книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

а

в

Рис. 733. Выявление дефектов типа непроваров и трещин:

а- от одностороннего непровара; б - от двустороннего непровара;

в- от трещины и непровара

Несплавление отличается от непровара тем, что поверхность основного металла расплавляется, но не сплавляется с наплав­ ленным металлом. Выявленные несплавления характеризуются теми же признаками, что и непровар. В некоторых случаях не­ сплавление можно отличить от непровара, т.к. от него возникает эхо-сигнал значительной амплитуды при контроле со стороны наплавленного и основного металла, поскольку обе поверхности несплавления являются неровными.

В отличие от непровара и несплавления, трещины обычно располагаются в средней зоне наплавленного металла шва. Эта

характерная особенность трещин, особенно в электрошлаковых швах, в известной мере позволяет идентифицировать характер дефекта путем определения координат. Однако наиболее эффек­ тивно здесь измерение коэффициента формы Кф

Для шлаковых включений характерно, что амплитуда эхосигнала от них приблизительно одинакова при прозвучивании под различными углами. Они имеют широкую индикатрису об­ ратного рассеяния в горизонтальной плоскости, а Кф > I. Скопле­

ние мелких шлаков и пористые зоны характеризуются появлени­ ем серии эхо-сигналов небольшой амплитуды.

На практике при контроле толстостенных трубопроводов или сосудов часто возникает одна неприятная проблема. Обнаружили дефект (трещину), вскрыли, заварили, термообработали. Прово­ дится повторный контроль, и обнаруживаются недопустимые дефекты, при первичном контроле не выявленные.

При добросовестном контроле причина этого явления только одна. В каждом шве есть небольшие трещины с малым раскрыти­ ем, которые не обнаруживаются при заданных параметрах прозвучивания. Но в процессе заварки и термообработки ремонтного участка происходит неравномерный нагрев шва, создаются ло­ кально напряженные зоны и попавшие в эти зоны микротрещины вследствие этого раскрываются и увеличиваются в размере. Про­ гноз этого явления невозможен. Выход один. После обнаружения недопустимого дефекта объяснить сварщикам и прочим заинте­ ресованным лицам ситуацию, с которой они могут столкнуться. И предложить проконтролировать еще раз весь шов на повышен­ ной (скажем на 6...9 дБ) чувствительности относительно штатной по НТД и за один раз отремонтировать все дефектные участки, обнаруженные при штатном и новом уровне чувствительности, а затем проконтролировать на штатном уровне чувствительности.

7.4. Ко н тр о л ь т а в р о в ы х , н а х л е с т о ч н ы х

ИУГЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ (УГЛОВЫХ швов)

Всоответствии со СНиП 111-18 - 75 выявление внутренних дефектов в рассматриваемых соединениях рекомендуется прово­ дить ионизирующими излучением и ультразвуковой дефектоско­ пией. Однако эти способы неэффективны вследствие того, что в большинстве случаев не удается выявить наиболее опасные де­ фекты типа трещин, несплавлений и непроваров в корне шва

отраженным лучом. При отсутствии непровара контролируется часть шва: нижняя - прямым лучом, верхняя - однократно отра­ женным лучом.

Наиболее эффективной является схема ввода УЗ-колебаний через основной металл привариваемого листа (схема /) , т.к. она позволяет выявить все виды внутренних дефектов в угловых швах и крестовых соединениях при минимальном уровне ложных сиг­ налов. При контроле тавровых соединений по схеме 1 появление

ложных сигналов может быть обусловлено только отражением от грубых неровностей на наружной поверхности плоскости полки, встречающихся весьма редко и связанных с повреждением метал­ ла. При прозвучивании угловых соединении по схеме I ложные

эхо-сигналы могут появляться при отражении УЗ-пучка от верх­ него усиления валика шва или от угла элемента конструкции (рис. 7.35). Эти эхо-сигналы можно легко селектировать по времени, а также «прощупывать». В тех случаях, когда затруднен доступ со стороны стенки, т.е. невозможен контроль по схеме /, прозвучивание выполняют по схемам II и III. Контрольпо схеме II обеспечи­

вает выявление пор, шлаковых включений, несплавлений и тре­ щин, благоприятно ориентированных к УЗ-лучу. Однако контроль по данной схеме осложняется необходимостью ориентировки ПЭП относительно соединения и появления ложных эхо-сигналов от поверхности противоположного валика шва (рис. 7.36а), при­ чем амплитуда ложного эхо-сигнала обычно выше амплитуды сигнала от дефекта. Разделение полезных и ложных сигналов про­ изводится по времени прохождения УЗ-луча. Выявить непровар в центре двустороннего или в корне одностороннего шва при кон­ троле по схеме II практически невозможно, т.к. ультразвуковой

пучок испытывает зеркальное отражение. Этот опасный дефект при доступе контроля только с наружной поверхности полки об­ наруживается по схеме III (рис. 7.366) с помощью PC-ПЭП и двух

жестко соединенных призматических ПЭП, включенных по раз­ дельной схеме. При толщине полки более 40 мм можно применять прямой ПЭП. В угловых соединениях при доступе только со сто­ роны вертикального листа непровар можно обнаружить при ис­ пользовании прямого или РС-ПЭП.

Одним из основных условий, обеспечивающих наиболее ве­ роятное выявление дефектов по сечению шва, является необхо­ димость прозвучивания всего сечения шва с равномерной чувст­ вительностью.

Выполнение отмеченных условий обеспечивается правиль­ ным выбором угла ввода УЗ-луча.

Целесообразно применять ПЭП с такими углами а и пара­

метром «0, при которых обеспечивается контроль нижней части шва прямым, а верхней - однократно отраженным лучом. Это считается возможным, если центральный луч ПЭП при располо­ жении его вплотную к шву проходит через середину шва или выше ее (при толщинах шва менее 10 мм допускается прохожде­ ние центрального луча ниже середины сечения шва не более чем на 1 мм).

При контроле нижней части шва таврового и углового соеди­

В работе А.С. Кукли показано, что наилучшее выявление подповерхностных дефектов (минимальная величина «мертвой зоны») при контроле верхней части тавровых соединений шва достигается в случае

ле 0 ,2 # < # < 0 ,5 # На рис. 7.2 приведены графики, которые

позволяют определить оптимальный угол ввода, а следовательно, выбрать ПЭП с определенной стрелой и углом призмы.

Если контроль прямым и однократно отраженным лучом не­ возможен, то необходимо увеличить угол ввода или, в крайнем случае, производить контроль однократно и двукратно отражен­ ными лучами.

После нахождения оптимальных углов ввода устанавливают­ ся зона перемещения искателей хМл и хтах и соответствующий

ей рабочий участок на экране дефектоскопа.

При контроле верхней и нижней частей шва таврового соеди­ нения прямым и однократно отраженным лучами ПЭП переме­ щают в пределах от xmin до хтах, равных: xmin =к}+п0>

*max = 2Я tg a 2 + kx. Для углового соединения эти значения соот­

ветственно равны: xmjn = /70 , *тах = 2Я tga2 .

(Ложный эхо-сигнал)

а

в

г

Рис. 136. Анализ схем контроля тавровых и угловых соединений: а - без дефектов; б - с непроваром в корне шва; в - с трещиной;

г - с порой или шлаковым включением; Л, Л|, Лз, Л3 - ложные эхо-сигналы

Для простоты работы, более точной и быстрой расшифровки эхо-сигналов на экране дефектоскопа устанавливается рабочий участок. Его можно установить по СОП (рис. 7.37). Для этого вначале прямым лучом находят максимальный эхо-сигнал от нижнего бокового отражателя, а однократно отраженным лучом - эхо-сигнал от верхнего отражателя и замечают эти положения сигналов на экране дефектоскопа, после чего строб-импульс ме­ жду этими метками перемещают влево на половину его величи­ ны, а затем задний фронт строб-импульса доводят до метки, со­ ответствующей эхо-сигналу от верхнего бокового отражателя.

2-2

а б

Р и с . 7 . 3 7 . С О П д л я н а с т р о й к и р а б о ч е г о у ч а с т к а и ч у в с т в и т е л ь н о с т и д е ф е к т о с к о п а п р и к о н т р о л е д в у с т о р о н н и х ш в о в :

а - тавровых; б - угловых

Рабочий участок на экране дефектоскопа можно устанавли­ вать не только по боковым цилиндрическим сверлениям, но и по угловым отражателям (зарубке).

Настройка чувствительности дефектоскопа может произво­ диться по одному из искусственных дефектов, например зарубке (см. рис. 7.37), или по СО № 1.

Контроль односторонних швов тавровых и угловых соедине­ ний с К-образной разделкой или без нее при отсутствии обратной подварки корня шва ведется по схеме I (рис. 7.38) прямым и од­

нократно отраженным лучами. Выполнение этих условий прове­ ряется по формулам (7.1) и (7.2) или по графикам на рис. 7.2.

Если швы доступны для контроля, целесообразен контроль со стороны, противоположной разделке, т.к. при этом улучшаются условия прозвучивания верхней части шва.

Рис. 7.38. Контроль односторонних UJBOD:

а - тавровых; б - угловых

Выбор пределов перемещения jcmin и хшах и установление со­

ответствующего рабочего участка на экране дефектоскопа тавро­ вых и угловых соединений с V-образной разделкой аналогичны рассмотренному при контроле этих соединении с К-образной раздедкой. В тавровых и угловых соединениях с V-образной раздел­ кой, у которых допускается конструктивный непровар в корне шва определенной величины, оценка его размеров производится по СОП (рис. 7.39) следующим образом. Если допустимая высота не­ провара не превышает 3 мм, то сравниваются амплитуды эхосигналов от выявленного непровара и модели непровара допусти­ мой величины в СОП. Если допустимая высота непровара более 3 мм, оценка величины непровара производится сравнением ус­ ловной высоты выявленного непровара с условной высотой от мо­ дели непровара допустимой величины в СОП. Выявление и оценка дефектов в верхней части шва производятся так же, как и при кон­ троле верхней части данных соединений с полным проваром.

а

Рис. 7.39. СОП для настройки рабочего участка и чувствительности дефектоскопа при контроле односторонних швов:

а - тавровых; б - угловых

7.4.2. Контроль угловых соединений трубопроводов

По конструкции угловые сварные соединения трубных эле­ ментов, как и плоских элементов, делятся на две категории: с полным проплавлением и конструктивным зазором и непрова­ ром. Выбор метода контроля определяется диаметром привар­ ного патрубка (штуцера) и возможностью контроля изнутри, наличием конструктивного зазора. Контроль угловых сварных соединении патрубков или труб с номинальной толщиной стен­ ки 4,5...65 мм с сосудами (корпусами), фланцами и т.п. без кон­ структивного зазора производится с наружной стороны патруб­ ка наклонными совмещенными ПЭП.

Контроль путем сканирования по поверхности сосуда осуще­ ствляется при диаметре последнего не менее 800 мм.

Угол ввода а выбирают из тех же условий, что и для пло­

ских элементов. В случае сканирования по поверхности патрубка это условие определяется выражением

где п0 - стрела ПЭП| //, и Н2 - соответственно толщины стенки сосуда и пат­

рубка; Aj и к2 - размеры катетов швов, прилегающих к патрубку снаружи и

внутри сосуда.

При сканировании по поверхности сосуда

где к - размер катета шва, прилегающего к сосуду.

Обычно для контроля используют наклонные ПЭП со сле­ дующими параметрами:

ПЭП должны иметь стрелу, обеспечивающую проведение контроля корня шва прямым лучом. Если это условие не выдер­ живается, необходимо срезать фаску на передней грани призмы или увеличить рекомендуемый угол ввода.

Особенность контроля в том, что угол скоса кромки штуцера меняется от 0 до 30°. В центре секторов А и В угол равен 0, в

центре секторов Б и Г - 30° (рис. 7.40). Ширина усиления также меняется: в секторах А , В она может быть в 1,5 раза больше, чем в секторах Б, Г, поэтому при сканировании необходимо учиты­

вать, что при попадании прямым лучом в корень шва и однократ­ но отраженным лучом в усиление шва расстояние между перед­ ней гранью ПЭП и краем усиления будет неодинаковым в раз­ личных секторах шва.

При контроле сварных соединений с толщиной стенки шту­ цера менее 20 мм точно измерить координаты не удается, поэто­ му о наличии дефектов судят по положению ПЭП относительно края усиления шва. Для этого при появлении эхо-сигнала в рабо­ чей зоне развертки оператор должен измерить расстояние от точ­ ки ввода ПЭП до ближней грани усиления шва х, если эхо-сигнал на экране расположен вблизи левой границы рабочей зоны раз­ вертки или если эхо-сигнал расположен вблизи правой границы. Измеренные границы х, и х2 сравнивают с этими же величина­

ми, полученными из геометрических расчетов. Совпадение изме­ ренных и расчетных значений с точностью ±5 мм свидетельству­ ет о наличии дефекта.

На внутренней стороне штуцера после удаления подкладного кольца могут оставаться мелкие неровности (риски, впадины, бугры), которые могут дать ложные сигналы. Признаком неров­ ностей внутренней поверхности штуцера является несоответствие положения эхо-сигнала на развертке положению ПЭП на поверх­ ности штуцера. Так, если на экране появляется эхо-сигнал у ле­ вой границы рабочей зоны развертки, а ПЭП при этом находится в таком положении, что луч не может попасть в корень, то счи­ тают, что обнаружена неровность внутренней поверхности.

При контроле сварных, соединений с толщиной стенки шту­ цера 40...50 мм в центре секторов Б и Г может появляться эхо-

сигнал от двугранного угла внутри трубы. Признаком принад­ лежности сигнала двугранному углу является то, что сигнал на­ ходится на экране у левой границы рабочей зоны развертки, а ПЭП при этом вплотную придвинут к усилению.

Особенность контроля сварных соединений с неудапенными подкладными кольцами - наличие в рабочей зоне экрана дефек­ тоскопа эхо-сигнала от подкладного кольца. Кромки кольца в разных секторах удалены от корня шва на различные расстояния - наибольшее в секторах Б и Г и наименьшее - в секторах А и В, поэтому максимальный эхо-сигнал от кольца в секторах Л и В

обнаруживается при меньших расстояниях от точки до шва, а в