Ultralydprøvning af svejsede samlinger, prøvningsmetoder og -teknologi

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Der er praktisk t alt ingen industri, hvor svejsning ikke udføres. Langt de fleste metalkonstruktioner er monteret og forbundet ved hjælp af svejsesømme. Kvaliteten af denne form for arbejde i fremtiden afhænger naturligvis ikke kun af pålideligheden af bygningen, strukturen, maskinen eller enhver enhed, der opføres, men også af sikkerheden for mennesker, der på en eller anden måde vil interagere med disse strukturer. Derfor, for at sikre det korrekte niveau af ydeevne af sådanne operationer, anvendes ultralydstest af svejsninger, takket være hvilket det er muligt at detektere tilstedeværelsen eller fraværet af forskellige defekter ved krydset af metalprodukter. Denne avancerede kontrolmetode vil blive diskuteret i vores artikel.

Forekomsthistorie

Ultralyd fejldetektion som sådan blev udviklet i 30'erne. Den første virkelig fungerende enhed blev dog først født i 1945 takket være Sperry Products. I løbet af de næste to årtier vandt den nyeste kontrolteknologi verdensomspændende anerkendelse, og antallet af producenter af sådant udstyr steg dramatisk.

ultralydFejldetektoren, hvis pris i dag starter fra 100.000 -130.000 tusind rubler, indeholdt oprindeligt vakuumrør. Sådanne enheder var omfangsrige og tunge. De arbejdede udelukkende fra AC-strømkilder. Men allerede i 60'erne, med fremkomsten af halvlederkredsløb, blev fejldetektorer reduceret betydeligt i størrelse og var i stand til at fungere på batterier, hvilket til sidst gjorde det muligt at bruge enhederne selv under feltforhold.

Træd ind i den digitale virkelighed

I de tidlige stadier brugte de beskrevne instrumenter analog signalbehandling, hvorfor de ligesom mange andre lignende enheder var udsat for drift på tidspunktet for kalibreringen. Men allerede i 1984 lancerede Panametrics den første bærbare digitale fejldetektor kaldet EPOCH 2002. Fra det øjeblik er digitale enheder blevet yderst pålideligt udstyr, der ideelt set giver den nødvendige kalibrerings- og målestabilitet. Ultralydsfejldetektoren, hvis pris direkte afhænger af dens tekniske egenskaber og producentens mærke, modtog også en datalogningsfunktion og muligheden for at overføre aflæsninger til en personlig computer.

I dagens miljø er der mere og mere interesse for phased array-systemer, som bruger sofistikeret teknologi baseret på multi-element piezoelektriske elementer til at generere retningsstråler og skabe tværsnitsbilleder, der ligner medicinsk ultralydsbilleddannelse.

Sfæreapplikationer

Ultrasonisk kontrolmetode bruges i enhver industri. Dens brug har vist, at den kan bruges lige så effektivt til at teste næsten alle typer svejsede samlinger i konstruktion, som har en svejset uædle met altykkelse på mere end 4 millimeter. Derudover bruges metoden aktivt til at kontrollere samlingerne af gas- og olierørledninger, forskellige hydrauliske og vandsystemer. Og i tilfælde som inspektion af tykke sømme opnået som et resultat af elektroslaggesvejsning, er ultralydsdetektering den eneste acceptable inspektionsmetode.

Den endelige beslutning om, hvorvidt en del eller en svejsning er egnet til service, træffes på grundlag af tre grundlæggende indikatorer (kriterier) - amplitude, koordinater, betingede dimensioner.

I almindelighed er ultralydstest præcis den metode, der er den mest frugtbare med hensyn til billeddannelse i processen med at studere sømmen (detaljer).

Årsager til efterspørgsel

Den beskrevne metode til inspektion ved hjælp af ultralyd er god, idet den har en meget højere følsomhed og pålidelighed af indikationer i processen med at opdage defekter i form af revner, lavere omkostninger og høj sikkerhed i brugsprocessen i forhold til klassiske metoder til radiografisk inspektion. Til dato er ultralydstest af svejsede samlinger brugt i 70-80 % af inspektionssager.

Ultralydtransducere

UdenBrugen af disse enheder til ikke-destruktiv ultralydstestning er simpelthen utænkelig. Enheder bruges til at generere excitation samt modtage vibrationer fra ultralyd.

Enheder er forskellige og er klassificeret efter:

• Måden til at oprette en kontakt med testelementet.
• Fremgangsmåden til at forbinde piezoelektriske elementer til det elektriske kredsløb af selve fejldetektoren og dislokationen af elektroden i forhold til det piezoelektriske element.
• Orientering af akustikken i forhold til overfladen.
• Antal piezo-elementer (enkelt, dobbelt, multi-element).
• Båndbredde af driftsfrekvenser (smalbånd - mindre end en oktavbåndbredde, bredbånd - mere end en oktavbåndbredde).

Målbare egenskaber ved defekter

GOST styrer alt i verden af teknologi og industri. Ultralydstest (GOST 14782-86) er heller ingen undtagelse i denne sag. Standarden specificerer, at defekter måles med følgende parametre:

• Tilsvarende område med defekt.
• Ekkosignalets amplitude, som bestemmes under hensyntagen til afstanden til defekten.
• Koordinater for defekten ved svejsepunktet.
• Konventionelle størrelser.
• Betinget afstand mellem defekter.
• Antallet af defekter i den valgte længde af svejsningen eller samlingen.

Fejldetektordrift

Ikke-destruktiv testning, som er ultralyd, har sin egen brugsmetode, som angiver, at den primære målte parameter er amplituden af det opnåede ekkosignaldirekte fra defekten. For at differentiere ekkosignaler efter amplitude er det såkaldte afvisningsfølsomhedsniveau fastsat. Dette er igen konfigureret ved hjælp af virksomhedens standardskabelon (SOP).

Begyndelsen af funktion af fejldetektoren er ledsaget af dens justering. Til dette indstilles afvisningsfølsomhed. Derefter sammenlignes det opnåede ekkosignal fra den detekterede defekt i processen med igangværende ultralydsundersøgelser med det faste afvisningsniveau. Hvis den målte amplitude overstiger afvisningsniveauet, beslutter eksperter, at en sådan defekt er uacceptabel. Så bliver sømmen eller produktet afvist og sendt til revision.

De mest almindelige fejl på svejsede overflader er: manglende sammensmeltning, ufuldstændig gennemtrængning, revner, porøsitet, slaggeindeslutninger. Det er disse overtrædelser, der effektivt opdages ved fejldetektion ved hjælp af ultralyd.

Ultralydindstillinger

Inspektionsprocessen har gennem tiden udviklet flere effektive metoder til at undersøge svejsninger. Ultralydstest giver et ret stort antal muligheder for akustisk undersøgelse af de betragtede metalstrukturer, men de mest populære er:

• Ekkometode.
• Shadow.
• Mirror-shadow-metode.
• Echo Mirror.
• Delta-metode.

Metode nummer et

Inden for industri og jernbanetransport bruges ekko-pulsmetoden oftest. Det er takket være ham, at mere end 90 % af alle defekter bliver diagnosticeret, hvilket bliver muligt på grund af registrering og analyse af næsten alle signaler, der reflekteres fra overfladen af defekten.

Denne metode i sig selv er baseret på lyden af et metalprodukt med impulser af ultralydsvibrationer, efterfulgt af deres registrering.

Fordelene ved metoden er:

- muligheden for envejsadgang til produktet;

- ret høj følsomhed over for interne defekter;

- den højeste nøjagtighed ved bestemmelse af koordinaterne for den detekterede defekt.

Der er dog også ulemper, herunder:

- lav modstand mod interferens fra overfladereflektorer;

- stærk afhængighed af signalamplituden af placeringen af defekten.

Den beskrevne fejldetektion indebærer, at finderen sender ultralydsimpulser til produktet. Svarsignalet modtages af ham eller af den anden søger. I dette tilfælde kan signalet reflekteres både direkte fra defekter og fra den modsatte overflade af delen, produktet (sømmen).

