Ультразвуковой метод контроля качества сварных соединений

Ультразвуковая дефектоскопия – один из методов неразрушающего контроля. Свойство ультразвука распространяться в однородной среде направленно и без существенных затуханий, а на границе раздела двух сред (например, металл – воздух) почти полностью отражаться, позволило применить ультразвуковые колебания для выявления дефектов (раковины, трещины, расслоения и т.п.) в металлических деталях без их разрушения.

Ультразвуковая дефектоскопия — метод, позволяющий осуществлять поиск дефектов в материале ОК (объекта контроля) путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, отраженных от внутренних несплошностей (дефектов), и дальнейшего анализа времени их прихода, амплитуды, формы и других характеристик с помощью специального оборудования — ультразвуковых дефектоскопов. Сейчас УЗ дефектоскопия, наряду с радиографическим контролем, является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля.

Первые попытки осуществить неразрушающий контроль ультразвуковой волной предпринимались с 1930 года. А уже спустя 20 лет ультразвуковой контроль качества сварных соединений приобрел наибольшую популярность по сравнению с другими методами контроля качества сварки. Кроме того, для некоторых изделий он стал обязательным.

Наиболее распространенным способом возбуждения ультразвуковых волн в контролируемом объекте и приема волн, прошедших через объект, является использование пьезоэлектрических преобразователей. Для возбуждения волн используется обратный пьезоэлектрический эффект, а для их приема – прямой пьезоэлектрический эффект. Для возбуждения и приема волн могут использоваться два раздельных преобразователя, либо может использоваться совмещенный преобразователь, выполняющий функции излучателя и приемника. Между объектом и преобразователем обычно необходимо создание прослойки контактной жидкости, так как при наличии между ними слоя воздуха эффективность излучения и приема волн будет резко снижаться из-за существенного различия акустического сопротивления воздуха и контролируемого материала (материала преобразователя).

Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов

Сварные швы являются самой массовой областью применения ультразвуковой дефектоскопии. Это достигается за счёт мобильности ультразвуковой установки, высокой производительности контроля, высокой точности, высокой чувствительности к любым внутренним (объёмным — поры, металлические и неметаллические включения; плоскостным — непровары, трещины), а также внешним, то есть поверхностным дефектам сварных швов (подрезы, обнижения валика усиления и т. п.).

Ультразвуковой контроль сварных соединений и материалов основывается на возможности ультразвука распространяться в контролируемом изделии, отражаясь от границ материалов и внутренних дефектов. Звуковые волны в однородном материале при ультразвуковом контроле не изменяют траектории движения. Дефекты в металле, возникающие при сварке и литье, как правило, представляют собой газовые включения. Так как газ имеет акустическое сопротивление на 5 порядков меньше, чем металл, то ультразвуковая волна практически полностью отражается от дефекта (при условии, что размер дефекта больше половины длины волны). При размерах дефекта меньше половины длины волны ультразвуковая волна огибает дефект, то есть наблюдается дифракция. Разрешающая способность ультразвуковой дефектоскопии, то есть минимальный размер дефекта, который может быть выявлен с помощью этого метода, определяется длиной волны. Для повышения разрешающей способности стараются увеличить частоту используемых при контроле колебаний. Недостатком является то, что с увеличением частоты снижается проникающая способность ультразвука. В связи с этим выбор частоты колебаний требует нахождения определенного компромисса между разрешающей способностью и проникающей способностью.

При ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений используется, в основном, эхо-импульсный метод контроля. Реже применяется теневой метод и другие.

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации различных объектов со сварными соединениями все швы необходимо подвергать регулярной проверке. Вне зависимости от их новизны или давнего срока эксплуатации металлические соединения проверяются различными методами дефектоскопии. Наиболее действенным методом является УЗД – ультразвуковая диагностика, которая превосходит по точности полученных результатов рентгенодефектоскопию, гамма-дефектоскопию, радио-дефектоскопию и др.

