Ультразвуковой неразрушающий контроль

Методика проведения УЗК

Несмотря на существование нескольких методик ультразвуковой дефектоскопии их проведение практически схоже и различается лишь в наборе диагностического оборудования. Так, проведение процедуры дефектоскопии можно описать следующей последовательностью:

1. Производиться тщательная подготовка исследуемой поверхности путем механического удаления остатков шлака, краски и ржавчины со сварочного шва. Вдобавок очищают полосы по 50 мм с обеих сторон от него.
2. Место проведения дефектоскопии обильно покрывают жидкой массой в виде воды, минеральных масел или густых специальных клейстеров — это необходимо для возможности беспрепятственного прохождения ультразвуковых волн.
3. Производиться предварительная настройка прибора на определенную методику, рассчитанную на решение конкретных задач.
4. Пьезоэлектрический преобразователь УЗК последовательно начинают перемещать по зигзагообразной траектории по сварочному шву.
5. После получения устойчивого сигнала необходимо периодически поворачивать пьезоэлектрический преобразователь в разные стороны вокруг своей оси так, чтобы получить на экране прибора сигнал с максимальной четкостью изображения.
6. При обнаружении дефектов их фиксируют и записывают соответствующие координаты.
7. При необходимости, ультразвуковой контроль сварных швов проводят в один или несколько проходов.
8. Полученные результаты дефектоскопии заносятся в журнал проверки.

Получение ультразвуковых волн

Ультразвуковые волны получают механическим, термическим, магнитострикционным (Магнитострикция — изменение размеров тела при намагничивании) и пьезоэлектрическим (Приставка «пьезо» означает «давить») способами.

Наиболее распространенным является последний способ, основанный на пьезоэлектрическом эффекте некоторых кристаллов (кварца, сегнетовой соли, титаната бария): если противоположные грани пластинки, вырезанной из кристалла, заряжать разноименным электричеством с частотой выше 20 000 гц, то в такт изменениям знаков зарядов пластинка будет вибрировать, передавая механические колебания в окружающую среду в виде ультразвуковой волны. Таким образом электрические колебания преобразовываются в механические.

В различных системах ультразвуковых дефектоскопов применяют генераторы высокой частоты, задающие на пьезоэлектрические пластинки электрические колебания от сотен тысяч до нескольких миллионов герц.

Пьезоэлектрические пластинки могут служить не только излучателями, но и приемниками ультразвука. В этом случае под действием ультразвуковых волн на гранях кристаллов-приемников возникают электрические заряды малой величины, которые регистрируются специальными усилительными устройствами.

Получение и свойства ультразвуковых колебаний

Акустические волны или ультразвуковые колебания выдаются при частоте, превышающей параметр 20 кГц. Механические колебания, способные рассеиваться при упругих, твердых средах, диапазон, как правило, составляет 0,5 – 10 МГц. Распространение волн структурой металла происходит акустическими ультразвуковыми волнами, воздействующими на равновесие центральной точки.

Методика ультразвукового метода

Существуют несколько способов ультразвукового неразрушающего контроля, наиболее распространенный из них пьезоэлектрический. Заряженная электричеством с определенной частотой пластинка вибрирует, механические колебания передаются в окружающую среду при состоянии волны. Генераторы электро волны используется вне зависимости от предназначения, размеров оборудования, могут выдавать различные параметры.

Скорость обращения ультразвукового контроля напрямую зависит от свойств, типа физической среды. Скорость распространения продольной волны вдвое выше, чем поперечной. Прием информации происходит пластиной из пьезоэлектрического элемента, работающей на преобразование энергии в импульсную энергию. Процессом применяются короткие переменные импульсы различного типа колебаний, что позволяет определить глубину, свойства дефекта.

Углы направления ультразвуковых колебаний

На границе разделения двух сред, результатом падения продольной акустической волны при наклонном типе является появление отражения и трансформации ультразвуковых волн. Существуют основные типы контроля:

• отраженные;
• преломлённые;
• сдвиговые поперечные;
• продольные волны.

