Ultrazvučno ispitivanje zavarenih spojeva, metode i tehnologija ispitivanja

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Praktično nema industrije u kojoj se ne izvodi zavarivanje. Velika većina metalnih konstrukcija montirana je i međusobno povezana pomoću zavarenih šavova. Naravno, kvaliteta ovakvog rada u budućnosti ne ovisi samo o pouzdanosti zgrade, konstrukcije, stroja ili bilo koje jedinice koja se gradi, već i o sigurnosti ljudi koji će na neki način komunicirati s tim građevinama. Stoga, kako bi se osigurala odgovarajuća razina izvedbe takvih operacija, koristi se ultrazvučno ispitivanje zavarenih spojeva, zahvaljujući kojem je moguće otkriti prisutnost ili odsutnost različitih nedostataka na spoju metalnih proizvoda. O ovoj naprednoj metodi kontrole raspravljat ćemo u našem članku.

Povijest pojave

Ultrazvučna detekcija grešaka kao takva razvijena je 30-ih godina. Međutim, prvi stvarno radni uređaj rođen je tek 1945. zahvaljujući Sperry Products. Tijekom sljedeća dva desetljeća, najnovija tehnologija upravljanja stekla je svjetsko priznanje, a broj proizvođača takve opreme se dramatično povećao.

UltrazvučnoDetektor mana, čija cijena danas kreće od 100.000 -130.000 tisuća rubalja, u početku je sadržavao vakuumske cijevi. Takvi su uređaji bili glomazni i teški. Radili su isključivo iz izvora izmjenične struje. Ali već 60-ih godina, s pojavom poluvodičkih krugova, detektori mana su značajno smanjeni u veličini i mogli su raditi na baterijama, što je na kraju omogućilo korištenje uređaja čak i u terenskim uvjetima.

Zakoračite u digitalnu stvarnost

U ranim fazama opisani instrumenti koristili su analognu obradu signala, zbog čega su, kao i mnogi drugi slični uređaji, bili podložni driftu u trenutku kalibracije. No, već 1984. godine, Panametrics je lansirao prvi prijenosni digitalni detektor grešaka nazvan EPOCH 2002. Od tog trenutka digitalne jedinice postale su vrlo pouzdana oprema, idealno pružajući potrebnu kalibraciju i stabilnost mjerenja. Ultrazvučni detektor grešaka, čija cijena izravno ovisi o njegovim tehničkim karakteristikama i marki proizvođača, također je dobio funkciju zapisivanja podataka i mogućnost prijenosa očitanja na osobno računalo.

U današnjem okruženju sve je više interesa za sustave faznih nizova, koji koriste sofisticiranu tehnologiju baziranu na višeelementnim piezoelektričnim elementima za generiranje usmjerenih zraka i stvaranje slika poprečnog presjeka sličnih medicinskim ultrazvučnim slikama.

Sferaaplikacije

Ultrazvučna metoda upravljanja koristi se u bilo kojoj industriji. Njegova uporaba pokazala je da se jednako učinkovito 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 hidrauličkih i vodnih sustava. A u slučajevima kao što je pregled debelih šavova dobivenih kao rezultat zavarivanja elektrotroskom, ultrazvučna detekcija grešaka jedina je prihvatljiva metoda inspekcije.

Konačna odluka o tome je li dio ili zavar pogodan za rad donosi se na temelju tri temeljna pokazatelja (kriterija) - amplituda, koordinate, uvjetne dimenzije.

Općenito, ultrazvučno ispitivanje je upravo metoda koja je najplodonosnija u smislu oslikavanja 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 korištenja u odnosu na klasične metode radiografskog pregleda. Do danas se ultrazvučno ispitivanje zavarenih spojeva koristi u 70-80% slučajeva inspekcije.

Ultrazvučne sonde

BezKorištenje ovih uređaja za nerazorno ultrazvučno ispitivanje jednostavno je nezamislivo. Uređaji se koriste za generiranje pobude, kao i za primanje vibracija ultrazvuka.

Jedinice su različite i klasificirane su prema:

• Način stvaranja kontakta s testnim predmetom.
• Način spajanja piezoelektričnih elemenata na električni krug samog detektora mana i dislokacija elektrode u odnosu na piezoelektrični element.
• Orijentacija akustike u odnosu na površinu.
• Broj piezo elemenata (jednostruki, dvostruki, višeelementni).
• Bandwidth radnih frekvencija (uskopojasni - manji propusni opseg od jedne oktave, širokopojasni - više od jedne oktave).

Mjerljive karakteristike nedostataka

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

• Ekvivalentno područje kvara.
• Amplituda eho signala, koja se određuje uzimajući u obzir udaljenost do defekta.
• Koordinate defekta na mjestu zavarivanja.
• Konvencionalne veličine.
• Uvjetna udaljenost između nedostataka.
• Broj nedostataka u odabranoj duljini zavara ili spoja.

Rad detektora grešaka

Nerazorno ispitivanje, koje je ultrazvučno, ima svoju metodu upotrebe, koja kaže da je glavni mjeren parametar amplituda dobivenog eho signalaizravno od kvara. Za razlikovanje eho signala po amplitudi, fiksna je takozvana razina osjetljivosti odbijanja. Ovo se pak konfigurira korištenjem standardnog predloška poduzeća (SOP).

