книги / Применения ультразвука

Достижения вультразвуковыхнеразрушающих испытаниях 357

интеллектуальной манипулирующей системой. В зависимости от частоты тестирования выбирается размер шага сбора данных. По завершении каждого линейного сканирования ультразвуковые данные сохраняются в файле SAFT для последующей обработки и воссоздания изображения. При определении размеров щелей практикуется общепринятая оценка по уровню сигнала —6 дБ от максимального. В тестировании участвуют зонды различного диаметра для заданной частоты.

Рис. 7.78 демонстрирует результаты определения размеров различных видов щелей с помощью зондов разныхдиаметров при использовании традиционной 6 -децибельной техники снижения. По рис. 7.78 видно, что ни один из зондов не смог в точности из­ мерить размер щелей. Зонды с диаметром 6 и 10 мм обнаружили щели шириной 8 мм и даже меньше, однако их точность была меньше, чем у 25-миллиметрового зонда. Что касается щелей ши­ риной от 8 мм и более, то все три зонда определили их с примерно одинаковым отклонением, то есть найденный размер не зависел от диаметра зонда.

Результаты (типичные), полученные SAFTпри определении размеров различных щелей, а также результаты ^-сканирования приводятся на рис. 7.79. Изображения, полученные SAFT для различных размеров щелей (2—10 мм) показаны на рис. 7.80.

Судя по изображениям SAFT, размер щелей был опреде­ лен с помощью 6 -децибельного метода, основанного на цвето­ вой шкале в децибелах. Использование 2-мегагерцового зонда диаметром 6 мм (рис. 7.79) показало, что размеры, полученные SAFT, наиболее близки к реальному размеру щелей. Так, при ис­ следовании 9- и 10-миллиметровых щелей SAFT показал почти реальный размер с точностью ±0,5 мм (щели были больше, чем эффективная ширина луча). При исследовании щелей размером 8 мм и менее мм отклонение от реальных величин повышается с уменьшением размера щели. Эксперименты продемонстри­ ровали, что традиционные ультразвуковые методы определили размеры щелей с высокой погрешностью. Например, в случае, когда размер отражателей составлял менее 0 , 8 диаметра пре­ образователя, традиционная техника сильно преувеличива­ ла результаты. Об аналогичных наблюдениях сообщил Стаурт Крамер, который экспериментировал с просверленным отвер­ стием диаметром 1 , 6 мм.

сталкивается со всей областью трещины, а энергию, преломлен­ ную вершинами трещины, обнаруживает принимающий зонд. Дифракция на вершинах трещины приводит к волновой конвер­ сии, и преобразованные продольные волны первыми достигают принимающего зонда. Передающий и принимающий зонды рас­ положены симметрично относительно трещины, а принимающий зонд может обнаруживать дифракционные волны. Эхо-сигналы (Л-сканирование) появляются на экране CRT, как показано на рис. 7.82. Измерив расстояние S между зондами, толщину мате­ риала х и различное время прохождения сигнала непосредствен­ но от передающего зонда, от вершин трещины и отраженного от задней поверхности, можно рассчитать глубины (dj и d2) и размер трещины (dj —<i2).

7.9.3. Обследование труб в процессе эксплуатации

В нефтехимической промышленности, энергетике, при про­ изводстве удобрений для почв и т.д. используются различные теплообменники и конденсаторы пара для эффективной теп­ лопередачи и в качестве элемента технологических требований. Сравнительно новым оборудованием для обследования трубо­ проводов и труб теплообменников и паровых генераторов явля­ ется внутренняя вращающаяся система обследования (IRIS). Она может обнаруживать утончение стен и точечную коррозию в тру­ бах теплообменников и паровых генераторов.

Принцип действия системы заключается в измерении тол­ щины с помощью ультразвуковой иммерсионной импульсной эхо-техники. Высокочастотный преобразователь (10—15 МГц) преобразует импульс электрической энергии в ультразвуковые колебания. Ультразвуковой импульс проходит через воду к стенке трубы, где большая часть энергии импульса отражается обратно в сторону преобразователя. Однако незначительная часть энергии, всего около одной десятой, проходит в стенку и отражается от ее внешней поверхности обратно к внутренней. И опять маленькая часть от одной десятой передается в воду и движется в направле­ нии преобразователя.

