Акустический контроль емкости

 

Основной способ контроля сварных соединений – эхометод с  использованием совмещенного наклонного преобразователя поперечных волн.

 

 

  В              С    Д

 

 

 

 

 

а)

 

б)

Рисунок 2.9 – Схема контроля сварного шва.

 

 Корень шва контролируют  прямым (непосредственно выходящим  из преобразователя) лучом (положение  преобразователя А и В, рис  2.3 а), а верхнюю часть шва – однократно отраженным лучом (положение С и Д, рис 2.9 а). Контроль двукратно или многократно отраженным лучом нежелателен ввиду сильного расхождения пучка лучей и его искажения при отражениях. Для проверки всего сечения сварного шва преобразователь перемещают, как показано на рис. 2.9, б пунктиром вверху, между крайними положениями А и Д. В положении А преобразователь обычно упирается в верхний валик шва, а в положении Д луч еще попадает в зону сплавления. Это поперечно-продольное сканирование.

Шов контролируют слева и справа. Таким образом, ультразвуковые лучи проходят через шов в четырех направлениях. Это повышает вероятность выявления различно ориентированных дефектов. С этой целью преобразователь непрерывно разворачивают влево и вправо на угол j = 10…15 .

Рассмотрим ряд схем, предусматривающих контроль угловых  соединений. 

При контроле угловых швов с К-образной разделкой или без  нее, но с полным проплавлением стенки возможно применение  схем, представленных на рисунке 2.10.[3]

 

Рисунок 2.10-Контроль двусторонних швов: а-тавровых, б-угловых.

 

Контроль угловых швов таврового соединения с К-образной разделкой, в которых требуется полный провар корня шва, начинают с поиска непровара в корне шва прямым или однократно отраженным лучом. При отсутствии непровара контролируется часть шва: нижняя - прямым лучом, верхняя - однократно отраженным лучом.

Наиболее  эффективной является схема ввода  УЗ-колебаний через основной металл привариваемого листа (схема I), т.к. она позволяет выявить вес виды внутренних дефектов в угловых швах и крестовых соединениях при минимальном уровне ложных сигналов. При контроле тавровых соединений по схеме I появление ложных сигналов может быть обусловлено только отражением от грубых неровностей на наружной поверхности плоскости полки, встречающихся весьма редко и связанных с повреждением металла. При прозвучивании угловых соединений по схеме I ложные эхо-сигналы могут появляться при отражении УЗ-пучка от верхнего усиления валика шва или от угла элемента конструкции (рисунок 2.10.). Эти эхо-сигналы можно легко селектировать по времени, а также «прощупывать». В тех случаях, когда затруднен доступ со стороны стенки, т.е. невозможен контроль по схеме I, прозвучивание выполняют по схемам II и III. Контроль по схеме II обеспечивает выявление пор, шлаковых включений, несплавлений и трещин, благоприятно ориентированных к УЗ-лучу. Однако контроль схеме осложняется необходимостью ориентировки ПЭП относительно соединения и появления ложных сигналов от поверхности противоположного валика шва. Схемы контроля тавровых и угловых соединений представлены на рисунке 2.11.

 

Рисунок 2.11-Схемы контроля тавровых и угловых соединений: а- без дефектов, б- с непроваром в  корне шва, в- с трещиной, г-с порой  или шлаковым включением.

 

Разделение  полезных и ложных сигналов производится по времени  прохождения УЗ-луча. Выявить непровар в центре двустороннего или в корне одностороннего шва при контроле по схеме II практически невозможно, т.к. ультразвуковой пучок испытывает зеркальное отражение. Этот опасный дефект при доступе контроля только с наружной поверхности полки обнаруживается по схеме III (рисунок 2.11б) с помощью РС-ПЭП и двух жестко соединенных призматических ПЭП, включенных по раздельной схеме. При толщине полки более 40 мм можно применять прямой ПЭП. В угловых соединениях при доступе только со стороны вертикального листа непровар можно обнаружить при использовании прямого или РС-ПЭП.

Одним из основных условий, обеспечивающих наиболее вероятное  выявление дефектов по сечению шва, является необходимость прозвучивания всего сечения шва с равномерной чувствительностью.

Выполнение отмеченных условий обеспечивается правильным выбором угла ввода УЗ-луча.

Целесообразно применять ПЭП с. такими углами α  и стрелой n₀, при которых обеспечивается контроль нижней части шва прямым, а верхней однократно отраженным лучом. Это считается возможным, если центральный луч ПЭП при расположении его вплотную к шву проходит через середину шва или выше ее (при толщинах шва менее 10 мм допускается прохождение центрального луча ниже середины сечения шва не более чем на 1 мм).

