Контроля сварных швов

Дефекты в тавровых соединениях долгое время контролировали визуально-оптическими методами контроля. В настоящее время существует множество методов ультразвуковой дефектоскопии таких соединений. Наибольшее распространение из ультразвуковых методов контроля получил эхо-метод. Он обладает наибольшей чувствительностью и помехоустойчивостью. Другие методы применяют в тех случаях, когда применение эхо-метода затруднено или нецелесообразно.

Теневым методом контролируют изделия простой формы (например, листы небольшой толщины) и некоторые слоистые материалы (например, паяные). Как правило, он требует доступа к двум поверхностям изделия. Зеркально-теневой метод применяют при доступе к одной поверхности, когда дефекты не дают эхо-сигнала (например, из-за наличия «мертвой» зоны, или в связи с неблагоприятной ориентацией дефекта).

1 - генератор; 2 - усилитель; 3 - ЭЛТ; 4 - ПЭП; 5 - шов

Рисунок 2.1 - Контроль зеркально-теневым методом

Ультразвуковой контроль сварных швов тавровых соединений, может производится как со стороны основного элемента, так и со стороны притыкаемого элемента. Способ контроля зависит от толщин этих элементов.

Контроль сварного шва таврового соединения с полным проплавлением стенки ведется с применением трех схем (рисунок 2.1).

В зависимости от доступа к швам контроль ведут наклонными, а также раздельно-совмещенными преобразователями.

Рисунок 2.2 – Схемы контроля двусторонних швов тавровых

соединений.

Наиболее эффективной является схема ввода ультразвуковых колебаний через основной металл провариваемого листа (схема I), так как она позволяет выявить все виды внутренних дефектов в сварных швах при минимальном уровне ложных сигналов.

При контроле тавровых соединений появление ложных сигналов может быть обусловлено только отражением от грубых неровностей на наружной поверхности плоскости полки, встречающихся весьма редко и связанных с повреждением металла. В тех случаях, когда затруднен доступ со стороны стенки, то есть невозможно проведение контроля по схеме I, прозвучивание выполняют по схемам II и III. контроль по схеме II обеспечивает выявление пор, шлаковых включений, несплавлений и трещин, ориентированных перпендикулярно к ультразвуковым лучам. Однако контроль по такой схеме осложняется необходимостью ориентировки преобразователя относительно соединения и появлением ложных эхо-сигналов от поверхности противоположного валика шва (рисунок 2.2), причем амплитуда ложного эхо-сигнала обычно выше амплитуды сигнала от дефекта. Разделение полезных и ложных сигналов производится по времени прохождения ультразвуковых колебаний.

Выявить непровар в корне шва при контроле по схеме II практически невозможно, так как ультразвуковые лучи испытывают зеркальное отражение. Этот опасный дефект при доступе для контроля только с наружной поверхности полки обнаруживается по схеме (рисунок 2.3) с помощью раздельно-совмещенного преобразователя или двух жесткосоединенных наклонных преобразователей, включенных по раздельной схеме.

а – с порой; б – с непроваром в корне шва; в – с трещиной; Л – ложные эхо-сигналы; Н, Т, П – эхо-сигналы соответственно от непровара, трещины, поры.

Рисунок 2.3 – Анализ схем контроля тавровых соединений

Одним из условий, обеспечивающих наиболее вероятное выявление дефектов по сечению шва, является правильный выбор угла ввода УЗ-луча в контролируемое соединение.

Целесообразно использовать преобразователи с такими углами α и стрелой n₀, при которых обеспечивается контроль нижней части шва прямым, в верхней – однократно отраженным лучом. Это считается возможным, если центральный луч преобразователя при расположении его вплотную к шву проходит через середину шва или выше ее [5].

При контроле нижней части шва таврового соединения (рисунок 2.1) это условие может быть проверено по соотношением:

(2.1)

Верхнюю часть шва этих соединений целесообразно проверять преобразователями с таким углом ввода:

(2.2)

Тавровые соединения с технологическим непроваром определенной ширины в корне контролируют со стороны полки. При этом ширину непровара определяют по испытательному образцу.

При изготовлении ряда тавровых конструкций в центре допускается конструктивный непровар, размер которого требуется определить. Существует 2 метода измерения ширины непровара в шве и модели непровара, выполненных в СОП, сравнением амплитуд эхо-сигналов от непровара в шве и бесконечной плоскости (безэталонный метод, предложенный Гурвичем). В обеих методиках используют ПЭП конструкции НИИ мостов, которые представляют собой призму с приклеенным к ней пьезоэлементами, наклоненными под углом, обеспечивающим пересечение диаграмм направленности искателей на глубине, равной толщине полки.

При перемещении ПЭП по наружной поверхности полки в случае полного провара и отсутствия других крупных дефектов ультразвуковые колебания от передающего ПЭП через зону наплавленного металла переходят без отражений в лист стенки. Если же в соединении окажется непровар, то часть УЗ-колебаний отразятся от него к приемному ПЭП. Амплитуды эхо-сигнала зависят в основном от ширины непровара 2b. При измерении ширины непровара по первому способу применяют специальный СОП, изготовленный из того же материала, что и полка. В СОП делают прорези различной ширины на глубине, соответствующей толщине полки Н.

Соединения с недопустимой величиной непровара 2b конструируют на такой чувствительности, при которой в СОП выявляются прорези шириной 2b мм. При таком уровне чувствительности дефектоскопа будут уверенно выявляться непровары, ширина которых превосходит допустимую величину на 1 мм и более. Практикой установлено, что погрешность в определении ширины непровара не превышает 1-1.4 мм. Влияние качества поверхности на результаты измерения и необходимость использования СОП исключаются при безэталонном методе.

Безэталонный метод основан на сравнении амплитуды эхо-сигнала от непровара А с амплитудой эхо-сигнала от бесконечной плоскости Ао, расположенной на той же глубине, что и непровар. В качестве такой плоскости следует использовать полки. Безэталонный метод может быть реализован с помощь дефектоскопов, имеющих калиброванный аттенюатор. В связи с тем, что этот метод основан на сравнении амплитуд эхо-сигналов от непровара А и плоскости Ао, контролю должен предшествовать расчет зависимости или ее экспериментальное построение.

Проанализировав все вышеописанные методики ультразвукового контроля сварных швов тавровых соединений можно сделать вывод о методе контроля и схемах прозвучивания.

Для выявления дефектов будем использовать эхо-импульсный метод контроля, который осуществляется со стороны полки наклонным преобразователям прямым и однократно отраженным лучом. Схемы прозвучивания соединения для выявления трещин и несплавлений по кромкам выглядит следующим образом:

Рисунок 2.6 – Схемы прозвучивания

В данном случае используется контактный наклонный совмещенный ПЭП. Контроль ведется прямым и однократно-отраженным лучом. Такой способ позволяет прозвучивать изделия с одной стороны, а также прозвучать мертвую зону. Недостаток этого способа – зависимость предельной чувствительности к дефектам, выявляемым отраженным лучом, от состояния поверхности.

Для выявления непровара в корне шва и технологического непровара будем использовать контактный прямой совмещенный ПЭП и контроль будем вести прямым лучом. Преобразователь располагается на полке таврового соединения.

Рисунок 2.7 – Схема прозвучивания

Сегодня на практике для осуществления эхо-метода возможно использование широкого перечня приборов. Опишем некоторые из них.

GE Phasor XS

Дефектоскоп GE Phasor XS переводит испытанные преимущества технологии фазированной решетки на новый – и доступный – уровень. Этот переносной и прочный прибор объединяет преимущества фазированной решетки с обычным ультразвуковым дефектоскопом, отвечающим принятым нормам. Он прост в использовании, легок в обучении и предлагает специально разработанные практичные и важные функции.

