книги / Применения ультразвука

(а) Сварка с полным проплавлением — область затвердевания

(Ь) Сварка с частичным проплавлением — область схватывания

с) Сварка с полным проплавлением — сопло пропущено через отверстие

Рис. 7.58. Виды подготовки под сопловое сварное соединение

Тавровый сварной шов (Т-образное сварное соединение) по­ лучают при соединении двух пластин под прямым углом. Тавровая сварка может осуществляться при полном проплавлении сварива­ емого металла (рис. 7.56а) или частичном (рис. 7.56Ь). К сопловым относятся соединения, в которых одна труба соединяется с дру­ гой как ее патрубок, под прямым или иным углом. Как и в случае Т-образных соединений, проплавление может быть полным или частичным, чтобы пропускать жидкости или газы внутрь и обрат­ но. Есть и второй способ, когда патрубок просто водружается на трубу без отверстия, как подкос трубчатой структуры. Виды со­

пловых соединений показаны на рис. 7 .5 7 а и 7 .5 7 b, где сплошной линией обозначена стенка трубы.

На рис. 7.58 изображены некоторые типичные способы под­ готовки под сопловое сварное соединение. На схемах выделены стенка главной трубы или сосуда (остов) и стенка патрубка (штырь или сопло).

Если сварное соединение находится на одном уровне с ос­ новным материалом, возможно, понадобится осуществить трав­ ление области сварки, чтобы определить ширину соединения. Центральная ось сварки должна быть четко отмечена на скани­ руемой поверхности. Для V-образного соединения, сварное уп­ рочнение которого находится на уровне основного металла, цен­ тральную ось сварки можно найти, отметив ее двумя или тремя предположительными линиями (рис. 7.59).

Определение местоположения корня

Прямой зонд

Рис. 7.59. V-образное сварное соединение — определение местополо­ жения корня шва

(II)Визуальное обследование перед ультразвуковым тестиро­

ванием

Прежде чем приступить к тестированию, следует провести визу­ альную проверку, дабы убедиться в том, что на поверхности отсутс­ твуют выбросы металла из стыка и что поверхностьдостаточно глад­ кая для сканирования. Некоторые дефекты, такие как поднутрение, могут проявиться на поверхности, поэтому во время визуального обследования их, как правило, замечают. Если число этих дефектов превышает стандарты приемки, их нужно ликвидировать, прежде

чем проводить ультразвуковое обследование. Однако это не всегда возможно, поэтому во время ультразвуковоготестирования необхо­ димо соблюдать некоторые специальные меры предосторожности.

Другими дефектами, которые следует высматривать во время визуального обследования, являются неточное совмещение или несоответствие (рис. 7.60). Эти дефекты не всегда негативно вли­ яют на приемлемость сварки, но могут помешать последующему ультразвуковому обследованию.

Неточное совмещение

Рис. 7.60. Неточное совмещение

Источником неточного совмещения часто является расшире­ ние верхушки сварного соединения, потому что сварщик пытает­ ся замаскировать эту оплошность с помощью основного металла с какой-нибудь стороны. Следует обследовать основной металл прямым зондом на наличие дефектов, таких как расслоение, ко­ торые могут помешать исследованию сварного соединения на­ клонным зондом, а также оценить толщину основного металла.

Обследованию, как правило, подвергается полоса, кото­ рая превышает полную ширину зоны молчания для наклонного (обычно 70°) зонда. Рис. 7.61 иллюстрирует, что произойдет, если в основном материале присутствует расслоение. Наличие рассло­ ения заставляетлуч отражаться вверх, и это отражение может быть ошибочно принято за нормальное отражение от наплавленного корня сварного шва. По этой причине можно упустить из виду де­ фект неполного проплавления.

