Акустические методы контроля качества сварных соединений

П П П П I

I I I I I I I / yI и I и I

Li LJ LJ LJ L

Рис. 11. Схемы поперечно-продольного (а) и продольно-поперечного (б) сканирования

образцам настраивают дефектоскоп на заданные основные параметры; в) с участков поверхности проката соединения, по которым должен перемещаться искатель, удаляют отслаивающуюся окалину, брызги металла, грязь, пыль и покрывают их слоем контактирующей жидкости (минеральным маслом, техническим глицерином и т. п.); для удержания контактирующей жидкости на потолочных и вертикальных сварных соединениях на упомянутые подготовленные участки накатывают полиэтиленовую пленку толщиной ~0,1 мм по ГОСТ 10354-73 и покрывают ее слоем контактирующей жидкости. Применение пленки уменьшает флуктуации акустического контакта и истирание призмы наклонного искателя.

Поиск дефектов. Цель поиска - обнаружение дефектов с SgSno, где 5по - заданная предельная чувствительнос1Ъ в предположении, что дефект находится на акустической оси искателя. При поиске дефектов используют схемы поперечно-продольного или продольно-поперечного сканирования (рис. 11). Для выявления дефектов с 5 > Sq в сечениях, озвучиваемых под некоторым углом к акустической оси, чувствительность поиска Sc увеличивают по сравнению с чувствительностью оценки Sno на некоторую величину Д5пс. обусловливаемую диаграммой направленности Фр (ф) или Ф (а) и принятым значением шага Ас или Дсг соответственно.

Основные параметры сканирования: а) шаг продольного Ас/ или поперечного Ас сканирования; б) пределы поперечного Lt или продольного L/ перемеще-\тя искателя; в) максимальная неравномерность чувствительности в продольном сечении соединения Snc/5no; г) максимальный угол 2фс вращения искателя вокруг оси, проходящей через точку выхода луча; д) шаг Lq вращения искателя.

Параметры сканирования рассчитывают по выражениям, приведенным в [3 и 4]. Для типовых искателей {af 15 мм-МГц) при 5пс/5по =1,4 (3 дБ) шаг Ае/ ~ 2 мм, а шаг Ас; соответствует значениям, приведенным в табл. 6.

Сканирование по схеме, приведенной на рис. 11, б, существенно сокращает трудоемкость контроля по сравнению со сканированием по схеме рис. 11, а.

6. Шаг сканирования Д,, мм

Технология ультразвукового контроля

7. Соотношения для приближенного расчета эквивалентной площади (мм) на глубине Н ультразвукового к дефектоскопа по отражателям, ра

на глубине Н ультразвукового контроля при настройке чувствительности дефектоскопа по отражателям, расположенным в дальней зоне искателя

Вид отражателя

повернуто

.иотношенля

2На cos а

cos а V О 1/

Y2S V2cos2a \ о cos (3

X ехр

cos а

(Но - t)

а cos а

\ О/

cosa \ О \)у

Я, < /г <

0,05лЯ а cos а

; Ki<b <

а cos а

0,5< -- < 4,0

о,ая

cosa V О 1/

ч<< acosa

h/b > 0,4

о.ия

а cos а

14 Под ред. Ю. П. Зорина

Продолжение табл. 7

Вид отражателя

Соотношения

.1/2

2НР cosl/2a

kf<b<

а cos а

Hi \а

Kf < Ь <

--11 (нпнЛ

cosa \ о 1/ о.щг

а cos (Х

Для точного соблюдения заданных параметров сканирования при перемещении искателя вручную целесообразно применять специальные приспособления.

Определение размеров, конфигурации и ориентации выявленных дефектов.

Размеры дефекта приблизительно оценивают по его эквивалентной площади (табл. 7) и условным размерам [3, 14]. К условным размерам дефекта относят условную протяженность AL, условную ширину Ах и условную высоту АН (рис. 12). Условную протяженность AL определяют длиной зоны перемещения искателя вдоль шва между некоторыми крайними положениями, в пределах которой воспринимается сигнал от дефекта. Условную ширину Ах измеряют аналогично при перемещении искателя перпендикулярно шву. Условную высоту АН определяют как разность максимальной и минимальной глубин залегания выявляемого дефекта, измеренных в крайних положениях искателя, при которых измерялось значение Ах.

Применяют два способа задания крайних положений искателя при определении условных размеров.

Способ 1. Крайними положениями искателя считают такие, при которых амплитуда эхо-сигнала от выявляемого дефекта уменьшается до значения Um\n, соста вл я юще го оп р еде-ленную часть А от максимального значения (/шах эхо-сигнала: Umia-=AUmsix, где А - относительный уровень отсечки, принимаемый А = 0,2-0,8 [?]. Измеренное по способу 1

значение ALд дефекта с ненаправленной индикатрисой рас-

Рнс. 12. Схема измерения условных размеров дефекта

сеяния независимо от истинных размеров дефекта равно ширине ALp ультразвукового пучка на уровне VA в месте расположения дефекта; если Д1д < < ALq, то истинные размеры дефекта меньше ALq и дефект имеет направленную индикатрису рассеяния (плоскостной дефект); при А1д > ALq истинные размеры дефекта больше ALq. Границы такого дефекта приблизительно совпадают с осью искателя в положении, соответствующем ослаблению амплитуды эхо-сигнала (Ушах в 2 раза (А = 0,5), где (Ущах - максимальная амплитуда эхо-сигнала при озвучивании края дефектного участка.

Способ 2. За крайние положения искателя принимают такие, при которых амплитуда эхо-сигнала достигла некоторого заданного абсолютного значения f/min. не зависящего от максимальной амплитуды эхо-сигнала. Измеренные по способу 2 значения условных размеров зависят от амплитуды эхо-сигнала и поэтому не

8. Классификация дефектов по результатам ультразвукового контроля

несут никакой новой информации о дефектах с круговой индикатрисой по сравнению с той, которая содержится в амплитуде эхо-сигнала от дефекта.

Конфигурацию и ориентацию дефекта в сечении шва определяют с тем, чтобы оценить его потенциальную опасность. При этом идентифинируют дефекты на округлые и плоскостные путем (табл. 8) сравнения [1, 3, 14]: а) условных размеров А1д и ДдГд выявленного дефекта с расчетными или экспериментально установленными значениями ALo и Ахо; б) максимальной амплитуды Vx эхо-сигнала, отраженного от выявленного дефекта обратно к ближнему от шва искателю, с амплитудой эхо-сигнала, претерпевшего зеркальное отражение от внутренней поверхности соединения и принимаемого двумя искателями, включенными по схеме тандем ; в) отношения условных размеров (Лд = Ахд/А д выявленного дефекта с отношением (Xq условных размеров для цилиндрического отражателя; г) угла Уд между крайними положениями искателя, соответствуюшими уменьшению максимальной амплитуды эхо-сигнала от дефекта в 2 раза, со значением Vo, оговариваемым в НТД на контроль.

Необходимость, возможность и методика оценки конфигурации и ориентации выявленного дефекта для соединения каждого типа и размера оговаривается в НТД на контроль.

Перспективным способом оценки конфигурации и ориентации дефекта является спектральный, основанный на исследовании частотной зависимости амплитуды эхо-сигнала от дефекта. Указания по сокращенному описанию выявленного дефекта даны в ГОСТ 4782-76.

Оценка качества сварного соединения. Качество шва по результатам ультразвукового контроля оценивают в соответствии с требованиями технических условий на изделие; при этом, кроме перечисленных характерис7ик выявленных дефектов, учитывают также координаты их расположения в сечении шва, условное расстояние Д/ между дефектами (см. рис. 12) и число дефектов на определенной длине гива.

ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ СОЕДИНЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

Стыковые сварные соединения контролируют, как правило, эхо-методом наклонным совмещенным искателем с одной стороны одной поверхности прямым (т = 0) и однократно отраженным {т - 1) лучом (рис. 13, а). Швы толщиной более 150 мм прозвучивают с одной стороны двух поверхностей.

Угол а ввода луча при любом т выбирают обычно из условия пересечения акустической осью искателя оси симметрии шва толщиной 6 на глубине 0,56:

tg а > (ft + 2п)/б при т = 0; tg а Х&-f 2г)/б при т=1.

Расстояние z необходимо для обеспечения направленного отражения основной части ультразвукового пучка в контролируемую область шва {г = 2-=-8 мм) 13].

Пределы поперечного перемещения искателя рассчитывают по формулам;

при m = О Lniin = ; Ltm&x = tga; при m = 1 Lmin = 6tga + z\ Ltmax = 26tga.

Ориентировочные значения основных параметров контроля приведены в табл. 9.

При контроле соединений толщиной 3-50 мм из сплавов алюминия условную чувствительность снижают на одно отверстие по СО № 1, а при контроле тех же соединений из сплава меди понижают частоту до -1,5 МГц, повышая чувствительность на одно-два отверстия по СО № 1.

Швы аустеиитного класса толщиной до 25-30 мм, если структура шва не вызывает заметного рассеяния ультразвуковых колебаний, контролирзют ана-

Рис. 13. Схемы прозвучиваиия сварных соединений: /, - поверхности соединения; 1,2 - стороны соединения

9. Основные параметры контроля стыковых сварных швов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей