Inspecția cu ultrasunete a îmbinărilor sudate, metodele și tehnologia de control

Nu există practic nicio industrie unde sudarea nu este efectuată. Majoritatea covârșitoare a structurilor metalice sunt montate și conectate împreună prin intermediul cusăturilor de sudură. Desigur, calitatea acestui tip de muncă în viitor depinde nu numai de fiabilitatea clădirii construite, a structurii, a mașinii sau a oricărei unități, ci și de siguranța persoanelor care vor interacționa cumva cu aceste structuri. Prin urmare, inspecția cu ultrasunete a cusăturilor de sudură este utilizată pentru a asigura un nivel corespunzător de performanță al acestor operații, datorită căruia este posibil să se detecteze prezența sau absența diferitelor defecte la joncțiunea produselor metalice. Despre această metodă avansată de control și vor fi discutate în articolul nostru.

Istoricul apariției

Detectarea defectelor ultrasonice ca atare a fost dezvoltată în anii 1930. Cu toate acestea, primul dispozitiv cu adevărat de lucru sa născut abia în 1945 datorită companiei Sperry Products. În următoarele două decenii, cea mai recentă tehnologie de control a fost recunoscută la nivel mondial, iar numărul producătorilor de astfel de echipamente a crescut dramatic.

Detectorul de defecte ultrasonice, al cărui preț începe astăzi de la 100.000 la 130000 de mii de ruble, a constat inițial din tuburi vidate. Astfel de dispozitive au fost greoaie și grele. Ei au lucrat exclusiv din surse de alimentare cu curent alternativ. Dar, încă din anii 1960, odată cu apariția circuitelor semiconductoare, detectoarele de defect au fost semnificativ reduse și au putut lucra din baterii, ceea ce a permis ca dispozitivele să fie utilizate chiar și pe teren.

Intrați în realitatea digitală

În stadiile incipiente, dispozitivele descrise au utilizat procesarea semnalelor analogice, care, la fel ca multe alte dispozitive similare, au fost predispuse la deviație în momentul calibrării. Dar, încă din 1984, compania Panametrics a dat startul primului detector portabil digital defect numit EPOCH 2002. De atunci, unitățile digitale au devenit echipamente extrem de fiabile, oferind în mod ideal stabilitatea necesară pentru calibrare și măsurători. Detectorul defectuos cu ultrasunete, al cărui preț depinde în mod direct de caracteristicile sale tehnice și de marca fabricantului, a primit și funcția de înregistrare a datelor și posibilitatea transmiterii citirilor pe un computer personal.

În condițiile moderne, interesul tot mai mare este atras de sistemele cu tablouri fazate, care utilizează o tehnologie complexă bazată pe elemente piezoelectrice multi-element care generează grinzi direcționate și creează imagini transversale similare imaginilor medicale cu ultrasunete.

Domeniul de aplicare

Metoda cu ultrasunete de control se aplică în orice direcție a industriei. Aplicarea sa a demonstrat că poate fi folosit la fel de eficient pentru a testa aproape toate tipurile de îmbinări sudate în construcții, care au o grosime sudată de metal de bază mai mare de 4 milimetri. În plus, metoda este utilizată în mod activ pentru a testa conexiunea îmbinărilor conductelor de gaze și petroliere, a diferitelor sisteme hidraulice și de alimentare cu apă. Și în astfel de cazuri, ca control al cusăturilor de grosime mare, obținute ca urmare a sudării electroslag, detectarea defectelor ultrasonice este singura metodă acceptabilă de control.

Decizia finală cu privire la compatibilitatea părții sau a cusăturii de sudură este realizată pe baza a trei indicatori de bază (criterii) - amplitudine, coordonate, dimensiuni condiționale.

În general, testarea cu ultrasunete este exact metoda cea mai fructuoasă din punct de vedere al formării imaginii în procesul de studiere a cusăturii (detalii).

Cauze relevante

Metoda descrisă de control cu ultrasunete este bună deoarece are o sensibilitate mult mai mare și fiabilitate a indicațiilor în procesul de detectare a defectelor sub formă de fisuri, costuri mai reduse și siguranță înaltă în timpul utilizării în comparație cu metodele clasice de inspecție radiografică. Până în prezent, inspecția cu ultrasunete a îmbinărilor sudate este utilizată în 70-80% din cazurile de inspecție.

