Ultraljudsprovning av svetsfogar, metoder och teknik för provning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Det finns praktiskt taget ingen industri där svetsning inte utförs. De allra flesta metallkonstruktioner är monterade och sammankopplade med hjälp av svetsfogar. Naturligtvis beror kvaliteten på denna typ av arbete i framtiden inte bara på tillförlitligheten hos byggnaden, strukturen, maskinen eller någon enhet som byggs, utan också på säkerheten för människor som på något sätt kommer att interagera med dessa strukturer. Därför, för att säkerställa korrekt prestandanivå för sådana operationer, används ultraljudstestning av svetsar, tack vare vilken det är möjligt att upptäcka närvaron eller frånvaron av olika defekter vid korsningen av metallprodukter. Denna avancerade kontrollmetod kommer att diskuteras i vår artikel.

Händelsehistorik

Ultrasonic feldetektering som sådan utvecklades på 30-talet. Den första riktigt fungerande enheten föddes dock först 1945 tack vare Sperry Products. Under de kommande två decennierna fick den senaste styrtekniken erkännande över hela världen, och antalet tillverkare av sådan utrustning ökade dramatiskt.

UltraljudFeldetektorn, vars pris idag börjar från 100 000 -130 000 tusen rubel, innehöll ursprungligen vakuumrör. Sådana enheter var skrymmande och tunga. De arbetade uteslutande från växelströmskällor. Men redan på 60-talet, med tillkomsten av halvledarkretsar, reducerades feldetektorer avsevärt i storlek och kunde fungera på batterier, vilket så småningom gjorde det möjligt att använda enheterna även under fältförhållanden.

Steg in i den digitala verkligheten

I de tidiga stadierna använde de beskrivna instrumenten analog signalbehandling, på grund av vilken de, liksom många andra liknande enheter, var föremål för drift vid tidpunkten för kalibreringen. Men redan 1984 lanserade Panametrics den första portabla digitala feldetektorn kallad EPOCH 2002. Från det ögonblicket har digitala enheter blivit mycket tillförlitlig utrustning, som helst ger den nödvändiga kalibrerings- och mätstabiliteten. Ultraljudsfeldetektorn, vars pris direkt beror på dess tekniska egenskaper och tillverkarens varumärke, fick också en dataloggningsfunktion och möjligheten att överföra avläsningar till en persondator.

I dagens miljö finns det mer och mer intresse för phased array-system, som använder sofistikerad teknik baserad på piezoelektriska element med flera element för att generera riktade strålar och skapa tvärsnittsbilder som liknar medicinsk ultraljudsavbildning.

Sfärapplikationer

Ultraljudskontrollmetod används i alla branscher. Dess användning har visat att den kan användas lika effektivt för att testa nästan alla typer av svetsfogar i konstruktion, som har en svetsad basmetalltjocklek på mer än 4 millimeter. Dessutom används metoden aktivt för att kontrollera lederna av gas- och oljeledningar, olika hydraul- och vattensystem. Och i fall som inspektion av tjocka sömmar som erhållits som ett resultat av elektroslaggsvetsning, är ultraljudsdetektering den enda acceptabla inspektionsmetoden.

Det slutgiltiga beslutet om huruvida en del eller en svets är lämplig för användning fattas på basis av tre grundläggande indikatorer (kriterier) - amplitud, koordinater, villkorliga dimensioner.

I allmänhet är ultraljudstestning exakt den metod som är mest fruktbar när det gäller bildbehandling i processen att studera sömmen (detalj).

Skäl till efterfrågan

Den beskrivna metoden för inspektion med hjälp av ultraljud är bra genom att den har en mycket högre känslighet och tillförlitlighet av indikationer i processen att upptäcka defekter i form av sprickor, lägre kostnad och hög säkerhet i användningsprocessen jämfört med klassiska metoder för radiografisk inspektion. Hittills har ultraljudstestning av svetsfogar använts i 70-80 % av inspektionsfallen.