При контроле нижней части  шва таврового и углового соединения это условие может быть проверено  по соотношениям:

 

α₁ ≥ arctg(2k₁ +2n₀)/Н               (2.1)

α₁≥arctg(e+2n)/H                       (2.2)

 

где n-расстояние от катета шва до преобразователя,

n₀-стрела ПЭП, k₁-размер катета шва снаружи, Н-толщина свариваемых элементов,n-расстояние от катета шва до стрелы преобразователя.

Верхнюю часть  шва этих соединений целесообразно  проверять искателями, обеспечивающими:

 

α₂≥arctg(2k₁+2z)/H   (2.3)

α₂≥arctg(e+2z)/H  (2.4)

 

Наилучшее выявление  подповерхностных дефектов (минимальная  величина «мертвой зоны») при контроле верхней части тавровых соединений шва достигается в случае

 

α₂=90⁰-[arctg(k₂/k₁)+7⁰] (2.5)

 

При этом область  оптимальных значений 2 лежит в  интервале 0,2H<H< 0,5H.

Если контроль прямым и однократно отраженным лучом невозможен, то необходимо увеличить угол ввода или, в крайнем случае, производить контроль однократно и двукратно отраженными лучами.

После нахождения оптимальных углов ввода устанавливаются  зона перемещения искателей x_min и х_max и соответствующий ей рабочий участок на экране дефектоскопа.

При контроле верхней и нижней частей шва таврового  соединения прямым и однократно отраженным лучами ПЭП перемещают в пределах от х_min до x_max , равных: x_min = k₁ +n_0, x_max = 2Htgα₂ + k_1. Для углового соединения эти значения соответственно равны: x_min=n_o, x _max – 2Htgα₂.

Контроль  односторонних швов тавровых и угловых  соединений с К-образной разделкой или без нее при отсутствии обратной подварки корня шва ведется по схеме I (рисунок 2.12) прямым и однократно отраженным лучами.

 

 

Рисунок 2.12- Контроль односторонних швов: а-тавровых, б-угловых.

 

Если швы  доступны для контроля, целесообразен контроль со стороны, противоположной разделке, т.к. при этом улучшаются условия прозвучивания  верхней части шва.

Выбор пределов перемещения x_min и x_mаx и установление соответствующего рабочего участка на экране дефектоскопа тавровых и угловых соединений с V-образной разделкой аналогичны рассмотренному при контроле этих соединений с К-образной разделкой.

Тавровые  и угловые соединения, выполненные  с V-образной разделкой или без  разделки с конструктивными непроварами и недоступные для контроля со стороны основного элемента или полки, рекомендуется контролировать со стороны привариваемого элемента: односторонние соединения - однократно отраженным лучом, а двусторонние – прямым лучом.

При  контроле односторонних соединений максимум эхо-сигнала от конструктивного непровара располагается на заднем фронте строб-импульса, а при контроле двусторонних соединений - па переднем. Внутренние трещины, как правило, начинаются от зазора между основным и припариваемым элементами. Максимумы эхо-сигналов от них могут быть несколько смещены влево или вправо относительно заднего (в односторонних соединениях) или переднего (в двусторонних соединениях) фронтов строб-импульса.

Шлаковые  включения обычно находятся в  корневой части шва, и положение максимумов эхо-сигналов от них на экране дефектоскопа аналогично положению максимумов эхо-сигналов от трещин в корне шва.

Контроль сварных соединений в абсолютном большинстве случаев  осуществляют при сканировании преобразователем вручную (ручной контроль). При ручном контроле вследствие нарушения заданных параметров сканирования могут быть пропущены дефекты с малыми условными размерами. Для повышения вероятности обнаружения малых дефектов применяют приспособления для соблюдения параметров ручного сканирования и устройства механизированного и автоматизированного контроля.

Развитие автоматизации  ультразвукового контроля идет по пути повышения многофункциональности  и внедрения роботизации операций сканирования и измерения. Быстродействующие  средства контроля создаются на основе применения аналоговых и цифровых методов обработки многомерного сигнала, а также многоканальных акустических систем с одновременным или коммутируемым действием. В координатах амплитуда, частота, время строятся двух- и трехмерные изображения акустических полей, что позволяет оценивать структуру отражающей поверхности.