Это далеко не новый (впервые УЗК проведен в 1930 году) метод, но является очень популярным и используется практически повсеместно. Это обусловлено тем, что наличие даже небольших дефектов сварочных соединений приводит к неизбежной утрате физических свойств, таких как прочность, а со временем к разрушению соединения и непригодности всей конструкции.

Теория акустической технологии

Ультразвуковая волна при УЗД не воспринимается ухом человека, но она является основой для многих диагностических методов. Не только дефектоскопия, но и другие диагностические отрасли используют различные методики на основе проникновения и отражения ультразвуковых волн. Особенно они важны для тех отраслей, в которых основным является требование о недопустимости нанесения вреда исследуемому объекту в процессе диагностики (например, в диагностической медицине). Таким образом, ультразвуковой метод контроля сварных швов относиться к неразрушающим методам контроля качества и выявления места локализации тех или иных дефектов (ГОСТ 14782-86).

Качество проведения УЗК зависит от многих факторов, таких как чувствительность приборов, настройка и калибровка аппарата, выбор более подходящего метода проведения диагностики, от опыта оператора и других. Контроль швов на пригодность (ГОСТ 14782-86) и допуск объекта к эксплуатации не возможен без определения качества всех видов соединений и устранения даже мельчайшего дефекта.

Читать также:  Буквенные и графические обозначения в электрических схемах

Определение

Ультразвуковой контроль сварных швов – это неразрушающий целостности сварочных соединений метод контроля и поиска скрытых и внутренних механических дефектов не допустимой величины и химических отклонений от заданной нормы. Методом ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) проводится диагностика разных сварных соединений. УЗК является действенным при выявлении воздушных пустот, химически не однородного состава (шлаковые вложения в металле) и выявления присутствия не металлических элементов.

Принцип работы

Ультразвуковая технология испытания основана на способности высокочастотных колебаний (около 20 000 Гц) проникать в металл и отражаться от поверхности царапин, пустот и других неровностей. Искусственно созданная, направленная диагностическая волна проникает в проверяемое соединение и в случае обнаружения дефекта отклоняется от своего нормального распространения. Оператор УЗД видит это отклонение на экранах приборов и по определенным показаниям данных может дать характеристику выявленному дефекту. Например:

  • расстояние до дефекта – по времени распространения ультразвуковой волны в материале;
  • относительный размер дефекта – по амплитуде отраженного импульса.

На сегодняшний день в промышленности применяют пять основных методов проведения УЗК (ГОСТ 23829 – 79), которые отличаются между собой только способом регистрации и оценки данных:

  • Теневой метод. Заключается в контроле уменьшения амплитуды ультразвуковых колебаний прошедшего и отраженного импульсов.
  • Зеркально-теневой метод. Обнаруживает дефекты швов по коэффициенту затухания отраженного колебания.
  • Эхо-зеркальный метод или “Тандем”. Заключается в использовании двух аппаратов, которые перекликаются в работе и с разных сторон подходят к дефекту.
  • Дельта-метод. Основывается на контроле ультразвуковой энергии, переизлученной от дефекта.
  • Эхо-метод. Основан на регистрации сигнала отраженного от дефекта.

Откуда колебания волны?

Практически все приборы для диагностики методом ультразвуковых волн устроены по схожему принципу. Основным рабочим элементом является пластина пьезодатчика из кварца или титанита бария. Сам пьезодатчик прибора для УЗД расположен в призматической искательной головке (в щупе). Щуп располагают вдоль швов и медленно перемещают, сообщая возвратно-поступательное движение. В это время к пластине подводится высокочастотный ток (0,8—2,5 Мгц), вследствие чего она начинает излучать пучки ультразвуковых колебаний перпендикулярно своей длине.

Отраженные волны воспринимаются такой же пластиной (другим принимающим щупом), которая преобразует их в переменный электрический ток и он сразу отклоняет волну на экране осциллографа (возникает промежуточный пик). При УЗК датчик посылает переменные короткие импульсы упругих колебаний разной длительности (настраиваемая величина, мкс) разделяя их более продолжительными паузами (1—5 мкс). Это позволяет определить и наличие дефекта, и глубину его залегания.

