Ультразвуковой контроль сварных швов

Разновидности капиллярного контроля

В зависимости от способа выполнения капиллярный контроль может быть: основным — осуществляется посредством нанесения проникающих веществ; комбинированным — использует одновременно несколько щадящих методов.

Основные способы капиллярного контроля подразделяются на две группы:

  1. По типу пенетрантов:
  • Проникающие растворы
  • Фильтрующие суспензии

По способу получения индикаторного рисунка:

  • Яркостный (ахроматический), обеспечивающий высокую ясность и четкость ахроматического следа
  • Цветной (контрастный), обеспечивающий видимость повреждений за счет контрастности индикаторного рисунка и фона исследуемого объекта (красно-белый метод)
  • Люминесцентный, использующий способность люминофоров светится в ультрафиолете
  • Люминесцентно-цветной – регистрирует контраст цветного или люминесцирующего индикаторного следа на поврежденной поверхности в видимом или длинноволновом ультрафиолете

Комбинированные разновидности представляют собой синтез капиллярного контроля:

  1. С электростатическим
  2. С магнитным
  3. С электроиндукционным
  4. С радиационными методами поглощения или излучения

Состав комбинации зависит от способа и характера воздействия на исследуемую поверхность.

Особенности технологии проведения

Мероприятия по выявлению повреждений методом капиллярного контроля регулируются ГОСТ 18442-80 и предполагают поэтапное выполнение:

  1. Подготовка объекта заключается в тщательном очищении его поверхности от любых загрязнений, включая окалину, ржавчину и масла. Выбор способа очищения зависит от происхождения загрязнений и может быть механическим, растворяющим, паровым или химическим. Неорганические вещества удаляют посредством механической чистки, органические – специальными очистителями. После обработки исследуемая поверхность тщательно просушивается
  2. Заполнение пенетрантами пустот и полостей на контролируемой поверхности выполняется одним из способов:
  • Капиллярным, когда индикаторная жидкость наносится путем смачивания, кистью, струей или распыления
  • Вакуумным, создающим в несплошностях разряженную атмосферу с разницей между внутренним и внешним давлением, заставляющей полость «втягивать» в себя пенетрант
  • Компрессионный, наоборот, подразумевает избыточное давление, под действием которого индикаторная жидкость заполняет пустоты, вытесняя из них воздух
  • Ультразвуковой предполагает заполнение трещин с применением капиллярного эффекта, созданного ультразвуком
  • Деформационный – заполнение пустот индикаторными веществами под воздействием колебаний звуковой волны или статичных нагрузок

Пониженные температуры увеличивают время проникновения пенетранта в микротрещины и вероятность образования конденсата на поверхности контролируемого участка, что усложняет технологический процесс.

Промежуточное очищение требуется для удаления излишков пенетрантов водой или специальными составами, нанесенными на салфетку из гигроскопических материалов. Делают это аккуратно, удаляя вещества не из трещин, а только с исследуемой поверхности, которую после обработки просушивают естественным путем
Процесс нанесения проявителя может быть выполнен методом распыления, кистевым, погружения или обливным. Чтобы излишки проявителя не испортили индикаторные следы, его равномерно наносят 2-3 тонкими слоями. Попадая в несплошности проявитель, увеличивается и «выталкивает» краситель на поверхность. При строгом соблюдении технологии ширина контрастного рисунка настолько превышает ширину раскрытия повреждения, что позволяет обнаружить микротрещины без применения оптических приборов
К этапу контроля приступают после полного высыхания проявителя, когда на белом фоне выделяются дефекты контрастного (чаще всего красного) цвета. Цветовая насыщенность отражает глубину и ширину раскрытия трещин, течи и прочих деформаций. Чем она интенсивнее, тем глубже повреждение и наоборот. Несплавления в сварных швах проявляются цветными линиями, а поры – скоплениями разрозненных точек

Метод течеискания контролирует сквозные повреждения. Его особенность заключается в нанесении проникающего вещества и проявителя, как на внешние, так и внутренние поверхности исследуемой конструкции.

К реализации мероприятий капиллярного контроля допускаются специалисты со здоровым зрением без признаков дальтонизма, которые прошли специальное обучение, подкрепленное соответствующим удостоверением.

Результаты визуального или оптического осмотра, допускающего применение луп и очков с увеличительными линзами, анализируются и протоколируются. По завершению контрольных мероприятий объект очищается водой или растворителем, обдувкой песком или другим абразивом.

Дополнительные сведения

Перед тем как использовать радиографический метод контроля качества, надо знать, что его диагностический диапазон ограничен чувствительностью прибора.

При помощи дефектоскопа нельзя выявить:

  • пустоты, которые на 50% меньше стандартных значений для указанного прибора и размещены в направлении, параллельном действию рентгеновского луча;
  • включения, расположенные в направлении действия луча, размер которых в 2 раза меньше чувствительности прибора;
  • дефекты, которые на снимке совпадают с гранями и острыми углами проверяемых элементов.

Все остальные дефекты этот метод выявляет быстро, эффективно и с высокой точностью.

Для каких объектов применимо

Метод УЗК используют на производствах нефти и газа, в отраслях крупной промышленности, в атомной энергетике и т.д. В металлургии, например, ультразвуковую дефектоскопию применяют при обработке литья и поковок. В авиастроении — для диагностики полимеров и композитов на наличие трещин, непроклеев и т.д.


Ультразвуковую дефектоскопию применяют на производствах нефти и газа.

В металлургии контролю подвергают листовую сталь, которую широко используют при строительстве автодорожных и железнодорожных мостов, в гражданском и промышленном строительстве зданий и сооружений, требующих повышенной прочности и надежности.

В литейном производстве метод позволяет видеть в структуре черных и цветных металлов пустоты, пористость, включения и трещины. Также возможно измерить толщину изделия, например пустотелых отливок сложной формы, без нарушения его целостности в производстве автомобильных двигателей.

В строительстве для оценки состояния бетонных конструкций важно проверить фактическую прочность на соответствие проектным требованиям. Ведется проверка факторов, влияющих на эксплуатационные свойства бетона и арматуры

Метод УЗ дает возможность работы не только в лабораторных условиях, но и на строительной площадке.

Это объясняется использованием нержавеющих, аустенитных крупнозернистых сталей в конструкциях атомных реакторов и резервуаров.

Для труб

Дефектоскопия применяется на магистральных и технологических трубопроводах. Благодаря этой процедуре небольшие дефекты и трещины на трубах, появляющиеся со временем естественным путем, не перерастают в проблемы, угрожающие безопасности и требующие вывода магистральных систем из рабочего состояния.


Метод ультразвуковой дефектоскопии сварных швов применяется для трубопроводов.

Применение УЗ-дефектоскопии позволяет обнаружить такие повреждения труб:

  • низкий уровень герметичности (или ее отсутствие);
  • потерю контроля состояния напряженности;
  • деформацию и разгерметизацию сварных стыков.

Для свайных конструкций и рельсов

Диагностика сварных соединений незаменима для выявления трещин в подошве или головке рельс, для обнаружения дефектов стыка. Метод может применяться стационарно (на рельсосварочном предприятии) либо в полевых условиях. Для УЗК свай и сварочных швов используют дефектоскопы со специальными характеристиками — высокой устойчивостью к влажности, рабочей температурой до +35ºС (без образования влаги). При этом измерительные приборы нуждаются в постоянной защите от воздействий пыли.


Ультразвуковая дефектоскопия остается актуальной для выявления трещин на рельсах.

Диагностика свай — необходимый этап в строительстве, на котором проверяют и фиксируют прочность бетонного основания и плотность заливки буронабивных свай. Во время проверки приемник с излучателем устанавливают на нижней точке сваи, фиксируют полученные сигналы, потом датчик перемещают на следующую точку.

