Анализ традиционных методов ультразвуковой дефектоскопии, применяемых для контроля сварных соединений

В настоящее время методы ультразвукового контроля сварных соединений стандартизованы, также разработано большое количество инструкций.

Рассмотрим кратко особенности ультразвукового контроля сварных швов. Основным документом, нормирующим технологию контроля, является ГОСТ 14782-86. В нем определены схемы прозвучивания сварных швов, основные параметры системы контроля и информативные параметры дефектов.

Важной характеристикой системы неразрушающего контроля является ее воспроизводимость. Результаты контроля должны быть одинаковыми при замене дефектоскопа, ультразвукового преобразователя, стандартного образца предприятия. Воспроизводимость обеспечивается нормированием комплекса параметров системы дефектоскоп-преобразователь. ГОСТ 14782-86 устанавливает десять основных параметров:

1. Длина волны или частота ультразвуковых колебаний.

2. Чувствительность.

3. Положение точки выхода луча (стрела преобразователя).

4. Угол ввода ультразвукового луча в металл.

5. Погрешность глубиномера.

6. Мертвая зона.

7. Разрешающая способность по дальности и по фронту.

8. Характеристики электроакустического преобразователя.

9. Минимальный условный размер дефекта, фиксируемого при заданной скорости сканирования.

10. Длительность импульса дефектоскопа.

Перечисленные характеристики, их конкретные численные качения, должны оговариваться в документации на ультразвуковой контроль сварных соединений.

В сварных соединениях подвергаются контролю наплавленный металл и зоны термического влияния. Схемы прозвучивания должны обеспечивать выявление дефектов во всей контролируемой области.

Сварные соединения, как правило, прозвучиваются с поверхности околошовной зоны наклонными ультразвуковыми преобразователями. Наружный валик усиления шва не снимается.

Сварное соединение подготавливается для проведения ультразвукового контроля, производится зачистка поверхностей околошовной зоны размером 50-150мм. Ширина области зачистки зависит от толщины сварного шва. В инструкциях оговаривается качество зачистки - шероховатость поверхности должна быть не хуже Rz40.

Основными измеряемыми характеристиками дефектов по ГОСТ 14782-86 являются:

1. Эквивалентная площадь дефекта или амплитуда эхосигнала, определенная с учетом расстояния до дефекта.

2. Координаты дефекта в сварном соединении.

3. Условные размеры дефекта.

4. Условное расстояние между дефектами.

5. Количество дефектов на определенной длине сварного соединения.

 

 

В методиках ультразвукового контроля главным измеряемым параметром является амплитуда эхосигнала от дефекта. Для разбраковки эхосигналов по амплитуде устанавливается браковочный уровень чувствительности. Браковочный уровень настраивается по стандартному образцу предприятия (СОП), в котором изготовлены искусственные отражатели, имитирующие максимально допустимый дефект. Перед проведением контроля производится настройка дефектоскопа - браковочной чувствительности - по эхосигналам от отражателей в СОП. Затем, в процессе контроля, производится сравнение эхосигнала от дефекта с браковочным уровнем. Если амплитуда эхосигнала от дефекта больше браковочного уровня -принимается решение о недопустимости дефекта, изделие бракуется. В противном случае дефект считают допустимым по амплитуде эхосигнала.

Размеры дефекта оцениваются в ультразвуковом контроле с помощью условных размеров. В основном в методиках используется условная протяженность дефекта. Условная протяженность (в миллиметрах) определяется на контрольном уровне чувствительности, который на 6дБ ниже браковочного. Ультразвуковой преобразователь перемещают вдоль сварного шва и фиксируют два положения при прозвучивании концов протяженного дефекта, в которых амплитуда эхосигнала находится на контрольном уровне. Условную протяженность измеряют линейкой как расстояние между двумя позициями преобразователя. Затем сравнивают найденную условную протяженность с максимально допустимой. Если измеренное значение больше, чем максимально допустимое - изделие бракуют.

Кроме того, в методиках ультразвукового контроля используют дополнительные критерии браковки:

количество допустимых по амплитуде дефектов на любые 100мм длины сварного шва, на любые 300мм,

суммарная условная протяженность дефектов на любые 300мм длины сварного шва, на периметр сварного шва, цепочки и скопления пор в наплавленном металле, условная высота дефекта в корне сварного шва.

Методы не разрушающего контроля призваны определять параметры качества изделий. Основным критерием качества сварных соединений в объектах опасных в эксплуатации является механическая прочность. Эффективность метода неразрушающего контроля нужно оценивать по тому, насколько надежно и насколько реалистично метод бракует несплошности по их влиянию на общую прочность изделия, В настоящее время ни для одного метода нет идеального соответствия критерия браковки с требованием заданного уровня прочности. Ультразвуковые методы здесь не исключение.

Проследим логические связи критериев браковки с прочностью сварного шва. Наиболее часто встречающимися дефектами в сварных соединениях являются непровары, поры, шлаковые включения, несплавления по кромкам, трещины вдоль шва. Указанные дефекты прекрасно отражают ультразвуковые волны, такие несплошности хорошо выявляются ультразвуковым эхо-методом.

Рассмотренные характеристики дефектов и критерии браковки достаточно реалистично позволяют оценить опасность дефектов. Это подтверждает многолетняя практика использования ультразвукового метода в технологиях изготовления и ремонта сварных соединений.

До сих пор речь шла, в сущности, о дефектах технологии сварки. Но есть целый ряд дефектов, образующихся в процессе эксплуатации оборудования. Это усталостные трещины в продольном и поперечном управлении сварного шва, коррозионные повреждения зон термического влияния, питтинг-коррозия поверхностей, растрескивание в объеме зон термовлияния, свищи, местная деградация микроструктуры стали и т.д. Такие дефекты как правило имеют сильно шероховатую (изрезанную) поверхность или состоят из множества мелких неоднородностей. Эксплуатационные дефекты сильно рассеивают ультразвуковые волны, поэтому амплитуда эхосигналов от них существенно ниже, чем от гладких дефектов. Амплитуда эхосигнала слабо отражает размер дефекта.

Аналогичная ситуация наблюдается и при измерении условной протяженности. Так как в методиках контроля условная протяженность определяется на фиксированном контрольном уровне чувствительности, а амплитуда эхосигнала низкая, то измерение условной протяженности дает заниженный результат.

Нужно признать, что традиционные методы ультразвукового контроля сварных швов не надежно выявляют и оценивают эксплуатационные дефекты.

В принципе, можно получить эхосигналы от шероховатых и изрезанных дефектов, если повысить чувствительность ультразвукового дефектоскопа. В практических решениях всегда есть запас чувствительности 20-30 дБ, т.е. можно увеличить чувствительность в 10-30 раз! Однако простое увеличение чувствительности позволяет наблюдать не только эхосигналы от дефектов, но и эхосигналы от крупных зерен наплавленного металла, рисок, волнистости или шероховатости поверхностей деталей. Указанные эхосигналы соизмеримы по амплитуде. Кроме того, они находятся в одной и той же зоне на экране дефектоскопа, поэтому оператор не сможет их различить. В таких условиях трудно или почти невозможно принять решение о качестве сварного шва.

На основе краткого анализа традиционных методик контроля сварных швов можно сделать вывод, что основные проблемы адекватной оценки опасности дефектов связаны с низкой информативностью измеряемых параметров: амплитуды эхосигнала и условных размеров.