Metināto savienojumu ultraskaņas pārbaude, testēšanas metodes un tehnoloģija

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Nav praktiski nevienas nozares, kurā netiktu veikta metināšana. Lielākā daļa metāla konstrukciju tiek montētas un savstarpēji savienotas, izmantojot metināšanas šuves. Protams, šāda veida darbu kvalitāte nākotnē ir atkarīga ne tikai no ēkas, konstrukcijas, mašīnas vai jebkuras uzbūvējamās vienības uzticamības, bet arī no to cilvēku drošības, kuri kaut kādā veidā mijiedarbosies ar šīm konstrukcijām. Tāpēc, lai nodrošinātu atbilstošu šādu darbību izpildes līmeni, tiek izmantota metināto šuvju ultraskaņas pārbaude, pateicoties kurai ir iespējams noteikt dažādu defektu esamību vai neesamību metāla izstrādājumu savienojuma vietā. Šī uzlabotā kontroles metode tiks apspriesta mūsu rakstā.

Notikumu vēsture

Ultraskaņas defektu noteikšana kā tāda tika izstrādāta 30. gados. Tomēr pirmā reāli strādājošā ierīce radās tikai 1945. gadā, pateicoties Sperry Products. Nākamo divu desmitgažu laikā jaunākā vadības tehnoloģija ieguva atzinību visā pasaulē, un šādu iekārtu ražotāju skaits krasi pieauga.

UltraskaņaDefektu detektorā, kura cena šodien ir no 100 000 līdz 130 000 tūkstošiem rubļu, sākotnēji bija vakuuma caurules. Šādas ierīces bija apjomīgas un smagas. Viņi strādāja tikai no maiņstrāvas avotiem. Taču jau 60. gados, parādoties pusvadītāju ķēdēm, defektu detektori tika ievērojami samazināti un varēja darboties ar baterijām, kas galu galā ļāva ierīces izmantot pat lauka apstākļos.

Ieiet digitālajā realitātē

Agrīnā stadijā aprakstītie instrumenti izmantoja analogo signālu apstrādi, kā dēļ, tāpat kā daudzas citas līdzīgas ierīces, kalibrēšanas laikā tie bija pakļauti dreifēšanai. Bet jau 1984. gadā Panametrics laida klajā pirmo portatīvo digitālo defektu detektoru ar nosaukumu EPOCH 2002. Kopš tā brīža digitālās vienības ir kļuvušas par ļoti uzticamu aprīkojumu, kas ideālā gadījumā nodrošina nepieciešamo kalibrēšanas un mērījumu stabilitāti. Ultraskaņas defektu detektors, kura cena ir tieši atkarīga no tā tehniskajiem parametriem un ražotāja zīmola, saņēma arī datu reģistrēšanas funkciju un iespēju pārsūtīt rādījumus uz personālo datoru.

Mūsdienu vidē arvien lielāka interese ir par fāzētu masīvu sistēmām, kurās tiek izmantota sarežģīta tehnoloģija, kuras pamatā ir daudzelementu pjezoelektriskie elementi, lai radītu virziena starus un radītu šķērsgriezuma attēlus, kas līdzīgi medicīnas ultraskaņas attēlveidošanai.

Sfērapieteikumi

Ultraskaņas vadības metode tiek izmantota jebkurā nozarē. Tās izmantošana ir parādījusi, ka to var vienlīdz efektīvi izmantot, lai pārbaudītu gandrīz visu veidu metinātos savienojumus būvniecībā, kuru metinātā parastā metāla biezums ir lielāks par 4 milimetriem. Turklāt metode tiek aktīvi izmantota, lai pārbaudītu gāzes un naftas cauruļvadu savienojumus, dažādas hidrauliskās un ūdens sistēmas. Un tādos gadījumos kā biezu šuvju pārbaude, kas iegūtas elektroizdedžu metināšanas rezultātā, ultraskaņas defektu noteikšana ir vienīgā pieņemamā pārbaudes metode.

Galīgo lēmumu par to, vai daļa vai metinātā šuve ir derīga ekspluatācijai, pieņem, pamatojoties uz trim pamatrādītājiem (kritērijiem) - amplitūdu, koordinātām, nosacītajiem izmēriem.

Kopumā ultraskaņas pārbaude ir tieši tā metode, kas attēlveidošanas ziņā ir visauglīgākā šuves izpētes procesā (detaļas).

Pieprasījuma iemesli

Aprakstītā pārbaudes metode, izmantojot ultraskaņu, ir laba ar to, ka tai ir daudz augstāka indikāciju jutība un uzticamība defektu noteikšanas procesā plaisu veidā, zemākas izmaksas un augsta drošība lietošanas procesā, salīdzinot ar klasiskās radiogrāfiskās pārbaudes metodes. Līdz šim metināto savienojumu ultraskaņas testēšana tiek izmantota 70-80% pārbaudes gadījumu.

Ultraskaņas devēji

BezŠo ierīču izmantošana nesagraujošai ultraskaņas pārbaudei ir vienkārši neiedomājama. Ierīces tiek izmantotas, lai radītu ierosmi, kā arī uztvertu ultraskaņas vibrācijas.

Vienības ir dažādas, un tās klasificē pēc:

• Veids, kā izveidot kontaktu ar testa vienumu.
• Metode pjezoelektrisko elementu savienošanai ar defektu detektora elektrisko ķēdi un elektroda dislokācija attiecībā pret pjezoelektrisko elementu.
• Akustiskās skaņas orientācija attiecībā pret virsmu.
• Pjezo elementu skaits (viena, dubultā, vairāku elementu).
• Darbības frekvenču joslas platums (šaurjosla - mazāks par vienu oktāvu joslas platums, platjosla - vairāk nekā viena oktāvas joslas platums).

Izmērāmi defektu raksturlielumi

GOST valda visu tehnoloģiju un rūpniecības pasaulē. Arī ultraskaņas pārbaude (GOST 14782-86) šajā jautājumā nav izņēmums. Standarts nosaka, ka defekti tiek mērīti pēc šādiem parametriem:

• Ekvivalents defekta laukums.
• Atbalss signāla amplitūda, kuru nosaka, ņemot vērā attālumu līdz defektam.
• Defekta koordinātes metināšanas punktā.
• Parastie izmēri.
• Nosacīts attālums starp defektiem.
• Defektu skaits izvēlētajā metinājuma šuves vai savienojuma garumā.

Trūkumu detektora darbība

Nedestruktīvajai pārbaudei, kas ir ultraskaņa, ir sava lietošanas metode, kas nosaka, ka galvenais izmērāmais parametrs ir iegūtā atbalss signāla amplitūdatieši no defekta. Lai atšķirtu atbalss signālus pēc amplitūdas, tiek fiksēts tā sauktais noraidīšanas jutības līmenis. Tas, savukārt, tiek konfigurēts, izmantojot uzņēmuma standarta veidni (SOP).

Trūkumu detektora darbības sākšanu pavada tā regulēšana. Šim nolūkam ir iestatīta noraidīšanas jutība. Pēc tam notiekošo ultraskaņas pētījumu procesā iegūtais atbalss signāls no konstatētā defekta tiek salīdzināts ar fiksēto atgrūšanas līmeni. Ja izmērītā amplitūda pārsniedz noraidīšanas līmeni, eksperti nolemj, ka šāds defekts ir nepieņemams. Pēc tam šuve vai izstrādājums tiek noraidīts un nosūtīts pārskatīšanai.

Biežākie metināto virsmu defekti ir: saplūšanas trūkums, nepilnīga iespiešanās, plaisāšana, porainība, izdedžu ieslēgumi. Tieši šie pārkāpumi tiek efektīvi atklāti, atklājot defektus, izmantojot ultraskaņu.

Ultraskaņas opcijas

Laika gaitā pārbaudes procesā ir izstrādātas vairākas efektīvas metodes metināto šuvju pārbaudei. Ultraskaņas pārbaude paredz diezgan daudz iespēju aplūkoto metāla konstrukciju akustiskajai pārbaudei, tomēr populārākās ir:

• Atbalss metode.
• Ēna.
• Spoguļa-ēnu metode.
• Echo Mirror.
• Delta metode.

Pirmā metode

Visbiežāk rūpniecībā un dzelzceļa transportā izmanto atbalss-impulsa metodi. Pateicoties viņam, tiek diagnosticēti vairāk nekā 90% no visiem defektiem, kas kļūst iespējams, reģistrējot un analizējot gandrīz visus signālus, kas atspoguļojas no defekta virsmas.

Šīs metodes pamatā ir metāla izstrādājuma zondēšana ar ultraskaņas vibrāciju impulsiem, kam seko to reģistrēšana.

Metodes priekšrocības ir:

- vienvirziena piekļuves iespēja produktam;

- diezgan augsta jutība pret iekšējiem defektiem;

- augstākā precizitāte atklātā defekta koordinātu noteikšanā.

Tomēr ir arī trūkumi, tostarp:

- zema pretestība pret virsmas atstarotāju radītiem traucējumiem;

- spēcīga signāla amplitūdas atkarība no defekta vietas.

Aprakstītā defekta noteikšana nozīmē, ka meklētājs uz produktu nosūta ultraskaņas impulsus. Atbildes signālu saņem viņš vai otrais meklētājs. Šādā gadījumā signālu var atstarot gan tieši no defektiem, gan no pretējās detaļas, izstrādājuma (šuves) virsmas.

Ēnu metode

Tas ir balstīts uz detalizētu ultraskaņas vibrāciju amplitūdas analīzi, ko pārraida no raidītāja uz uztvērēju. Gadījumā, ja šis rādītājs samazinās, tas norāda uz defekta esamību. Šajā gadījumā, jo lielāks ir paša defekta izmērs, jo mazāka ir uztvērēja uztvertā signāla amplitūda. Lai iegūtu ticamu informāciju, emitētājs un uztvērējs ir jānovieto koaksiāli pretējās pusēspētāmais objekts. Šīs tehnoloģijas trūkumus var uzskatīt par zemo jutību salīdzinājumā ar atbalss metodi un grūtībām orientēt PET (pjezoelektriskos devējus) attiecībā pret starojuma modeļa centrālajiem stariem. Tomēr ir arī priekšrocības, kas ir augsta pretestība pret traucējumiem, zema signāla amplitūdas atkarība no defekta vietas un mirušās zonas neesamība.

Spoguļa-ēnu metode

Šo ultraskaņas kvalitātes kontroli visbiežāk izmanto metināto armatūras savienojumu pārbaudei. Galvenā pazīme, ka ir konstatēts defekts, ir signāla amplitūdas pavājināšanās, kas atstarojas no pretējās virsmas (visbiežāk saukta par apakšu). Metodes galvenā priekšrocība ir skaidra dažādu defektu noteikšana, kuru dislokācija ir metinājuma sakne. Tāpat metodi raksturo iespēja vienpusēji piekļūt šuvei vai daļai.

Atbalss spoguļa metode

Visefektīvākais veids, kā noteikt vertikālos defektus. Pārbaude tiek veikta, izmantojot divas zondes, kuras tiek pārvietotas pa virsmu netālu no šuves vienā tās pusē. Tajā pašā laikā to kustība tiek veikta tā, lai ar vienu zondi fiksētu signālu, ko izstaro no citas zondes un divreiz atstaro no esošā defekta.

Metodes galvenā priekšrocība: to var izmantot, lai novērtētu defektu formu, kuru izmērs pārsniedz 3 mm un kas novirzās vertikālā plaknē vairāk nekā par 10 grādiem. Svarīgākā -izmantojiet zondes ar tādu pašu jutību. Šī ultraskaņas izmeklēšanas versija tiek aktīvi izmantota, lai pārbaudītu izstrādājumus ar biezām sienām un to metinājuma šuves.

Delta metode

Norādītajā metināto šuvju ultraskaņas testēšanā tiek izmantota ultraskaņas enerģija, ko atkārtoti izstaro defekts. Uz defekta krītošais šķērsvilnis tiek daļēji atspoguļots spožā veidā, daļēji pārveidots par garenvirziena vilni, kā arī atkārtoti izstaro difrakcijas vilni. Rezultātā tiek uztverti nepieciešamie PET viļņi. Par metodes trūkumu var uzskatīt šuves attīrīšanu, diezgan lielo saņemto signālu atšifrēšanas sarežģītību metināto savienojumu ar biezumu līdz 15 milimetriem kontroles laikā.

Ultraskaņas priekšrocības un tās pielietojuma smalkumi

Metināto savienojumu pārbaude, izmantojot augstfrekvences skaņu, patiesībā ir nesagraujoša pārbaude, jo šī metode nav spējīga nodarīt nekādus bojājumus pētāmajā izstrādājuma sadaļā, bet tajā pašā laikā diezgan precīzi nosaka defektu klātbūtne. Tāpat īpaša uzmanība ir pelnījusi veikto darbu zemās izmaksas un to lielo izpildes ātrumu. Ir arī svarīgi, lai metode būtu absolūti droša cilvēku veselībai. Visi metālu un metināto šuvju pētījumi, kuru pamatā ir ultraskaņa, tiek veikti diapazonā no 0,5 MHz līdz 10 MHz. Dažos gadījumos ir iespējams veikt darbu, izmantojot ultraskaņas viļņus ar frekvenci 20 MHz.

Metināto savienojumu analīzi ar ultraskaņu obligāti jāpapildina ar veselu kompleksusagatavošanās pasākumi, piemēram, šuves vai pētāmās virsmas tīrīšana, specifisku kontaktšķidrumu uzklāšana kontrolētajai zonai (īpaša pielietojuma želejas, glicerīns, mašīnu eļļa). Tas viss tiek darīts, lai nodrošinātu pareizu stabilu akustisko kontaktu, kas galu galā nodrošina nepieciešamo attēlu ierīcē.

Nelietojams un trūkumi

Ultraskaņas testēšana ir absolūti neracionāla, lai pārbaudītu metālu metināšanas savienojumus ar rupjgraudainu struktūru (piemēram, čuguna vai austenīta metinājuma šuve, kuras biezums pārsniedz 60 milimetrus). Un viss tāpēc, ka šādos gadījumos ir pietiekami liela ultraskaņas izkliede un spēcīga vājināšanās.

Tāpat nav iespējams viennozīmīgi pilnībā raksturot konstatēto defektu (volframa ieslēgums, izdedžu iekļaušana u.c.).