Početak rada detektora nedostataka prati njegovo podešavanje. Za to je postavljena osjetljivost odbijanja. Nakon toga, u tijeku ultrazvučnih studija, dobiveni eho signal iz otkrivenog defekta uspoređuje se s fiksnom razinom odbijanja. Ako izmjerena amplituda premašuje razinu 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 troske. Upravo se ta kršenja učinkovito otkrivaju detekcijom nedostataka pomoću ultrazvuka.

Ultrazvučne opcije

S vremenom je proces inspekcije razvio nekoliko moćnih metoda za ispitivanje zavarenih spojeva. Ultrazvučno ispitivanje pruža prilično velik broj mogućnosti za akustičko ispitivanje razmatranih metalnih konstrukcija, no najpopularnije su:

• Echo metoda.
• Sjena.
• Metoda zrcalne sjene.
• Echo Mirror.
• Delta metoda.

Metoda broj jedan

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

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

Prednosti metode su:

- mogućnost jednosmjernog pristupa proizvodu;

- prilično visoka osjetljivost na unutarnje nedostatke;

- najveća točnost u određivanju koordinata otkrivenog kvara.

Međutim, postoje i nedostaci, uključujući:

- niska otpornost na smetnje od površinskih reflektora;

- jaka ovisnost amplitude signala o mjestu defekta.

Opisana detekcija nedostataka podrazumijeva slanje ultrazvučnih impulsa proizvodu od strane tražila. Signal odgovora prima on ili drugi tražitelj. U ovom slučaju, signal se može reflektirati i izravno od nedostataka i od suprotne površine dijela, proizvoda (šava).

Metoda sjene

Zasnovan je na detaljnoj analizi amplitude ultrazvučnih vibracija koje se prenose od odašiljača do prijemnika. U slučaju kada dođe do smanjenja ovog pokazatelja, to ukazuje na prisutnost kvara. U ovom slučaju, što je veća veličina samog defekta, to je manja amplituda signala koji prima prijemnik. Za dobivanje pouzdanih informacija, emiter i prijemnik trebaju biti postavljeni koaksijalno na suprotnim stranamapredmet koji se proučava. Nedostacima ove tehnologije može se smatrati niska osjetljivost u usporedbi s eho metodom i teškoća orijentacije PET-a (piezoelektričnih pretvarača) u odnosu na središnje zrake uzorka zračenja. Međutim, postoje i prednosti, a to su visoka otpornost na smetnje, niska ovisnost amplitude signala o mjestu kvara i odsutnost mrtve zone.

Metoda zrcalne sjene

Ova ultrazvučna kontrola kvalitete najčešće se koristi za pregled zavarenih spojeva armature. Glavni znak da je kvar otkriven je slabljenje amplitude signala, koji se reflektira od suprotne površine (najčešće se naziva dno). Glavna prednost metode je jasno otkrivanje raznih nedostataka, čija je dislokacija korijen vara. Također, metodu karakterizira mogućnost jednostranog pristupa šavu ili dijelu.

Metoda zrcala odjeka

Najučinkovitiji način za otkrivanje vertikalnih nedostataka. Provjera se provodi pomoću dvije sonde, koje se pomiču duž površine blizu šava s jedne strane. Istovremeno, njihovo kretanje se provodi na način da jedna sonda fiksira signal koji emitira druga sonda i dvaput se reflektira od postojećeg defekta.

Glavna prednost metode: može se koristiti za procjenu oblika nedostataka čija veličina prelazi 3 mm i koji odstupaju u okomitoj ravnini za više od 10 stupnjeva. Najvažniji -koristite sonde iste osjetljivosti. Ova verzija ultrazvučnog pregleda aktivno se koristi za provjeru proizvoda debelih stijenki i njihovih zavara.

Delta metoda

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

Prednosti ultrazvuka i suptilnosti njegove primjene

Pregled zavarenih spojeva visokofrekventnim zvukom zapravo je ispitivanje bez razaranja, jer ova metoda nije sposobna prouzročiti bilo kakvu štetu na ispitivanom dijelu proizvoda, ali u isto vrijeme prilično točno utvrđuje prisutnost nedostataka. Također, posebnu pozornost zaslužuje niska cijena obavljenog posla i njihova velika brzina izvršenja. Također je važno da je metoda apsolutno sigurna za ljudsko zdravlje. Sva istraživanja metala i zavarenih spojeva temeljena na ultrazvuku provode se u rasponu od 0,5 MHz do 10 MHz. U nekim slučajevima moguće je raditi ultrazvučnim valovima frekvencije od 20 MHz.

Analiza zavarenog spoja ultrazvukom mora nužno biti popraćena cijelim kompleksompripremne mjere, kao što je čišćenje šava ili površine koja se proučava, nanošenje specifičnih kontaktnih tekućina na kontrolirano područje (specijalne namjene, glicerin, strojno ulje). Sve je to učinjeno kako bi se osigurao ispravan stabilan akustični kontakt, koji u konačnici daje potrebnu sliku na uređaju.

Neupotrebljivo i nedostaci

Ultrazvučno ispitivanje apsolutno je neracionalno koristiti za ispitivanje zavarenih spojeva metala s krupnozrnatom strukturom (na primjer, lijevano željezo ili austenitni zavar debljine više od 60 milimetara). A sve zato što u takvim slučajevima postoji dovoljno velika disperzija i snažno slabljenje ultrazvuka.

Također nije moguće jednoznačno u potpunosti okarakterizirati otkriveni nedostatak (uključivanje volframa, uključivanje troske, itd.).