ультразвуковой контроль теория и практика
Ультразвуковой контроль – самый универсальный метод НК
Для чего проводят ультразвуковой контроль
В силу всех этих факторов ультразвуковой контроль всё чаще противопоставляют радиографическому. В пользу первого говорит ещё и то, что он безвреден для человеческого здоровья. Приборы для УЗК хороши своей портативностью, удобство работы в полевых условиях, большим многообразием датчиков, призм, сканеров и прочих принадлежностей для самых разных задач дефектоскопии.
Ультразвуковой контроль сварных соединений: последовательность действий
5) расшифровку данных, оформление заключения. Обычно дефекты классифицируются на допустимые и недопустимые по амплитуде, протяжённые и непротяжённые, поперечные, в корне и в сечении шва. Формат заключения/протокола/акта по результатам УЗК утверждается в нормативно-технической документации на контроль и согласовывается с заказчиком. Запись дефектов осуществляется с использованием условных обозначений, указанием глубины залегания, координат относительно начала отсчёта, амплитуды, протяжённости и пр. Чтобы упростить выборку дефекта и ремонт ОК, рекомендуется указывать начальные и конечные координаты каждого дефекта. В зависимости от того, какие дефекты обнаружены и какими параметрами они обладают, объект контроля относят к категории «годен», «ремонтировать» или «вырезать».
На каких объектах практикуется ультразвуковой контроль
Виды ультразвукового контроля
Заканчивая этот блок, нельзя не сказать и об ультразвуковой толщинометрии (УЗТ). Измерение толщины металла – один из ключевых способов коррозионного мониторинга. По результатам УЗТ можно судить об остаточном ресурсе конструкции (механизма, оборудования и пр.).
Как и в ультразвуковом контроле, принцип построен на использовании импульсов, которые излучает преобразователь. Прибор измеряет скорость, за которую они проходят через стенку. Если конкретнее, то известно 3 основных режима:
1) однократного эхо-сигнала. Измеряется время, которое проходит между начальным импульсом возбуждения и первым эхо-сигналом. Значение корректируется с учётом толщины протектора ПЭП, компенсации степени изнашивания и слоя контактной среды;
2) однократного эхо-сигнала линии задержки. Измеряется время от конца линии задержки до первого донного эхо-сигнала;
3) многократных эхо-сигналов. Измеряется время прохождения между донными эхо-сигналами.
Дефектоскопы и другое оборудование для ультразвукового метода контроля
Помимо этого, в УЗК активно применяются различные призмы, координатные устройства и сканеры. Для настройки и калибровки не обойтись без стандартных образцов (СОП, СО) и настроечных мер. Для улучшения акустического контакта на поверхность объекта предварительно наносят контактную жидкость/гель.
Для проведения УЗТ требуется толщиномер. Такой прибор технически проще, компактнее, дешевле классического дефектоскопа.
Обучение и аттестация специалистов по ультразвуковому методу контроля
По завершении обучения необходимо сдать квалификационный экзамен, состоящий из теоретической и практической части.
Разумеется, в каждом учебном центре есть своя библиотека методической и образовательной литературы. Дополнительно к этому можно почитать «классику» учебников по УЗК – труды И.Н. Ермолова, В.Г. Щербинского, В.В. Клюева, А.Х. Вопилкина и др. Посмотреть информацию об изданиях можно в специальном разделе «Библиофонд» онлайн-библиотеки «Архиус».
Для тех, кто открыт для новых знаний и обмена опытом, на форуме «Дефектоскопист.ру» предусмотрен свой раздел. Начать рекомендуем с веток «Изучение УЗ-контроля» и «Обучение УЗК».
Ультразвуковой контроль теория и практика
ГОСТ Р ИСО 16810-2016
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Non-destructive testing. Ultrasonic testing. General principles
Дата введения 2017-09-01
1 ПОДГОТОВЛЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 357 «Стальные и чугунные трубы и баллоны», Негосударственным образовательным учреждением дополнительного профессионального образования «Научно-учебный центр «Контроль и диагностика» («НУЦ «Контроль и диагностика») и Открытым акционерным обществом «Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности» (ОАО «РосНИТИ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 357 «Стальные и чугунные трубы и баллоны»
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
Введение
Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 16810:2012, который был подготовлен Техническим комитетом ISO/TC135 «Неразрушающий контроль», подкомитетом SC3 «Ультразвуковой контроль».