При использовании в режиме фазированной решетки, оператор может электронным образом контролировать несколько лучей от одного датчика. Точное управление лучом, включая угол, фокус и размер, приводит к повышению вероятности обнаружения (POD), а также улучшению определения размеров дефектов. С помощью одного скана от одного контактного положения, охватывается большая площадь, а исчерпывающие данные могут просматриваться в реальном времени на полноценном секторном дисплее. В сравнении с обычными ультразвуковыми средствами контроля, производительность и снижение затрат при использовании дефектоскопа Phasor XS очевидны.

Если при проведении обычного ультразвукового контроля требуется другой угол, оператор должен заменить свой датчик и вновь визуализировать интеграцию новой информации. При этом отображается другая временная развертка и другой уровень чувствительности. Несмотря на то, что такая операция не представляет проблем для опытного оператора, на это требуется время. Благодаря возможностям дефектоскопа Phasor XS, эти неудобства минимизируются радикально.

Формирование цветного изображения в реальном времени дефектоскопом Phasor XS обеспечивает интегрированную перекрестную визуализацию детали, благодаря использованию нескольких лучей. Кроме того, для отображения в комбинации с изображением, может быть выбран одиночный А-скан. С использованием одного датчика вы можете достичь больших результатов, чем когда-либо ранее – и за более короткое время.

Дефектоскоп УСД-60

Новый универсальный ультразвуковой дефектоскоп позволяющий воспользоваться всем богатством возможностей современной цифровой техники: выводить сигнал в виде А,B -сканов, подключать датчик пути для построения координатной развертки изделия (в специализированных версиях), записывать большой объем данных, автоматически формировать отчеты и протоколы. Позволяет измерять толщину изделий с высокой точностью, проводить ручной, автоматизированный контактный и иммерсионный (специальная и-зона) контроль.

Универсальная архитектура прибора позволяет строить на его базе механизированные и роботизированные комплексы контроля (до 32-х каналов)

Дефектоскоп сочетает в себе последние достижения аналоговой и цифровой техники, широкую универсальность, богатые функциональные возможности, удобство и простоту пользования, высокую надежность.

Технические характеристики дефектоскопа:

1. Развертка

- мин.: 0 - 2,67мкс

- макс.: 0 - 1000 мкс

с шагом 0,01 / 0,1/ 1/ 10/ 100 мкс

2. Задержка

- от -4 мкс до 1000мкс

с шагом 0,01 / 0,1/ 1/ 10/ 100 мкс

3. Максимальная длина контролируемого материала

до 6000 мм (эхо-режим)

4. Диапазон скоростей

1000 - 9999 м/с

5. Задержка в призме

0 - 100 мкс

с шагом 0,01 / 0,1/ 1 и 10мкс

6. Демпфирование

25 ом / 50 ом/ 1000 Ом

7. Входной импенданс

50 ом / 600 ом

8. Зондирующий импульс

- радиоимпульс, амплитудой 50 или 200 В,

- с изменяемой длительность от 16 до 500 нс,

с шагом 16 нс

9. Демпфер зондирующего импульса

регулируемый от 0 до 15 полупериодов

с задержкой демпфирования от 0 до 7 полупериодов

10. Частота повторений ЗИ

регулируемая от 20 до 2000Гц

с шагом 1/ 5/ 10 или 100Гц

11. Усилитель

широкополосный 0.4-20 МГц (-6 дБ)

12. Диапазон регулировки усиления

100 дБ, с шагом 0.5, 1, 2 или 6 дБ

13. Временная Регулировка Чувствительности (ВРЧ)

диапазон до 70 дБ, 12 дб/мкс

с построением кривой по 32 опорным точкам

введенным вручную или от контрольных отражателей

14. Кривая Амплитуда-Расстояние (АРК)

построение по 32 точкам, регулируемая по высоте

15. Детектирование

положительная или отрицательная полуволна,

полное, радиосигнал (во всем диапазоне развертки), B-scan, C-скан

16. Отсечка

компенсированная, 0 - 90% высоты экрана

17. Зоны контроля

три независимых зоны, начало и ширина

изменяются во всем диапазоне развертки,

уровни порогов задаются от 0 до 95%

высоты экрана при детектировании и

от -95% до +95% при радиосигнале с шагом

1%, индивидуальная логика определения дефектов.

Одна из зон (и-зона) предназначена для синхронизации от поверхностного сигнала при иммерсионном контроле

18. Автоматическая Сигнализация Дефектов (АСД)

световая для каждой зоны отдельно и звуковая,

индивидуальная логика определения дефекта в зоне

19. Измерение временных интервалов

от 0 до первого сигнала в зоне или между

сигналами в зонах, по фронту или по максимуму

сигнала

20. Измерение амплитуды

в процентах от высоты экрана,

в дБ относительно уровня порога в зоне,

в дБ относительно опорного сигнала,

в дБ относительно кривой амплитуда-расстояние

21. Дисплей

Цветной, TFT 640 х 480 точек

130 х 100 мм

22. А-сигнал

480 x 300 точек в стандартном режиме

23. Память

500 настроек с А-сигналом

5000 протоколов контроля (сигнал, огибающая, результат измерения, параметры работы прибора, дата, время и название протокола)

24. Интерфейс

RS232 / Ethernet

25. Разъемы преобразователей

2 СР50 или Лемо0 (по заказу)

26. Аккумулятор

Li-ion 8 А/ч

27. Время работы

7-8 часов от аккумуляторов

28. Внешнее питание

блок питания 220 В AC

29. Диапазон рабочих температур

от -20 C до +50 C

30. Размер (В x Ш x Д)

190 мм x 285 мм x 50 мм

31. Масса

3 кг с аккумуляторами

УД2-70

Предназначен для контроля продукции на наличие дефектов типа нарушения сплошности и однородности материалов, готовых изделий, полуфабрикатов и сварных (паяных) соединений, измерения глубины и координат залегания дефектов, измерения отношений амплитуд сигналов, отражённых от дефектов.

Особенности дефектоскопа:

- два независимых измерительных строба

- система автоматической сигнализации дефектов

- возможность запоминания: 100 программ настроек, 100 изображений экрана, 2000 результатов измерения параметров сигналов

- режим "электронная лупа"

- режим "стоп-кадр"

- функция "замок"

- режим связи с ПЭВМ

- протоколирование процедуры контроля с использованием программного обеспечения "Ultra UD2-70".

УД4-76

Предназначен для ручного и механизированного ультразвукового контроля материалов, заготовок, изделий и оборудования, съема и сохранения томограмм.

Особенности дефектоскопа:

- работа с любыми типами пьезоэлектрических преобразователей;

- измерение эквивалентных и условных размеров дефектов;

- функция «толщиномер»;

- развертки типа А-скан, В-скан;

- синхронизация: внутренняя, внешняя, от датчика пути;

- контроль скорости сканирования;

- различные формы детектирования: РЧ / 2п.п. / +п.п. / -п.п.;

- набор функций регулировки усиления, в том числе АРУ, ВРЧ;

- интерфейс автоматической калибровки параметров ПЭП и объекта контроля;

- несколько режимов работы с АРД диаграммами;

- два независимых трехуровневых измерительных строба;

- два дополнительных специальных строба;

- возможность контроля акустического контакта;

- система АСД по всем уровням стробов;

- индикация АСД на ярких трехцветных светодиодах;

- усовершенствованный режим пиковой кривой;

- режим наложения текущего сигнала на зафиксированный ранее (режим «стоп-кадр»);

- построение спектра сигнала;

- динамическое изменение характеристик генерирующего тракта в зависимости от включаемых частотных фильтров;

- разметка экрана по отражениям сигнала в объекте контроля;

- возможность использования специального программного интерфейса;

- возможность выбора структуры меню по двум схемам: «Пользователь» / «Эксперт»;

- возможность создания голосовых комментариев ко всем типам сохраняемых данных;

- большой высокоскоростной TFT дисплей;

-сохранение и вызов настроек контроля;

-связь с ПЭВМ через USB порт.

Основные технические характеристики:

УД3-103

Основные параметры:

- частотный диапазон – частота УЗК 0,4; 0,62; 1,25; 1,8; 2,5; 5,0 и 10,0 МГц. Область низких частот может оказаться полезной для контроля чугунов, пластмасс и других материалов с большим затуханием УЗК, а частота 10,0 МГц – для контроля изделий малой толщины и выявления мелких дефектов;

- встроенный толщиномер;

- режим "радиосигнала";

- предусмотрен специальный режим толщиномера с индикацией сигналов на А-развертке. При этом предусмотрена возможность измерения как по первому, так и по двум донным сигналам. На экране дефектоскопа может индицироваться как среднее, так и минимальное из измеренных значений. Разрешающая способность толщиномера до 0,01 мм. Для сохранения результатов измерений толщины в памяти дефектоскопа предусмотрен специальный отчет, который может быть сохранен в ПЭВМ и(или) распечатан;

- расширен динамический диапазон ВРЧ (до 60 дБ);

- по требованию потребителя может быть предусмотрена возможность подключения дополнительной аккумуляторной батареи для увеличения времени работы дефектоскопа в полевых условиях;

- удобное управление;

- режим "вихреток" * – частототный диапазон до 100,0 кГц. Динамический и статический режимы контроля. Метод контроля - фазовый и амплитудный.

А1214 ЭКСПЕРТ

Ультразвуковой дефектоскоп А1214 ЭКСПЕРТ - полностью цифровой, малогабаритный ультразвуковой дефектоскоп общего назначения. Обеспечивает реализацию типовых и специализированных методик ультразвукового контроля, высокую производительность и точность измерений.

Назначение

- контроль сварных швов

- поиск мест коррозии, трещин, внутренних расслоений и других дефектов

- определение координат и оценка параметров дефектов типа нарушений сплошности и однородности материала в изделиях из металлов и пластмасс

- измерение толщины изделия

Технология ручного УЗ-контроля состоит из ряда простых и сложных операций. Оператор перемещает преобразователь в околошовной зоне по сложной траектории, непрерывно наблюдает за экраном дефектоскопа и выполняет логические операции по переработке полученной информации и оценке качества контролируемого изделия. Такая напряженная работа приводит к быстрому физическому утомлению оператора, вследствие чего происходит пропуск дефектов.

Одним из основных недостатков ручного контроля является то, что после него не остается объективных документов (дефектограмм), по которым можно было бы контролировать работу операторов. Это обусловливает зависимость оценки качества контролируемого изделия от квалификации, физического состояния и условий работы оператора.

Автоматизация контроля значительно повышает его производительность и достоверность. Повышение достоверности достигается тем, что фиксация обнаруженных дефектов производится не визуально оператором, а за
счет получения дефектограммы на бумажной ленте с помощью какого-либо регистрирующего устройства.

Автоматизированное устройство для УЗ-контроля должно включать следующие основные узлы: акустический блок с преобразователями и механизмом для их перемещения по поверхности контролируемого изделия; система слежения за швом соединений и качеством акустического контакта; электронный блок для генерирования зондирующих импульсов и приема эхо-сигналов; систему подачи и сбора контактной жидкости; электронный блок для логической обработки информации о дефекте, включая ЭВМ, регистраторы информации на дефектограмме в аналоговой или цифровой форме; систему обратной связи для управления траекторией и скоростью сканирования в зависимости от полученной информации о дефекте; систему автоматической
отбраковки и др.

Уровень автоматизации установки определяется наличием в ней упомянутых систем. Если все эти системы входят в конструкцию установки, то достигается полная автоматизация контрольных операций. Такие установки
называют автоматическими стендами. Стенды — весьма сложное, громоздкое и дорогостоящее оборудование, поэтому применять их на производстве не
всегда целесообразно.

Автоматизации обычно предшествует разработка и внедрение методов и средств механизации. Вначале отдельные операции ручного контроля должны быть заменены механизмами и устройствами с механическим двигателем. Во многих случаях достаточно механизировать (частично автоматизировать) контрольные операции, передав автоматизированному устройству, например, функции поиска и регистрации дефектов. Такие устройства менее сложны по конструкции и могут быть выполнены в виде малогабаритных дефектоскопов.

Важно отмстить, что применение этих упрощенных устройств не должно влиять на достоверность контроля. Поэтому выбор конструкции установки и оптимизация параметров автоматического контроля должны производиться на основе закономерностей статистического распределения дефектов в контролируемых изделиях по местоположению, ориентации, типу, величине и другим признакам.

Сканер HSFCS-XY01 (рисунок 2.18). Это гибкий сканер, обладает необходимой гибкостью для контроля неровных и наклонных поверхностей. Система множественных чашечных присосов держит сканер на детали. HSFCS-XY01 также может быть оснащен чашечными присосами, активируемыми вручную, что исключает необходимость использования компрессора (рисунок 2.19).

Рисунок - Гибкий сканер HSFCS-XY01

Рисунок - Гибкий сканер HSFCS-XY01 с чашечными присосами

активируемыми вручную

Гибкая ось X:

- передвижной модуль прикреплен к каретке на колесиках с механизмом быстрого освобождения;

- рельса сконструирована с петлей на одном конце, для предохранения сканера от случайных падений.

Характеристики:

- общая протяженность хода до 3000 мм;

- разрешение кодировщика – 10 ед/мм;

- минимальны внешний изгиб – 360 мм;

- минимальный внутренний изгиб – 360 мм;

- шесть вакуумных генераторов смонтированных на коллекторе с подачей воздуха и выпускным отверстием;

- сила удержания – 30 кг на чашку.

Жесткая ось Y:

- алюминиевая направляющая с твердым анодированным покрытием, 16 мм в диаметре, с зубчатой рейкой из нержавеющей стали;

- направляющая не двигается под своим собственным весом;

- конструкция каретки позволяет поворачивать ось Y, что дает возможность, для измерений по траектории не параллельной оси Y.

GRP - ультразвуковая установка (рисунок 2.21) для контроля всего тела трубы с системами стационарных преобразователей или с вращающимися преобразователями для бесшовных труб и труб, сваренных контактной сваркой. Имеются модели для различных техник контроля труб диаметров от 20 до 660 мм.

Рисунок - GPR

Характеристики установки GRP

- Выявление продольных, поперечных, др.формы дефектов, расслоения; измерение толщины стенок и вычисление эксцентричности

- Стандартные преобразователи или CLUSTER (до 9 преобразователей в держателе)

- Техника PAINT BRUSH для дефектов нестандартной формы (+/- 20-градусов) или техника фазированной решетки для выявленных дефектов нестандартной формы

Ручной сканер типа 4030 для труб.

Этот двухкоординатный сканер предназначен в основном для растрового сканирования труб и объектов с выпуклыми или вогнутыми поверхностями. Конструктивно он подобен автоматизированному сканеру без двигателей. По сравнению со сканером типа 4020, он обеспечивает более высокую точность позиционирования. Магнитные колёса обеспечивают надежное сцепление с контролируемой поверхностью объекта контроля (или с направляющей для объектов из немагнитных материалов). Сканер сконструирован для контроля труб диаметром от 50мм и выше. Сменные направляющие (ось Y) позволяют сканировать как достаточно большие площади, так и ограниченные зоны в труднодоступных местах. Сканер снабжен тормозами для предотвращения ненужного движения в одном направлении, в то время как преобразователь перемещают по второй оси. Сканер типа 4030 показан с направляющей длиною 300мм.[6]

Сканирующее устройство СКТТ-Ц на базе дефектоскопа УД4-94-ОКО-01 предназначено для проведения механизированного ультразвукового контроля тела трубы с целью обнаружения дефектов типа продольных, поперечных трещин и расслоений [6].

Рисунок – Сканирующее устройство СКТТ-Ц

Вывод: для данного сварного соединения наиболее оптимальным является использование эхо-импульсного метода контроля, так как он обеспечивает полное сканирование шва во всех направлениях. Для контроля будем использовать совмещенный наклонный преобразователь. Корень шва будем контролировать прямым лучом, а верхнюю часть шва однократно-отраженным лучом.

Оптимальными для контроля приборами являются: дефектоскоп УСД-60, УД2-70, УД4-76.

Дата добавления: 2015-09-05