Skyggemetode

Det er baseret på en detaljeret analyse af amplituden af ultralydsvibrationer transmitteret fra senderen til modtageren. I det tilfælde, hvor der er et fald i denne indikator, indikerer dette tilstedeværelsen af en defekt. I dette tilfælde, jo større størrelsen af selve defekten er, jo mindre er amplituden af signalet modtaget af modtageren. For at opnå pålidelig information bør senderen og modtageren placeres koaksi alt på modsatte sidergenstand under undersøgelse. Ulemperne ved denne teknologi kan betragtes som lav følsomhed i sammenligning med ekkometoden og vanskeligheden ved at orientere PET'er (piezoelektriske transducere) i forhold til de centrale stråler af strålingsmønsteret. Der er dog også fordele, som er høj modstand mod interferens, lav afhængighed af signalamplituden af placeringen af defekten og fraværet af en død zone.

Mirror-shadow-metode

Denne ultralydskvalitetskontrol bruges mest til at inspicere svejste armeringssamlinger. Hovedtegnet på, at en defekt er blevet opdaget, er svækkelsen af signalamplituden, som reflekteres fra den modsatte overflade (oftest kaldet bunden). Den største fordel ved metoden er den klare påvisning af forskellige defekter, hvis dislokation er svejseroden. Metoden er også kendetegnet ved muligheden for ensidig adgang til sømmen eller delen.

Ekkospejlingsmetode

Den mest effektive måde at opdage vertikale defekter på. Kontrollen udføres ved hjælp af to sonder, som flyttes langs overfladen nær sømmen på den ene side af den. Samtidig udføres deres bevægelse på en sådan måde, at den ene sonde fikserer det signal, der udsendes fra en anden sonde og reflekteres to gange fra den eksisterende defekt.

Den største fordel ved metoden: den kan bruges til at evaluere formen af defekter, hvis størrelse overstiger 3 mm, og som afviger i det lodrette plan med mere end 10 grader. Den vigtigste -brug prober med samme følsomhed. Denne version af ultralydsundersøgelse bruges aktivt til at kontrollere tykvæggede produkter og deres svejsninger.

Delta-metode

Den specificerede ultralydstest af svejsninger bruger ultralydsenergi genudstrålet af defekten. Den tværgående bølge, der falder ind på defekten, reflekteres delvist spejlende, delvist omdannet til en langsgående bølge og genudstråler også den diffrakterede bølge. Som følge heraf fanges de nødvendige PET-bølger. Ulempen ved metoden kan betragtes som rensningen af sømmen, den ret høje kompleksitet ved at dechifrere de modtagne signaler under kontrol af svejsede samlinger med en tykkelse på op til 15 millimeter.

Fordele ved ultralyd og finesser ved dens anvendelse

Undersøgelse af svejsede samlinger ved hjælp af højfrekvent lyd er i virkeligheden ikke-destruktiv testning, fordi denne metode ikke er i stand til at forårsage nogen skade på den undersøgte del af produktet, men den bestemmer samtidig ret præcist tilstedeværelsen af defekter. Særlig opmærksomhed fortjener også de lave omkostninger ved det udførte arbejde og deres høje udførelseshastighed. Det er også vigtigt, at metoden er absolut sikker for menneskers sundhed. Alle undersøgelser af metaller og svejsninger baseret på ultralyd udføres i området fra 0,5 MHz til 10 MHz. I nogle tilfælde er det muligt at udføre arbejde ved hjælp af ultralydsbølger med en frekvens på 20 MHz.

Analyse af en svejset samling ved hjælp af ultralyd skal nødvendigvis ledsages af et helt kompleksforberedende foranst altninger, såsom rengøring af sømmen eller overfladen, der undersøges, påføring af specifikke kontaktvæsker på det kontrollerede område (specielle geler, glycerin, maskinolie). Alt dette gøres for at sikre korrekt stabil akustisk kontakt, som i sidste ende giver det nødvendige billede på enheden.

Ubrugelig og ulemper

Ultralydstest er absolut irrationelt at bruge til at undersøge svejsesamlinger af metaller med en grovkornet struktur (f.eks. støbejern eller en austenitisk svejsning med en tykkelse på mere end 60 millimeter). Og alt sammen fordi der i sådanne tilfælde er en tilstrækkelig stor spredning og stærk dæmpning af ultralyd.

Det er heller ikke muligt entydigt fuldt ud at karakterisere den detekterede defekt (wolfram-inklusion, slagge-inklusion osv.).