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 0 .
  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.

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.

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

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.

Читать также:  Как замерить сечение кабеля штангенциркулем

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.

Ультразвуковой метод контроля качества сварных соединенийИспытания в полевых условиях

Одним из направлений деятельности испытательной лаборатории ЗАО "ЛСЦ ПИИ МИКРО" является ультразвуковой контроль сварных соединений. Наши опытные специалисты проводят процедуру быстро и в соответствии с установленными требованиями.

Название услугиЦена
Определение прочности бетона (раствора) в конструкциях методами неразрушающего контроля (упругий отскок; ударный импульс; ультразвуковой) по ГОСТ 22690-88; ГОСТ 17624-2012 (один участок).650 руб.
Определение глубины распространения трещин в бетоне ультразвуковым методом (одно измерение).500 руб.
Ультразвуковая дефектоскопия (контроль) (УЗК), визуальный и измерительный контроль (ВИК) качества сварных соединений (швов) металлоконструкций и трубопроводов по СНиП 3.03.01-87; ГОСТ Р 55724-2013 (1 метр УЗК и 10 метров ВИК длины контролируемого участка).от 2 до 5м- 7500 руб.
от 5 до10м- 5000 руб.
от 10 до20м- 3500 руб.
от 20 до40м- 2500 руб.
от 40 до 60 м-.1500 руб.
от 60 до 100 м-1000 руб.
от 100м и выше-500 руб.
Ультразвуковой и визуальный контроль качества (дефектоскопия) сварных соединений арматуры по ГОСТ 23858-79 (один стык).от 10 до 30шт- 1500 руб.
от 30 до 60шт-1000 руб.
от 60 до 100шт-500 руб.
от 100 и выше-300 руб.
Ультразвуковой метод определения толщины стенок металлоконструкций и трубопроводов при одностороннем доступе с учетом коррозии металла по ГОСТ Р 55724-2013 (одно измерение).700 руб.

Особенности и суть используемой методики

Ультразвуковой контроль сварных соединений (дефектоскопия, УЗК) является популярным методом неразрушающего контроля. Он является обязательным.

Ультразвуковой контроль представляет собой экспертизу, которая способна в кратчайшие сроки выявить:

  • износ изделий,
  • поверхностные или внутренние дефекты металлов и сплавов,
  • качество изделия или отдельного сварного шва.

Суть методики заключается в обработке объекта ультразвуком. При контроле сварных соединений колебания последовательно излучаются в изделие. После этого они воспринимаются в качестве отраженной волны специальным оборудованием (дефектоскопом).

Полученные результаты анализируются.

В результате специалист может:

  1. Детализировать размеры дефекта.
  2. Определить вид повреждения, классифицируя его как протяженный или точечный.
  3. Установить форму дефекта (объемный или плоскостной).
  4. Выяснить глубину залегания деформации и решить другие задачи.

Ключевые параметры изъяна определяются в ходе ультразвуковой методики по времени распространения ультразвука внутри материала, из которого изготовлено изделие.

Традиционно ультразвуковой контроль сварных соединений проводится в диапазоне от 0,5 до 10 МГц. Специалисты могут выявить большое количество различных дефектов в изделиях из металла и целых строительных конструкциях. В некоторых случаях ультразвуковой контроль сварных швов выполняется импульсами с частотой до 20 МГц. При использовании данной методики можно обнаружить даже самые незначительные изъяны.

Низкочастотный контроль проводится для проверки объектов, обладающих значительной толщиной (отливка, поковка и др.), а также для оценки металлов с крупнозернистой структурой (медь, аустенитная сталь, чугун) и плохим проведением ультразвуковых импульсов.

С помощью проведения ультразвуковой экспертизы можно с легкостью определить такие дефекты сварного соединения, как:

  • трещины в зоне рядом со швом,
  • поры,
  • непровар,
  • расслоения металла,
  • некачественность шва,
  • свищи,
  • коррозия,
  • участки с искажением размера и несоответствием химического состава,
  • провисание металла в нижней зоне шва.

Исследование сварного соединения можно проводить в таких металлах, как:

  • медь,
  • легированные и аустенитные стали,
  • чугун и др.

Проверкам подвергаются следующие разновидности швов:

  • тавровые соединения,
  • сварные стыки,
  • сварные трубы.

Геометрические рамки УЗД

  1. Максимальная глубина залегания сварного соединения: 10 метров.
  2. Минимальная глубина сварных швов: 3-4 мм.
  3. Минимальная толщина шва: 8-10 мм (зависит от прибора).
  4. Максимальная толщина металла: 500-800 мм.

Основные методы УЗК

  1. Теневой метод. Данная методика заключается в контроле уменьшения амплитуды колебаний отраженного и прошедшего импульсов.
  2. Зеркально-теневой метод. При таком способе дефекты швов обнаруживаются по коэффициенту затухания отраженного ультразвукового колебания.
  3. Эхо-зеркальный метод. Данный способ, который также называют “Тандем”, заключается в использовании двух ультразвуковых аппаратов. Они работают одновременно и устанавливаются с одной стороны объекта. Сгенерированные колебания отражаются на приемник
  4. Дельта-метод. Основывается на контроле ультразвуковой энергии, которая отражается от дефекта.
  5. Эхо-метод. Данная методика основана на регистрации ультразвукового сигнала, который отражается от дефекта.

Отметим, что существуют и другие методики проведения экспертизы. Но именно вышеперечисленные являются самыми популярными. Они зарекомендовали себя благодаря простоте реализации и высокой эффективности.

Достоинства и недостатки УЗК

Ультразвуковая методика отличается множеством достоинств.

  1. Абсолютная безопасность для персонала. Ультразвуковые волны в отличие от рентгеновского излучения не наносят вреда человеку, который занимается контролем.
  2. Возможности использования методики на действующих объектах. При этом их не нужно выводить из эксплуатации даже на короткий срок.
  3. Мобильность. Современные УЗ-дефектоскопы являются портативными. Их можно использовать там, где необходимо. Приборы не занимают много места и отличаются относительно небольшим весом.
  4. Отсутствие риска повреждения исследуемого объекта. Изделия не разрушаются в ходе контроля.
  5. Невысокая стоимость. Ультразвуковой контроль доступен для многих организаций. Благодаря этому методика приобретает все большую популярность.
  6. Высокая точность и скорость проведения экспертизы сварных швов. На время исследования не нужно останавливать производство. Экспертиза может проводиться очень быстро. При этом ее результаты вы получите тут же.
Читать также:  Самодельная развальцовка тормозных трубок

К сожалению, метод не лишен недостатков.

  1. Невозможность получения точных размеров дефектов. Одинаковые по размеру и форме изъяны, заполненные шлаком и воздухом, способны отражать импульсы по разному. Из-за этого при контроле могут возникать ошибки.
  2. Отсутствие возможности оценить все изъяны. Ультразвуковой контроль выявляет не 100% дефектов.
  3. Сложность анализа некрупных деталей небольшой толщины. Также усложняется процедура контроля швов на объектах сложной формы с криволинейной геометрией.
  4. Необходимость в подготовке металлических поверхностей. Перед контролем необходимо очищать изделия от ржавчины, окалины и иных загрязнений.
  5. Затрудненность исследования металлов с высокой зернистостью. Это связано с тем, что они способны "глушить" ультразвук.
  6. Необходимость в покрытии контролируемого участка специальным контактным составом. Обычно используются глицерин, машинное масло или особый гель. Данные составы обеспечивают оптимальный акустический контакт.

Несмотря на имеющиеся недостатки методика контроля является наиболее надежной. Она позволяет выявить многочисленные дефекты. Безусловно, операцию должны проводить специалисты. Только они способны грамотно истолковать результаты экспертизы и предоставить их вам.

Как проводится УЗК?