Настоящий стандарт взаимосвязан со следующими стандартами:
1 Область применения
Настоящий стандарт определяет общие положения, необходимые для проведения ультразвукового контроля промышленной продукции, в которой возможно распространение ультразвука. Конкретные условия применения и проведения ультразвукового контроля, зависящие от типа контролируемого изделия, описываются в документации, включающей в себя:
— стандарты на продукцию;
— спецификации на продукцию;
Требования настоящего стандарта должны применяться, если в перечисленной выше документации не указаны другие требования.
Настоящий стандарт не определяет:
— объем контроля и схемы сканирования;
2 Нормативные ссылки
EN 12668-1 Non-destructive testing. Characterization and verification of ultrasonic examination equipment. Instruments (Контроль неразрушающий. Определение характеристик и проверка оборудования для ультразвукового контроля. Часть 1. Инструменты)
EN 12668-2 Non-destructive testing. Characterization and verification of ultrasonic examination equipment. Probes (Контроль неразрушающий. Определение характеристик и проверка оборудования для ультразвукового контроля. Часть 2. Пробы)
EN 12668-3 Non-destructive testing. Characterization and verification of ultrasonic examination equipment. Combined equipment (Неразрушающий контроль. Определение характеристик и проверка оборудования для ультразвукового контроля. Часть 3. Комбинированное оборудование)
3 Квалификация и сертификация персонала
Контроль должен проводиться только подготовленными операторами, квалифицированными в соответствии с ИСО 9712.
Требования к квалификации и сертификации установлены в стандартах на продукцию и (или) в других документах.
4 Информация, предоставляемая перед контролем
Перед проведением контроля должна быть предоставлена следующая необходимая информация:
— квалификация и сертификация персонала;
— окружающие условия и состояние объекта контроля;
— требования к письменной процедуре контроля;
— дополнительные требования к подготовке поверхности сканирования;
— чувствительность контроля и способ настройки чувствительности;
— требуемые уровни оценки и регистрации;
— участки контроля, включая схемы сканирования;
— требования к протоколу контроля.
5 Основы проведения ультразвукового контроля
5.1 Область применения
Ультразвуковой контроль основан на распространении ультразвуковых волн через объект контроля и регистрации сигнала прошедшей волны (теневой метод) либо сигнала, отраженного или рассеянного от любой поверхности или дефекта (эхо-импульсный метод).
При контроле указанными методами может использоваться совмещенный преобразователь, который выполняет функции как излучателя, так и приемника; раздельно-совмещенный преобразователь; раздельные преобразователи, работающие один на излучение, другой на прием. При контроле в обоих методах могут использоваться промежуточные отражения от одной или нескольких поверхностей объекта контроля. Контроль может быть выполнен ручным способом или с использованием полуавтоматического или автоматического оборудования, при этом может использоваться контактный, щелевой, иммерсионный или другие способы контакта в зависимости от конкретных условий контроля.
5.2 Типы волн и направление распространения звука
Чаще всего используются продольные и поперечные волны, они распространяются перпендикулярно, либо под углом к поверхности контролируемого изделия. Также по согласованию могут быть использованы другие типы волн, например волны Лэмба или волны Рэлея.
Выбор типа волны и направление ее распространения зависит от целей контроля и должен учитывать свойства отражения от плоскостных отражателей. За исключением случая, когда используется волна Лэмба, направление распространения волны при использовании эхо-импульсного метода и совмещенного преобразователя, по возможности, должно быть перпендикулярно к плоскости отражателя.
5.3 Теневой метод
Метод основан на измерении ослабления сигнала после прохождения ультразвуковой волны через объект контроля.
Для измерения могут использоваться следующие сигналы:
b) любой другой сигнал, либо введенный непосредственно (прямой), либо в промежутке отраженный от поверхности(ей) объекта контроля.
Более подробная информация о данном методе приведена в ИСО 16823.
5.4 Эхо-импульсный метод
В данном методе оценивается отраженный или рассеянный сигнал от любой границы раздела двух сред внутри объекта контроля. Характеристиками отраженного сигнала являются амплитуда и положение на временной оси развертки, последняя зависит от расстояния между отражателем и преобразователем. Местоположение отражателя определяется по известному расстоянию до него, по направлению распространения звука и по местоположению преобразователя.
Амплитуду сигнала рекомендуется измерять относительно:
a) кривой коррекции амплитуды от расстояния (DAC-кривая) или серии DAC-кривых, построенных по искусственным отражателям (боковое отверстие, отверстие с плоским дном или паз и т.д.), выполненным в одном или нескольких настроечных образцах;
b) зависимости амплитуды от расстояния для эквивалентного отражателя (DGS-диаграмма);
c) эхо-сигналов от соответствующих пазов;
d) эхо-сигналов от бесконечной плоскости, расположенной перпендикулярно к акустической оси (например, донного эхо-сигнала).
Перечисленные способы приведены в ИСО 16811.
Дополнительную информацию о форме и размере отражателей можно получить, используя другие способы. Эти способы основаны, например на оценке изменения амплитуды сигнала по мере перемещения преобразователя, на измерении расстояния или спектральном анализе частоты.
Ультразвуковой контроль сварных швов, и как он проводится
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.
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:
На сегодняшний день в промышленности применяют пять основных методов проведения УЗК (ГОСТ 23829 – 79), которые отличаются между собой только способом регистрации и оценки данных:
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
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:
Подобную УЗД возможно осуществить в следующих металлах:
УЗД проводится в геометрических рамках:
Проверки подвергаются следующие виды швов:
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.
УЗК чаще всего применяется:
Ультразвуковой неразрушающий контроль
Сварные соединения и швы требуют постоянного контроля качества, вне зависимости от давности установки. Проверка производится с помощью различных методов, наиболее точным является ультразвуковой контроль. Методика проверки сварных швов используется с начала прошлого столетия, пользуется популярностью ввиду точных показателей, выявления малейших недочетов. Как показывает практика, внутри сварочного шва могут быть скрытые дефекты, которые напрямую влияют на качество соединения, ультразвуковая дефектоскопия помогает выявить мельчайшие детали, недостатки.
Ультразвуковой метод и его технология
Технология ультразвукового контроля используется производством, промышленностью с момента развития радиотехнического процесса. Эффект и устройство технологии в том, что ультразвуковые волны акустического типа не меняют прямолинейную траекторию движения при прохождении однородной среды. Ультразвуковой метод используется также при проверке металлов и соединений, имеющих различную структуру. Такие случаи подразумевают, что происходит частичный процесс отражения волн, зависит от химических свойств металлов, чем больше сопротивление звуковых волн, тем сильнее воздействует эффект отражения.
Дефектоскопия или ультразвуковой контроль не разрушают соединения по структуре. Технология проведения ультразвуковой диагностики включает поиск структур, не отвечающих по химическим или физическим свойствам показателям, любые отклонения считаются дефектом. Показания колебаний рассчитываются по формуле L=c/f, где L описывает длину волны, Скорость перемещения ультразвуковых колебаний, f частоту колебаний. Определение дефекта происходит по амплитуде отраженной волны, тем самым возможно вычислить размер недочета.
Процесс ультразвукового метода
Сварные соединения подразумевают работу с наличием газовых ванн, испарения которых не всегда успевают удалиться в окружающую среду. Ультразвуковой метод контроля позволяет выявить газообразные вещества в сварных соединениях, за счет сопротивления волн. Газообразная среда веществ обладает сопротивлением в пять раз меньшим по отношению к кристаллической решетке металлических материалов. Ультразвуковой контроль металла позволяет вывить среды за счет отражения колебаний.
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:
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.
Виды ультразвукового контроля
Операция контроля сварного шва позволяет определить расстояние до дефекта по временной шкале распространения отражения, размер амплитуды, ширины акустической волны.
В настоящем времени существует несколько способов, которыми проводится ультразвуковой контроль, основанием служит ГОСТ-23829, основные отличия происходят в оценке, регистрации данных:
Наиболее популярными являются теневой и эхо – импульсный методы, остальные реже ввиду требуемой настройки оборудования и неудобного использования инструментов.
Как проводится ультразвуковая дефектоскопия
Процесс проверки ультразвуковым оборудованием относится практически ко всем типам металлов, чугуне, меди, стали и других легированных соединениях.
Проведение дефектоскопии ультразвуковым методом
Существует определенный стандарт выполнения проверочных работ, которому необходимо придерживаться:
Сварочные швы основываются на контроле, достаточным проверкой УЗД. При соответствующей квалификации оператора, правильно настроенном оборудовании, возможно получить исчерпывающий ответ о наличии дефектов. При тех случаях, когда применяются более подробные исследования сварных швов, используют гамма — дефектоскопию или рентгенодефектоскопию. Рамки применения теневого метода ультразвуковой дефектоскопии и других способов существуют, основные дефекты, которые возможно выявить с помощью УЗД:
Ультразвуковой диагностике подвержены различные типы швов, плоские, продольные, кольцевые, сварные трубы и стыки, а также тавровые соединения. Методика проверки швов применяется не только крупными производственными предприятиями, а также на строительных площадках, при возведении помещений. Чаще всего УЗД используется:
К работе с дефектоскопом допускаются лица, имеющие удостоверение, ознакомленные с правилами техники безопасности. Сварные стыки могут находиться в замкнутых пространствах, на высоте, труднодоступных местах, перед работой оператор проходит дополнительный инструктаж, работа контролируется отделом охраны труда. Работа производится с заземленным аппаратом, сечением провода не менее 2.5 мм. Категорически запрещается использовать оборудование вблизи сварочных работ в отсутствие специальной защиты.
Параметры оценки результатов
Аппарат настраивается путем определения наименьшего размера дефекта на эталонной детали. В роли эталонов выступают расположенные перпендикулярно направлению прозвучивания отверстия плоскодонного типа. Используются эталонные детали также с боковыми прорезями, зарубками.
Результаты ультразвукового контроля
Минимальным расстоянием между дефектами обуславливается разрешающая способность для эхо – метода, это делается, чтобы определить несколько различных дефектов.
Оценка качества сварных соединений при ультразвуковом контроле происходит по следующим параметрам:
Длинна сварного дефекта определяется расстоянием перемещения излучателя по отношению к зафиксированному показанию сигналов с прибора. Способ определяется также для определения ширины дефекта. По разнице времени излученной, отраженной форме волны от дефекта определяется высота дефекта.
Факторы, влияющие на результат
Определение точного значения дефекта при ультразвуковой проверке практически невозможно. Именно поэтому, за основу берется площадь эталонного изделия. Максимально допустимыми параметрами являются эквивалентные величины, которые сопоставляются с эталоном. Стоит учитывать, что вычисленная площадь, практически во всех случаях, меньше настоящего размера.
Результаты дефектоскопии ультразвукового типа оформляются в специально отведенном журнале, согласно ГОСТ-14782. При регистрации проверки в обязательном порядке проставляются:
К описанию характеристик в журналах при проверке применяются сокращения. Прописная буква А указывает на то, что дефект и его протяженность не переступает технические условия. Буквы Б, В характеризуют протяженность дефекта по нарастающей. Цифрами следом обозначается количество дефектов, их размеры, глубину.
Дефекты сварных швов
Определение формы дефекта происходит за счёт специальной методики, основой данных является эхо-сигнал, отображаемый дефектоскопом. Точность показаний определяется квалификацией оператора, его внимательностью, тщательность проведения. Измеряемые показатели должны быть в соответствии с инструкцией.
Достоинства и недостатки ультразвукового контроля труб
Ультразвуковым контролем возможно определить несоответствия во всех видах соединений, пайке, склейке, сварки и т.к. Процедура позволяет выявить большое количество недочетов:
Основными преимуществами проведения неразрушимой акустической дефектоскопии являются:
Плюсы и минусы ультразвукового контроля
Проведения работ со сложным оборудованием требует обученного, опытного персонала. Ультразвуковой контроль швов не исключение, а также требуется подготовка сварного шва по определенным показателям:
Каждый из способов проверки имеет недостатки, проверка КЗД металлов не исключение. К основным отрицательным сторонам можно отнести:
Преимущества и проблемные вопросы метода
Для проверки понадобится дефектоскопы и преобразователи, набор эталонов, образцов, предназначенных для калибровки и настройки оборудования. Определение расположения, места дефектов производится с помощью линейки координатного типа, вспомогательные приспособления понадобятся для зачистки, смазки проверяемого шва.
Проверенный сварной шов гарантирует надежность, прочность конструкции при эксплуатации. Существуют определенные нормативы, по которым изделие вводится в эксплуатацию или дорабатывается дальше.
В особенности проверка применяется в тяжелых условиях использования приспособлений.