Ультразвуковой контроль сварных швов (УЗК)

Чтобы обеспечить безопасность эксплуатации объектов со сварными соединениями, швы, независимо от того, как давно они были сделаны, необходимо подвергать регулярной проверке. Дефектоскопия сварных соединений проводится разными методами. Универсальный способ проверки – ультразвуковой контроль. Метод был открыт в 1930 году, и сейчас используется повсеместно. Эффективность уУЗК обуславливается тем, что диагностика способна выявлять даже небольшие дефекты, которые со временем приводят к утрате прочности и разрушению конструкции.

Преимущества и недостатки УЗК

К основным преимуществам ультразвуковой диагностики относят:

• Высокую точность и скорость в сочетании с доступной ценой.
• Абсолютную безопасность. УЗК – это неразрушающий метод контроля. Он не наносит вреда конструкции и здоровью людей, которые присутствуют при проведении процедуры.
• Возможность выполнения в полевых условиях. Для этого используют специальные портативные УЗ-дефектоскопы.
• Простоту выполнения. Применение метода не требует выведения объекта из эксплуатации.

Но не существует совершенных методов диагностики. УЗК тоже обладает рядом недостатков:

• Ограниченность полученных о дефекте сведений: невозможно определить точную форму трещины из-за наличия воздуха или шлака, а также однозначно идентифицировать характер шлаковых включений.
• При использовании УЗК сложно проверить металлы с крупнозернистой структурой из-за сильного рассеивания и затухания ультразвука.
• Необходимость подготовки к диагностике: важно очистить поверхность шва от загрязнений и ржавчины.

Суть ультразвуковой дефектоскопии

Ухо человека не воспринимает ультразвуковую волну, тем не менее, она – основа многих диагностических методик. Способность УЗ-волн отражаться и проникать применяется в различных отраслях, в т.ч. и в медицине. Этот способ важен для сфер, где главное требование – не нанести вред объекту, который исследуется.

Ультразвуковая дефектоскопия – это неразрушающий метод контроля и определения мест, где локализуются дефекты различного характера. Качество проведения процедуры зависит от ряда факторов. Это корректность настройки и калибровки аппарата, чувствительность приборов, опыт оператора. Поэтому выполнять ультразвуковую дефектоскопию должны профессионалы.

Данным способом диагностируют разные сварные соединения. С помощью УЗК можно выявить химически неоднородный состав материала (например, наличие шлаковых вложений в металле, присутствие неметаллических элементов), воздушные пустоты, скрытые и внутренние механические дефекты.

Учтите, что объект будет допущен к эксплуатации только после определения качества соединений и ликвидации даже малейших дефектов.

Ультразвуковой контроль сварных соединений – это метод, основанный на способности колебаний высокой частоты (примерно 20 000 Гц) проникать в структуру металла, отражаться от поверхности неровностей, пустот, царапин. Волна, которая проникает в сварной шов, при обнаружении дефекта отклоняется от стандартного распространения. Это отклонение отражается на мониторах приборов. По конкретным параметрам опытный оператор характеризует обнаруженный дефект. Например, расстояние до него рассчитывается по времени распространения волны, а размер дефекта – по амплитуде импульса отражения.

Ультразвуковой контроль: виды

УЗК бывает нескольких видов. К главным методам ультразвукового контроля относят:

• Теневой. Способ основан на применении двух преобразователей. Их устанавливают по разным сторонам объекта. Первый преобразователь – излучатель. Второй – приемник. Устанавливают их строго перпендикулярно сварному шву. Поток УЗ-волн из излучателя направляется на шов, с другой стороны их принимает приемник. Если в этом потоке возникает глухая зона, значит, не пути волн присутствует участок с дефектом.
• Эхо-импульсный. Применяется УЗ-дефектоскоп, который и излучает, и принимает волны. Метод основан на технологии отражения ультразвука от поверхности участков с дефектом. То есть если волны проходят сквозь металл и не отражаются на приемнике, дефекты отсутствуют. Если отражаются, значит, изъян есть.
• Эхо-зеркальный. Метод ультразвукового контроля, имеющий сходство с вышеописанным. Применяются два прибора: приемник и излучатель, только устанавливают их с одной стороны объекта. Волны под углом исходят из излучателя, а при попадании на дефекты – отражаются. Отраженные волны принимает приемник. Таким образом часто выявляют вертикальные дефекты – трещины.
• Зеркально-теневой. Представляет собой комбинацию зеркального и теневого методов. Излучатель и приемник ставят с одной стороны от объекта. Из излучателя исходят косые волны, которые отражают стенки металла, а затем их принимает приемник. Если на пути отраженных УЗ-волн не было дефектов, то изменения не зарегистрируются. Если же отразится глухая зона, нужно искать изъян.
• Дельта-способ. УЗК такого плана используется редко, так как требует тонкой калибровки оборудования и сложной расшифровки результатов. В основе метода – переизлучение дефектом направленных акустических волн внутрь шва. То есть отраженные волны разделяются на зеркальные, которые трансформируются продольно, и переизлучаемые. Приемник улавливает не все волны, практически только те, которые отражены или движутся прямо на него. От того, сколько волн получено, зависит конфигурация и размер дефекта.