Traductoare ultrasonice

Fără utilizarea acestor dispozitive, testarea ultrasonică nedistructivă este pur și simplu de neconceput. Dispozitivele servesc la formarea excitației, precum și la recepția oscilațiilor de ultrasunete.

Unitățile sunt diferite și sunt clasificate în funcție de:

• Metoda de a intra în contact cu produsul care face obiectul anchetei.
• Metoda de conectare a piezoelementelor la circuitul electric al detectorului defectuos și dislocarea electrodului față de elementul piezoelectric.
• Orientările sunt acustice în raport cu suprafața.
• Numărul de piezoelemente (unul, doi, multi-element).
• Lățimea banda de frecvențe de operare (bandă îngustă - o bandă mai mică de o octavă, bandă largă - lățime de bandă depășește o octavă).

Caracteristicile măsurate ale defectelor

În lumea tehnologiei și a industriei, GOST gestionează totul. Inspecția cu ultrasunete (GOST 14782-86) în această privință nu este de asemenea o excepție. Standardul reglementează faptul că defectele sunt măsurate prin următorii parametri:

• Zonă de defecte echivalente.
• Amplitudinea semnalului de ecou, care este determinată ținând seama de distanța la defect.
• Coordonatele defectului la punctul de sudare.
• Pentru dimensiunile condiționate.
• Distanța condiționată dintre defecte.
• Numărul defectelor la lungimea selectată a îmbinării sau sudurii.

Funcționarea detectorului defect

Testarea nedistructivă, care este ultrasonică, are o tehnică proprie de utilizare, care afirmă că principalul parametru măsurat este amplitudinea ecoului obținută direct din defect. Pentru a diferenția ecourile de magnitudinea amplitudinii, așa-numitul nivel de respingere al sensibilității este fixat. Acesta, la rândul său, este configurat utilizând o probă standard de întreprindere (SOP).

Începutul funcționării detectorului defect este însoțit de ajustarea acestuia. Pentru aceasta, este stabilită sensibilitatea de respingere. După aceasta, în timpul testelor efectuate cu ultrasunete, ecoul primit este comparat cu defectul detectat cu nivelul de respingere fix. În cazul în care amplitudinea măsurată depășește nivelul de respingere, specialiștii decid că un astfel de defect este inacceptabil. Apoi, cusătura sau produsul sunt respinse și trimise spre revizuire.

Cele mai frecvente defecte ale suprafețelor sudate sunt: nepătrunderea, penetrarea incompletă, crăparea, porozitatea, incluziunea zgurii. Acestea sunt aceste anomalii care detectează eficient detectarea defectelor utilizând ultrasunetele.

Opțiunile de cercetare cu ultrasunete

De-a lungul timpului, procesul de validare a primit mai multe metode valide pentru studierea îmbinărilor de sudură. Controlul cu ultrasunete oferă un număr destul de mare de opțiuni pentru studiul acustic al structurilor metalice în cauză, dar cele mai populare sunt:

• Metoda Echo.
• Shadow.
• Metoda Mirror-Shadow.
• oglindă Echo.
• Metoda delta.

Metoda numărul unu

Cel mai adesea în industria și transportul feroviar se folosește metoda echo-puls. Datorită lui, mai mult de 90% din toate defectele sunt diagnosticate, ceea ce este posibil datorită înregistrării și analizei aproape tuturor semnalelor reflectate de suprafața defectului.

În sine, această metodă se bazează pe sunetul unui produs metalic prin impulsuri de vibrații ultrasonice urmate de înregistrarea lor.

Avantajele metodei sunt:

- posibilitatea accesului unilateral la produs;

- sensibilitate destul de ridicată la defectele interne;

- cea mai mare precizie în determinarea coordonatelor defectului detectat.

Cu toate acestea, există dezavantaje, inclusiv:

- rezistență redusă la interferențe de la reflectorii de suprafață;

- o dependență puternică a amplitudinii semnalului de locația defectului.

Defectoscopia descrisă implică trimiterea unui pulsator ultrasonic la produs. Recepția semnalului de răspuns apare fie de el, fie de un al doilea căutător. În acest caz, semnalul poate fi reflectat atât direct de la defecte, cât și de pe suprafața opusă a piesei, produsul (cusătura).