Процесс происходит путем разделения падающей под углом волны на поперечную и продольную, распространение которых производится непосредственно материалом.

Углы направления ультразвуковых колебаний

Существует определенное значение угла подачи, направления ультразвуковых колебаний, при нарушении которого, ультразвуковой контроль не будет распространяться вглубь металла, а останется на его поверхности. Данный метод используется при определенных параметрах и задачах, волна двигается только по поверхности материала, что позволяет контролировать качество сварного шва.

Для каких объектов применимо

Метод УЗК используют на производствах нефти и газа, в отраслях крупной промышленности, в атомной энергетике и т.д. В металлургии, например, ультразвуковую дефектоскопию применяют при обработке литья и поковок. В авиастроении – для диагностики полимеров и композитов на наличие трещин, непроклеев и т.д.

Ультразвуковую дефектоскопию применяют на производствах нефти и газа.

В металлургии контролю подвергают листовую сталь, которую широко используют при строительстве автодорожных и железнодорожных мостов, в гражданском и промышленном строительстве зданий и сооружений, требующих повышенной прочности и надежности.

В литейном производстве метод позволяет видеть в структуре черных и цветных металлов пустоты, пористость, включения и трещины. Также возможно измерить толщину изделия, например пустотелых отливок сложной формы, без нарушения его целостности в производстве автомобильных двигателей.

В строительстве для оценки состояния бетонных конструкций важно проверить фактическую прочность на соответствие проектным требованиям. Ведется проверка факторов, влияющих на эксплуатационные свойства бетона и арматуры. Метод УЗ дает возможность работы не только в лабораторных условиях, но и на строительной площадке

Метод УЗ дает возможность работы не только в лабораторных условиях, но и на строительной площадке.

Это объясняется использованием нержавеющих, аустенитных крупнозернистых сталей в конструкциях атомных реакторов и резервуаров.

Для труб

Дефектоскопия применяется на магистральных и технологических трубопроводах. Благодаря этой процедуре небольшие дефекты и трещины на трубах, появляющиеся со временем естественным путем, не перерастают в проблемы, угрожающие безопасности и требующие вывода магистральных систем из рабочего состояния.

Метод ультразвуковой дефектоскопии сварных швов применяется для трубопроводов.

Применение УЗ-дефектоскопии позволяет обнаружить такие повреждения труб:

• низкий уровень герметичности (или ее отсутствие);
• потерю контроля состояния напряженности;
• деформацию и разгерметизацию сварных стыков.

Для свайных конструкций и рельсов

Диагностика сварных соединений незаменима для выявления трещин в подошве или головке рельс, для обнаружения дефектов стыка. Метод может применяться стационарно (на рельсосварочном предприятии) либо в полевых условиях. Для УЗК свай и сварочных швов используют дефектоскопы со специальными характеристиками – высокой устойчивостью к влажности, рабочей температурой до +35ºС (без образования влаги). При этом измерительные приборы нуждаются в постоянной защите от воздействий пыли.

Ультразвуковая дефектоскопия остается актуальной для выявления трещин на рельсах.

Диагностика свай – необходимый этап в строительстве, на котором проверяют и фиксируют прочность бетонного основания и плотность заливки буронабивных свай. Во время проверки приемник с излучателем устанавливают на нижней точке сваи, фиксируют полученные сигналы, потом датчик перемещают на следующую точку.

Для прочих деталей

Дефектоскопии подвергают материал во время технических освидетельствований и обследований, металл проверяют на входе и выходе. Метод применяют для проверки промышленной безопасности сосудов под давлением, корпусов насосов, арматуры, теплообменников, печей и т.д.

Рамки применения метода УЗК

Рамки применения данной методики при выявлении дефектов

Контроль сварочных швов, основанный на УЗД довольно четкий. И при правильно проведенной методике испытания шва дает полностью исчерпывающий ответ по поводу имеющегося дефекта. Но рамки применения УЗК так же имеет.