При диагностике поперечных и продольных швов эксперты чаще применяют теневой, эхо-импульсный методы. В основном, такими способами проводится контроль сварных соединений трубопроводов. Остальные методы применяют намного реже, в зависимости от ситуации.

Оборудование УЗК: принцип работы

Приборы, которыми проводится ультразвуковой контроль труб и металлоконструкций, работают по схожему принципу. Главный рабочий элемент – пластина пьезодатчика, выполненная из титанита бария или кварца. Пьезодатчик находится в щупе – его располагают вдоль соединений и плавно перемещают возвратно-поступательными движениями. Пока происходит перемещение щупа, к пластине поступает высокочастотный ток, из-за этого она и излучает перпендикулярно своей длине ультразвуковые колебания.

Отраженные волны принимает такая же пластина с принимающим щупом. Она преобразует колебания в переменный ток, который сразу отклоняет волну на мониторе осциллографа. В итоге возникает промежуточный пик. При УЗ-диагностике датчик посылает короткие переменные импульсы упругих колебаний с разной длительностью, которые разделяются паузами. За счет этого определяется присутствие и глубина залегания дефекта.

Как проводится ультразвуковой контроль

Процедура выполняется в несколько этапов, а именно:

1. Удаление краски, ржавчины со швов и с двух сторон от сварных соединений на расстоянии 5-10 см (точные размеры околошовной зоны регламентируются технологической документацией на объект контроля по ГОСТ Р 55724-2013).
2. Обработка поверхности металла около шва и самого шва машинным, турбинным маслом, глицерином, солидолом или силиконовым гелем с ингибиторами коррозии. Поверхность обрабатывают маслом, чтобы создать контактную зону между датчиком и поверхностью объекта контроля и улучшить проникновение УЗ-колебаний.
3. Настройка прибора с калибровкой. Настраивается толщина, АРД, AVG или DGS-диаграммы.
4. Перемещение щупа-искателя. Выполняется вдоль шва, зигзагообразно. При этом искатель поворачивают вокруг оси примерно на 10-15 градусов.
5. Как только на экране прибора появляется устойчивый сигнал, искатель разворачивают. Поиск проводят, пока на экране не возникнет сигнал с наибольшей амплитудой.
6. Уточняют, откуда возникло колебание, не связано ли оно с отражением волны от соединений, что случается при УЗК.
7. Если отражение возникло из-за дефекта, его фиксируют, при этом записывают координаты места локализации.

Результаты дефектоскопии заносят в таблицу. По ней, в дальнейшем, дефект можно выявить повторно, а затем устранить его. Проводят контроль по ГОСТу за один либо два прохода. Если для определения точного характера дефекта УЗК не хватает, дополнительно применяют гамма-дефектоскопию или рентгенодефектоскопию.

Какие дефекты выявляет ультразвуковая диагностика

С помощью ультразвукового контроля труб и конструкций определяют ряд разнообразных дефектов, например:

• трещины на околошовном участке;
• поры в соединениях;
• непровары;
• расслоение наплавленного металла;
• несплавления шва;
• свищеобразные изъяны;
• провисание металла, которое возникает на нижнем участке сварного соединения;
• коррозионные поражения;
• несоответствие материала по химическому составу;
• зоны с искаженными геометрическими размерами.

Провести диагностику можно в таких металлах, как медь, чугун, легированные и аустенитные стали. При этом существуют и определенные геометрические рамки для применения метода, в частности:

• Глубина залегания шва (max) – 10 метров;
• Глубина (min) – 3-4 мм.
• Толщина шва (min) – 8-10 мм.
• Толщина металла (max) – 500-800 мм.

С помощью ультразвукового контроля труб и конструкций проверяют швы разного типа: продольные, плоские, кольцевые, тавровые, а также сварные стыки.

Сфера применения УЗК

Данный метод контроля применяют в промышленной отрасли, а также при реконструкции и строительстве домов. Часто УЗК используют:

• При аналитической диагностике агрегатов, узлов.
• Для определения износа труб в магистральном трубопроводе.
• В атомной или тепловой энергетике.
• В сфере машиностроения, нефтегазовой, химической отрасли.
• При проверке сварных швов конструкций со сложной конфигурацией.
• При диагностике соединений металлов, имеющих крупнозернистую структуру.
• При сварке соединений узлов и котлов оборудования, которые находятся под воздействием давления, высокой температуры, агрессивной среды.

Методика применяется и в полевых, и в лабораторных условиях.

Проверенный на дефекты шов – это гарантия того, что конструкция безопасна для эксплуатации, надежна и может использоваться по назначению. Без проведения контроля на соответствие нормативам, ввод сооружения в эксплуатацию невозможен. Аккредитованная строительная лаборатория IRONCON готова провести УЗ-диагностику сварных соединений на объекте заказчика в полном соответствии с действующими нормами контроля.