Ultrazvukové zkoušení svarových spojů, metody a technologie zkoušení

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Neexistuje prakticky žádné odvětví, kde by se svařování neprovádělo. Velká většina kovových konstrukcí je namontována a propojena pomocí svarů. Kvalita tohoto druhu práce v budoucnu samozřejmě závisí nejen na spolehlivosti budovy, konstrukce, stroje nebo jakékoli jednotky, která se staví, ale také na bezpečnosti lidí, kteří budou s těmito konstrukcemi nějak interagovat. Proto se pro zajištění správné úrovně provádění takových operací používá ultrazvukové testování svarů, díky kterému je možné odhalit přítomnost nebo nepřítomnost různých vad na spoji kovových výrobků. Tato pokročilá metoda ovládání bude popsána v našem článku.

Historie výskytu

Ultrazvuková detekce defektů jako taková byla vyvinuta ve 30. letech. První skutečně fungující zařízení se však zrodilo až v roce 1945 díky Sperry Products. Během následujících dvou desetiletí si nejnovější řídicí technologie získala celosvětové uznání a počet výrobců takového zařízení dramaticky vzrostl.

UltrazvukDetektor defektů, jehož cena dnes začíná od 100 000 do 130 000 tisíc rublů, zpočátku obsahoval vakuové trubice. Taková zařízení byla objemná a těžká. Pracovaly výhradně ze zdrojů střídavého proudu. Ale již v 60. letech, s příchodem polovodičových obvodů, byly defektoskopy výrazně zmenšeny a byly schopny provozu na baterie, což nakonec umožnilo používat zařízení i v polních podmínkách.

Vkročte do digitální reality

Popsané přístroje v raných fázích využívaly analogové zpracování signálu, díky čemuž, stejně jako mnoho jiných podobných zařízení, podléhaly v době kalibrace driftu. Ale již v roce 1984 společnost Panametrics uvedla na trh první přenosný digitální defektoskop s názvem EPOCH 2002. Od tohoto okamžiku se digitální jednotky staly vysoce spolehlivým zařízením, které v ideálním případě poskytuje potřebnou kalibraci a stabilitu měření. Ultrazvukový defektoskop, jehož cena přímo závisí na jeho technických vlastnostech a značce výrobce, získal také funkci záznamu dat a možnost přenosu naměřených hodnot do osobního počítače.

V dnešním prostředí je stále větší zájem o systémy s fázovým polem, které využívají sofistikovanou technologii založenou na víceprvkových piezoelektrických prvcích pro generování směrových paprsků a vytváření průřezových obrazů podobných lékařskému ultrazvukovému zobrazování.

Sféraaplikace

Ultrazvuková metoda ovládání se používá v každém odvětví. Jeho použití ukázalo, že jej lze stejně efektivně použít pro testování téměř všech typů svarových spojů ve stavebnictví, které mají tloušťku svařovaného základního kovu větší než 4 milimetry. Kromě toho se metoda aktivně používá ke kontrole spojů plynovodů a ropovodů, různých hydraulických a vodních systémů. A v případech, jako je kontrola silných švů získaných elektrostruskovým svařováním, je ultrazvuková detekce defektů jedinou přijatelnou metodou kontroly.

Konečné rozhodnutí o tom, zda je díl nebo svar vhodný k provozu, se provádí na základě tří základních ukazatelů (kritérií) - amplitudy, souřadnic, podmíněných rozměrů.

Obecně platí, že ultrazvukové testování je přesně tou metodou, která je z hlediska zobrazování nejplodnější v procesu studia švu (detailu).

Důvody poptávky

Popsaný způsob kontroly pomocí ultrazvuku je dobrý v tom, že má mnohem vyšší citlivost a spolehlivost indikací v procesu zjišťování vad v podobě trhlin, nižší cenu a vysokou bezpečnost v procesu použití oproti klasické metody radiografické kontroly. K dnešnímu dni se ultrazvukové testování svarových spojů používá v 70-80 % případů kontroly.