С помощью проведения УЗК возможно выявить следующие дефекты:

• Трещины в околошовной зоне;
• поры;
• непровары шва;
• расслоения наплавленного металла;
• несплошности и несплавления шва;
• дефекты свищеобразного характера;
• провисание металла в нижней зоне сварного шва;
• зоны, пораженные коррозией,
• участки с несоответствием химического состава,
• участки с искажением геометрического размера.

Подобную УЗД возможно осуществить в следующих металлах:

• чугун;
• медь;
• аустенитные стали;
• легированные стали;
• и в металлах, которые плохо проводят ультразвук.

УЗД проводится в геометрических рамках:

• На максимальной глубине залегания шва — до 10 метров.
• На минимальной глубине (толщина металла) — от 3 до 4 мм.
• Минимальная толщина шва (в зависимости от прибора) — от 8 до 10 мм.
• Максимальная толщина металла — от 500 до 800 мм.

Проверки подвергаются следующие виды швов:

• плоские швы;
• продольные швы;
• кольцевые швы;
• сварные стыки;
• тавровые соединения;
• сварные трубы.

Для фрезерной обработки металла, как правило, используются торцовые и цилиндрические фрезы.

Пескоструйная очистка поможет избавиться от многих загрязнений металла. Подробнее об этом читайте здесь.

Хотите открыть бизнес в сфере металлообработки и сварки? Пошагово о том, как это сделать, читайте по https://elsvarkin.ru/prakticheskoe-primenenie/kak-otkryt-biznes-v-sfere-okazaniya-uslug-po-metalloobrabotke-i-svarke/ ссылке.

Основные области использования данной методики

Не только в промышленных отраслях используют ультразвуковой метод контроля целостности швов. Данную услугу — УЗД заказывают и в частном порядке при строительстве или реконструкции домов.

УЗК чаще всего применяется:

• в области аналитической диагностики узлов и агрегатов;
• когда необходимо определить износ труб в магистральных трубопроводах;
• в тепловой и атомной энергетике;
• в машиностроении, в нефтегазовой и химической промышленности;
• в сварных соединениях изделий со сложной геометрией;
• в сварных соединениях металлов с крупнозернистой структурой;
• при установке (сварки соединений) котлов и узлов оборудования, которое поддается влиянию высоких температур и давления или влиянию различных агрессивных сред;
• в лабораторных и полевых условиях.

Испытания в полевых условиях

К преимуществам ультразвукового контроля качества металлов и сварных швов относятся:

1. Высокая точность и скорость исследования, а также его низкая стоимость.
2. Безопасность для человека (в отличие, к примеру, от рентгеновской дефектоскопии).
3. Возможность проведения выездной диагностики (благодаря наличию портативных ультразвуковых дефектоскопов).
4. Во время проведения УЗК не требуется выведения контролируемой детали или всего объекта из эксплуатации.
5. При проведении УЗД проверяемый объект не повреждается.

К основным недостаткам УЗК можно отнести:

1. Ограниченность полученной информации о дефекте;
2. Некоторые трудности при работе с металлами с крупнозернистой структурой, которые возникают из-за сильного рассеяния и затухания волн;
3. Необходимость проведения предварительной подготовки поверхности шва.

Сферы применения ультразвукового контроля качества

• Исследование металлоконструкций в полевых условиях и лаборатории.
• Анализ состояния узлов и агрегатов.
• Диагностика оборудования и ёмкостей в теплоэнергетике и атомной промышленности.
• Изучение состояния котлов, труб, цистерн в химическом и нефтегазовом производстве.
• Установка оборудования и конструкций, подвергающихся воздействию высоких температур, эксплуатирующихся в агрессивных средах или под постоянным высоким давлением.
• Экспертиза сварочных швов в изделиях со сложными геометрическими формами.
• Определение уровня износа труб центральной магистрали.
• Дефектоскопия соединений и деталей из крупнозернистого металла.

Процедура проведения дефектоскопии

1. Удаляется краска и ржавчина со сварочных швов и на расстоянии 50 — 70 мм с двух сторон.
2. Для получения более точного результата УЗД требуется хорошее прохождение ультразвуковых колебаний. Поэтому поверхность металла около шва и сам шов обрабатываются трансформаторным, турбинным, машинным маслом или солидолом, глицерином.
3. Прибор предварительно настраивается по определенному стандарту, который рассчитан на решения конкретной задачи УЗД. Контроль:
4. толщины до 20 мм — стандартные настройки (зарубки);
5. свыше 20 мм — настраиваются АРД-диаграммы;
6. качества соединения — настраиваются AVG или DGS-диаграммы.
7. Искатель перемещают зигзагообразно вдоль шва и при этом стараются повернуть вокруг оси на 10-15.
8. При появлении устойчивого сигнала на экране прибора в зоне проведения УЗК, искатель максимально разворачивают. Необходимо проводить поиск до появления на экране сигнала с максимальной амплитудой.
9. Следует уточнить: не вызвано ли наличие подобного колебания отражением волны от швов, что часто бывает при УЗД.
10. Если нет, то фиксируется дефект и записываются координаты.
11. Контроль сварных швов проводится согласно ГОСТу за один или два прохода.
12. Тавровые швы (швы под 90 0) проверяются эхо-методом.
13. Все результаты проверки дефектоскопист заносит в таблицу данных, по которой можно будет легко повторно обнаружить дефект и устранить его.

Иногда для определения более точного характера дефекта характеристики от УЗД не хватает и требуется применить более развернутые исследования, воспользовавшись рентгенодефектоскопией или гамма-дефектоскопией.

Преимущества УЗК

Принцип работы ультразвукового контроля основан на излучении волн, проходящих через толщу изделия. Сталкиваясь с инородными включениями, трещинами, расслоениями или очагами коррозии, они отражаются и изменяют свои показатели. Датчик улавливает их на выходе, при помощи преобразователя интерпретирует в дефектограмму, показывающую координаты. В результате специалист получает точную локализацию и степень распространения внутреннего дефекта.

Из преимуществ ультразвукового контроля выделим:

• скорость. УЗК требует минимальной подготовки, сокращая время процедуры в сравнении с рентгеном и другими методами неразрушающего контроля. Её выполняют в лаборатории или портативно, используя автоматические дефектоскопы;
• точность. Современные дефектоскопы обладают высокой точностью, позволяя определить координаты, глубину залегания, тип и широту распространения дефекта. Это предотвращает несчастные случаи и аварии на производстве и помогает найти первопричину такого дефекта в виде неправильной эксплуатации или особенностей окружающей среды;
• универсальность. УЗК можно применять в любых условиях при соответствующей настройке прибора. Дефектоскопы используют для контроля труб, сварных швов в лабораториях или на выезде. Специальные модели способны выдерживать агрессивные среды ядерных и химических реакторов, контролируя степень их износа;
• экономию. Неразрушающий УЗК стоит недорого ввиду распространённости и доступности процедуры. Главным условием является специалист с сертификацией, способный подтвердить результаты измерения. Поэтому дефектоскопы широко используются на производстве или в сторонних компаниях.
• безопасность. Рентгеновский контроль требует защиты от излучения и остановку всех рабочих процессов. УЗК позволяет не прерывать работу и полностью безопасен для оператора и окружающих.

Ультразвуковая дефектоскопия имеет и определённые ограничения. Сложности возникают при диагностике предметов сложной геометрической формы, либо неоднородных материалов – в этих случаях требуется особая настройка или модель дефектоскопа. Компенсировать недостатки поможет опыт специалиста.

Контроль герметичности

Контроль качества сварки и сварных соединений включает в себя исследование на непроницаемость. Герметичность – это отсутствие пропускания как жидких, так и газообразных веществ. Контроль герметичности сварных соединений обнаруживает сквозные дефекты, через которые возможен выход газов или жидкостей наружу или проникновение их внутрь.

Проверка сварных швов на герметичность является неразрушающим видом контроля. Суть метода состоит в оценке количества протекающей через сквозной дефект жидкости или прохождения газа и сравнении этой величины с допуском, который указывается в технических условиях. Существуют сварные соединения, которые в обязательном порядке подлежат проверке на герметичность. В частности к ним относится контроль сварных швов трубопроводов, к которым предъявляются особые требования.

Все существующие методы контроля герметичности сводятся к созданию избыточного давления или, наоборот, разрежения воздуха для того, чтобы обнаружить место, через которое происходит протечка.
Перед началом проведения контроля поверхности следует ее подготовить: почистить их и обезжирить. Существуют разные методы испытаний на герметичность.

Гидравлический способ

Методы контроля качества сварных швов включают в себя проверку с помощью обычной воды. Контролируемое соединение заполняют водой и, применяя насос или гидравлический пресс, создают давление в полтора или два раза превышающее рабочее. При этом наблюдают за сварными швами. Утечка жидкости означает наличие сквозного дефекта.

Пневматический контроль

При проверке используется сжатый воздух, азот или инертный газ, который подают на испытываемую конструкцию. Если она имеет небольшие габариты, то можно поместить ее в воду и обнаружить дефект и его местоположение по выходящим наружу пузырькам.

Если проверке подлежат крупногабаритные соединения, то контроль можно осуществить с помощью пенного индикатора, который представляет собой раствор мыла в воде. При низкой температуре часть воды можно заменить спиртом или добавить глицерин.

В целях безопасности подключают предохранительный клапан и манометр. Наблюдая за показаниями манометра можно осуществлять контроль давления. При наличии сквозных дефектов давление будет уменьшаться. Если давление превысит допустимый уровень, то предохранительный клапан снизит его.

Испытание керосином

Используется свойство керосина, заключающееся в том, что он может подниматься по трубкам, имеющим небольшое поперечное сечение. При испытании роль такой трубки выполняет сквозная трещина или подобный дефект.

На одну из сторон соединения наносят раствор мела в воде и дают ему высохнуть. Затем противоположную сторону смачивают керосином. Время, за которое он может проявить себя, зависит от толщины соединения. При наличии сквозного дефекта на стороне, покрытой меловым растром, можно будет четко увидеть пятна керосина.

Испытание аммиаком

Предварительно подлежащие контролю швы покрывают бинтом, пропитанным фенолфталеином. Вместо бинта можно использовать бумажную ленту. Затем подается аммиак, находящийся под давлением. После прохождения аммиака на ленте или бинте остаются характерные следы.

Проверка течеискателем

Такой метод, называемый ПВТ-контролем сварных соединений, является высокочувствительным и используется для контроля ответственных конструкций. Применяются гелиевые и галоидные течеискатели.

Визуальный осмотр

Это самый простой и примитивный метод контроля, с которого необходимо начинать контроль качества сварных швов. Не все дефекты являются глубоко запрятанными. Значительная их часть находится снаружи. Визуальный осмотр позволит их увидеть и при необходимости сразу отбраковать, что приводит к экономии времени и сил. Понятно, что этот вид контроля является неразрушающим. При визуальном осмотре легко увидеть основные геометрические параметры сварного шва и дать им оценку.

Визуальный осмотр не является выборочным. Ему подлежат все выполненные сварные соединения. Для более точной оценки можно использовать лупу с большим увеличением. Больше никаких приспособлений не понадобится, кроме штангенциркуля и шаблонов для производства измерений найденных отклонений.

Хотя визуальный осмотр определяет в основном геометрические параметры сварного шва и внешние недостатки, частично внешний осмотр может сигнализировать и о наличии внутренних изъянов. Так, например, неравномерность поверхности валиков может быть следствием непроваров, находящихся внутри. Такие подсказки следует учитывать при более тщательных способах исследования.

Чтобы дефекты были лучше видны, перед началом осмотра с поверхности удаляют все загрязнения и остатки шлака. Швы можно обработать азотной кислотой, после чего быстро убрать ее остатки с помощью спирта.

