Testarea cu ultrasunete a îmbinărilor sudate, metode și tehnologie de testare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Practic nu există nicio industrie în care să nu se efectueze sudarea. Marea majoritate a structurilor metalice sunt montate și interconectate prin intermediul cordonurilor de sudură. Desigur, calitatea acestui gen de lucrări în viitor depinde nu numai de fiabilitatea clădirii, structurii, mașinii sau oricărei unități care se ridică, ci și de siguranța persoanelor care vor interacționa cumva cu aceste structuri. Prin urmare, pentru a asigura nivelul adecvat de performanță al unor astfel de operațiuni, se utilizează testarea cu ultrasunete a sudurilor, datorită cărora este posibilă detectarea prezenței sau absenței diferitelor defecte la joncțiunea produselor metalice. Această metodă avansată de control va fi discutată în articolul nostru.

Istoricul apariției

Detecția cu ultrasunete a defectelor ca atare a fost dezvoltată în anii 30. Cu toate acestea, primul dispozitiv cu adevărat funcțional a luat naștere abia în 1945 datorită Sperry Products. În următoarele două decenii, cea mai recentă tehnologie de control a câștigat recunoaștere la nivel mondial, iar numărul producătorilor de astfel de echipamente a crescut dramatic.

UltrasuneteDetectorul de defecte, al cărui preț astăzi începe de la 100.000 - 130.000 de mii de ruble, conținea inițial tuburi vidate. Astfel de dispozitive erau voluminoase și grele. Au lucrat exclusiv din surse de curent alternativ. Dar deja în anii 60, odată cu apariția circuitelor semiconductoare, detectoarele de defecte au fost semnificativ reduse în dimensiune și au putut funcționa cu baterii, ceea ce a făcut posibilă, în cele din urmă, utilizarea dispozitivelor chiar și în condiții de teren.

Pasi in realitatea digitala

În primele etape, instrumentele descrise foloseau procesare analogică a semnalului, din cauza căreia, la fel ca multe alte dispozitive similare, au fost supuse derivei în momentul calibrării. Dar deja în 1984, Panametrics a lansat primul detector digital portabil de defecte numit EPOCH 2002. Din acel moment, unitățile digitale au devenit echipamente extrem de fiabile, oferind în mod ideal calibrarea necesară și stabilitatea măsurării. Detectorul de defecte cu ultrasunete, al cărui preț depinde direct de caracteristicile sale tehnice și de marca producătorului, a primit și o funcție de înregistrare a datelor și capacitatea de a transfera citirile pe un computer personal.

În mediul actual, există din ce în ce mai mult interes pentru sistemele phased array, care utilizează o tehnologie sofisticată bazată pe elemente piezoelectrice cu mai multe elemente pentru a genera fascicule direcționale și pentru a crea imagini în secțiune transversală similare imagistică medicală cu ultrasunete.

Sferăaplicații

Metoda de control cu ultrasunete este folosită în orice industrie. Utilizarea sa a demonstrat că poate fi folosit la fel de eficient pentru a testa aproape toate tipurile de îmbinări sudate în construcții, care au o grosime a metalului de bază sudat de peste 4 milimetri. În plus, metoda este utilizată în mod activ pentru a verifica îmbinările conductelor de gaz și petrol, diferite sisteme hidraulice și de apă. Și în cazuri precum inspecția cusăturilor groase obținute ca urmare a sudării cu zgură electrică, detectarea defectelor cu ultrasunete este singura metodă acceptabilă de inspecție.

Decizia finală dacă o piesă sau o sudură este adecvată pentru service se ia pe baza a trei indicatori (criterii) fundamentali - amplitudine, coordonate, dimensiuni condiționate.

În general, testarea cu ultrasunete este exact metoda care este cea mai fructuoasă în ceea ce privește imagistica în procesul de studiu al cusăturii (detaliului).

Motive pentru cerere

Metoda descrisă de inspecție cu ultrasunete este bună prin faptul că are o sensibilitate și o fiabilitate mult mai mare a indicațiilor în procesul de detectare a defectelor sub formă de fisuri, cost mai mic și siguranță ridicată în procesul de utilizare în comparație cu metode clasice de inspecție radiografică. Până în prezent, testarea cu ultrasunete a îmbinărilor sudate este utilizată în 70-80% din cazurile de inspecție.

