокочастотные электрические колебания преобразуются в механические колебания ультразвуковой частоты и посылаются в контролируемое изделие. В интервалах между отдельными посылами высокочастотных импульсов пьезоэлектрический щуп при помощи электронного коммутатора подключается к приемному усилителю, который усиливает полученные от щупа отраженные колебания и направляет их на экран электроннолучевой трубки. Таким образом, пьезоэлектрический щуп попеременно работает как излучатель и приемник ультразвуковых волн.

Генератор развертки обеспечивает развертку электронного луча трубки, который прочерчивает на экране электроннолучевой трубки светящуюся линию с пиком начального импульса.

При отсутствии дефекта в контролируемом изделии импульс дойдет до нижней поверхности изделия, отразится от нее и возвратится в пьезоэлектрический щуп. В нем механические колебания ультразвуковой частоты снова преобразуются в высокочастотные электрические колебания, усиливаются в приемном усилителе и подаются на отклоняющие пластины электроннолучевой трубки. При этом на экране возникает второй пик донного импульса (как бы отраженного от дна изделия).

Если на пути прохождения ультразвука встретится дефект, то часть волн отразится от него раньше, чем донный сигнал достигнет пьезоэлектрического щупа. Эта часть волн усиливается приемным усилителем, подается на электроннолучевую трубку и на ее экране между начальным и донным импульсами возникнет пик импульса от дефекта.

Благодаря синхронной работе генератора развертки луча, генератора импульсов и других устройств дефектоскопа взаимное расположение импульсов на экране электроннолучевой трубки характеризует глубину расположения дефекта. Расположив на экране трубки масштабные метки времени, можно сравнительно точно определить глубину залегания дефекта.

Ультразвуковая толщинометрия Ультразвуковая толщинометрия – это акустический метод НК, позволяющий исследовать техническое состояние трубопроводов и измерить геометрические параметры изделия (например, толщину стенки объекта при одностороннем доступе к изделию, не нанося ему при этом никаких повреждений).

Ультразвуковой толщиномер предназначен непосредственно для измерения толщины изделий.

ультразвуковой контроль не разрушает и не повреждает образец

возможность проведения контроля различных материалов, как металлов так и неметаллов

высокая точность и скорость исследования, а также его низкая стоимость;

высокая мобильность вследствие применения портативных ультразвуковых дефектоскопов;

менее опасен и более оперативен в сравнении с радиографическим контролем, позволяет в on-line режиме выявить опасные дефекты

необходимость подготовки поверхности под контроль, необходимость нанесения на контролируемый участок изделия после его зачистки непосредственно перед выполнением контроля контактных жидкостей (специальные гели, глицерин, машинное масло, и др.) для обеспечения стабильного акустического контакта;

для труб с небольшими диаметрами необходимо использовать притертые преобразователи

затруднен контроль крупнозернистых металлов (чугун, аустенит)

не все дефекты можно выявить в силу их характера, ориентации и формы