Для прочих деталей

Дефектоскопии подвергают материал во время технических освидетельствований и обследований, металл проверяют на входе и выходе. Метод применяют для проверки промышленной безопасности сосудов под давлением, корпусов насосов, арматуры, теплообменников, печей и т.д.

Принцип работы

Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале. Отражение акустических волн происходит от границы раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела сред.
Так как включения в металле обычно содержат газ (смесь газов) возникающих вследствие процесса сварки, литья и т. п. И не успевают выйти наружу при затвердевании металла, смесь газов имеет на пять порядков меньшее удельное акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически полное.

Разрешающая способность акустического исследования, то есть способность выявлять мелкие дефекты раздельно друг от друга, определяется длиной звуковой волны, которая в свою очередь зависит от частоты ввода акустических колебаний. Чем больше частота, тем меньше длина волны. Эффект возникает из-за того, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, отражение колебаний практически не происходит, а доминирует их дифракция. Поэтому, как правило, частоту ультразвука стремятся повышать. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растёт их затухание, что сокращает возможную область контроля. Практическим компромиссом стали частоты в диапазоне от 0,5 до 10 МГц.

Возбуждение и приём ультразвука

Существует несколько методов возбуждения ультразвуковых волн в исследуемом объекте. Наиболее распространённым является использование пьезоэлектрического эффекта. В этом случае излучение ультразвука производится с помощью преобразователя, который преобразует электрические колебания в акустические путём обратного пьезоэлектрического эффекта. Пройдя через контролируемую среду, ультразвуковые колебания попадают на приёмную пьезопластину преобразователя и, вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта вновь становятся электрическими, которые и регистрируются измерительными цепями. В зависимости от конструкции и подключения, пьезопластины преобразователя могут выполнять роль только излучателя ультразвуковых колебаний или только приёмника, либо совмещать в себе обе функции.

Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи, использующиеся при ручном контроле: прямой B1S-O, миниатюрный наклонный MWB 70-4, наклонный WK45-2

Также используются электромагнитно-акустический (ЭМА) метод, основанный на приложении сильных переменных магнитных полей к металлу. КПД этого метода гораздо ниже, чем у пьезоэлектрического, но зато может работать через воздушный зазор и не предъявляет особых требований к качеству поверхности.

Повторный капиллярный контроль

Если есть необходимость в повторном контроле, то весь процесс капиллярной дефектоскопии
повторяют, начиная с процесса предварительной очистки. Для этого необходимо,
по-возможности, обеспечить более благоприятные условия контроля.

Для повторного контроля допускается применять только такие же индикаторные
жидкости, одного и того же производителя, что и при первом контроле. Использование
других жидкостей, или таких же жидкостей, но разных производителей, не допускается.
В этом случае необходимо выполнить тщательную очистку поверхности, чтобы на
ней не осталось следов от прежней проверки.

Технология рентгеновского контроля

Перед тем как применить указанную технологию, обязательно выполняют очистку поверхности. Качество настроек сильно влияет на точность полученных результатов.

Последовательность радиографического контроля:

  1. Установка прибора. С одной стороны проверяемой зоны должен находиться излучатель, а с другой — датчик дефектоскопа.
  2. Включение прибора. В это время пучок лучей проходит через шов и поступает на датчик. Работать оборудование может от аккумулятора или от сети.
  3. Передача датчиком полученного сигнала на пленку или на экран. Это зависит от модели используемого аппарата.
  4. Запись цифрового аналогового сигнала в накопитель.
  5. Расшифровка полученной информации и фиксация имеющихся дефектов в соответствующей документации.

Для сварных швов

Для классических швов процедура контроля их качества при помощи рентгеновского контроля включает в себя следующие этапы:

  • удаление с исследуемого шва шлака, окалины, любых загрязнений;
  • разметку и маркировку стык (на каждый устанавливают маркировочный знак и эталон чувствительности);
  • выбор схемы проведения работ;
  • настройку параметров контроля;
  • непосредственное просвечивание;
  • обработку пленок;
  • расшифровку результатов;
  • запись полученной информации в документацию.