  1. Удаление краски и ржавчины со сварочных швов. Операция проводится с обеих сторон на расстоянии 50-70 мм от соединения.
  2. Обработка поверхности металла около шва и самого шва специальным составом (маслом, глицерином и др.). Данная процедура позволяет существенно повысить точность результата дефектоскопии.
  3. Настройка прибора. Данная операция проводится по определенному стандарту. Он определяется в соответствии с конкретной задачей ультразвуковой дефектоскопии.
  4. Перемещение искателя вдоль шва (зигзагообразно).
  5. Максимальное разворачивание искателя при появлении устойчивого сигнала на экране прибора.
  6. Фиксация обнаруженных дефектов и их координат.
  7. Занесение данных проверки в специальную таблицу. По ней в дальнейшем вы сможете быстро обнаружить дефект и устранить его.

Важно! В России особенности экспертизы зафиксированы в ГОСТ Р 55724-2013. В данном государственном стандарте в полном объеме рассмотрены методики исследования различных типов швов, выполненных с использованием многочисленных способов сварки. Также в стандарте описаны стандартные образцы (эталоны), которые применяются для профессиональной настройки дефектоскопа.

Также различными нормативными документами устанавливаются и объемы экспертизы, а также используемые нормы оценки швов. В организациях, которые производят особо ответственные изделия, могут применяться собственные методические материалы. Они проверяются Ростехнадзором и иными контролирующими органами.

Основа безопасной эксплуатации

Дефектоскопия сварных соединений должна выполняться своевременно. Только в этом случае вы сможете предотвратить возникновение аварийных ситуаций.

К сожалению, многие вспоминают о необходимости использования УЗК только на финальной стадии производства. Однако это недопустимо.

Оценка сварных швов должна проводиться не перед пуском трубопровода или сдачей строительного объекта, а сразу же после подготовки конструкций и их отдельных элементов. Только в этом случае можно гарантировать правильную эксплуатацию объекта.

Не стоит рисковать и полностью отказываться от экспертизы сварных швов. Безответственный подход может стать причиной роста аварийности и даже возникновения настоящей техногенной катастрофы.

Также не следует доверять экспертизу неспециалистам. Они способны допустить ошибки, пропустить серьезный дефект. При этом компании-"однодневки" часто не несут никакой ответственности за проделанную работу.

Обратитесь к специалистам испытательной лаборатории "МИКРО"! Они являются настоящими профессионалами в ультразвуковом контроле. Все операции проводятся опытными мастерами в соответствии с установленными стандартами и требованиями.

Исследования в компании «Микро»: основные преимущества

  1. Внушительный опыт специалистов. Мы регулярно проводим оценку качества различных строительных конструкций и соединений. Специалистами оцениваются важнейшие параметры металлов.
  2. Доступность услуг. Мы не завышаем стоимость контроля. Благодаря этому к нам могут обращаться представители различных организаций, а также индивидуальные предприниматели.
  3. Соответствие работ установленным требованиям и наличие необходимых свидетельств и лицензий. Мы выполняем все проверки с соблюдением норм и правил. Это позволяет гарантировать предоставление не только объективных, но и абсолютно легальных результатов. Полученный вами результат экспертизы может быть предоставлен в различные контролирующие организации.
  4. Высокая скорость решения задач. Любые проверки металлических соединений проводятся в кратчайшие сроки. Уточнить время выполнения процедуры вы можете еще до ее начала.
  5. Предоставление профессиональной поддержки на любых этапах работ. Интересует стоимость работ? Хотите уточнить особенности проведения экспертизы? Наши специалисты ответят на все вопросы.

Обращайтесь! Быстро, грамотно и по выгодной стоимости мы проведем оценку металлических соединений. Это позволит вам обрести уверенность в высоком качестве выполненных работ и снизить многочисленные риски.

В зависимости от длины сварных швов скидки до 50%. ЗВОНИТЕ.

Оперативность, в силу узкой направленности нашей деятельности

Высокое качество и профессионализм выполняемых нами работ

Наличие квалифицированных кадров

Обеспеченность научно-технической и обновляемой нормативной базой

Применение передового оборудования, поверенного и аттестованного

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *