5.3 Сварные швы

При выборе схемы прозвучивания сварных соединений в первую очередь исходят из возможности полноты прозвучивания поперечного сечения сварного соединения осью УЗ пучка и вероятности выявления наиболее опасных плоскостных дефектов (трещин, непроваров, несплавлений). Кроме того, обычно ставят условие контроля корня сварного шва прямым лучом. Помимо наплавленного металла и зоны сплавления УЗ контролю подвергают также околошовную зону. В энергетике принята следующая величина этой зоны:

а) для сварных соединений, выполненных дуговой сваркой:

- при номинальной толщине сваренных элементов до 5 мм включительно - не менее 5 мм;

- при номинальной толщине сваренных деталей свыше 5 до 20 мм включительно - не менее их номинальной толщины;

- при номинальной толщине сваренных деталей свыше 20 мм - 20 мм;

б) для сварных соединений, выполненных электрошлаковой сваркой: - при номинальной толщине свариваемых элементов до 100 мм включительно - не менее 50 мм;

- при номинальной толщине сваренных деталей свыше 100 мм не менее (0,25Н + 25 мм), где Н, мм - номинальная толщина сваренных деталей.

Полнота прозвучивания зависит от типа сварного соединения, его толщины, конфигурации поверхностей контроля и противоположных поверхностей, наличия конструктивных элементов, ограничивающих перемещение преобразователя (ПЭП).

В общем случае прозвучивание всего сечения сварного шва акустической осью возможно при условии

,

где b₁, b₂ – ширина верхнего и нижнего валиков усиления соответственно:

₁, ₂ – углы ввода при контроле прямым и однократно отраженным лучами соответственно;

n – стрела преобразователя;

w – расстояние от края нижнего валика до точки пересечения акустической оси с нижней поверхностью изделия.

Типы наиболее опасных дефектов, их пространственная ориентация и место расположения зависят от конструкции сварного соединения, применяемых материалов, технологии сварки, вида термообработки. Поэтому схема прозвучивания должна разрабатываться на основе статистических данных распределения несплошностей, полученных металлографическими исследованиями сварных проб, либо путем анализа накопленного опыта дефектоскопии аналогичных конструкций. Наиболее опасны трещины, ориентированные поперек шва, то есть перпендикулярно растягивающим напряжениям. Они располагаются в вертикальной плоскости обычно в наплавленном металле и зоне термического влияния. Наиболее часто поперечные трещины возникают в корневой зоне швов, выполненных двусторонней сваркой без подогрева. Они имеют слабошероховатую поверхность, что затрудняет их обнаружение.

Стыковые сварные соединения толщиной до 20 мм обычно контролируют с одной поверхности прямым и однократно отраженным лучом наклонным ПЭП с углом ввода 65°-73°, расположенным перпендикулярно оси шва. Иногда для тонкостенных швов может быть применен контроль многократно отраженным лучом. В этом случае из-за переотражения УЗ волны от стенок и дефекта, трещины по существу становятся ненаправленными отражателями, и вероятность их обнаружения повышается. Для выявления поперечных дефектов стыковые сварные соединения контролируют путем перемещения наклонного ПЭП вдоль оси сварного шва. При отсутствии усиления ПЭП перемещают непосредственно по поверхности шва. Если шов имеет усиление, наклонный ПЭП перемещают под небольшим углом (10-30)° к продольной оси шва. Контроль выполняют в двух направлениях - с разворотом ПЭП на 180° - прямым и однократно отраженным лучом.

Стыковые сварные соединения толщиной от 20 до 60 мм контролируют либо с двух поверхностей прямым лучом, либо с одной - прямым и однократно отраженным лучом. Для повышения эффективности выявления дефектов в приповерхностной зоне может быть дополнительно введен контроль однократно или двукратно отраженным лучами. Прямой луч вводят под углом 65°-70°, а однократно отраженный - под углом 45°- 50°.

Стыковые сварные соединения толщиной свыше 60 мм контролируют с четырех сторон с двух поверхностей наклонными ПЭП с двумя углами ввода: приповерхностную зону под углом 65°-70°, все сечение - под углом (45±5)°. Для повышения эффективности выявления вертикально ориентированных дефектов рекомендуют применение схемы тандем рисунок 6).

Рис.6 – Контроль по схеме «тандем»

Используют однотипные наклонные ПЭП с углами ввода (45±5)°, включенные по раздельной схеме и расположенные друг за другом на одной линии. Преобразователи закрепляют в конструкции, представляющей собой линейку с возможностью изменения и фиксирования расстояния между преобразователями, при фиксированном расстоянии (базе) ПЭП, контролируется достаточно тонкий слой изделий на определенной глубине. Поэтому схему тандем применяют либо для контроля одного тонкого слоя сварного соединения (например, корня сварного шва), либо контролируют сварной шов в несколько проходов, последовательно изменяя базу для перекрытия необходимого диапазона по толщине. При использовании схемы тандем приповерхностные области сварного соединения толщиной около 0,1 толщины шва являются мертвой зоной и не контролируются.

При использовании схемы тандем требуется зона сканирования, значительно большая чем при обычном контроле наклонным ПЭП прямым лучом. Если зона сканирования на изделии ограничена конструктивными элементами, и схему тандем в классическом варианте применить невозможно, для выявления вертикальных дефектов можно применить модифицированный способ тандем с трансформацией волн [1]. Сущность способа заключается в том (рис. 7), что излучатель И возбуждает продольную волну, которая, отразившись от донной поверхности изделия, попадает на дефект. На дефекте при отражении происходит трансформация продольной волны в поперечную, которая и попадает на приемную часть П ПЭП.

Рис. 7. Применение модифицированного способа тандем для выявления несплошностей с вертикальной ориентацией. L - продольная волна;

Т - поперечная волна; д - дефект; И -излучающая часть ПЭП;

П - приемная часть ПЭП

Наиболее широко применяемые схемы прозвучивания тавровых и нахлесточных сварных соединений приведены в [1]. Углы ввода наклонных ПЭП при контроле со стороны притыкаемого элемента выбирают в зависимости от его толщины так же, как и для стыковых соединений. При контроле со стороны основного элемента обычно применяют угол ввода (45±5)°. ПЭП головных волн (ПГВ), указанные на схемах, обычно применяют как дополнительное средство контроля для выявления подповерхностных дефектов с ориентацией, перпендикулярной поверхности контроля. При выборе конкретной схемы прозвучивания следует учитывать как наличие конструктивных ограничителей, так и соотношение толщин свариваемых элементов. Так, например, при большой толщине основного и малой толщине притыкаемого элементов таврового сварного соединения неэффективен контроль со стороны основного элемента.