Для трубопроводов

Такой метод активно используется для контроля швов труб разного диаметра. Часто необходимо проводить исследование вдали от населенных пунктов, куда невозможно доставить установку.

В этом случае используют компактные приборы — кроулеры. Они самостоятельно движутся внутри трубы и управляются дистанционно. Приборы рассчитаны на работу в трубах, диаметр которых больше 325 мм.

По команде прибор останавливается и делает рентгенограммы или панорамные снимки.

Для резервуаров

Во время приемки резервуаров сначала проводят визуальный контроль сварных соединений и только потом радиографический. На пересечении швов обязательно располагают пленки в Х- или Т-образном направлении.

Длина изображения должна быть не меньше 240 мм, а ширина — соответствовать стандартной. Проверяют стыковые швы на стенках резервуара, днище, а также в местах их сопряжения.

При обнаружении недопустимых дефектов в этом месте делают дополнительный снимок. Для проверки швов на резервуарах применяют дефектоскопы не ниже 4-го разряда, а расшифровку результатов производят специалисты не ниже II уровня.

Для разных видов соединений

Радиографический контроль разных видов сварных швов выполняется в соответствии с ГОСТ 7512, ОСТ 26-11-03, ОСТ 26-11-10. Перед проведением работ учитывают особенности металла и проверяемого шва. Угловые швы проверяют согласно ГОСТ 26-2079.

При помощи этого метода контролируют качество угловых, тавровых и стыковых соединений, места пересечения швов и т.д.

По видам металлов

При помощи рентгеновского просвечивания можно проверять качество сварных швов и основного изделия из разных металлов. Настройки аппаратуры будут разными, т.к. проходимость лучей через разные материалы отличается.

Современное оборудование позволяет не только выявлять вид, размер и местонахождение дефектов, но и расшифровывать полученные результаты в автоматическом режиме.

Получение и свойства ультразвуковых колебаний

Ультразвуковые колебания, называемые также акустическими волнами с частотой,
превышающей 20кГц. Они представляют собой механические колебания, которые способны
распространяться в упругих средах. В дефектоскопии используется диапазон частот
0,5-10МГц.

При распространении упругих волн в металле частицы металла колеблются относительно
точки равновесия. Расстояние между двумя частицами металла, колеблющимися в
одинаковой фазе, будет являться длиной ультразвуковой волны. Длина волны L связана
со скоростью её распространения c и с частотой колебаний f. Эта зависимость
выражается формулой: L=c/f.

Скорость распространения акустической волны зависит от физических свойств среды
и от типа волны. Скорость продольной волны примерно в 2 раза выше, чем скорость
поперечной.

Углы направления ультразвуковых колебаний

При наклонном падении продольной акустической волны на границу раздела двух
сред 1 и 2 (см. рисунок ниже), вместе с отражением возникает явление преломления
и трансформации ультразвуковой волны. Проявляются преломлённые и отражённые
продольные волны, а также сдвиговые поперечные волны.

На схеме а) показано, что падающая под углом β волна Сl1 разделяется на преломлённую
Сl2 и сдвиговую Сt2, которые распространяются в металле. Отражённая волна на
рисунке не показана. При определённом критическом значении угла падения β= βкр1,
преломлённая продольная волна перестанет проникать вглубь металла и будет распространяться
только по её поверхности (схема б) на рисунке выше). Дальнейшее увеличение угла
падения до βкр2. приведёт к тому, что сдвиговая волна будет распространяться
только на поверхности металла (схема в) на рисунке). Такое явление широко используется
на практике при ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений для генерирования
в контролируемых сварных швах акустических волн определённого типа.

Устранение недостатков сварных швов

Практически все дефекты сварных соединений, за исключением наиболее незначительных по размеру, требуют устранения.

