Ultrazvučno ispitivanje zavarenih spojeva, metode i tehnologija ispitivanja

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Praktično nema industrije u kojoj se ne vrši zavarivanje. Velika većina metalnih konstrukcija montirana je i međusobno povezana pomoću zavarenih šavova. Naravno, kvalitet ovakvog rada u budućnosti zavisi ne samo od pouzdanosti zgrade, konstrukcije, mašine ili bilo koje jedinice koja se podiže, već i od sigurnosti ljudi koji će na neki način komunicirati sa ovim objektima. Stoga, kako bi se osigurala odgovarajuća razina izvođenja takvih operacija, koristi se ultrazvučno ispitivanje zavarenih spojeva, zahvaljujući kojem je moguće otkriti prisutnost ili odsutnost različitih nedostataka na spoju metalnih proizvoda. Ova napredna metoda kontrole će biti razmatrana u našem članku.

Historija pojave

Ultrazvučna detekcija grešaka kao takva razvijena je 30-ih godina. Međutim, prvi zaista radni uređaj rođen je tek 1945. godine zahvaljujući Sperry Products-u. U naredne dvije decenije, najnovija tehnologija upravljanja stekla je svjetsko priznanje, a broj proizvođača takve opreme se dramatično povećao.

UltrasonicDetektor grešaka, čija cijena danas kreće od 100.000 -130.000 hiljada rubalja, u početku je sadržavao vakuumske cijevi. Takvi su uređaji bili glomazni i teški. Radili su isključivo iz izvora naizmjenične struje. Ali već 60-ih godina, sa pojavom poluprovodničkih kola, detektori mana su značajno smanjeni u veličini i mogli su da rade na baterijama, što je na kraju omogućilo upotrebu uređaja čak i u terenskim uslovima.

Zakoračite u digitalnu stvarnost

U ranim fazama, opisani instrumenti su koristili analognu obradu signala, zbog čega su, kao i mnogi drugi slični uređaji, bili podložni driftu u trenutku kalibracije. Ali već 1984. godine, Panametrics je lansirao prvi prenosivi digitalni detektor grešaka pod nazivom EPOCH 2002. Od tog trenutka digitalne jedinice su postale visoko pouzdana oprema, idealno pružajući neophodnu kalibraciju i stabilnost mjerenja. Ultrazvučni detektor grešaka, čija cijena direktno zavisi od njegovih tehničkih karakteristika i brenda proizvođača, također je dobio funkciju evidentiranja podataka i mogućnost prijenosa očitavanja na personalni računar.

U današnjem okruženju, sve je više interesovanja za sisteme faznih nizova, koji koriste sofisticiranu tehnologiju baziranu na višeelementnim piezoelektričnim elementima za generiranje usmjerenih zraka i kreiranje slika poprečnog presjeka slične medicinskom ultrazvučnom snimanju.

Sferaaplikacije

Ultrazvučna metoda kontrole se koristi u bilo kojoj industriji. Njegova upotreba je pokazala da se podjednako efikasno može koristiti za ispitivanje gotovo svih vrsta zavarenih spojeva u građevinarstvu, koji imaju debljinu zavarenog osnovnog metala veću od 4 milimetra. Osim toga, metoda se aktivno koristi za provjeru spojeva plinovoda i naftovoda, raznih hidrauličnih i vodnih sustava. A u slučajevima kao što je inspekcija debelih šavova dobijenih kao rezultat zavarivanja elektrošljakom, ultrazvučna detekcija grešaka je jedina prihvatljiva metoda inspekcije.

Konačna odluka o tome da li je dio ili zavar pogodan za servis donosi se na osnovu tri osnovna pokazatelja (kriterijuma) - amplituda, koordinate, uslovne dimenzije.

Uopšteno govoreći, ultrazvučno testiranje je upravo metoda koja je najplodonosnija u smislu snimanja u procesu proučavanja šava (detalja).

Razlozi potražnje

Opisani način kontrole ultrazvukom je dobar po tome što ima mnogo veću osjetljivost i pouzdanost indikacija u procesu otkrivanja nedostataka u vidu pukotina, nižu cijenu i visoku sigurnost u procesu upotrebe u odnosu na klasične metode radiografskog pregleda. Do danas se ultrazvučno ispitivanje zavarenih spojeva koristi u 70-80% slučajeva kontrole.

Ultrazvučni pretvarači

BezUpotreba ovih uređaja za ultrazvučno ispitivanje bez razaranja je jednostavno nezamisliva. Uređaji se koriste za stvaranje pobude, kao i za primanje vibracija ultrazvuka.

Jedinice su različite i klasificirane su prema:

• Način kreiranja kontakta sa testnim predmetom.
• Metoda povezivanja piezoelektričnih elemenata u električni krug samog detektora mana i dislokacije elektrode u odnosu na piezoelektrični element.
• Orijentacija akustike u odnosu na površinu.
• Broj piezo elemenata (jednostruki, dvostruki, višeelementni).
• Širina opsega radnih frekvencija (uskopojasni - manje od jedne oktave propusni opseg, širokopojasni - više od jedne oktave).

Merljive karakteristike defekata

GOST vlada svime u svijetu tehnologije i industrije. Ultrazvučno ispitivanje (GOST 14782-86) takođe nije izuzetak u ovom pitanju. Standard navodi da se defekti mjere sljedećim parametrima:

• Ekvivalentna površina defekta.
• Amplituda eho signala, koja se određuje uzimajući u obzir udaljenost do defekta.
• Koordinate defekta na mjestu zavarivanja.
• Konvencionalne veličine.
• Uslovna udaljenost između defekata.
• Broj nedostataka u odabranoj dužini vara ili spoja.

Rad detektora grešaka

Nedestruktivno ispitivanje, koje je ultrazvučno, ima svoj način upotrebe, koji kaže da je glavni mjeren parametar amplituda dobijenog eho signaladirektno od kvara. Da bi se eho signali razlikovali po amplitudi, fiksiran je takozvani nivo osjetljivosti odbijanja. Ovo se, pak, konfigurira korištenjem standardnog predloška preduzeća (SOP).

Početak rada detektora nedostataka prati njegovo podešavanje. Za to je podešena osjetljivost odbijanja. Nakon toga, u toku ultrazvučnih studija, dobijeni eho signal od otkrivenog defekta se upoređuje sa fiksnim nivoom odbijanja. Ako izmjerena amplituda premašuje nivo odbijanja, stručnjaci odlučuju da je takav nedostatak neprihvatljiv. Tada se šav ili proizvod odbija i šalje na reviziju.

Najčešći nedostaci zavarenih površina su: nedostatak fuzije, nepotpuno prodiranje, pucanje, poroznost, inkluzije šljake. Upravo se ovi prekršaji efektivno otkrivaju detekcijom nedostataka pomoću ultrazvuka.

Ultrazvučne opcije

Tokom vremena, proces inspekcije je razvio nekoliko moćnih metoda za ispitivanje zavarenih spojeva. Ultrazvučno ispitivanje pruža prilično veliki broj opcija za akustičko ispitivanje razmatranih metalnih konstrukcija, međutim, najpopularnije su:

• Echo metoda.
• Shadow.
• Metoda senke ogledala.
• Echo Mirror.
• Delta metoda.

Metoda broj jedan

Najčešće se u industriji i željezničkom transportu koristi eho-pulsna metoda. Zahvaljujući njemu se dijagnosticira više od 90% svih defekata, što postaje moguće zahvaljujući registraciji i analizi gotovo svih signala koji se reflektuju sa površine defekta.

Sama ova metoda se zasniva na sondiranju metalnog proizvoda impulsima ultrazvučnih vibracija, nakon čega slijedi njihova registracija.

Prednosti metode su:

- mogućnost jednosmjernog pristupa proizvodu;

- prilično visoka osjetljivost na unutrašnje defekte;

- najveća tačnost u određivanju koordinata otkrivenog kvara.

Međutim, postoje i nedostaci, uključujući:

- niska otpornost na smetnje od površinskih reflektora;

- jaka zavisnost amplitude signala od lokacije defekta.

Opisana detekcija grešaka podrazumijeva slanje ultrazvučnih impulsa proizvodu od strane tražila. Signal odgovora prima on ili drugi tragač. U ovom slučaju, signal se može reflektirati kako direktno od defekata tako i od suprotne površine dijela, proizvoda (šava).

Metoda sjene

Zasnovan je na detaljnoj analizi amplitude ultrazvučnih vibracija koje se prenose od predajnika do prijemnika. U slučaju kada dođe do smanjenja ovog indikatora, to ukazuje na prisutnost kvara. U ovom slučaju, što je veća veličina samog defekta, to je manja amplituda signala koji prima prijemnik. Da bi se dobile pouzdane informacije, emiter i prijemnik trebaju biti postavljeni koaksijalno na suprotnim stranamapredmet koji se proučava. Nedostacima ove tehnologije može se smatrati niska osjetljivost u odnosu na eho metodu i teškoća orijentacije PET-a (piezoelektričnih pretvarača) u odnosu na središnje snopove dijagrama zračenja. Međutim, postoje i prednosti, a to su visoka otpornost na smetnje, niska zavisnost amplitude signala o lokaciji defekta i odsustvo mrtve zone.

Metoda senke ogledala

Ova ultrazvučna kontrola kvaliteta najčešće se koristi za pregled zavarenih spojeva armature. Glavni znak da je defekt otkriven je slabljenje amplitude signala, koji se reflektuje od suprotne površine (najčešće zvane dno). Glavna prednost metode je jasna detekcija različitih defekata, čija je dislokacija korijen vara. Također, metodu karakteriše mogućnost jednostranog pristupa šavu ili dijelu.

Metoda eho ogledala

Najefikasniji način za otkrivanje vertikalnih defekata. Provjera se vrši pomoću dvije sonde, koje se pomiču duž površine blizu šava na jednoj strani. Istovremeno, njihovo kretanje se vrši na način da jedna sonda fiksira signal koji se emituje sa druge sonde i reflektuje dva puta od postojećeg defekta.

Glavna prednost metode: može se koristiti za procjenu oblika defekata, čija veličina prelazi 3 mm i koji odstupaju u vertikalnoj ravni za više od 10 stepeni. Najvažniji -koristite sonde sa istom osjetljivošću. Ova verzija ultrazvučnog pregleda se aktivno koristi za provjeru proizvoda debelih stijenki i njihovih zavara.

Delta metoda

Navedeno ultrazvučno ispitivanje zavarenih spojeva koristi ultrazvučnu energiju koju ponovo zrači defekt. Poprečni val koji upada na defekt se djelomično reflektira reflektira, djelomično transformira u uzdužni, a također ponovno zrači difrakcijski val. Kao rezultat, hvataju se potrebni PET talasi. Nedostatak metode može se smatrati čišćenje šava, prilično visoka složenost dešifriranja primljenih signala tokom kontrole zavarenih spojeva debljine do 15 milimetara.

Prednosti ultrazvuka i suptilnosti njegove primjene

Pregled zavarenih spojeva visokofrekventnim zvukom je, u stvari, ispitivanje bez razaranja, jer ova metoda nije u stanju izazvati bilo kakvu štetu na ispitivanom dijelu proizvoda, ali u isto vrijeme prilično precizno utvrđuje prisustvo nedostataka. Također, posebnu pažnju zaslužuju niska cijena izvedenih radova i njihova velika brzina izvođenja. Također je važno da je metoda apsolutno sigurna za ljudsko zdravlje. Sva istraživanja metala i šavova na bazi ultrazvuka izvode se u opsegu od 0,5 MHz do 10 MHz. U nekim slučajevima moguće je raditi i ultrazvučnim talasima frekvencije od 20 MHz.

Analiza zavarenog spoja uz pomoć ultrazvuka mora nužno biti praćena cijelim kompleksompripremne mjere, kao što je čišćenje šava ili površine koja se proučava, nanošenje specifičnih kontaktnih tekućina na kontrolirano područje (specijalne namjene, glicerin, mašinsko ulje). Sve ovo je urađeno kako bi se osigurao pravilan stabilan akustični kontakt, koji na kraju daje potrebnu sliku na uređaju.

Neupotrebljivo i nedostaci

Ultrazvučno ispitivanje je apsolutno neracionalno koristiti za ispitivanje zavarenih spojeva metala sa krupnozrnom strukturom (na primjer, liveno gvožđe ili austenitni zavar debljine više od 60 milimetara). A sve zato što u takvim slučajevima dolazi do dovoljno velike disperzije i jakog slabljenja ultrazvuka.

Također nije moguće nedvosmisleno u potpunosti okarakterizirati otkriveni defekt (uključivanje volframa, inkluzija šljake, itd.).