Ультразвуковой контроль сварных соединений (УЗК)

 Для обеспечения безопасной эксплуатации сварных металлоконструкций необходимо регулярно проводить контроль качества стыковых соединений.

Существуют разные методы проверок надежность и прочности стыков, среди которых наиболее эффективным и точным считается ультразвуковой контроль сварных швов.

Что являет собой УЗК сварочных стыков

Ультразвуковой контроль сварных соединений, который часто называют дефектоскопией - это неразрушающий метод проверки, в процессе которого выявляются все присутствующие в стыке внутренние дефекты механического характера, а также химические отклонения от действующих стандартов.

Данной технологией диагностируются сварные соединения разных типов. Действенной методика является для обнаружения шлаковых вкраплений в металле, выявления воздушных пустот, присутствия неметаллических элементов и химически неоднородного состава.

Сущность УЗК технологии

Контроль сварных соединений УЗК основан на излучении ультразвуковых волн акустического типа, которые при прохождении однородной среды не изменяют прямолинейной траектории.

Принцип технологии построен на способности высокочастотных колебаний (выше 20 кГц) проникать в металл, не нарушая его структуры, и отражаться от поверхности пустот, царапин, неровностей или инородных включений. Созданная искусственно волна проникает внутрь проверяемого сварочного стыка и если в нем имеет место дефект, то она отклоняется от своего естественного направления при его обнаружении.

Все отклонения отражаются на экранах специальных приборов. Сигнал на монитор передается с помощью усилителя. Он способствует построению схемы, по которой оператор может увидеть все дефекты и особенности стыковых соединений. Размер дефектного образования устанавливается по амплитуде отраженного импульса, расстояние до него определяется по времени распространения акустической волны.

Свойства и получение ультразвуковых колебаний

Практически все приборы, которыми осуществляется ультразвуковая дефектоскопия сварных швов устроены по аналогичному принципу. Состоящая из титана бария или кварца пластина является основным рабочим элементом устройства. В призматической головке, которая отвечает за поиск дефектов, расположен пьезодатчик прибора.

Головка (щуп) размещается вдоль соединений и медленно перемещается посредством возвратно-поступательных движений. К пластине подается высокочастотный ток в пределах 0,8-2,5 Мгц и в результате она перпендикулярно своей длине начинает излучение волн.

Исходящие волны воспринимаются другой принимающей пластиной, где они преобразуются в электрический переменный ток, который мгновенно отклоняет волну на мониторе осциллографа.

Датчик отправляет разные по длительности переменные импульсы колебаний, разделяя их на паузы с большей продолжительностью от 1 до 5 мкс. Такой процесс позволяет безошибочно провести контроль УЗК сварных швов, определить наличие дефектов, их тип и глубину залегания.

Виды ультразвуковой дефектоскопии

Ультразвуковой метод контроля сварных соединений регламентирован ГОСТом 23829-79 и проводится несколькими способами:

• теневой. Проверка проводится с применением двух устройств, которые устанавливаются на противоположных сторонах исследуемого участка по перпендикулярной плоскости. Первое излучает волны, второй их принимает. Если при приеме отражений возникает глухая зона, то это указывает на наличие дефекта в этом месте;
• эхо-импульсный. В этом способе применяется один ультразвуковой дефектоскоп для контроля сварных соединений, параметры которого обуславливают направление и прием излучающих импульсов. Отражение происходит посредством его отсвечивания от поврежденных участков. Если волны проходят прямо и без препятствий, то такой участок сварочного стыка считается качественным. Когда имеет место отражение и волна возвращается к прибору, то этот участок обозначается бракованным;
  
• эхо-зеркальный. Принцип контроля практически такой же, как и в предыдущем способе. Отличием является наличие отражателя, который установлен под прямым углом. На соединительный шов посылаются волны и отражаются на приемник при наличии на нем дефектов. Такой тип УЗК сварных швов как правило используют для обнаружения вертикальных дефектов и трещин;
• зеркально-теневой. Проверка осуществляется двумя приборами, установленными с одной стороны контролируемого участка. Волны косые, отражаются от сетки основного металла. При нестандартных импульсах место считается поврежденным;
• дельта метод. Диагностика сварных швов состоит в переизлучении от дефекта направленных внутрь соединения. Применяется такой способ редко, поскольку ему характерна довольно продолжительная расшифровка результатов, а также требуется специфическая настройка оборудования.

В большинстве случаев ультразвуковой контроль качества сварных соединений проводится эхо-импульсным и теневым методами основанных на отражении акустической волны от дефекта.

Порядок проведения УЗК

Существует определенный стандарт, согласно которого должен проводится ультразвуковой контроль сварных соединений трубопроводов или других металлоконструкций. Порядок выполнения контрольных операций следующий:

• тщательное очищение стыковых соединений от ржавчины, лакокрасочных покрытий не менее чем на 50-70 мм с обеих сторон шва;
  
• поверхность стыка и металла возле него обрабатывается машинным, турбинным, трансформаторным маслом, глицерином или солидолом. Такая обработка необходима для получения более точных результатов проверки;
• проверочный прибор настраивается в соответствии характерных конкретному типу УЗК параметров. При толщине исследуемого материала до 2 см применяются стандартные настройки, АРД-диаграммы настраиваются если толщина превышает 2 см. Для проверки качества используются DGS или AVG-диаграммы;
• зигзагообразными движениями вдоль сварочного шва перемещается излучатель прибора, поворачиваясь на 10-15 вокруг собственной оси;
• искатель перемещается по материалу до того момента, пока не появится устойчивый, максимально четкий сигнал. После этого устройство разворачивается и осуществляется поиск сигнала наивысшей амплитуды.

Часто колебания отражения волн воспринимают за дефекты, поэтому этот момент необходимо тщательно проверить. Если действительно имеет место повреждение, то оно фиксируется с обозначением места локализации.

Проверка сварных швов ультразвуком должна осуществляться согласно установленных ГОСТом требований. Если с точностью определить характер дефекта с помощью УКЗ не получается, то в таких случаях проводят более детальные проверки с применением гамма-дефектоскопии или рентгенодефектоскопии.

Рамки применения метода УЗК

Проведение ультразвукового контроля сварных соединений обеспечивает достаточно точные результаты и при соблюдении технологии способен предоставить исчерпывающую информацию в отношении любых дефектов. Но здесь следует понимать, что существуют определенные границы применения методики.

Дефекты, которые можно обнаружить методикой УЗК следующие:

• поры;
• непроваренные участки;
• трещины в швах и возле них;
• несплавления соединений;
• расслоения наплавленного материала;
• наличие свищей;
• провисание металла в нижних участках стыка;
• коррозионные образования;
• участки, на которых нарушены геометрические размеры или присутствует несоответствие химического состава.

УЗК сварных соединений осуществлять можно на конструкциях из легированной и аустенитной стали, меди, чугуна и металлов, которые ультразвук проводят плохо.

Геометрические параметры проведения УЗ-дефектоскопии:

• не более 10 метров составляет наибольшая глубина залегания шва;
• при минимальной толщине металла 3-4 мм;
• в зависимости от прибора наименьшая толщина шва должна быть в пределах 8-10 мм;
• 500-800 мм - максимальная толщина металла.

Что касается видов соединений, то сварка под УЗК предполагает выполнение продольных, плоских, сварных, кольцевых, тавровых стыков. Также применяют методику для сварных труб.

Области использования дефектоскопии

Ультразвуковая проверка сварных швов активно применяется в промышленной, строительной и других сферах. Чаще всего контроль ультразвуком применяют:

• для аналитической диагностики агрегатов и узлов;
• дефектоскопия сварных швов трубопроводов проводится с целью определения их целостности и степени износа труб;
  
• в атомной и тепловой энергетике для контроля состояния сварных конструкций;
• в области машиностроения и химической промышленности;
• для проверки сварных стыков в изделиях со сложной конфигурацией;
• при необходимости проверить прочность соединений металлов с крупнозернистой структурой.

Применять УЗК можно как в лабораторных, так и в полевых условиях при нахождении стыков на высоте, в замкнутых пространствах и труднодоступных местах.

Преимущества и недостатки методики

Ультразвуковой контроль сварных швов трубопроводов иди других типов металлоизделий обладает рядом преимущественных особенностей:

• высокая чувствительность оборудования обеспечивает точность результатов и скорость проведения проверок;
• удобность использования благодаря компактности приборов;
• возможность проведения выездной дефектоскопии если для контроля использовать портативные измерительные устройства;
• минимальные затраты на осуществление контроля сварочных швов, что обусловлено невысокой стоимостью самих дефектоскопов;
• возможность проверять соединения с большой толщиной;
• УЗК не нарушает структуру шва и не повреждает исследуемый объект;
• практически все разновидности дефектов сварных швов можно установить посредством ультразвукового контроля;
• контролируемый объект не требуется выводить из эксплуатации, проверку сварочных соединений можно проводить непосредственно в процессе его работы;
• абсолютная безопасность для человека, что нельзя отнести, например, к рентгеновской дефектоскопии.

К недостаткам контроля сварочных швов ультразвуковым методом относят некоторые трудности при проверке металлов с крупнозернистой структурой, возникающие вследствие сильного затухания и рассеивания волн. Также в числе минусов отмечают необходимость предварительно перед установкой дефектоскопов очистить и подготовить поверхность шва и некую ограниченность информации, выдаваемой прибором об обнаруженном дефекте.

В заключение следует сказать о том, что УЗК сварочных соединений - это гарантия безопасной эксплуатации готовых металлоизделий и сооружений. Если соблюдать сроки проверок, то это позволит своевременно устранить повреждения, продлить периоды и увеличить эффективность работы конструкций.

Интересное видео