книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

является наименее помехоустойчивым. Применение его ограни­ чивается случаями, когда не имеется доступа непосредственно к шву (например, стыковое соединение с обеих сторон закрыто приварными накладками).

Контроль по слоям обладает наибольшей достоверностью. Он заключается в том, что прозвучивание производят любым из перечисленных способов, но эхо-сигналы фиксируют только на определенном рабочем участке развертки Д/,, выделяемом путем стробирования (рис. 7.5г). Способ помехоустойчив, позволяет уменьшить ошибки в оценке дефектов благодаря тому, что пре­ дельная чувствительность при контроле устанавливается для ка­ ждого слоя отдельно. Но, естественно, обладает наименьшей производительностью, поэтому наиболее эффективно его приме­ нение для контроля швов толщиной более 50...60 мм.

Эхо-зеркальный метод («тандем») в наиболее распростра­ ненном варианте заключается в одновременном прозвучивании шва двумя ПЭП, расположенными с одной стороны шва и син­ хронно перемещающимися в разные стороны относительно оси симметрии ( 0 0 |, рис. 1.5д). Как показано в гл. 2, сумма расстоя­

ний ПЭП от оси шва х: + х2 = const и время t прихода сигналов,

зеркально отраженных от дефектов и внутренней поверхности изделия, постоянны (для данной толщины Н) [97, 122]. Последнее

существенно облегчает контроль, т.к. эхо-сигнал от любого де­ фекта будет находиться строго на данном участке развертки, ко­ торый легко застробировать. ПЭП могут включаться по раздель­ ной иди раздельно-совмещенной схеме [97]. В последнем случае регистрируются дополнительные эхо-сигналы, отраженные об­ ратно к каждому из ПЭП.

В последнее время эффективно используется эхо-зеркальный метод с трансформацией поперечных волн на дефекте и регист­ рацией переотраженной от дна продольной волны. Этот метод позволяет уменьшить ширину зоны сканирования (рис. 3.14в).

Зеркально-теневой и теневой способы (рис. 1.5е) могут

быть рекомендованы только для выявления относительно грубых дефектов. Прозвучивание выполняется двумя ПЭП, включенны­ ми по раздельной схеме, размещенными с обеих сторон шва на­ встречу друг другу.

Дельта-метод основан на регистрации волн, дифрагирован­ ных или дифрагированных и трансформированных на краях де­ фекта (гл. 2). Схема его приведена на рис. 7.5ж. При облучении

дефекта поперечной волной на его краях возникают дифрагиро­

При прозвучивании на продольно-ориентированные дефекты изделий с большой кривизной (например, трубы диаметром ме­ нее 300 мм) рабочая поверхность призмы ПЭП должна быть при­ терта. При контроле изделий с меньшей кривизной притирки призмы не требуется.

Акустический тракт при УЗ-контроле продольных (пазовых) швов труб, швов сферических сосудов и других изделий, т.е. в случаях, когда ультразвуковой луч лежит в плоскости радиуса кривизны изделия, обусловлен изменением эквивалентных раз­ меров отражателя вследствие изменения ракурса озвучивания <рд

и коэффициента отражения Я0ф(фд) (см. п. 6.3.1). Кроме того, при фд < РкрШ на дефекте возникают трансформированные про­

дольные волны, усложняющие дешифровку осциллограммы, а при определенных соотношениях радиуса кривизны RH, толщи­ ны Н и угла ввода а имеет место ситуация, когда невозможно

прозвучить корень шва (см. рис. 6.36). Поэтому перед разработ­ кой технологического процесса контроля таких швов необходимо прочертить схему прозвучивания с измерением зоны сканирова­ ния и угла фд.

б в

Р и с . 7 . 7 . В ы б о р о п т и м а л ь н ы х у г л о в о з в у ч и в а н и я а с в а р н ы х с о е д и н е н и й ц и л и н д р и ч е с к и х к о н с т р у к ц и й р а д и у с о м /? „ :

а - с х е м а п р о з в у ч и в а н и я ; б- о п т и м а л ь н ы е у г л ы п р и Н- 2 0 и 4 0 м м ;

в- о п т и м а л ь н ы е у г л ы п р и Н - 6 0 и 8 0 м м

В случае соединения малых толщин Я < 10 мм эти факторы, вследствие многократного переотражения от стенок и фактически волноводного распространения ультразвука, мало влияют на дос­ товерность контроля и не предъявляют жестких требований к параметрам сканирования. Для соединений больших толщин они обязательно должны учитываться. При этом притирка призмы к поверхности должна производиться с соблюдением требования Р = Pj (см. рис. 6.5).

Выбор угла ввода а , удовлетворяющего условию полного прозвучивания швов с радиусом кривизны R^ как с внутренней,

так и с наружной стороны определяется по специальным номо­ граммам [72]. На графиках рис. 7.7 заштрихованные области со­ ответствуют оптимальным значениям угла ввода.

С увеличением толщины шва и уменьшением радиусов обе­ чаек область оптимальных углов ввода луча резко сужается, а ширина полосы сканирования х возрастает. При RH > 500 мм

ширина области ccmax- a min удовлетворительных а составляет

5...10° (рис. 7.8).

Расчет параметров сканирования БС также определяется по номограммам, рассчитанным из условия озвучивания плоскост­ ного дефекта под углом фд , большим 3-го критического (для

стали фд > 33°) [82]. Эти номограммы (рис. 7.9) определяют возможность применения и параметры акустической системы в

что этот закон - линейный для данного типоразмера сварного соединения.

Весьма специфичной задачей УЗ-контроля сварных соедине­ ний является выявление поперечных трещин, которые возникают при грубых нарушениях сварочной технологии в сталях, склон­ ных к трещинообразованию. В нетермообработанных изделиях очень часто поперечные трещины образуются только через не­ сколько дней после сварки (до 21-го дня), что особенно неблаго­ приятно, т.к. к этому времени контроль бывает уже проведен.

В энергетическом машиностроении обязательному ультра­ звуковому контролю на поперечные трещины подлежат термооб­

работанные стыковые сварные соединения деталей из хромомо­ либденовых сталей номинальной толщиной свыше 25 мм или/и деталей из хромомолибденованадиевых сталей номинальной толщиной свыше 36 мм. Кроме того, обязательному контролю подлежат все швы, выполненные электродами, содержащими ниобий.

Рис. 7.8. Номограммы, определяющие возможность контроля всего объема наплавленного металла продольного шва трубопроводов:

а - с наружной стороны; б - с внутренней стороны

Для уточнения объемов контроля существует правило, что в случае различной толщины сваренных деталей необходимость контроля ;на’ поперечные трещины определяется номинальной толщиной более тонкостенной детали.

Существует большая проблема в разработке норм оценки до­ пустимости поперечных трещин по результатам УЗК. Она состо­ ит в том, что поперечные трещины являются значительно более потенциально опасными для кольцевых швов трубопроводов и сосудов, чем продольные. Многолетние исследования, выпол­ ненные рядом НИИ (ЦНИИ «Прометей», ЦНИИТМАШ, ВТИ, Энергомонтажпроект), позволили сформулировать критерии оценки допустимости на языке ультразвукового контроля.

а2

Рис. 7.9. Номограммы для определения параметров эхо-зеркального метода: а - угол ввода а2второго ПЭП; б - глубина залегания дефекта h

Поперечные трещины имеют слабошероховатую поверхность [92], что затрудняет их обнаружение.

Схема прозвучивания на поперечные трещины одним ПЭП самая простая и наименее надежная (рис. 7.11 а). Может быть

применена только в швах небольшой толщины (до 20 мм), где проявляется волноводный эффект, способствующий некоторой концентрации энергии отраженного от дефекта поля. Тем не ме­ нее контроль одним ПЭП должен проводиться на очень высокой чувствительности, что часто приводит к значительной перебраковке по другим мелким дефектам или даже структурным шумам.

П ________ ]

ПНИМ

Рис. 7.11. Сканирование для обнаружения поперечных трещин:

а - со снятым усилением одним ПЭП; б - со снятым усилением двумя ПЭП (тандем); в - без снятого усиления одним ПЭП; г-эхо-зеркальным методом (стрэдл-метод)

Значительно большая реальная чувствительность к трещинам достигается при применении двух ПЭП, расположенных под уг­ лом к шву (рис. 7.116). Такое размещение ПЭП способствует ре­ гистрации максимального по амплитуде зеркального сигнала.

Для повышения помехоустойчивости ПЭП желательно вклю­ чать по раздельной схеме.

Наиболее рационально применять эту схему для контроля швов толщиной менее 20 мм. При контроле швов большей тол­ щины можно применять эхо-зеркальный способ прозвучивания при размещении ПЭП по обеим сторонам усиления (рис. 7.11 а); ПЭП включаются по раздельной схеме. Достоверность контроля высокая, т.к. геометрия прозвучивания обеспечивает регистра­ цию максимального эхо-сигнала. Но схема громоздкая, требует хорошего конструктивного решения приспособления для крепле­ ния ПЭП.

Разновидностью этого варианта прозвучивания являются ис­ пользование углов ввода, близких к 57° (т.е. к 3-му критическому при падении на вертикальный дефект), и регистрация трансфор­ мированных на дефекте и переотраженных от донной поверхно­ сти продольных волн («стрэдл-метод»).

Если необходимо выявить лишь грубые дефекты, то оба ПЭП можно разместить в одной плоскости (АВ) и включить по раз­

дельной схеме. Этим реализуется зеркально-теневой способ про­ звучивания. О наличии дефектов будут судить по исчезновению на экране звукового сигнала.

Все эти способы позволяют вести контроль без снятого уси­ ления шва, что является их преимуществом, но связаны с разра­ боткой приспособлений для крепления ПЭП. Сравнительная эф­ фективность способов не установлена, поэтому на практике очень часто контроль проводят по снятому заподлицо с основным ме­ таллом усилению шва одним ПЭП (рис. 7.1 \а) или двумя ПЭП,

размещенными в одной плоскости. При контроле кольцевых швов трубопроводов диаметром менее 300 мм поверхность пре­ образователя необходимо притереть к трубе. Если толщина стен­ ки трубы Н £ 40 мм, а диаметр менее 325 мм, применяют преоб­ разователи с р = 40°, если у трубы Н <40 мм, а диаметр более 325

мм, применяют преобразователи с Р = 50°.

Эхо-зеркальный способ обеспечивает наибольшую достовер­ ность контроля, т.е. наибольший процент выявленных дефектов, превышающих заданные параметры по отношению к уровню на­ прасного забракования.

При выборе схемы прозвучивания необходимо изучить ста­ тистические закономерности распределения дефектов, знание которых позволяет существенно облегчить конструкцию аппа-