книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

ровать по времени сигнал, отраженный от дефекта, расположен­ ного вблизи наружной поверхности листа.

А, дБ

Рис. 7.21. Изменение амплитуды сигнала в верхней части листа в зависимости от угла разворота А и направления прозвучивання при а = 60°:

а - перпендикулярно оси X, б - вдоль оси X

Анизотропия более ярко выражена у труб больших диаметров и толщин. Однако это свойство следует учитывать при выборе параметров контроля и для труб малого диаметра.

7.2.3.Контроль сварных швов труб различного диаметра

Особенностью сварных швов труб диаметром 28... 100 мм с Я = 3...7 мм является образование провисаний внутри трубы, что обусловливает появление на экране дефектоскопа ложных эхосигналов от них при контроле прямым лучом, совпадающих по времени с эхо-сигналами, отраженными от надкорневых дефек­ тов, обнаруженных однократно отраженным лучом (рис. 7.226). Поскольку эффективная ширина пучка соизмерима с толщиной стенки трубы, то отражатель обычно не удается идентифициро­ вать по местоположению искателя относительно валика усиле­ ния. Имеет место также наличие неконтролируемой зоны в цен­ тре шва из-за большой ширины валика шва. По данным [39], все это обусловливает низкую вероятность (10...12%) обнаружения недопустимых объемных дефектов, хотя недопустимые плоско­ стные дефекты выявляются гораздо надежнее (~ 85 %). Основные параметры провисания - ширина, глубина и угол смыкания с по­ верхностью изделия - являются случайными величинами для

данного типоразмера труб; средние значения составляют соответ­

ственно 6,5 мм; 2,7 мм и 56о30'

а

Рис. 7.22. Особенности обнаружения надкорнеоых дефектов:

а- настройка скорости; б - сигналы от надкорневых дефектов и провисаний;

в- зона стробирования; Д| - сигнал ог нижнего контрольного о тражателя; Дз - то же, от верхнего; Д - сигнал от дефекта; П - совпадающий с ним по коор­

динате сигнал от провисаний; / -участок, где обнаруживаются корневые дефекты и небольшие сигналы от провисаний; //-зо н а совпадений; ///-зо н а сигналов от дефектов в верхней части шва

Выполненные С.П. Переваловым расчеты и эксперименты показали, что для этих параметров провисания максимальная перебраковка имеет место при углах ввода а = 50 60° и состав­ ляет 80%. При а = 40° и 70° перебраковка снижается до 20%. Это объясняется высокой отражательной способностью углового дефекта в первом случае и низкой отражательной способностью провисания - во втором.

Таким образом, максимальная помехозащищенность при кон­ троле таких швов достигается путем использования фокусирую­ щих ПЭП с острой диаграммой направленности и углами ввода

а= 40...42° или а - 70°

Вцелях повышения достоверности контроля швов толщиной 3,5...8 мм, осуществляемого совмещенным ПЭП с одним пьезо­ элементом, предложено вводить временную селекцию, исклю­ чающую из обзора ту часть развертки, где возможно появление сигналов от неровностей. При этом при прозвучивании прямым лучом, естественно, будет пропускаться какое-то число дефектов

внадкорневой зоне. Однако статистика (более 80% трещин и непроваров находится в корневой части шва) показывает, что риск от такой системы селектирования невелик и вполне окупа­ ется практически полным исключением напрасного забракова­ ния. Такая система требует повышенной точности настройки раз­ вертки дефектоскопа.

Рис. 7.22в иллюстрирует схему настройки скорости развертки дефектоскопа и методику обнаружения надкорневых дефектов. Участок развертки / является зоной появления эхо-сигналов от дефектов, расположенных в корне шва. Участок II является зоной

совпадений эхо-сигналов как от дефектов, расположенных непо­ средственно под корнем шва, так и от провисаний. По существу, это зона неуверенного контроля. Участок III соответствует эхо-

сигналам, отраженным от дефектов в верхней части шва. Воз­ можно также появление эхо-сигналов, отраженных от дефектов левее сигнала Д или в непосредственной близости от него.

Смещение кромок стыкуемых элементов может быть также ошибочно принято за корневой дефект. Смещение кромок из-за разной толщины элементов характеризуется обнаружением сигна­ ла, выявляемого с одной стороны шва, по всему шву или на боль­ шей его части. В этом случае следует измерять толщину стенок.

Смещение кромок из-за несоосности стыкуемых труб харак­ теризуется выявлением сигналов с разных сторон шва в диамет­ рально противоположных точках шва.

Помехоустойчивость контроля существенно возрастает при использовании наклонных раздельно-совмещенных ПЭП типа РСН (рис. 7.23), названных хордовыми, которые были разработа­ ны в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Особенность контроля состоит в том, что при поиске дефектов .не требуется поперечного сканиро­ вания, оно необходимо только по периметру трубы при прижатии к шву передней грани преобразователя. Эта схема сканирования обеспечивается благодаря тому, что ультразвуковой нерасходящийся пучок распространяется параллельно стенке трубы и имеет одинаковую чувствительность по сечению шва (рис. 7.24). Такие условия распространения УЗ-пучка обеспечиваются благодаря тому, что расстояние по хорде между точками выхода излучателя

и приемника 21 выбирают из соотношения и

призмы наклоняют в пространстве под определенными углами. Эти ПЭП по сравнению с известными имеют более высокий уро­ вень полезного сигнала, что обусловливает выявление небольших объемных дефектов (~ 0.5 мм) с достаточно высокой вероятно­ стью (~ 90 %) и плоскостных недопустимых дефектов с вероят­ ностью ~ 95 %. Их основным недостатком является более слож­ ная технология изготовления.

АЛ, дБ

ОI—

Рис. 7.24. Равномерность чувствительности по глубине наклонного хордового РСИ-ПЭГ1:

/- РСН-ПЭП с грехслойной клеенной призмой; 2 - РСН-ПЭП с призмами на композитных материалах; 3 - РСН-ПЭП с фокусирующими линзами

*

I

Рис. 7.25. Настройка рабочего участка при использовании хордового РСН-ПЭП по отражателям:

а - угловому; б - вертикальному

Для выбора начала рабочего участка развертки ПЭП переме­ щают от положения I ближе на 5 мм к контрольному отражателю.

Передний фронт строб-импульса совмещают с передним фронтом полученного сигнала. Затем ПЭП перемещают от положения II

дальше на 5 мм от контрольного отражателя, задний фронт строб-

импульса совмещают с задним фронтом полученного сигнала. Такая настройка рабочего участка обусловлена, с одной стороны, отсутствием поперечного сканирования, с другой стороны, тем, чтобы в рабочий участок могли приходить сигналы от дефектов, образующихся во всем объеме шва.

При контроле соединений данного типоразмера широкое рас­ пространение получил ПЭП конструкции ЦНИИТМАШа РСП-2

и РСП-3 с углом 2Д = 8 - 1 0е Трубы диаметром 108...920 мм с Н - 4...25 мм также выпол­

няют односторонней сваркой без обратной подварки. До послед­ него времени эти соединения контролировались совмещенными ПЭП по методике, изложенной для труб диаметром 28... 100 мм. Однако известная методика контроля предусматривает наличие достаточно большой зоны совпадений (зоны неопределенности) II, которая по своему размеру примерно в 2 раза превосходит зо­ ны I и //, вместе взятые. Это приводит к тому, что достоверность

оценки качества соединения незначительна. Кроме того, совме­ щенные ПЭП имеют высокий уровень реверберационных шумов, затрудняющих расшифровку сигналов, и неравномерность чувст­ вительности, которую не всегда можно компенсировать имею­ щимися средствами. Применение хордовых раздельносовмещенных ПЭП для контроля данного типоразмера сварных соединений нерационально, т.к. из-за ограниченности значений углов ввода ультразвуковых колебаний с поверхности сварного соединения габариты преобразователей несоразмерно растут, растет и площадь акустического контакта.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана [9] разработаны наклонные ПЭП с выравненной чувствительностью для контроля сварных стыков диаметром более 100 мм. Выравнивание чувствительности обес­ печивают выбором угла разворота 2А таким образом, чтобы середина и верхняя часть шва прозвучивались центральным од­ нократно отраженным лучом, а нижняя часть - прямыми пери­ ферийными лучами, падающими на дефект под углом vy, от цен­

трального. На рис. 7.26 представлен график зависимости угла ввода поперечной волны аа от угла разворота и раскрытия диа­

граммы направленности ц/,. В этих ПЭП падающая и отражен­

ная от дефекта волны горизонтально поляризованные ( SH - волна). Проверка изменения чувствительности по толщине про­ ведена на образцах и сварных соединениях с плоскодонными

вают, что металл этих труб имеет наибольшую анизотропию. Для того чтобы уменьшить влияние анизотропии на выявляемость дефектов и с учетом результатов, изложенных в п. 7.2.2, реко­ мендуется использовать ПЭП на частоту 2,5 МГц с углом приз­ мы 45°, а не 50°, как рекомендуется в большинстве норматив­ ных документов на контроль аналогичных соединений. Наибо­ лее высокая достоверность контроля получена при использова­ нии ПЭП типа РСМ-Н12. В отличие от методики, изложенной для труб диаметром 28... 100 мм, при контроле данных соедине­ ний отсутствует зона неопределенности х. В остальном методи­

ка контроля остается такой же. При использовании РС-ПЭП настройку чувствительности и скорости развертки также целе­ сообразно производить по вертикальному сверлению. Настрой­ ка чувствительности и скорости развертки наклонных совме­ щенных ПЭП должна выполняться по угловым отражателям соответствующего размера.

При контроле сварных швов следует иметь в виду, что в околошовной зоне возможны расслоения металла, затрудняющие определение координат дефекта. Зону, в которой обнаружен де­ фект наклонным ПЭП, следует дополнительно проконтролиро­ вать прямым ПЭП для уточнения характера дефекта и определе­ ния истинного значения глубины дефекта.

В нефтехимической и атомной промышленности и атомной энергетике для изготовления трубопроводов, сосудов и аппаратов широко используются плакированные стали. В качестве плаки­ ровки внутренней стенки таких конструкций используются ау­ стенитные стали наносимые методом наплавки, прокатки или взрыва толщиной 5... 15 мм.

Технология контроля таких сварных соединений предусматри­ вает оценку сплошности перлитной части сварного шва, включая зону сплавления с восстановительной антикоррозионной наплав­ кой. Сплошность тела самой наплавки контролю не подлежит.

Однако из-за отличия акустических свойств основного ме­ талла и аустенитной стали от границы раздела при ультразвуко­ вом контроле возникают эхо-сигналы, создающие помехи обна­ ружению дефектов, например, поднаплавочных трещин и от­ слоений плакировки. Кроме того, наличие плакировки и ее ха­ рактеристики существенно влияют на параметры акустического тракта ПЭП.

Поэтому для контроля толстостенных сварных швов плаки­ рованных трубопроводов стандартные технологические решения не эффективны.

В результате многолетних исследований В.Н. Радько, В.С. Гребенника, В.Е. Белого, Н.П. Разыграева, Е.Ф. Кретова и др. выявлены основные особенности акустического тракта, сде­ ланы рекомендации по оптимизации его параметров и разработа­ на технология ультразвукового контроля сварных швов с аусте­ нитной плакировкой.

В частности, в их работах установлено, что при переотражении пучка ультразвуковых волн от границы перлитаустенитная плакировка диаграмма направленности практиче­ ски не изменяется в случае плакировки прокаткой и сильно де­ формируется в случае выполнения плакировки наплавкой. Ее ширина резко увеличивается, а в пределах главного лепестка имеются осцилляции в 15...20 дБ в зависимости от способа на­ плавки. Имеет место существенное смещение точки выхода от­ ражения от границы плакировки пучка по сравнению с его гео­ метрическими координатами, а также изменение скорости попе­ речных волн в переходной зоне.

Сварка таких швов трубопроводов выполняется в два этапа - сначала проваривается перлитная часть, а затем выполняется вос­ становительная антикоррозионная наплавка. При этом профиль границы перлит-аустенит неровный, волнистый, толщина на­ плавки и переходной зоны существенно зависит от расстояния до оси шва, где она максимальна.

Учитывая эти эффекты, технология контроля сварных соеди­ нений плакированных трубопроводов предусматривает предвари­ тельное обязательное измерение толщины перлитной части (т.е. глубины проплавления антикоррозионной наплавки).

Для лучшего обнаружения плоскостных дефектов (трещин и несплавлений) предпочтительно использовать ПЭП с углом ввода 45° и на частоту 4 МГц. Лучшая выявляемость вертикально ори­ ентированных дефектов на угле ввода 45° по сравнению с углами 60 и 70° объясняется тем, что при прозвучивании последними угол встречи пучка с дефектом близок к 3-му критическому, при котором коэффициент отражения поперечной волны минимален.

При прозвучивании снаружи трубы на частоте 2 МГц эхосигналы от дефектов экранируются интенсивным и длительным сигналом шума. Помехоустойчивость ПЭП на частоту 4 МГц