Общие требования

Соответственно методическим положениям этого раздела на трубных системах и трубопроводах осуществляют УЗК на ступних сварных соединений, выполненных любым способом електродугового сварки и газовой сваркой:

а) стыковых кольцевых сварных соединений труб, штуцеров или патрубков с номинальной толщиной стенки 4 мм и больше на стальных подкладных кольцах;

б) стыковых кольцевых сварных соединений труб с номинальной толщиной стенки 2 мм и больше без подкладных колец;

в) замковых сварных соединений донышек с коллекторами.

УЗК сварных соединений по 6.1.1 выполняется прямым и одноразово отбитым или только прямым лучом.

Если во время контроля одноразово отбитым лучом прямой луч попадает на конусную часть внутреннего растачивания трубы, качество сварного соединения оценивают только за результатами контроля прямым лучом, о чем должна быть сделана соответствующая запись в «Заключительных выводах».

Для обеспечения возможности осуществления УЗК сварных соединений по всему пересечению длина цилиндровой части растачивания элементов трубных систем и трубопроводов должна быть не меньше 2Stgб + b + а

где S - толщина стенки в зоне растачивания

b - ширина усиления

а - ширина прилегающей зоны, что подлежит контролю

бы - угол введения.

Чистота обработки растачивания должна быть не худшее Rz=40 мкм.

Контроль сварных соединений с подкладными кольцами

Во время УЗК сварных соединений с подкладными кольцами используют покатых преобразователей с характеристиками, отмеченными в таблице 6.1

Таблица 6.1 - Характеристика преобразователей для контроля

сварных соединений с подкладными кольцами

1 - зарубки для настройки скорости разворачивай и чувствительности дефектоскопа;

D - диаметр сварного соединения; S- толщина стенки

Рисунок 6.1 - СЗП для контроля стыковых сварных соединений

с номинальной толщиной стенки до 20 мм с подкладными кольцами

1 - отверстие глубиной не менее 15 мм для настройки скорости разворачивай

при толщине стенки 65 мм и больше при контроле прямым лучом;

D - диаметр; S - толщина стойки

Рисунок 6.2 - СЗП для настройки скорости разворачивай

при контроле сварных соединений изделий толщиной 20 мм и больше

с подкладными кольцами

При применении АВД-диаграмм для контроля товщин 8-20 мм для настройки скорости разворачивай можно использовать (при наличии) СЗП, приведенный на рисунку 6.1. При этом можно использовать любые отражатели, в том числе торцы образцов. При настройке скорости развертки для контроля сварных соединений толщиной более 20 мм допускается использование СЗ № 2, 2а та др.

Настройка чувствительности дефектоскопа осуществляется соответственно 5.5.6-5.5.8.

Для настройки чувствительности во время УЗК сварных соединений толщиной меньше чем 8 мм используются зарубки.

Для настройки чувствительности во время УЗК сварных соединений толщиной 8 мм и больше используется технология АВД-диаграмм (добавление И).

После настройки дефектоскопа контроль выполняется соответственно требованиям 5.6.

Нецельности, расположенные над корневым слоем (рисунок 6.3), могут быть выявлены прямым или одноразово отбитым лучом. В последнем случае возможное совпадание сигналов от подкладного кольца и нецельности.

Чтоб разделить эти сигналы и избежать ошибки во время оценивания качества сварного соединения, необходимо измерять линейкой расстояния Хк, X1 и Х2 от точки введения луча к середине усиления сварного соединения. Сигнал от подкладного кольца появляется при меньшем расстоянии между сварным соединением и преобразователем, чем сигнал от нецельности, расположенной выше корня сварного соединения. В процессе контроля необходимо периодически сравнивать эти расстояния с данными обмерки на СЗП.

Нецельность над корнем шва определяется не только за координатами, но и через очередность появления эхо-сигнала. При приближении к сварному соединению первым появляется сигнал от кольца, а затем - от нецельности.

Признаком нецельности является появление на экране дефектоскопа импульсов в зоне, ограниченной координатами сигналов 1 или 2 (рисунок 5.3) для сварных соединений толщиной менее 65 мм и сигналов 2 или 3 для сварных соединений элементов толщиной 65 мм и больше.

Следует помнить, что в результате возможной разницы между товщинами стенок трубы и СЗП существует вероятность за сигнал от нецельности ошибочно принять сигнал от усиления сварного соединения или от подкладного кольца. Поэтому перед контролем необходимо измерять реальную толщину стенки каждой трубы, сравнивать их с толщиной СЗП и вносить соответствующие поправки в настройку скорости развертки.

Если толщина стенки трубы является большей толщины СЗП, то при контроле со стороны этой трубы сигнал от подкладного кольца сместится вправо сравнительно с тем же сигналом, полученным на СЗП. Если труба является тоньше сравнительно с СЗП, то сигнал от подкладного кольца трубы сместится влево.

Разница толщины СЗП и элемента, что контролируется, должна быть не более чем ±10% толщины стенки.

Расположение несуцільностей по глубине определяется посредством глубиномера или путем сравнения с координатами сигналов от искусственных отражателей или углов в СЗП.

Чтоб определить, к которой из труб ближе расположенная нецельность в корне сварного соединения, руководствуются следующими признаками:

а) если нецельность в корне сварного соединения расположена ближе к линии сплавка с трубой, со стороны которой ведется контроль, то при медленном приближении преобразователя к сварному соединению на экране дефектоскопа первым появляется сигнал от нецельности, а затем, когда ультразвуковой луч пройдет над нецельностью, которая частично экранирует кольцо, на экране появляется сигнал от кольца;

б) во время контроля этого участка сварного соединения со стороны второй трубы на экране сначала появляется сигнал от подкладного кольца, а затем - от нецельности. Возможна также и одновременное появление сигналов.

Измеряемые характеристики несуцільностей определяют соответственно 5.6.10-5.6.16.

1 и 2 - координаты сигналов от зарубок; К - сигнал от подкладного кольца;

Д1 и Д2 - сигналы от сверхкорневой нецельности, выявленной прямым или

одноразово отбитым лучом; Хк, ХІ и Х2 - расстояния между серединой

сварного соединения и точкой введения преобразователя

Рисунок 6.3- Схемы выявления подкладного кольца и сверхкорневой

нецельности

Во время проведения контроля следует учитывать ряд особенных качественных признаков, которые помогают определять характер некоторых несуцільностей.

Трещины в корне шва при У-образний конструкции, как правило, начинаются от зазору, образованного краем трубы и подкладным кольцом. В процессе распространения трещины выходят в среднюю зону наплавленного металла. В связи с этим характерным признаком трещин в корне сварного соединения является то, что они частично или вполне экранируют сигнал от подкладного кольца только во время контроля со стороны той трубы, от которой они берут свое начало. Во время контроля сварного соединения из противоположной стороны трещина не экранирует подкладное кольцо и ультразвуковой луч свободно проходит у него. На экране дефектоскопа возникают два сигнала - от подкладного кольца и от трещины. Сигнал от подкладного кольца имеет приблизительно ту же амплитуду и пробег по экрану, что и на участках, где нецельность отсутствует. Трещины из этой стороны оказываются значительно хуже, а при небольшой высоте могут отнюдь не оказываться. На рисунку 6.4 показанная схема выявления корневой трещины высотой более 3 мм

Непровар, расположенный выше, чем корневой слой сварного соединения, в незначительной мере или отнюдь не экранирует сигнал от подкладного кольца. На экране во время контроля по обе стороны сварного соединения возникают сигналы от подкладного кольца и нецельности. Расстояние между этими сигналами несколько больше, чем в том случае, когда нецельности расположены в корне сварного соединения. В некоторых случаях от нецельности и подкладного кольца на экране наблюдаются несколько сигналов.

Для шлаковых включений или пор характерной имеется появление на экране дефектоскопа импульсов, которые быстро исчезают и появляются опять при незначительных перемещениях преобразователя в продольном или поперечном направлениях. Скопление мелких шлаковых включений или пор в наплавленном металле дают на экране один сигнал или группу близко расположенных сигналов.

а - схема выявления трещины; бы - отображение на экране при положении И

преобразователя; в - отображение на экране при положении II преобразователя;

Д - сигнал от нецельности; К - сигнал от подкладного кольца

Рисунок 6.4 - Схема выявления трещины в корне сварного соединения

Пропал подкладного кольца имеет некоторые характерные признаки, а именно: на экране дефектоскопа с левой стороны сигнала от подкладного кольца появляется сигнал от пропавшую. При этом амплитуда эхо-сигнала от кольца с опрометью меньше, чем от кольца без прожога. При перемещении преобразователя уздовж образовывающей трубы на экране дефектоскопа в зоне расположения сигнала от подкладного кольца появляется один сигнал с двумя верхушками или два сигнала в непосредственной близости один от другого. Этим пропал отличается от несуцільностей в наплавленном металле. Во время контроля из разных сторон сварного соединения форма и характер изменения сигналов от пропавшую аналогичные. Если прожог переходит в не провар наплавленного металла, то он оказывается как не провар.

Зазор между подкладным кольцом и основным металлом трубы сопровождается появлением на экране дефектоскопа сигнала в том же месте, что и сигнал от нецельности в корне сварного соединения (не провар, трещина) и поэтому может стать причиной ошибочного забракування сварного соединения. Характерными признаками зазору есть следующие. При плавном перемещении преобразователя вздовж образовывающей трубы к шву сначала появляется сигнал от подкладного кольца, а

потом от зазору. При этом сигнал от подкладного кольца имеет такую же амплитуду, как и в месте сварного соединения, где зазору нет. Следует также учитывать, что зазоры до 0,5 мм, как правило, не оказываются, а зазоры до 1 мм дают эхо-сигналы, меньше или уровни первому уровню браковщика.

Эхо-сигналы от зазору или наплыву металла (шлака) под кольцо при измерении координаты Дх отвечают более отдаленной от преобразователя половине усиления сварного соединения, при этом преобразователь находится впритык к усилению сварного соединения. Значение координаты Ду при этом равняется или на 2-3 мм больше толщине стенки. Местоположение отмеченных отражателей не подтверждается во время контроля из противоположной стороны усиления сварного соединения, что отличает их от трещин и не проваров в корне сварного соединения.

Сварные соединения оцениваются за такими критериями:

а) балл 1 - выявлено нецельности, измеряемые характеристики или количество которых больше, а коэффициент формы меньше значений, приведенных в таблице 6.2.

б) балл 2 - выявлено нецельности, измеряемые характеристики или количество которых равняется или меньше, а коэффициент формы больше значений, приведенных в таблице 6.2.

Контроль сварных соединений труб поверхностей теплообмена

Этот подраздел посвящен изложению порядка и методики контроля стыковых кольцевых сварных соединений труб поверхностей теплообмена котлов, изготовленных електродуговим , комбинируемым и газовым сваркой.

Этими положениями следует руководствоваться во время контроля УЗК:

а) стыковых кольцевых сварных соединений с толщиной стенки от 2 до 8 мм из сталей перлітного класса;

б) стыковых кольцевых сварных соединений с толщиной стенки от 4 до 8 мм из сталей аустенітного класса марок Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х18Н9Т.

в) стыковых кольцевых сварных соединений элементов со сталей всех перечисленных структурных классов.

Во время контроля сварных соединений труб поверхностей теплообмена нецельности могут находиться на труднодоступных участках, для контроля которых преобразователь должен быть установлен между двумя близко расположенными трубами. Для возможности контроля этих зон следует «разводить» трубы на необходимое расстояние, если это позволяет конструкция.

Для контроля сварных соединений поверхностей теплообмена применяются преобразователи в соответствии с таблицей 6.3.

Таблица 6.3. – Характеристика преобразователей для контроля сварных соединений

труб поверхностей теплообмена

Перед настройкой дефектоскопа необходимо убедиться в возможности контроля корня сварного соединения прямым лучом по черточкам на СЗП (рисунок 6.5). Передняя грань преобразователя должна быть смещена вправо от черточки в положении преобразователя, что отвечает максимальной амплитуде эхо-сигнала от нижнего углового отражателя.

Настройка скорости развертки осуществляется по нижнему и верхнему угловым цилиндровым отражателям СЗП, конструкция которого показана на рисунку 6.5. При этом высоту эхо-сигнала от углового отражателя на экране дефектоскопа устанавливают на верхнюю горизонтальную линию (первый уровень браковщика). Зону появления эхо-сигнала от нецельности определяют по положению эхо-сигнала от соответствующей зарубки на экране дефектоскопа при перемещении преобразователя по поверхности СЗП (рисунок 6.6).

Для настройки чувствительности используют СЭП (рисунок 6.5).

После настройки дефектоскопа контроль следует вести соответственно положениям раздела 5.6.

При проведении контроля возможное появление в левой части екрана эхо-сигналов поверхностной волны, отбитой от усиления сварного соединения. Признаком принадлежности этого сигнала поверхностной волне имеется резкое уменьшение высоты сигнала на экране при промацуванні пальцем поверхности сварного соединения перед преобразователем.

Смещение краев соединяемых труб может быть ошибочно принято за нецельность в корне сварного соединения.

Таблица 6.2 - Предельное допустимые значения измеряемых характеристик и количества

дефектов в сварных соединениях трубопроводов с подкладными кольцами

Смещение труб может быть определено по появлению сигнала с одной стороны сварного соединения (рисунок 6.6, положение преобразователя 3) при условии, что во время контроля из второй стороны с

диаметрально противоположной точки (положение 2) будет также появляться сигнал, а в положениях преобразователя 1 и 4 сигналы отсутствуют.

1 - отрезок трубы; 2 и 3 - зарубки для настройки чувствительности и скорости

развертки; 4 - черточки, что отвечают границям усиления сварного

Рисунок 6.5- Стандартных образца предприятия для контроля

сварных соединений поверхностей теплообмена

Во время контроля сварных соединений труб с аустенітних сталей следует руководствоваться следующими характерными признаками несуцiльностей, которые позволяют отличать их от препятствий:

а) большой пробег по экрану, близкий к пробегу от искусственного отражателя;

б) нецельности оказываются из двух сторон сварного соединения;

в) положения максимумов эхо-сигналов от нецельности на экране дефектоскопа при контроле из двух сторон сварного соединения практически совпадают;

г) эхо-сигналы от несуцiльностей оказываются без осложнений, то есть при многократных измерениях результаты подтверждаются.

Во время контроля сварных соединений из сталей аустенітного класса для получения углов введения, аналогичных тем, что применяются во время контроля сталей перлітного класса, следует применять углы наклона призмы преобразователя выше на 3-60 (53-60 вместо 50-550). Это связано с отличием в скорости распространения ультразвуку у сталях отмеченных классов.

Рисунок 6.6- Определения смещения соединяемых труб

Контроль стыковых кольцевых сварных соединений труб из сталей разных структурных классов (композитных соединений) осуществляется со стороны трубы перлітного класса преобразователем и за методикой контроля сварных соединений труб перлітного класса, а со стороны трубы аустенітного класса преобразователем и за методикой контроля сварных соединений труб аустенітного класса.

СЗП для настройки скорости развертки и чувствительности контроля аустенітних и композитных стыков должен иметь сварное соединение и отвечать типорозміру и марке стали контролируемого сварного соединения для перлітної и аустенітної сталей соответственно.

Сварные соединения поверхностей теплообмена оценивают за такими критериями.

а) балл 1 - выявлено нецельности с амплитудой эхо-сигнала, которая превышает контрольный уровень чувствительности.

б) балл 2 - не выявлен несуцільностей с амплитудой эхо-сигнала, которая превышает контрольный уровень чувствительности.

Контроль сварных соединений трубопроводов с толщиной стенки менее 20 мм без подкладных колец

Соответственно методическим указаниям этого подраздела контролируются стыковые кольцевые сварные соединения труб и секторных отводов с толщиной стенки от 2 до 20 мм из сталей перлітного класса независимо от способа електродугового сварки.

Сварные соединения контролируют покатыми преобразователями, характеристики которых должны отвечать данным таблицы 6.4.

В сварных соединениях основная часть недопустимых несуцільностей расположена в корне сварного соединения. Поэтому во время контроля отмеченных сварных соединений основное внимание следует уделять корневой части. Кроме того, следует иметь в виду, что во время контроля надежнее оказываются наиболее опасные плоскостные нецельности в корне сварного соединения - трещины, непровари а менее надежно округлые - поры, свищи.

Примечание. Корневой частью сварного соединения следует считать слой толщиной 1/3 толщины стенки от внутренней поверхности сварного соединения.

Особенностью сварных соединений является наличие неравенств в корне - провисает металла и смещения краев. Отбитые от неравенств сигналы во время контроля прямым лучом совпадают по времени с сигналами, отбитыми от сверхкорневых несуцільностей, выявленных одноразово отбитым лучом.

Перед настройкой дефектоскопа необходимо убедиться в возможности контроля корня сварного соединения прямым лучом по черточкам на СЗП (рисунок 6.7). Передняя грань преобразователя должна быть из правой стороны черточки в таком положении преобразователя, которое отвечает максимальной амплитуде эхо-сигнала от искусственного отражателя.

Настройка скорости развертки дефектоскопа должна отвечать положением 5.5.1-5.5.4, а чувствительности - соответственно 5.5.6-5.5.8, конструкция СЗП которых показана на рисунку 6.7. Особенности настройки скорости развертки во время контроля сварных соединений толщиной меньше 20мм приведены в п. 6.4.7. При изготовленные новых СЗП согласно с рисунком 6.7 зарубки следует предусматривать для образцов с толщиной до 8 мм

На рисунку 6.8 предоставленная схема настройки скорости развертки дефектоскопа, а также схема выявления сверхкорневых несуцільностей и неравенств корня сварного соединения типа провисает во время контроля сварных соединений труб толщиной менее 20 мм Участок развертки «а» является зоной появления эхо-сигналов от несуцільностей, расположенных в корне. Участок «х» является зоной появления эхо-сигналов как от несуцільностей, расположенных непосредственно над корнем сварного соединения, так и от провисает. Участок «б» является зоной появления эхо-сигналов, отбитых от несуцільностей в верхней части сварного соединения. Возможная также появление сигналов от несуцільностей из левой стороны от сигнала Д1 в непосредственной близости от него.

Таблица 6.4 - Характеристика преобразователей для контроля сварных соединений

трубопроводов толщиной менее 20 мм без подкладных колец

1 - отрезок трубы; 2 и 3 - зарубки для настройки чувствительности и скорости

разворачивай; 4 - черточки, что отвечают границям усиления сварного

соединение, для проверки максимального значения стрелы преобразователя

Рисунок 6.7 - СЗП для контроля сварных соединений трубопроводов

с толщиной менее 20 мм без подкладных колец

Эхо-сигнал от смещения труб можно отличить от эхо-сигнала от нецельности в корне сварного соединения за такими признаками:

а) эхо-сигнал от смещения располагается на экране в зоне «а»;

б) смещение через разную толщину труб характеризуется наличием сигнала во время контроля только из одной стороны сварного соединения по всему периметру или на большей его части. В этом случае следует измерять толщину стенок труб;

в) смещение соединяемых труб характеризуется появлением сигналов во время контроля из разных сторон сварного соединения в диаметрально противоположных точках (6.3.10);

а - настройку скорости разворачивай:

Д1 - сигнал от нижнего контрольного отражателя, Д2 -сигнал от верхнего;

бы - выявление сигнала от сверхкорневых несуцільностей и провисают:

Д - сигнал от нецельности, П - совпадающий с ним по координате сигнал

от провисает; в - развертка екрана после настройки скорости разворачивай

Рисунок 6.8- Схема контроля сварных соединений труб толщиной менее 20 мм

Провисает металла в корне сварного соединения отличают от нецельности за такими признаками:

а) эхо-сигнал от провисает располагается на экране в зоне «х»;

б) провисает обычно оказывается при меньшем расстоянии между преобразователем и сварным соединением, чем при выявлении сверхкорневых несуцільностей. Образование провисает наиболее вероятно на участках, выполненных сваркой в нижнем положении. В горизонтальных соединениях провисает располагаются более равномерно и образуются реже, чем в вертикальных соединениях;

в) эхо-сигналы от провисает имеют как разные координаты на экране, так и разные амплитуды во время контроля из разных сторон.

Сварные соединения секторных отводов контролируют при тех же параметрах, что и стыковые сварные соединения руб. Особенностью таких соединений является неперпендикулярность оси сварного соединения к образовывающей трубе и переменная ширина усиления. Во время контроля сварных соединений отводов диаметром более 160 мм следует перемещать преобразователя перпендикулярно к оси сварного соединения. Во время контроля соединения секторных отводов меньших диаметров следует перемещать преобразователя параллельно образовывающей трубы.