Metoda Shadow

Se bazează pe o analiză detaliată a amplitudinii vibrațiilor ultrasonice transmise de la emițător la receptor. În cazul în care acest indicator scade, acest lucru indică un defect. În acest caz, cu cât este mai mare dimensiunea defectului în sine, cu atât este mai mică amplitudinea semnalului recepționat de receptor. Pentru a obține informații fiabile, emițătorul și receptorul trebuie amplasate coaxial pe părțile opuse ale obiectului studiat. Dezavantajele acestei tehnologii pot fi considerate sensibilitate scăzută în comparație cu metoda ecou și dificultatea orientării PES (traductoarele piezoelectrice) față de grinzile centrale ale modelului de direcție. Cu toate acestea, există avantaje care includ rezistența ridicată la interferențe, o mică dependență a amplitudinii semnalului de locația defectului și absența unei zone moarte.

Metoda Mirror-Shadow

Acest control al calității cu ultrasunete este utilizat cel mai adesea pentru a controla îmbinările sudate ale barelor de armare. Principalul semn că defectul este detectat este slăbirea amplitudinii semnalului, care se reflectă de pe suprafața opusă (cel mai adesea se numește partea de jos). Principalul avantaj al metodei este o detectare clară a diferitelor defecte, a căror dislocare este rădăcina cusăturii. De asemenea, metoda este caracterizată de posibilitatea accesului unilateral la cusătura sau la o parte.

Metoda echo oglindă

Cea mai eficientă modalitate de a detecta defectele localizate vertical. Verificarea se efectuează cu ajutorul a două PET-uri, care se deplasează de-a lungul suprafeței în apropierea cusăturii de o parte a acesteia. În același timp, mișcarea lor este făcută astfel încât să fixeze un semnal de la un PET emis de un alt PEP de către un PEP și reflectat de două ori de la defectul existent.

Principalul avantaj al metodei: cu ajutorul acestuia, este posibil să se evalueze forma de defecte, a căror valoare depășește 3 mm și care deviază în plan vertical cu mai mult de 10 grade. Cel mai important lucru este să folosiți un PEP cu aceeași sensibilitate. Această versiune de ultrasunete este utilizată activ pentru a testa produsele cu pereți groși și cusăturile lor de sudare.

Metoda delta

Această inspecție cu ultrasunete a sudurilor folosește energia cu ultrasunete emisă de defect. Unda transversală, care cade pe defect, este reflectată parțial într-o imagine oglindă, transformată parțial într-un val longitudinal și, de asemenea, re-emite un val difracționat. Ca urmare, undele PEP necesare sunt prinse. Dezavantajul metodei poate fi considerat o maturare a cusăturii, destul de complexă de descifrare a semnalelor recepționate în timpul controlului îmbinărilor sudate cu grosimi de până la 15 milimetri.

Avantajele ultrasunetelor și finețea aplicării lor

Investigarea îmbinărilor sudate cu ajutorul sunetului de înaltă frecvență este, de fapt, o testare nedistructivă, deoarece o astfel de metodă nu este capabilă să cauzeze deteriorări ale secțiunii investigate a produsului, dar în același timp determină destul de precis prezența defectelor. De asemenea, ar trebui acordată o atenție deosebită costului redus al lucrărilor și vitezei lor de execuție ridicate. De asemenea, este important ca metoda să fie absolut sigură pentru sănătatea umană. Toate studiile privind metalele și sudurile pe bază de ultrasunete sunt efectuate în intervalul de la 0,5 MHz până la 10 MHz. În unele cazuri, este posibil să se lucreze cu ajutorul undelor ultrasonice cu o frecvență de 20 MHz.

Analiza îmbinării sudate prin ultrasunete trebuie să fie însoțită de un întreg complex de măsuri pregătitoare, cum ar fi curățarea sudurii sau a suprafeței de testare, aplicând lichide specifice de contact (geluri cu scop special, glicerină, ulei de motor) în zona controlată. Toate acestea se fac pentru a asigura un contact stabil acustic stabil, care în cele din urmă oferă imaginea necesară pe dispozitiv.

Incapacitatea de a folosi și dezavantajele

Controlul cu ultrasunete este absolut irațional de aplicat pentru examinarea compușilor metalici sudați având o structură cu granulație grosieră (de exemplu, fontă sau sutură austenitică cu o grosime mai mare de 60 milimetri). Și toate pentru că în astfel de cazuri există o dispersie suficient de mare și o atenuare puternică a ultrasunetelor.

De asemenea, nu este posibilă caracterizarea fără echivoc a defectului detectat (includerea tungstenului, includerea zgurii etc.).