Автоматический контроль целесообразен для протяженных  сварных швов, так как для швов малой протяженности затраты  на подготовку, установку и настройку  аппаратуры неоправданно велики. Тонкие швы (до 5—6 мм) контролируют одним, а более толстые швы (20—40 мм) — несколькими преобразователями, захватывающими всю толщину шва, так что поперечное сканирование не требуется. Более толстые швы автоматически контролируют с продольно-поперечным сканированием.

Механизированное сканирование позволяет облегчить труд оператора, исключить ошибки, связанные с несоблюдением регламента сканирования при поиске дефектов, а в некоторых случаях даже повысить общую производительность контроля (с учетом подготовительно-вспомогательных операций).

В механизированных установках применяют  три способа поиска дефектов:

а) если неизвестно распределение  дефектов в сварном соединении, производят равномерное прозвучивание металла  шва;

б) когда имеют предварительные  сведения о распределении дефектов, более тщательно прозвучивают места их нахождения – неравномерный поиск;

в) используется текущая информация о дефектах при помощи ЭВМ.

 

Повышение производительности и достоверности  ульразвукового контроля возможно с  применением малогабаритных установок, имеющих многоканальный дефектоскоп и многоэлементные акустические системы, а также при использовании методик экспресс-диагностики.

Постоянно возрастающие объемы неразрушающего контроля объектов и оборудования, имеющих критические сроки эксплуатации, требуют увеличения производительности контроля и повышение достоверности  наиболее широко применяемых методов - рентгеновского и ручного ультразвукового.

Быстрое развитие электроники позволяет создать многоканальные дефектоскопы, имеющие небольшие габариты и вес, а наряду с применением многоэлементных акустических блоков, существенно расширить возможности ультразвукового контроля.

Рисунок 2.13 - Дефектоскоп Epoch IV

 

Panametrics - NDT EPOCH 4 цифровой дефектоскоп, который сочетает в себе мощные возможности измерения, внутренний регистратор данных и большой набор программного обеспечения для решения широкого спектра задач. Регистратор данных большей емкости. Функции обработки сигналов включают 25 МГц диапазон для тестирования тонких материалов, настраиваемый генератор прямоугольных импульсов для оптимальной проницаемости толстых или размягченных материалов и узкополосные фильтры для улучшения соотношения сигнал - шум при измерениях, требующих высокой мощности. ЕРОСН 4 обладает прочным корпусом и удобно организованной клавиатурой прямого доступа и предлагает на выбор жидкокристалический (ЖК) или электролюминиесцентный дисплей (ЭЛ) высокого разрешения. Регистратор данных большой емкости позволяет сохранять данные на месте проведения работ с последующей передачей на ПК, посредством гибкой интерфейсной программы.

Простота и удобство работы, прочный корпус, большой дисплей и функциональная клавиатура с цветными клавишами ЕРОСН 4 позволяет легко и быстро производить измерения в тяжелых условиях. Клавиши увеличения мощности, заморозки, сохранения толщины и формы волны, ввод, сгруппированны вместе, что позволяет нажимать на них большим пальцем и работать с прибором  одной рукой при установке всех параметров. Пять функциональных кнопок дают прямой доступ к предустановленным значениям параметров, которые могут быть изменены оператором.

Технические характеристики.

• Настраиваемая узкополосная фильтрация . 
• Генератор прямоугольных импульсов или генератор импульсов ударного возбуждения Легкий, эргономичный дизайн. Вес 2,6 кг.  
• Быстрый, частота обновления минимум 60 Гц . 
• Мощная NiMH аккумулятор большой емкости.  
• Большой, яркий, с высоким разрешением ЭЛ или ЖК дисплей.  
• Автоматическая калибровка преобразователей.  
• Диапазон прозвучивания от 1 до 10,000 мм по стали (продольная волна) . 
• Фиксация на дисплее формы волны и данных . 
• Представление данных в дюймах, миллиметрах, или микросекундах . 
• Возможность удержания и запоминания импульса . 
• Режим «электронная лупа» . 
• Сигнализация, по амплитуде {+/-) или минимальной глубине . 
• Режим измерения «эхо - эхо» . 
• Кодовый ключ для возможности наращивания опционального программного обеспечения.

 

Малогабаритная установка  измерительная ультразвуковая серии "Сканер" модель "СКАРУЧ" (УИУ "СКАРУЧ") предназначена для оперативного обнаружения и определения характеристик дефектов в сварных соединениях и основном металле трубопроводов, сосудов и металлоконструкций с толщиной стенки 4...60 мм и проведения толщинометрии изделий толщиной до 100мм. Внешний вид установки представлен на рисунке 2.14.