Два импульса (от внутренней и внешней поверхностей стенки) отражаются в сторону преобразователя, генерирующего электри­ ческие сигналы. Сигналы следуют друг за другом через промежут­ ки времени, достаточные для того, чтобы совершить полное про­ хождение через стенку трубы туда и обратно. Поскольку это время

Перед обследованием любых компонентов оборудования IRIS требует предварительной подготовки и калибровки инструмента­ рия. Подготовка зависит от типа трубы/трубопровода, который подлежит обследованию. Однако во всех случаях подготовка под­ разумевает очистку внутренней поверхности трубы, чтобы освобо­ дить ее от рыхлых окалин, обрезков и технологических жидкостей. Очищенная, четко обозначенная граница между движущимся по­ током воды и внутренним диаметром трубы создает резкую и от­ носительно высокую амплитуду эхо-сигнала от передней стенки. Любая ржавчина/отложения на внутренней/внешней поверхности трубы снижает отражательную способность границы и приводит к менее четкому эхо-сигналу от передней/задней стенки.

Точное измерение утончения помогает контролеру принять решение о том, достигла ли труба своего предела эксплуатации. Способность системы выявлять утончения на поверхностях внут­ реннего и внешнего диаметра позволяет предпринимать коррек­ тирующие действия по контролю среды, воздействию которой подвергаются трубы, уменьшить степень коррозии и тем самым продлить срок службы труб. Если калибровка была правильно выполнена, то ни один фактор не окажет большего воздействия на разрешающую способность IRIS, чем состояние внутренней поверхности трубы. Следовательно, рекомендуется, чтобы струя воды, находящаяся под большим давлением и движущаяся по внутренней поверхности трубы, была достаточно сильной, чтобы устранить рыхлую окалину и напластования. В исключительных случаях, когда внутренние отложения накрепко прилипли, необ­ ходимо произвести очистку внутренней поверхности проволоч­ ной щеткой. Эффективными способами очистки являются хими­ ческая и пескоструйная.

Оборудование калибруется в соответствии со стандартом сис­ темы. Это позволяет оператору проверять правильность функци­ онирования всех компонентов системы и установки соответству­ ющих уровней в отдельных функциях контроля. По возможности рекомендуется иметь трубу, аналогичную той, которой предстоит пройти обследование, чтобы использовать ее в качестве калибро­ вочного стандарта.

Выбрав правильные уровни в различных контрольных фун­ кциях, таких как запуск сигнала, затухание, демпфирование, диаметр трубы и т.д., можно получить четкое прямолинейное изображение на экране осциллоскопа (рис. 7.84). Левая грани­

ца изображения показывает состояние внутренней поверхности трубы, а крайняя правая полоса представляет состояние внешней поверхности. Высотой обозначена длина окружности, а толщину стенки трубы показывает ширина изображения.

После калибровки оборудования IRIS с помощью калибро­ вочных труб (табл. 7.5) исследованию подверглись несколько труб различной толщины из различных материалов с искусственно сделанными дефектами, а также трубы, используемые в обраба­ тывающей промышленности и имеющие сильную внутреннюю и внешнюю точечную коррозию.

Рис. 7.84. Типичное представление стенки трубы

Табл. 7.5 Измерения толщины стенки с помощью IRIS и физических методов

Картина fi-сканирования, полученная во время /fi/fi-исследо- ваний, показана на рис. 7.85. Очень четкое изображение дают люцитовые трубы различной толщины, а также трубы из углеродно-