Если этого не сделать, эксплуатационные параметры швов и самой металлоконструкции значительным образом ухудшатся: наличие дефектов сварки может привести к деформации металла, его скорого разрушения при механическом давлении.

Разновидности недостатков сварных швов определят методы борьбы с ними.


Виды дефектов сварных соединений.

Поэтому охарактеризуем самые распространенные дефекты сварки и способы их устранения:

  1. Отклонения параметров швов от норм по ширине, высоте, катету, перетяжки соединений.
    Выявляются путем осуществления внешнего осмотра швов, анализ их размеров при помощи шаблонов. Устранить дефект можно путем срубания излишков металла, зачистки швов, подварки узких мест соединения.
  2. Подрезы представляют собой углубление по линии сплавления рабочего и основного металла.
    Найти проблему поможет внешний осмотр швов, а устранить ее получится, если выполнить качественную зачистку места подреза и подварку самого шва.
  3. Пора сварного шва представляет собой полость округлой формы с газом.
    Иногда несколько пор соединяются в цепочку. Способ выявления и методы устранения дефектов такого рода: визуальный осмотр, осмотр излома шва.
  4. Свищи в форме воронкообразного углубления выявляются при внешнем осмотре, удаляются рубкой, строжкой с дальнейшей зачисткой и подваркой.
  5. Непровар появляется из-за недостаточного расплавления кромок сварного соединения.
    Устранить дефект можно после визуального выявления, выяснения причины образования непроваров. Не допустить использование бракованной детали позволит метод контроля при лазерной сварке, а устраняется непровар вырубкой и выстрагиванием, зачищением и подваркой.
  6. Наплывы на сварных швах имеют вид натекания металла сварного шва на поверхность рабочего металла.
    Эффективно выявляются и устраняются путем проведения внешнего осмотра, подрубки и удаления наплыва, а непроваренные участки потребуется подварить.
  7. Шлаковые включения ‒ дефекты в виде вкрапления шлака.
    Выявить такую проблему и устранить ее можно при помощи визуального анализа детали, рентгено- и гаммаконтроля, контроля ультразвуковым агрегатом, магнитографическим оборудованием. Шлак из дефектного участка потребуется удалить, зачистить, подварить.

Краткое описание метода

Металлические детали соединяются с применением разных видов сварки, при этом могут образовываться дефекты сварных швов.

Это связано с:

  • нарушением технологии выполнения работ;
  • попаданием в место сварки инородных тел;
  • недостаточной квалификацией сварщика и т.д.

Все это приводит к ухудшению качества шва и уменьшению его прочности.

Это высокоточный способ, при помощи которого можно объективно оценить как характер, так и размер дефектов. Методика позволяет контролировать состояние сварочных швов на трубопроводах, резервуарах, разном оборудовании и металлоконструкциях и т.д.

Кратко о других методах дефектоскопии

Капиллярный (жидкостный) метод предполагает выявление дефектов на поверхности металлов. Перед диагностикой детали очищаются, чтобы краситель попадал беспрепятственно. На материал наносят пенетрант, удаляют избытки и вводят проявитель, который при специальном освещении обнаруживает разрушения поверхности. Жидкостный метод прост в исполнении, но требует предварительной тщательной очистки поверхности. Автоматизировать это невозможно.

Вихретоковый контроль показывает повреждения внутри металла и на его поверхности с помощью электромагнитного поля. Вихревые токи текут по-разному в материалах с дефектами и без них. Диагностика вихревым током проводится за секунды, но применима только к металлам. Такие испытания требуют высокой квалификации операторов. Метод используют в авиационной и ядерной промышленности.

Контроль магнитными частицами обнаруживает повреждения на поверхности либо чуть ниже (работа на глубине материала невозможна). На материал наносят сухие или влажные магнитные частицы — они притягиваются к инородному телу, обозначая его форму и размер. После завершения диагностики деталь размагничивается. Этот метод подходит только для работы с ферромагнитными материалами. Для исследования требуется полное размагничивание детали, что затрудняет автоматизацию процесса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector