Сварные соединения

Для оценки чувствительности к дефектам в соответствии с ГОСТ 7512-82 следует применять эталоны  чувствительности – пластинки с  вырезанными в них канавками  и проволочные эталоны из того же материала, что и контролируемое изделие или близкого к нему. При  правильном выборе режимов просвечивания  тонкостенных изделий достигается  чувствительность по канавочным эталонам на уровне лучше, чем 1% (для плоских образцов толщиной менее 10-15 мм по стали). Чувствительность по проволочным эталонам в этой же области равна примерно 1 – 2 %.

Чувствительность по эталонам слабо характеризует выявляемость естественных дефектов, но она свидетельствует о качестве рентгеновских снимков и соблюдении технологии контроля [4, c. 101-107].

 

4.  Чувствительность ультразвуковых методов НК

 

Определение чувствительности УЗК оговорено в ГОСТ 14782-86.

Условную чувствительность при контроле эхо-методом следует измерять по стандартному образцу СО-1 (смотреть рисунок 2.1) в мм или по стандартному образцу СО-2 (смотреть рисунок 2.2) в дБ.

Измерение условной чувствительности по стандартному образцу СО-1 выполняют  при температуре, устанавливаемой  в ТД на НК, утвержденной в установленном  порядке.

Предельную чувствительность дефектоскопа с преобразователем следует  измерять в мм² по площади дна отверстия в стандартном образце предприятия (смотреть рисунок 2.3) или определять по АРД-диаграммам.

Рисунок 2.1 – Стандартный  образец СО-1

Рисунок 2.2 – Стандартный  образец СО-2

Рисунок 2.3 – Стандартный  образец предприятия с отверстием с плоским дном

Допускается вместо стандартного образца предприятия с отверстием с плоским дном применять стандартные  образцы с сегментными отражателями (смотреть рисунок 2.4), с угловыми отражателями (смотреть рисунок 2.5), или образце с цилиндрическим отверстием (смотреть рисунок 2.6).

1 – плоскость сегментного  отражателя; 2 – преобразователь; 3 –  блок из контролируемого металла; 4 – акустическая ось.

Рисунок 2.4 – Стандартный  образец предприятия с сегментными  отражателями

1 – плоскость углового  отражателя; 2 – преобразователь; 3 –  блок их контролируемого металла; 4 – акустическая ось.

Рисунок 2.5 – Стандартный  образец предприятия с угловыми отражателями

1 – цилиндрическое отверстие; 2 – преобразователь; 3 – блок  из контролируемого металла; 4 –  акустическая ось.

Рисунок 2.6 – Стандартный  образец предприятия с цилиндрическим отверстием

 

Высота h сегментного отражателя должна быть больше длины ультразвуковой волны; отношение h/b сегментного отражателя должно быть более 0,4.

Ширина b и высота h углового отражателя должна быть больше длины ультразвуковой волны; отношение h/b должно быть более 0,5 и менее 4,0.

Предельную чувствительность S_п в мм², измеренную по стандартному образцу с угловым отражателем площадью S₁=hb, вычисляют по формуле:

S_п = NS₁

где N – коэффициент для стали, алюминия и его сплавов, титана и его сплавов, зависящий от угла ε, задается в ТД на НК, утвержденной в установленном порядке (смотреть рисунок 2.7) [8].

Рисунок 2.7 – Зависимость  N = f(ε) для стали, алюминия и его сплавов, титана и его сплавов

 

Настройку чувствительности косвенным образом можно вести  для дефектоскопов, снабженных аттенюатором. Чувствительность в виде эквивалентной  площади в дБ устанавливают путем  расчета по формулам акустического  тракта или номографически по АРД-диаграммам. Искомую чувствительность находят как долю опорного эхо-сигнала, полученного от двугранного угла, бесконечной плоскости, цилиндрической поверхности, зарубки и т.п. Уровень опорного сигнала при этом условно принимают как 0 дБ.

Чувствительность теоретически можно рассчитать по отношению уравнений акустического тракта для плоскодонного отражателя и опорного отражателя согласно формуле для нормального искателя:

 

где r – путь УЗ-луча от пьезоэлемента до точки ввода и далее – до «бесконечной» плоскости-дна.

По данной формуле определяют отношение амплитуд, показывающее, во сколько раз (или на сколько  дБ) надо увеличить чувствительность дефектоскопа по отношению к опорному уровню А₀ для того, чтобы получить ту же амплитуду от модели дефекта эквивалентной площадью S_B.

Важно иметь в виду, что  опорный уровень (сигнал) соответствует  сравнительно невысокой чувствительности дефектоскопа, поскольку «опорные отражатели»  дают достаточно мощный опорный сигнал. Повышение чувствительности дефектоскопа аттенюатором реализуется уменьшением  вводимого им электросопротивления, проградуированного на шкале «Ослабление» в дБ. Наибольшая чувствительность таким образом соответствует 0 дБ.

АРД-диаграммы («амплитуда-расстояние-диаметр») представляют собой специальные  номограммы, полученные экспериментально или на основе расчетов акустического  тракта дефектоскопа. По оси ординат  отложена относительная амплитуда  отраженного от диска-дефекта сигнала  в отрицательных дБ, а по оси  абсцисс – глубина залегания  диска-дефекта, Н, мм, или расстояние до него, r, мм. Расстояние может быть отложено также в относительных длинах ближней зоны искателя r/r_б. Параметром семейства кривых АРД-диаграммы может быть либо эквивалентный размер диска 2b мм, либо отношение диаметров диска и пьезоэлемента искателя 2b/2a. АРД-диаграммы представлены на рисунке 2.8.

 

Рисунок 2.8 – АРД-диаграммы

 

АРД-диаграммы на специальных  планшетах используют для настройки  чувствительности и для измерения  дефектов. Коэффициент затухания  δ ультразвуковых колебаний в  материале должен быть известен. Для  его учета в планшете имеется  поворотный диск с сеткой.

При контроле прямыми искателями в качестве опорного используют донный эхо-сигнал от противоположной стороны  самого изделия. Последовательность процесса эталонирования при этом следующая:

1. Выбирают АРД-диаграмму для данного типа искателя;
2. На планшете с соответствующей АРД-диаграммой устанавливают наклон сетки, соответствующий данному коэффициенту затухания;
3. По АРД-диаграмме для данной толщины листа находят значения амплитуд, соответствующие отражению от плоскости А₀’ и от эталонного образца A_эт’;
4. Искатель ставят на тест-образец или изделие и на экране дефектоскопа фиксируют донный сигнал А₀;
5. Определяют приведенный уровень предельной чувствительности (в дБ) по формуле:

 

6. Аттенюатором прибора устанавливают найденное значение А_эт.

Для наклонных искателей  порядок такой же: по АРД-диаграмме  определяют ΔА’ = A_эт’ – A₀’ и полученную разницу вычитают из измеренного значения амплитуды А₀ опорного сигнала [6, c.87 – 89].

 

 

 

 

3 СОСТАВЛЕНИЕ И ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ

 

 

Для поиска наружных дефектов сварных соединений используют магнитопорошковый  и капиллярный методы НК, подробно описанные в пунктах 1.3.3 и 1.3.4 соответственно.

Для поиска внутренних дефектов используют эхо-импульсный метод УЗК. Основной способ контроля сварных соединений – наклонным преобразователем поперечной волной. Преобразователь перемещается по ровной поверхности основного металла. Валик шва (он, как правило, не удаляется) ограничивает приближение преобразователя к сварному шву.

На рисунке 3.1, а показана схема контроля стыкового сварного соединения, выполненного дуговой сваркой.

В – валик; П – провисание.

Рисунок 3.1 – Схема контроля стыкового сварного соединения, выполненного дуговой сваркой

Дефекты Д2 и Д5 в нижней части шва выявляются прямым лучом, а дефекты в верхней части Д1 и Д6 выявляются однократно (однажды) отраженным лучом. Дефект в средней части шва Д3 может быть выявлен как прямым, так и однократно отраженным лучом.

Для проверки всего металла  соединения преобразователь перемещают поперек и вдоль шва (рисунок 3.1,б). Его направляют перпендикулярно  оси шва, а затем контроль повторяют, поворачивая преобразователь на 10…15^о влево и вправо. В некоторых методиках рекомендуется поворачивать преобразователь во время его движения, но при этом возрастает вероятность пропуска дефектов. ГОСТ 14782-86 допускает также прозвучивание многократно отраженным лучом, однако при этом способе трудно отличить отражения от дефектов и от неровностей поверхности сварного шва.

В корневой части сварного шва возможно возникновение ложного  сигнала, связанного с отражением от недостаточного проплавения (утяжины) или повышенного проплавления (провисания) корня. Утяжина часто квалифицируется как недопустимый дефект, поскольку уменьшает поперечное сечение шва. Провисание на прочность шва не влияет и при небольших размерах дефектом не является.

Шов контролируют слева и  справа (на рисунке 3.1 показан контроль справа). Таким образом, ультразвуковые лучи проходят через шов в четырех  направлениях (контроль в полном объеме). Это повышает вероятность выявления  различно ориентированных дефектов. Если конструкция сварного соединения затрудняет контроль в четырех направлениях, допускается выполнять контроль швов с одной стороны или контроль только прямым лучом, но про такой  контроль говорят, что он выполнен в  неполном объеме, а такие сварные  соединения называют ограниченно контроледоступными.

Дополнительный способ контроля – на поперечные трещины Д4 (смотреть рисунок 3.1), т.е. трещины, расположенные поперек шва. Такие трещины возникают только при грубом нарушении технологии сварки, появляются довольно редко, поэтому контроль на такие дефекты часто не предусматривается. Чаще всего контроль на поперечные трещины осуществляют наклонным преобразователю по снятому валику шва. Далее рассмотрены также другие схемы выявления таких дефектов.

При зачистке валика некоторые  руководства рекомендуют выполнять  контроль также прямым или раздельно-совмещенным преобразователем наплавленного металла и околошовной зоны. Другие руководства требуют выполнять контроль околошовной зоны (зоны термического влияния) наклонным преобразователем по той же схеме, что и контроль наплавленного металла.

На направление излучения  при контроле сварных соединений влияет возможное изменение скорости звука в основном металле. Например, в металле труб магистральных  трубопроводов скорость поперечных волн может изменяться на 10% под влиянием технологических факторов. Это обстоятельство может привести к ошибкам при  контроле из-за неправильного определения  координат дефектов, возникновения  поверхностных вон.

При контроле околошовной зоны прямым или раздельно-совмещенным преобразователем возможно обнаружение полупрозрачных дефектов типа расслоений, ослабляющих чувствительность контроля наплавленного металла.

Если после сварки швов предусмотрена их термообработка, то приемо-сдаточный УЗ-контроль проводят после термообработки. Термообработка способствует раскрытию трещин, т.е. увеличению количества выявленных дефектов. Кроме того, при термообработке сварных соединений измельчаются зерна металла и его структура становится более однородной, что уменьшает затухания ультразвуковых колебаний в шве и околошовной зоне и улучшает условия контроля особенно толстых сварных соединений. УЗК до предусмотренной термообработки проводят только факультативно как технологический [9, c. 556 - 559].

Для наиболее ответственных  объектов предусматривается стопроцентный  контроль ультразвуковым и радиографическим методами. Такой контроль предусмотрен, например, в атомной энергетике. Для менее ответственных объектов часто применяют стопроцентный УЗК и выборочный радиографический контроль в объеме 5 или 10%. Такое сочетание методов обычно предусматривают при отработке технологии сварки новых изделий. Для сварки объектов теплоэнергетики, трубопроводов и в других отраслях допускается проведение стопроцентного либо радиографического, либо ультразвукового метода НК.

Английские, норвежские и  французские специалисты сообщают об установке для контроля сварных  швов труб радиационным и ультразвуковым методами, в соответствии с рисунком 3.2.

1 – система сбора и  обработки данных; 2 – система  контроля за перемещением; 3 –  рентгеновская трубка; 4 – ОК; 5 – детектор рентгеновского излучения; 6 – ультразвуковой дефектоскоп с восемью преобразователями.

Рисунок 3.2 – Схема контроля сварных швов труб радиационным и  ультразвуковым методами

 

РК выполняется радиоскопическим способом, излучение регистрируется мультилинейным детектором, причем изображение подобно изображению на рентгенпленке. УЗК выполняется восемью преобразователями. За один оборот установки вокруг трубы в прямом направлении осуществляется РК, а за оборот в обратном направлении – УЗК. Результаты обрабатываются совместно на компьютере и выводятся на экран, причем цветной индикатор позволяет изобразить не вызывающий сомнений дефект красным цветом, вероятный дефект – оранжевым, маловероятный дефект – зеленым [9, c. 660].