той стали, латуни и нержавеющей стали. Наблюдаемые изменения ширины изображения на экране CRT (толщина стенки) указы­ вают на различные скорости звука в тех или иных обследуемых материалах. Так, для люцитовой трубы (скорость звука 2730 м/с) с толщиной стенки 3,30 мм была получена максимальная шири­ на (25 делений), в то время как для трубы из нержавеющей стали (скорость 5690 м/с), имеющей такую же толщину стенки, ширина изображения значительно меньше (13 делений). Есть корреляция результатов измерений толщин стенок труб с результатами IRIS. Данная методика была расширена для изучения некоторых труб в обрабатывающей промышленности, в частности на заводах тяже­ лой воды и в системах ядерных реакторов. Чтобы оценить чувстви­ тельность измерения толщины стенок с помощью IRIS, проводит­ ся сравнительное исследование наиболее корродированной трубы из углеродистой стали посредством оптического метода. Участок трубы, где проводятся замеры IRIS, отмечается и надсекается для оптических измерений. На образце с надсечкой очерчивают гра­ ницы 30 сегментов и проводят оптические измерения.

В табл. 7.6 проводится сравнение толщины стенок, получен­ ной в результате IRIS и оптических измерений для соответствую­ щих позиций сегмента. Табл. 7.5 и 7.6 показывают, что для изме­ рений толщины однородных стенок оптическим методом и IRIS характерно идеальное согласование.

Тем не менее в трубах с неоднородной коррозией, в том числе с сильной точечной коррозией, при реализации IRIS и проведении оптической металлографии наблюдаются различия в оценках тол­ щины стенок порядка 50—75 микрометров. Сравнительно боль­ шие значения толщины, полученные IRIS, обусловлены сильным

рассеянием и отражением ультразвукового луча вследствие неод­ нородности трубы. В результате на осциллоскопе не получается четких очертаний. Исследование явным образом подтверждает значимость обработки поверхности, позволяющей повысить точ­ ность и разрешение в измерениях, а также свидетельствует о не­ обходимости предварительной подготовки труб.

Табл. 7.6 Сравнение значений толщины стенки, полученных IRIS и оптическими измерениями

При выявлении дефектов в трубах парогенераторов/теплообменников методом вихревых токов возникает ряд трудностей, что связано с присутствием листов водоотделителя. Хотя многочас­ тотное обследование методом вихревых токов решает проблему обнаружения дефектов под листами, оценить дефект достаточно затруднительно, особенно когда трубы теплообменника изготов­ лены из углеродистой стали, поскольку для данного материала характерны сильные вариации проницаемости. Чтобы проверить применимость IRIS в качестве альтернативного или дополнитель­ ного метода множественной ЕСТ (дефектоскопии вихревыми то­

ками), были обследованы трубы теплообменников с листами во­ доотделителя при фиксированном зазоре между листом и стенкой трубы, а также трубы, в которых листы контактировали с их внут­ ренним диаметром в некоторых точках, и трубы, имеющие дефек­ ты в точке соприкосновения с листами.

Исследования показали, что если лист не контактирует с тру­ бой, то на картине, полученной 5-сканированием, не наблюдает­ ся наличия листа; видно только поперечное сечение трубы. Если труба соприкасается с листом из-за провисания или нароста, IRIS дает четкое изображение поперечного сечения трубы и места кон­ такта с листом (рис. 7.86а). Рис. 7.86Ь показывает, что IRIS спо­ собна разглядеть сквозную природу дефекта в стенке трубы. В этом случае изменение характера сигнала от места контакта стен­ ки трубы с листом хорошо соотносится с наличием соответствую­ щего разрыва. Вышеописанные лабораторные исследования поз­ воляют сделать вывод о том, что использование IRIS дает более высокую степень надежности по сравнению с дефектоскопией методом вихревых токов. IRIS можно использовать преимущест­ венно для изучения природы дефекта, его глубины и положения на окружности под листом водоотделителя, то есть получить всес­ тороннюю оценку дефекта.

(а) В области контакта

Рис. 7.86. Картина, полученная от листа водоотделителя, на экране CRT

Достоинства IRIS заключаются в следующем:

(1 ) измеряет остаточную толщину стенок труб или трубопро­ водов вплоть до 500 микрометров;

(2 ) указывает на уменьшение толщины стенки, происходящее

свнешней и/или внутренней поверхности труб/трубопроводов;

(3)показывает дефекты, находящиеся на окружности трубы, такие как локализованная точечная коррозия, а также дефекты под опорной плитой.