Настройка чувствительности в данном обследовании долж­ на осуществляться согласно соответствующим техническим тре­ бованиям или практическому руководству. При обследовании основного металла используется совмещенный или раздельносовмещенный зонд, имеющий частоту от 2 до 6 МГц. В данном

что быстрым и эффективным способом обнаружения трещин на верхней поверхности (в ферромагнитных материалах) является магнитопорошковая дефектоскопия. Поэтому ультразвуковое об­ следование часто проводится лишь для того, чтобы обнаружить трещины на нижней поверхности. Если верхушка сварного со­ единения не выровнена, как показано на рис. 7.62, сканирование осуществляется параллельно центральной оси сварки, а зонд на­ клоняют в сторону центра. Так как у трещины обычно неровные края, часть энергии, по всей вероятности, отразится обратно к преобразователю. Более надежным способом является использо­ вание сразу двух зондов, один из которых играет роль передатчи­ ка, а другой —приемника.

Центральная ось сварного шва

Рис. 7.62. Исследование поперечной трещины

Если сварное соединение выровнено, то для того, чтобы полу­ чить картину сварки целиком, осуществляют сканирование вдоль центральной оси, а также параллельно оси с одной из сторон во всех направлениях.

(VI) Определение местоположения, размера и природы дефекта

Если в результате подобных исследований обнаруживают какой-нибудь дефект, следующим шагом будет тщательное об­ следование с целью выявления таких характеристик:

1)Точное местоположение дефекта в сварном шве;

2)Тип дефекта;

3)Размер дефекта;

4)Природа и происхождение;

5)Направление и т.д.

После тщательного обследования корня путем зондирова­ ния с одной из сторон относительно центральной линии сварки, проводится второе сканирование аналогичным образом, только с другой стороны, чтобы подтвердить результаты, полученные в процессе первого сканирования. К тому же, второе сканирование помогает интерпретировать две другие разновидности дефектов в области корня. Первая разновидность показана на рис. 7.63. К ней относятся маленькие шлаковые включения и газовые поры, находящиеся прямо над корнем.

Рис. 7.63. Исследование дефектов в корне — два преобразователя

При сканировании 1 может показаться, что дефект находится ближе половины ширины зоны молчания для траектории луча, в результате чего возникает предположение о возможном поднут­ рении или усадочной деформации корня. Если это действитель­ но так, сканирование 2 обнаружит, что возможный дефект рас­ положен дальше критического интервала. Однако на самом деле включение проявится примерно в том же месте, то есть снова окажется ближе. Более того, ожидается, что эхо-сигнал от под­ нутрения станет максимальным при перемещении зонда обратно в положение сканирования 1. Однако в ходе этого сканировании эхо-сигнал от включения максимально увеличится при переме­ щении зонда вперед. Эхо-сигнал от включения станет макси­ мальным, когда зонд передвинут вперед в положение сканиро­ вания 2 .

Вторая разновидностьдефектов показана на рис. 7.64. Рис. ил­ люстрирует трещину, которая начинается с самого края наплав­ ного валика корня. Со стороны 1 возникает большой эхо-сигнал, как разтам, где предположительно находится поднутрение. Кроме того, с этой же стороны 1 появится сопровождающий эхо-сигнал от наплавного валика. Как бы то ни было, со стороны 2 тоже мож­ но получить эхо-сигналы от наплавного валика и от дефекта.

Рис. 7.64. Выявление трещины в корне сварного шва

(VII) Выбор угла зоццирования

Как правило, выбирается угол зондирования, равный 45, 60 или 70° и редко равный 80°, что позволяет достигнуть наикратчай­ шей траектории до корня сварного шва. Выбор угла зондирования ограничивается только состоянием верхушки сварки. Если основ­ ные металлы тонкие, возможно, не получится установить угол 45 или 60°, чтобы луч, пройдя половину пути, указывал на дефекты корня и чтобы при этом нижняя часть зонда не наезжала на вер­ хушку сварного шва.

Если верхушка сварного шва выровнена относительно основ­ ного материала, можно использовать зонд с углом 45° при усло­ вии, что материал не настолько тонок, чтобы переданный импульс перекрывал критическую длину траектории луча. Рекомендации по сканированию корня сварного шва для пластин различной тол­ щины приводятся в табл. 7.4.

Табл. 7.4 Толщина пластины и угол зондирования

Если для сканирования корня выбран зонд с углом 60°, то при таком угле зондирования, когда волны сталкиваются с уголковым отражателем, в качестве которого может выступать дефект непол­ ного проплавления, возникают сильно преобразованные про­ дольные волны.

7.8.3.Ультразвуковое обследование ковки

(I)Дефекты ковки

Дефекты могут образоваться в процессе самой операции ковки. Так, в результате недостаточно высокой температуры, предшест­ вующей ковке, возникают разрывы. Это означает, что ось литей­ ной формы или продукта-полуфабриката деформируется из-за низкой пластичности материала и неспособности выдерживать напряжение, вызванное деформацией. Как следствие, в материале происходят разрывы. В процессе ковки также могут образоваться впадины. Их вызывает сжатие поверхности металла над выступом другого материала, прилегающего к поверхности, поскольку по­ верхность постоянно окисляется и поверхностный слой никогда не проплавится полностью, чтобы образовать новую, прочную поверхность.

Возникновение дефектов также имеет место на стадии тер­ мической обработки. Это могут быть волосные трещины (или чешуйки) и внутренние расслоения, возникающие вследствие на­ пряжения при поперечном изгибе (clinks). Последние связаны с напряжением, вызванным трансформацией и охлаждением и до­ статочным, для того чтобы разрушить сталь. Когда с материалом проводится механическая работа, поверхностные дефекты могут возникнуть в результате высоких скоростей обработки, высо­ ких скоростей загрузки или локального перегрева. Дефекты так­ же образуются в результате нагрузки на структуру. Это связано с хрупкостью или усталостными трещинами, которые могут быст­ ро распространяться при высокочастотной нагрузке. Бывает, что зарождающиеся трещины растут достаточно медленно во время слабой циклической усталостной нагрузки и их можно обнару­ жить даже на самой ранней стадии их распространения.

Производственные дефекты в полуфабрикатах могут нахо­ диться либо внутри, либо на поверхности. Некоторые внутренние дефекты вырастают из дефектов литья в центральной части, таких как усадочные поры и включения, которые удлиняются при про­ катывании или протягивании.

К прочим относятся дефекты прокатывания и вытягивания, например трещины в центральной части, радиальные зарождаю­ щиеся трещины на поверхности стержня или расслои, которые проникают под поверхность под небольшим углом. Поскольку большинство дефектов в стержнях, изготовленных путем растяги­

вания заготовок, расширяются в продольном направлении, нуж­ но, чтобы ось звукового луча находилась в плоскости поперечно­ го сечения (рис. 7.65) либо перпендикулярно, либо под углом к поверхности. Можно также использовать поверхностные волны в периферическом направлении.

Рис. 7.65. Ввды дефектов — круглая заготовка

(II) Тестирование кованых заготовок

Тестирование можно проводить даже в необработанных кова­ ных заготовках. Данный подход позволяет обнаруживать грубые трещины, такие как усадочные раковины и разрывы, вызванные дефектами ковки. Тем не менее тестирование кованых заготовок во многих отношениях значительно проще, чем обследование от­ ливок. Во-первых, зерно в поковках более тонкое, чем в отливках. Это приводит к низким показателям затухания волн и меньшему шуму. Во-вторых, такие дефекты, как полости и включения в ис­ ходных заготовках, расплющиваются и удлиняются во время про­ цессов ковки/прокатывания или прессования и начинают лучше отражать, когда расположены параллельно внешней поверхности. Исключениями являются трещины, которые растут непараллель­ но сканируемой поверхности.

Для кованых деталей желательно использовать частоты от 4 до 6 МГц и иногда до 10 МГц. Нередко можно предсказать место­ положение дефектов в кованых деталях, которые эксплуатирова­ лись в течение какого-то периода времени. В крупных ковках нас