Ultrazvukové měniče

BezPoužití těchto zařízení pro nedestruktivní ultrazvukové testování je prostě nemyslitelné. Zařízení se používají ke generování buzení a také k příjmu vibrací ultrazvuku.

Jednotky jsou různé a jsou klasifikovány podle:

• Způsob, jak vytvořit kontakt s testovaným předmětem.
• Metoda připojení piezoelektrických prvků k elektrickému obvodu samotného defektoskopu a dislokace elektrody vzhledem k piezoelektrickému prvku.
• Orientace akustiky vzhledem k povrchu.
• Počet piezoelektrických prvků (jeden, dvojitý, víceprvkový).
• Šířka pásma provozních frekvencí (úzké pásmo – šířka pásma menší než jedna oktáva, širokopásmové pásmo – šířka pásma více než jedna oktáva).

Měřitelné charakteristiky defektů

GOST vládne všemu ve světě technologií a průmyslu. Výjimkou v této věci není ani ultrazvukové testování (GOST 14782-86). Norma stanoví, že vady se měří pomocí následujících parametrů:

• Ekvivalentní oblast vady.
• amplituda signálu echa, která je určena s ohledem na vzdálenost k defektu.
• Souřadnice defektu v místě svařování.
• Konvenční velikosti.
• Podmíněná vzdálenost mezi defekty.
• Počet vad ve zvolené délce svaru nebo spoje.

Funkce detektoru chyb

Nedestruktivní testování, které je ultrazvukové, má svůj vlastní způsob použití, který uvádí, že hlavním měřeným parametrem je amplituda získaného echo signálupřímo z defektu. Pro rozlišení ozvěnových signálů amplitudou je nastavena tzv. úroveň citlivosti odmítnutí. To se zase konfiguruje pomocí podnikové standardní šablony (SOP).

Začátek činnosti defektoskopu je doprovázen jeho seřízením. K tomu je nastavena citlivost odmítnutí. Poté, v procesu probíhajících ultrazvukových studií, je získaný echo signál z detekované vady porovnán s pevnou úrovní odmítnutí. Pokud naměřená amplituda překročí úroveň odmítnutí, odborníci rozhodnou, že taková vada je nepřijatelná. Poté je šev nebo produkt odmítnut a odeslán k revizi.

Nejčastější vady svařovaných povrchů jsou: nestavení, neúplná penetrace, praskání, poréznost, struskové vměstky. Právě tato porušení jsou účinně detekována detekcí defektů pomocí ultrazvuku.

Ultrazvukové možnosti

Postupem času vyvinul proces kontroly několik výkonných metod pro zkoumání svarů. Ultrazvukové testování poskytuje poměrně velké množství možností pro akustické vyšetření uvažovaných kovových konstrukcí, nicméně nejoblíbenější jsou:

• Metoda ozvěny.
• Stín.
• Metoda zrcadlového stínu.
• Echo Mirror.
• Metoda Delta.

Metoda číslo jedna

V průmyslu a železniční dopravě se nejčastěji používá metoda echo-puls. Díky němu je diagnostikováno více než 90 % všech defektů, což je možné díky registraci a analýze téměř všech signálů odražených od povrchu defektu.

Tato metoda sama o sobě je založena na ozvučení kovového výrobku pulzy ultrazvukových vibrací s následnou jejich registrací.

Výhody metody jsou:

- možnost jednosměrného přístupu k produktu;

- poměrně vysoká citlivost na vnitřní defekty;

- nejvyšší přesnost při určení souřadnic zjištěné závady.

Existují však také nevýhody, včetně:

- nízká odolnost proti rušení povrchovými reflektory;

- silná závislost amplitudy signálu na místě defektu.

Popsaná detekce vad znamená, že vyhledávač posílá do produktu ultrazvukové impulsy. Signál odpovědi obdrží on nebo druhý hledající. V tomto případě se signál může odrazit jak přímo od defektů, tak od opačného povrchu dílu, výrobku (ševu).

Stínová metoda

Je založen na podrobné analýze amplitudy ultrazvukových vibrací přenášených z vysílače do přijímače. V případě, že dojde k poklesu tohoto indikátoru, znamená to přítomnost vady. V tomto případě platí, že čím větší je velikost samotné vady, tím menší je amplituda signálu přijímaného přijímačem. Pro získání spolehlivých informací by měly být vysílač a přijímač umístěny koaxiálně na opačných stranáchstudovaný objekt. Za nevýhody této technologie lze považovat nízkou citlivost ve srovnání s echo metodou a obtížnou orientaci PET (piezoelektrických měničů) vzhledem k centrálním svazkům vyzařovacího diagramu. Existují však i výhody, kterými jsou vysoká odolnost proti rušení, nízká závislost amplitudy signálu na místě defektu a absence mrtvé zóny.

Metoda zrcadlového stínu

Tato ultrazvuková kontrola kvality se nejčastěji používá ke kontrole svařovaných spojů výztuže. Hlavním znakem toho, že byla zjištěna závada, je zeslabení amplitudy signálu, která se odráží od protilehlé plochy (nejčastěji zvané spodní). Hlavní výhodou metody je jasná detekce různých defektů, jejichž dislokací je kořen svaru. Metoda se také vyznačuje možností jednostranného přístupu ke švu nebo části.

Metoda zrcadlení ozvěny

Nejúčinnější způsob odhalování vertikálních defektů. Kontrola se provádí pomocí dvou sond, které se pohybují po povrchu v blízkosti švu na jeho jedné straně. Zároveň se jejich pohyb provádí tak, aby jednou sondou zafixoval signál vysílaný jinou sondou a dvakrát odražený od stávající vady.

Hlavní výhoda metody: lze pomocí ní vyhodnotit tvar defektů, jejichž velikost přesahuje 3 mm a odchylují se ve vertikální rovině o více než 10 stupňů. Nejdůležitější -použijte sondy se stejnou citlivostí. Tato verze ultrazvukového vyšetření se aktivně používá ke kontrole silnostěnných výrobků a jejich svarů.

Metoda delta

Uvedené ultrazvukové testování svarů využívá ultrazvukovou energii znovu vyzařovanou defektem. Příčná vlna dopadající na defekt se částečně odráží zrcadlově, částečně se transformuje na podélnou a také znovu vyzařuje difraktovanou vlnu. Výsledkem je zachycení požadovaných PET vln. Za nevýhodu metody lze považovat čištění švu, poměrně vysokou složitost dešifrování přijímaných signálů při kontrole svarových spojů o tloušťce až 15 milimetrů.

Výhody ultrazvuku a jemnosti jeho aplikace

Zkoumání svarových spojů pomocí vysokofrekvenčního zvuku je ve skutečnosti nedestruktivní testování, protože tato metoda není schopna způsobit žádné poškození zkoumaného úseku výrobku, ale zároveň poměrně přesně určuje přítomnost defektů. Zvláštní pozornost si zaslouží také nízké náklady na provedené práce a jejich vysoká rychlost provádění. Je také důležité, aby metoda byla absolutně bezpečná pro lidské zdraví. Veškeré studie kovů a svarů na bázi ultrazvuku se provádějí v rozsahu od 0,5 MHz do 10 MHz. V některých případech je možné provádět práce pomocí ultrazvukových vln o frekvenci 20 MHz.

Analýza svarového spoje pomocí ultrazvuku musí být nutně doprovázena celým komplexempřípravná opatření, jako je čištění švu nebo studovaného povrchu, aplikace specifických kontaktních kapalin na kontrolovanou oblast (gely pro speciální účely, glycerin, strojní olej). To vše je děláno pro zajištění správného stabilního akustického kontaktu, který v konečném důsledku poskytuje potřebný obraz na zařízení.

Nepoužitelné a nevýhody

Ultrazvukové testování je absolutně iracionální používat pro zkoumání svarových spojů kovů s hrubozrnnou strukturou (například litina nebo austenitický svar o tloušťce větší než 60 milimetrů). A to vše proto, že v takových případech je dostatečně velký rozptyl a silný útlum ultrazvuku.

Zjištěnou závadu také nelze jednoznačně plně charakterizovat (inkluze wolframu, inkluze strusky atd.).