Ультразвуковой контроль (УЗК) позволяет определить состояние всего объема контролируемого элемента и дает информацию о расположении, размерах и количестве несоответствий, встречающихся в материале. Эти неразрушающие испытания используют акустические явления, возникающие в деталях, и заключаются в обнаружении несплошностей с помощью ультразвуковых волн, излучаемых преобразователями, с частотами 0.5—25 МГц для сталей и сплавов, а для пластмасс — с частотами 25—250 кГц. Ультразвуковые волны — это механические колебания в равновесном положении частиц материала, в котором они распространяются. Для получения результатов, независимо от места проведения испытаний, времени испытаний и в некоторой степени используемого оборудования, необходимо иметь эталонные образцы, к которым можно отнести показания, полученные в ходе испытаний. Ультразвуковой метод можно разделить на несколько этапов:
- Третий — с указанием дополнительной информации о несоответствиях на двух предыдущих этапах.
- Первый предполагает выявление, определение местонахождения и определение степени несоблюдения требований.
- Второй — расположение и определение размеров плоских несоответствий перпендикулярно или под углом к сварному шву.
Ультразвуковые методы контроля
Основные методы ультразвукового контроля:
- Эхо-метод — предполагает передачу ультразвуковых волн и их прием после отражения от неоднородностей материала или от ограничивающих поверхностей. Импульсы ультразвуковых волн передаются с помощью излучателя, вырабатывающей сигнал, состоящий из нескольких колебаний определенной частоты. Длительность этого сигнала, называемая шириной или длиной импульса, колеблется от нескольких до десятков или около того микросекунд. Ультразвуковая волна, генерируемая преобразователем, распространяется в испытуемом материале и отражается от неоднородностей или окружающих поверхностей испытуемого объекта. После отражения ультразвуковая волна возвращается к преобразователю и заставляет его вибрировать, что в свою очередь преобразуется в электрические импульсы.
- Метод передачи (теневой метод) — используется для измерения амплитуды ультразвуковой волны за дефектом материала. Эта форма УЗ-тестирования требует использования двух преобразователей. Первый выступает отправителем, его задачей является создание ультразвуковых волн. Второй выступает приемником и предназначен для улавливания сигнала после его прохождения через испытуемый материал. В случае неисправности проверяемого элемента снижают энергию ультразвуковых волн, доходящих до приемника. При контроле сквозным методом преобразователи всегда располагают по разные стороны от дефекта.
- Резонансный метод — явление резонанса возникает, когда толщина испытуемого элемента составляет целое кратное половине длины волны. Резонансный метод использовался для измерения толщины, а также может использоваться для обнаружения расслоений.
Одной из форм ультразвукового контроля является измерение толщины покрытий путем определения времени прохождения ультразвуковой волны через определенную толщину.
Метод ультразвукового контроля сварных швов
Основная предпосылка ультразвукового контроля состоит в том, чтобы выделить такую зону контроля, чтобы можно было полностью обследовать весь объем сварного шва. При механических вибрационных испытаниях ультразвуковая волна подается в испытуемый материал с помощью пьзоэлектрического преобразователя (ПЭП) ультразвукового устройства, которое можно классифицировать в зависимости от типа используемого приемника, типа принимаемых и отправляемых ультразвуковых волн, способа создания ультразвуковых волн, а также типа ПЭП.
Важно обеспечить надлежащую акустическую связь между ПЭП и материалом, для этого рекомендуется использовать контактную жидкость (гель), облегчающий введение ультразвукового луча в испытуемый элемент. Волна, распространяющаяся через данный объект, дает сигнал, который передается или отражается от поверхности или несплошностей. Затем она возвращается в преобразователь и обрабатывается в дефектоскопе, предоставляя информацию о времени прохождения волны и ее амплитуде.
Метод ультразвукового контроля может быть автоматизированным, полуавтоматическим или ручным, по способу введения УЗ-волны может использоваться контактное, бесконтактное или иммерсионное сканирование. Требования к качеству сварных соединений при УЗ-контроле связаны прежде всего с применяемым материалом изделия, методом сварки и условиями эксплуатации.
Особенности ультразвукового контроля
- Объемное тестирование.
- Точность получаемых результатов.
- Тестовые показания получаются на постоянной основе.
- Нет необходимости размечать зону вокруг испытуемого элемента.
- Необходима хорошо подготовленная испытательная поверхность.
Предварительные мероприятия
Перед проведением ультразвукового (акустического) неразрушающего контроля необходимо выполнить ряд подготовительных действий независимо от конкретного способа сканирования.
Подготовка к аккредитации должна осуществляться в случае отсутствия повреждений на поверхности соединения. Геометрия зоны возле соединения не должна препятствовать передвижению преобразователя в пределах области контроля.
Не рекомендуется приступать к ультразвуковому контролю, если на контролируемой поверхности имеются следующие дефекты:
- Вмятины
- Неровности
- Брызги металла
- Окалина и другие загрязнения
Конкретные требования по подготовке соединений к ультразвуковому (акустическому) контролю должны быть прописаны в технической документации.
При проведении акустического контроля трубных соединений, резервуаров, а также корпусов морских судов на практике часто требуется опустошение этих объектов. В отдельных случаях возможно осуществление акустического контроля без опустошения по специальным методикам, описанным в технических регламентах.
Преимущества и ограничения применения ультразвукового контроля
Имеются достоинства применения ультразвукового контроля, такие как отсутствие необходимости проводить демонтаж конструкции, разрушение материала, приостановку производства или вывод изделия из эксплуатации. Проведение анализа концентрируется на определенной зоне изделия или индивидуальном элементе конструкции, из-за чего нет необходимости в разборке или разрушении общего изделия. Благодаря переносным приборам и разнообразным методам проведения анализа данную технологию можно применять практически везде для изучения различных видов изделий.
Вместе с тем, существуют ограничения ультразвукового контроля. Некоторые материалы оказываются проблематичными для данной технологии из-за невозможности достижения желаемых результатов на них. Это особенно касается материалов с высоким коэффициентом затухания и крупнозернистой структурой, таких как чугун, титан и аустенитная сталь. Неравномерность акустических свойств различных изделий также является проблемой, где анизотропия сильно влияет на скорость распространения волн и их затухание. Например, УЗК сварных швов трубопроводов с большим диаметром отверстия может быть сложным. А также точность проведения исследований напрямую зависит от профессионализма персонала, требуется опыт и знания не только по работе с оборудованием, но и в области применения данной технологии.