Ultraljudsgivare

UtanAnvändningen av dessa enheter för oförstörande ultraljudstestning är helt enkelt otänkbar. Enheter används för att generera excitation och ta emot vibrationer från ultraljud.

Enheter är olika och klassificeras efter:

• Sättet att skapa en kontakt med testobjektet.
• Sättet att ansluta piezoelektriska element till den elektriska kretsen i själva feldetektorn och dislokationen av elektroden i förhållande till det piezoelektriska elementet.
• Orientering av akustiken i förhållande till ytan.
• Antal piezoelement (enkelt, dubbelt, multielement).
• Bandbredd för driftfrekvenser (smalband - mindre än en oktav bandbredd, bredband - mer än en oktav bandbredd).

Mätbara egenskaper hos defekter

GOST styr allt inom teknikens och industrins värld. Ultraljudstestning (GOST 14782-86) är inget undantag i denna fråga heller. Standarden specificerar att defekter mäts med följande parametrar:

• Ekvivalent område med defekt.
• Ekosignalamplitud, som bestäms med hänsyn till avståndet till defekten.
• Koordinater för defekten vid svetspunkten.
• Konventionella storlekar.
• Villkorligt avstånd mellan defekterna.
• Antalet defekter i den valda längden av svetsen eller fogen.

Feldetektordrift

Icke-förstörande testning, som är ultraljud, har sin egen användningsmetod, som anger att den huvudsakliga uppmätta parametern är amplituden för den erhållna ekosignalendirekt från defekten. För att differentiera ekosignaler efter amplitud är den så kallade avvisningskänslighetsnivån fast. Detta konfigureras i sin tur med Enterprise Standard Mall (SOP).

Början av driften av feldetektorn åtföljs av dess justering. För detta ställs avslagskänslighet in. Därefter, i processen med pågående ultraljudsstudier, jämförs den erhållna ekosignalen från den detekterade defekten med den fasta avstötningsnivån. Om den uppmätta amplituden överstiger förkastningsnivån, beslutar experter att en sådan defekt är oacceptabel. Sedan avvisas skarven eller produkten och skickas för revision.

De vanligaste defekterna på svetsade ytor är: bristande smältning, ofullständig penetrering, sprickbildning, porositet, slagginslutningar. Det är dessa överträdelser som effektivt upptäcks genom feldetektering med ultraljud.

Ultraljud alternativ

Under tiden har inspektionsprocessen utvecklat flera kraftfulla metoder för att undersöka svetsar. Ultraljudstestning ger ett ganska stort antal alternativ för akustisk undersökning av de övervägda metallstrukturerna, men de mest populära är:

• Echo-metod.
• Shadow.
• Mirror-shadow method.
• Echo Mirror.
• Delta-metod.

Metod nummer ett

Inom industri och järnvägstransporter används oftast ekopulsmetoden. Det är tack vare honom som mer än 90 % av alla defekter diagnostiseras, vilket blir möjligt tack vare registreringen och analysen av nästan alla signaler som reflekteras från defektens yta.

Denna metod i sig är baserad på ljudet av en metallprodukt med pulser av ultraljudsvibrationer, följt av deras registrering.

Fördelarna med metoden är:

- möjligheten till enkelriktad åtkomst till produkten;

- ganska hög känslighet för inre defekter;

- den högsta noggrannheten vid bestämning av koordinaterna för den upptäckta defekten.

Det finns dock också nackdelar, inklusive:

- lågt motstånd mot störningar från ytreflektorer;

- starkt beroende av signalamplituden på platsen för defekten.

Den beskrivna feldetekteringen innebär att upphittaren skickar ultraljudspulser till produkten. Svarssignalen tas emot av honom eller den andra sökaren. I detta fall kan signalen reflekteras både direkt från defekter och från den motsatta ytan av delen, produkten (sömmen).

Shadow method

Den är baserad på en detaljerad analys av amplituden av ultraljudsvibrationer som överförs från sändaren till mottagaren. I fallet när det finns en minskning av denna indikator indikerar detta närvaron av en defekt. I detta fall, ju större storleken på själva defekten är, desto mindre är amplituden för signalen som tas emot av mottagaren. För att få tillförlitlig information bör sändaren och mottagaren placeras koaxiellt på motsatta sidorföremål som studeras. Nackdelarna med denna teknik kan anses vara låg känslighet i jämförelse med ekometoden och svårigheten att orientera PET:er (piezoelektriska omvandlare) i förhållande till de centrala strålarna i strålningsmönstret. Det finns emellertid också fördelar, som är högt motstånd mot störningar, lågt beroende av signalamplituden på platsen för defekten och frånvaron av en död zon.

Mirror-shadow method

Denna ultraljudskvalitetskontroll används oftast för att inspektera svetsade armeringsförband. Huvudtecknet på att en defekt har upptäckts är försvagningen av signalamplituden, som reflekteras från den motsatta ytan (oftast kallad botten). Den största fördelen med metoden är den tydliga upptäckten av olika defekter, vars dislokation är svetsroten. Metoden kännetecknas också av möjligheten till enkel åtkomst till sömmen eller delen.

Echo mirror method

Det mest effektiva sättet att upptäcka vertikala defekter. Kontrollen utförs med två sonder, som flyttas längs ytan nära sömmen på ena sidan av den. Samtidigt utförs deras rörelse på ett sådant sätt att en sond fixerar signalen som sänds ut från en annan sond och reflekteras två gånger från den befintliga defekten.

Den största fördelen med metoden: den kan användas för att utvärdera formen på defekter, vars storlek överstiger 3 mm och som avviker i vertikalplanet med mer än 10 grader. Det viktigaste -använd prober med samma känslighet. Denna version av ultraljudsundersökning används aktivt för att kontrollera tjockväggiga produkter och deras svetsar.

Delta-metod

Den specificerade ultraljudstestningen av svetsar använder ultraljudsenergi som återutstrålas av defekten. Den tvärgående vågen som infaller på defekten reflekteras delvis spegelblankt, delvis omvandlas till en longitudinell våg, och återutstrålar även den diffrakterade vågen. Som ett resultat fångas de nödvändiga PET-vågorna. Nackdelen med metoden kan betraktas som rengöring av sömmen, den ganska höga komplexiteten att dechiffrera de mottagna signalerna under kontroll av svetsfogar med en tjocklek på upp till 15 millimeter.

Fördelar med ultraljud och finesser med dess tillämpning

Undersökning av svetsfogar med högfrekvent ljud är i själva verket oförstörande testning, eftersom denna metod inte kan orsaka några skador på den undersökta delen av produkten, men den bestämmer samtidigt ganska exakt förekomsten av defekter. Dessutom förtjänar särskild uppmärksamhet den låga kostnaden för det utförda arbetet och deras höga utförandehastighet. Det är också viktigt att metoden är absolut säker för människors hälsa. Alla studier av metaller och svetsar baserade på ultraljud utförs i intervallet från 0,5 MHz till 10 MHz. I vissa fall är det möjligt att utföra arbete med ultraljudsvågor med en frekvens på 20 MHz.

Analys av en svetsfog med hjälp av ultraljud måste nödvändigtvis åtföljas av ett helt komplexförberedande åtgärder, såsom rengöring av sömmen eller ytan som studeras, applicering av specifika kontaktvätskor på det kontrollerade området (speciella geler, glycerin, maskinolja). Allt detta görs för att säkerställa korrekt stabil akustisk kontakt, vilket i slutändan ger den nödvändiga bilden på enheten.

Oanvändbart och nackdelar

Ultraljudstestning är absolut irrationell att använda för att undersöka svetsfogar av metaller med en grovkornig struktur (till exempel gjutjärn eller en austenitisk svets med en tjocklek på mer än 60 millimeter). Och allt för att det i sådana fall finns en tillräckligt stor spridning och stark dämpning av ultraljud.

Det är inte heller möjligt att helt entydigt karakterisera den upptäckta defekten (volframinneslutning, slagginklusion, etc.).