Ультразвуковой контроль от ООО «АРЦ НК»

Опытные сотрудники нашего испытательного центра имеют надлежащую квалификацию и практические навыки проведения неразрушающего контроля ультразвуковыми методами в разных промышленных отраслях.

Наши специалисты проводят проверку таких объектов:

Сварные соединения	Все виды
Инфраструктура	Конструкции из металла, мостовые балки, здания и сооружения, болтовые соединения
Эксплуатационный контроль	Сосуды и резервуары под давлением, стрелы кранов, клапаны запорно-регулирующие, диараторы ведущие валы
Нефтехимическая отрасль	Резервуары, несущие конструкции, трубопроводы, гибы, запорная арматура
Производство	Композиты, точечные сварные швы, паяные швы, литые изделия
Композитные материалы	Пластик, полиэтилен, бетон
Первичные металлы	Балки, брусья, прутки, поковки, трубные заготовки, арматура

Испытательный центр ООО «АРЦ НК» оснащен современным оборудованием в области УЗК, что позволяет специалистам центра проводить ручной или механизированный ультразвуковой контроль.

В работе мы используем УЗ-дефектоскопы и толщиномеры, работающие как с традиционными пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП) с отображением А и В-сканов, так и использующие технологию фазированных решеток с отображением S-скана.

Перед каждым использованием приборы обязательно проверяют на работоспособность и точность. С этой целью используют стандартные образцы.

Испытательный центр ООО «АРЦ НК» оснащен образцами для калибровки двух разновидностей:

1. Калибровочные образцы (меры).

Они служат для корректировки главных показателей приборов:

• угла ввода,
• мертвой зоны,
• разрешающей способности,
• стрелы ПЭП

2. Настроечные.

Стандартные образцы предприятия (СОП) с распространенными видами отражателей: плоскодонные отверстия, «зарубки» и сегменты. Служат для наладки глубиномера, измерения уровней чувствительности при выполнении проверки отдельного элемента по установленной нормативной документации.

Алгоритм УЗК

Метод применяется в промышленности уже почти столетие, и используется для исследования качества сварных швов, паяных, сварных и клееных соединений в разнородных металлических и других образцах. Такая долгосрочная популярность ультразвукового контроля деталей объясняется точным определением разноплановых микродефектов и отклонений.

Основная область использования акустической дефектоскопии — проверка качества сварки. Для понимания алгоритма УЗК рассмотрим теневую методику, подробно описанную в документации ГОСТ Р 55724-2013.

1. Испытываемый шов и соседние области (до 70 мм в каждую сторону) качественно очищаются от мелких загрязнений.
2. Для увеличения четкости показателей данных участок смазывается глицериновым средством, солидолом или специальными техническими смазочными составами.
3. Прибор УЗК настраивается и калибруется с учетом норм конкретной области.
4. Устанавливаются излучающее и принимающее устройства для ручного ультразвукового контроля.
5. В искателе сканируется шов, перемещение прибора по длине происходит зигзагообразно. Отражение на мониторе сигнала с максимальной амплитудой показывает нарушение целостности.
6. Проверяется достоверность присутствия повреждения и при ее установлении данные об изъяне заносятся в регистрационную таблицу, где указываются:

• Неровные, растрескавшиеся или недостаточно хорошо сваренные места;
• Наличие расслоений или присутствие пор в наплавленном металле;
• Несплавленные участки, свищи;
• Коррозионные изменения, окисление или провисание;
• Недочеты структуры и характеристик геометрии.

1. По требованиям ГОСТ после определенного количества подходов исследования, информация о сканировании записывается в протокол и в отдельный журнал с указанием следующих показателей:
   • ТУ выполнения исследования;
   • Длина исследуемого шовного соединения;
   • Название и тип примененного оборудования;
   • Название и индекс типа соединения;
   • Число колебаний за единицу времени (указывается в Hz, герцах).

При выполнении ультразвукового контроля, определение нарушений очень точное, и методика востребована не только в промышленности, но и для частного исследования при строительстве или ремонте объектов жилого или коммерческого назначения.