Traductoare cu ultrasunete

FărăUtilizarea acestor dispozitive pentru testarea ultrasonică nedistructivă este pur și simplu de neconceput. Dispozitivele sunt folosite pentru a genera excitație, precum și pentru a primi vibrații ale ultrasunetelor.

Unitățile sunt diferite și sunt clasificate după:

• Modul de a crea un contact cu elementul de testat.
• Metoda de conectare a elementelor piezoelectrice la circuitul electric al detectorului de defecte în sine și dislocarea electrodului în raport cu elementul piezoelectric.
• Orientarea acusticii în raport cu suprafața.
• Număr de elemente piezo (singure, duble, cu mai multe elemente).
• Lățimea de bandă a frecvențelor de operare (bandă îngustă - lățime de bandă mai mică de o octavă, bandă largă - lățime de bandă mai mare de o octavă).

Caracteristicile măsurabile ale defectelor

GOST guvernează totul în lumea tehnologiei și a industriei. Nici testarea cu ultrasunete (GOST 14782-86) nu face excepție în această problemă. Standardul specifică că defectele sunt măsurate prin următorii parametri:

• Zona echivalentă a defectului.
• Amplitudinea semnalului ecou, care este determinată ținând cont de distanța până la defect.
• Coordonatele defectului la punctul de sudare.
• Mărimi convenționale.
• Distanța condiționată dintre defecte.
• Numărul de defecte în lungimea selectată a sudurii sau îmbinării.

Funcționare detector de defecte

Testarea nedistructivă, care este ultrasonică, are o metodă proprie de utilizare, care afirmă că principalul parametru măsurat este amplitudinea semnalului eco obținutdirect din defect. Pentru a diferenția semnalele de ecou după amplitudine, așa-numitul nivel de sensibilitate de respingere este fix. Acesta, la rândul său, este configurat folosind șablonul standard al întreprinderii (SOP).

Începutul funcționării detectorului de defecte este însoțit de reglarea acestuia. Pentru aceasta, este setată sensibilitatea de respingere. După aceea, în procesul de studii cu ultrasunete în curs, semnalul eco obținut din defectul detectat este comparat cu nivelul de respingere fix. Dacă amplitudinea măsurată depășește nivelul de respingere, experții decid că un astfel de defect este inacceptabil. Apoi, cusătura sau produsul este respins și trimis pentru revizuire.

Cele mai frecvente defecte ale suprafețelor sudate sunt: lipsa fuziunii, pătrunderea incompletă, fisurarea, porozitatea, incluziunile de zgură. Aceste încălcări sunt detectate eficient prin detectarea defectelor folosind ultrasunete.

Opțiuni cu ultrasunete

De-a lungul timpului, procesul de inspecție a dezvoltat câteva metode puternice de examinare a sudurilor. Testarea cu ultrasunete oferă un număr destul de mare de opțiuni pentru examinarea acustică a structurilor metalice considerate, cu toate acestea, cele mai populare sunt:

• Metoda Echo.
• Umbră.
• Metoda umbră în oglindă.
• Echo Mirror.
• Metoda Delta.

Metoda numărul unu

Cel mai des în industrie și transportul feroviar se folosește metoda echo-puls. Datorită lui, sunt diagnosticate peste 90% din toate defectele, ceea ce devine posibil datorită înregistrării și analizei aproape tuturor semnalelor reflectate de la suprafața defectului.

Această metodă în sine se bazează pe sondarea unui produs metalic cu impulsuri de vibrații ultrasonice, urmată de înregistrarea acestora.

Avantajele metodei sunt:

- posibilitatea de acces unidirecțional la produs;

- sensibilitate destul de mare la defectele interne;

- cea mai mare precizie în determinarea coordonatelor defectului detectat.

Cu toate acestea, există și dezavantaje, printre care:

- rezistență scăzută la interferența de la reflectoarele de suprafață;

- dependență puternică a amplitudinii semnalului de locația defectului.

Detectarea defectelor descrisă implică trimiterea de impulsuri ultrasonice către produs de către detector. Semnalul de răspuns este primit de el sau de al doilea căutător. În acest caz, semnalul poate fi reflectat atât direct din defecte, cât și de pe suprafața opusă a piesei, produs (cusătură).

Metoda umbră

Se bazează pe o analiză detaliată a amplitudinii vibrațiilor ultrasonice transmise de la emițător la receptor. În cazul în care există o scădere a acestui indicator, aceasta indică prezența unui defect. În acest caz, cu cât dimensiunea defectului în sine este mai mare, cu atât amplitudinea semnalului primit de receptor este mai mică. Pentru a obține informații fiabile, emițătorul și receptorul trebuie plasate coaxial pe părți opuseobiect în studiu. Dezavantajele acestei tehnologii pot fi considerate sensibilitate scăzută în comparație cu metoda ecoului și dificultatea orientării PET-urilor (transductoare piezoelectrice) în raport cu fasciculele centrale ale diagramei de radiație. Cu toate acestea, există și avantaje, care sunt rezistența mare la interferențe, dependența scăzută a amplitudinii semnalului de localizarea defectului și absența unei zone moarte.

Metoda cu umbră în oglindă

Acest control de calitate cu ultrasunete este cel mai frecvent utilizat pentru a inspecta îmbinările sudate ale barelor de armare. Semnul principal că a fost detectat un defect este slăbirea amplitudinii semnalului, care este reflectată de pe suprafața opusă (denumită cel mai adesea fund). Principalul avantaj al metodei este detectarea clară a diferitelor defecte, a căror dislocare este rădăcina sudurii. De asemenea, metoda se caracterizează prin posibilitatea de acces unilateral la cusătură sau la parte.

Metoda oglindă eco

Cel mai eficient mod de a detecta defectele verticale. Verificarea se efectuează folosind două sonde, care sunt deplasate de-a lungul suprafeței lângă cusătura de pe o parte a acesteia. Totodată, mișcarea acestora se realizează în așa fel încât să se fixeze de către o sondă semnalul emis de o altă sondă și reflectat de două ori din defectul existent.

Principalul avantaj al metodei: poate fi folosită pentru evaluarea formei defectelor, a căror dimensiune depășește 3 mm și care se abate în plan vertical cu mai mult de 10 grade. Cel mai important -utilizați sonde cu aceeași sensibilitate. Această versiune a examinării cu ultrasunete este utilizată în mod activ pentru a verifica produsele cu pereți groși și sudurile acestora.

Metoda Delta

Testarea cu ultrasunete specificată a sudurilor utilizează energia ultrasonică reradiată de defect. Unda transversală incidentă asupra defectului este parțial reflectată specular, parțial transformată într-una longitudinală și, de asemenea, reradiază unda difractată. Ca rezultat, undele PET necesare sunt capturate. Dezavantajul metodei poate fi considerat curățarea cusăturii, complexitatea destul de mare a descifrării semnalelor primite în timpul controlului îmbinărilor sudate cu o grosime de până la 15 milimetri.

Avantajele ultrasunetelor și subtilitățile aplicației sale

Examinarea îmbinărilor sudate folosind sunet de în altă frecvență este, de fapt, o încercare nedistructivă, deoarece această metodă nu este capabilă să provoace nicio deteriorare a secțiunii investigate a produsului, dar, în același timp, determină destul de precis prezența defectelor. De asemenea, o atenție deosebită merită costul redus al lucrărilor efectuate și viteza mare de execuție a acestora. De asemenea, este important ca metoda să fie absolut sigură pentru sănătatea umană. Toate studiile metalelor și sudurilor bazate pe ultrasunete sunt efectuate în intervalul de la 0,5 MHz la 10 MHz. În unele cazuri, este posibil să se efectueze lucrări folosind unde ultrasonice cu o frecvență de 20 MHz.

Analiza unei îmbinări sudate prin ultrasunete trebuie însoțită în mod necesar de un întreg complexmăsuri pregătitoare, cum ar fi curățarea cusăturii sau a suprafeței studiate, aplicarea unor lichide de contact specifice în zona controlată (geluri speciale, glicerină, ulei de mașini). Toate acestea sunt făcute pentru a asigura un contact acustic stabil adecvat, care oferă în cele din urmă imaginea necesară pe dispozitiv.

Inutilizabile și dezavantaje

Testările cu ultrasunete sunt absolut iraționale de utilizat pentru examinarea îmbinărilor de sudură ale metalelor cu o structură cu granulație grosieră (de exemplu, fontă sau o sudură austenitică cu o grosime mai mare de 60 de milimetri). Și totul pentru că în astfel de cazuri există o dispersie suficient de mare și o atenuare puternică a ultrasunetelor.

De asemenea, nu este posibilă caracterizarea completă fără ambiguitate a defectului detectat (incluziunea de wolfram, incluziunea de zgură etc.).