Сварные соединения трубопроводов оценивают за такими признаками:

а) балл 1 - выявленные нецельности не имеют признаков смещения и провисает по 6.4.8 и 6.4.9, измеряемые характеристики или количество выявленных несуцільностей превышают значения, приведенные в таблице 6.5;

б) балл 2 - выявленные нецельности не имеют признаков смещения и провисает по 6.4.8 и 6.4.9, измеряемые характеристики или количество выявленных несуцільностей равняются или ниже значений, приведенных в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Предельное допустимые значения измеряемых характеристик и количества несуцільностей в сварных соединениях трубопроводов толщиной менее 20 мм без подкладных колец

Контроль сварных соединений трубопроводов с толщиной стенки 20 мм и больше без подкладных колец

УЗК сварных соединений трубопроводов с толщиной стенки 20 мм и больше без подкладных колец отличается от УЗК аналогичных соединений на подкладных кольцах лишь в части контроля корня сварного соединения. Контроль и оценка качества другой части сварного соединения отвечает требованиям раздела 6.2.

Для контроля корня сварного соединения используют преобразователей с характеристиками, приведенными в таблице 6.6.

Таблица 6.6 - Характеристики преобразователей для контроля корня сварных соединений трубопроводов толщиной 20 мм и больше без подкладных колец

УЗК сварных соединений трубопроводов с расточенной корневой частью или с использованием подкладных колец, что удаляются, выполняется в соответствии с 6.2.

Настройку скорости разворачивай и чувствительности должен отвечать 5.5.1-5.5.4 и 5.5.6-5.5.11.

Для настройки скорости развертки используют СЗП, изготовленный за рисунком 6.2.

После настройки дефектоскопа делают контроль сварного соединения соответственно положениям 5.6.

Особенностью сварных соединений без подкладных колец, имеется наличие неравенств в корне сварного соединения (главным образом, провисает металла), что приводит к появлению отбитых от них сигналов при контроле прямым лучом.

Провисает металла отличают от нецельности в корне сварного соединения за таким признаком: при прозвучуванні из одной стороны сварного соединения эхо-сигнал от провисает имеет амплитуду, что отличается от амплитуды эхо-сигнала при прозвучуванні с другой стороны сварного соединения по крайней мере на 3 дБ для преобразователя с углом введения 65°.

Сварные соединения оцениваются таким способом:

а) балл 1 - выявлено нецельности, измеряемые характеристики которых больше, а коэффициент формы равняется или меньше значений, приведенных в таблице 6.7 при условии, что выявленные нецельности не имеют признаков провисает металла по 6.5.5.

б) балл 2 - выявлено нецельности, измеряемые характеристики или количество которых равняются или меньше, а коэффициент формы равняется или больше значений, приведенных в таблице 6.7.

Контроль сварных соединений донышек с коллекторами

Этот подраздел НД регламентирует порядок и методику УЗК замковых сварных соединений коллекторов с толщиной 4 мм и больше. Конструкция соединения и схемы контроля показаны на рисунках 6.9 и 6.10. Длина и качество проточенной части (размер «а» на рисунку 6.9) должна отвечать требованиям 6.1.3.

В то же время следует иметь в виду, что:

конструкция сварного соединения может не предусматривать проточки;

контроль со стороны коллектора одноразово отбитым лучом не всегда возможен.

Сварные соединения приварки донышек контролируют покатыми преобразователями, характеристики которых приведены в таблице 6.1.

Контроль корневой части сварного соединения осуществляют прямым лучом со стороны трубы коллектора и со стороны донышка, если на его поверхности имеется достаточный участок для работы преобразователем. Другую часть сварного соединения контролируют со стороны трубы коллектора одноразово отбитым лучом, если это позволяет конструкция.

Если во время контроля сварных соединений толщиной менее 65 мм недосягаемость и конструктивные особенности коллектора (наличие расположенных вблизи донышка штуцеров, малая длина растачивания и тому подобное) не дают возможности контролировать среднюю и верхнюю части сварного соединения отбитым лучом, то усиление сварного соединения должно быть удалено.

но и бы - разные варианты сварных соединений

Рисунок 6.9 - Контроль сварных соединений приварки донышек

к коллекторам

Настройку скорости разворачивай дефектоскопа должен отвечать требованиям 5.5.1-5.5.4 и 6.2.3.

При настройке чувствительности дефектоскопа, поиске несуцільностей и оценивании их измеряемых характеристик следует руководствоваться положениями 5.5.5-5.5.8, 6.2.5-6.2.9.

Оценка качества должна отвечать 6.2.13.

Таблица 6.7 - Предельное допустимые значения измеряемых характеристик и количества дефектов в сварных соединениях

трубопроводов 20 мм и больше без подкладных колец

Конструкции сварных соединений, выполненные с отклонением от действующих стандартов, имеют ряд особенностей, без учета которых возможное ошибочное забракування сварного соединения или пропуск несуцільностей.

Перед проведением контроля таких сварных соединений необходимо убедиться в соответствии имеющейся конструкции соединения чертежу, для чего:

а) через отверстия для приваривания колпачка к штуцеру или донышку к коллектору визуально и «промацуванням» обследовать внутреннюю поверхность сварного соединения;

б) с целью определения конфигурации, глубины и длины проточки измерять толщину стенки коллектора в непроточенной части и в зоне возможного расположения проточки.

Если после проведения отмеченных операций конструкцию сварного соединения установить не удалось, следует провести контроль прямым преобразователем со стороны торцевой поверхности донышка. Если и этого недостаточно, то рекомендуется вырезать и осмотреть одно из донышек, которое дает во время контроля типичную картину эхо-сигналов на экране дефектоскопа.

Контроль сварных соединений плоских донышек коллекторов (камер) конструкция которых не отвечает требованиям современных нормативных документов

Для проведения контроля таких сварных соединений необходимо предварительно установить фактическую конструкцию сварного соединения и на этом основании составить рисунок, один из вероятных вариантов которого приведен на рисунку 6.10.

Для этого необходимо:

а) провести измерение внешних размеров изделия, толщины стенки и составить основу рисунка со сварным соединением в разрезе;

б) путем прозвучування прямым лучом на частоте 5МГц провести измерение толщины и нанести на рисунок внутреннюю конструкцию изделия, при этом толщину донышка следует измерять ближе к его середине (поз. 1);

в) путем перемещения преобразователя по радиусу донышка от центра к краю определить наличие разгрузочной канавки и ее размеры (поз. 2-4);

г) последующим перемещением преобразователя от середины к краю донышка зафиксировать конец выступающей части внутренней поверхности донышка (поз. 5), что входит в растачивание трубного элемента (камера, коллектор);

д) удалить усиление на одном из участков сварного соединения и путем измерения толщины из подготовленной в этом месте поверхности на участке от середины сварного соединения в направлении трубного элемента установить наличие в нем проточки, осуществить измерение ее размеров и толщины сварного соединения (поз. 6-8);

е) следует помнить, что между проточкой и внутренней поверхностью трубного элемента конструкцией может быть предусмотрен переход в виде конуса, который определяется перемещением преобразователя на расстояние 80-100 мм от края трубного элемента.

Рисунок 6.10 – Конструкция сварного з"єднанння

Контроль сварного соединения из цилиндровой поверхности донышка осуществляется малогабаритным преобразователем на частоту 5 Мгц. Цилиндровая поверхность донышка (торец донышка) должна быть подготовлена для контроля. При этом ширина зачищенной поверхности должна быть на 10-15 мм больше толщины сварного соединения.

Настройка уровня чувствительности выполняется по плоскодонному отверстию диаметром 3 мм в СЗ на глубине, что равняется расстоянию от середины пересечения сварного соединения к торцу донышка. В случае выявления дефекта место его расположения определяется вне положения преобразователя и показов глибиновимірювача.

Схемы выявления несуцільностей в корне сварного соединения призматическим преобразователем приведены на рисунку 6.11.

Качество сварного соединения оценивается по амплитуде эхо-сигналу и условной протяжности.

Рисунок 6.11 - схемы выявления несуцільностей

Контроль на наличие поперечных трещин

В этом подразделе идет речь о порядке и методике УЗК сварных соединений трубопроводов диаметром 465 мм и меньше с толщиной стенки 25 мм и больше с целью выявления поперечных трещин, расположенных в верхней трети сварного соединения.

Контроль на поперечные трещины осуществляют перемещением преобразователя вдоль сварного соединения непосредственно по поверхности наплавленного металла. Усиление шва при этом удаляется.

Рисунок 6.12 - Схемы выявления корневых несуцільностей при контроле сварных соединений

приварки донышек покатыми преобразователями

Для контроля используют преобразователей на рабочую частоту 1,25-2МГц. При толщине стенки более 40 мм и диаметре 325 мм и меньше следует применять преобразователей с углом введения 50°, а при толщине стенки менее 40 мм или диаметре более 325 мм - преобразователи с углом введения 65°.

Преобразователи должны притереть по поверхности трубы. Притирку преобразователя делают по разметке (рисунок 6.13). Рабочую поверхность преобразователя притирают путем перемещения преобразователя по наждаковому бумаге, наложенной на контролируемую трубу.

Скорость развертки и чувствительность (первый уровень браковщика по 5.5.7) настраивают по пропилу высотой 10% толщины, но не более 2 мм

Грань пропилу, что отбивает, должна быть расположена в плоскости, образованной радиусом и образовывающей трубы.

От нецельности «а», расположенной в верхней части сварного соединения, можно получить эхо-сигнал при двух положениях преобразователя - 1 и 2 (рисунок 6.13).У положении 1 сигнал на экране будет расположен в правой половине развертки (Д{), а в положении 2-у левей (Д2). Нецельности оказываются лучше, когда преобразователь находится в положении 1, а эхо-сигналы расположенные в правой части развертки.

Рисунок 6.13 - Разметка преобразователя для контроля на поперечные трещины

Координаты выявленных несуцільностей определяют таким способом:

а) если эхо-сигнал от нецельности появляется в зоне эхо-сигнала от зарубки, то такие нецельности находятся вблизи внешней поверхности и их расположение определяют «промацуванням», как показано на рисунку 6.14. Следует иметь в виду, что место, где «прощупывается» сигнал от под поверхностной нецельности не отвечает действительному его расположению по периметру. Это объясняется тем, что лучи, отбитые от нецельности, попадают на прилегающую

участок сварного соединения (точка В, рисунок 6.14), что и поддается «промацуванню»;

б) если нецельность не «прощупывается», определяют только ее местоположение по периметру сварного соединения. Для этого фиксируют положение преобразователя, которое отвечает максимальным эхо-сигналам от нецельности при прозвучуванні из противоположных сторон. Середина участка между двумя отмеченными положениями преобразователя отвечает местоположению нецельности.

Рисунок 6.14 – Настройка скорости развертки и схема контроля на поперечные трещины

Контроль стыковых сварных соединений аустенітних сталей с толщиной элементов 10-40 мм

Эта специализированная методика содержит технологические рекомендации относительно УЗК сварных соединений аустенітних сталей без конструктивного непровару с одинаковой толщиной свариваемых элементов.

Для 100%-ного прозвучування наплавленного металла валик усиления желательно удалять. Минимальный радиус кривизны поверхности рядом со сварным соединением, по которой в процессе УЗК может перемещаться преобразователь, должен быть не менее 500 мм, за исключением кольцевых сварных соединений, которые можно контролировать при радиусах кривизны не менее 200 мм

Перед началом контроля в 2-3 местах определяется амплитуда сигнала, который прошел через наплавленный металл сварного соединения и через основной металл изделия, соответственно схеме рисунку 6.15. Проведение УЗК возможно в случае, если амплитуда сигнала в сварном соединении (рисунок 6.15, а) отличается от амплитуды сигнала в основном металле изделия (рисунок 6.15, бы) не более, чем на 20 дБ.

При разнице амплитуд сигналов в сварных соединениях изделия и СЗП, больше 3 дБ, при оценивании допустимости несуцільностей следует откорректировать чувствительность.

СЗП для УЗК аустенітних сварных соединений должны быть сварены пластины или участки сваренных труб. Материал, размер и технология сварки СЗП должен быть таким же

самими, которые применены для контролируемого изделия. Использование в качестве СЗП металлических пластин без сварных соединений не допускается.

1 - приемник; 2 – излучатель

Рисунок 6.15 - Схемы измерения амплитуды сигнала

ультразвуковых колебаний при прозвучуванні сварного соединения (а)

и основного металла (б) раздельно-совмещенными преобразователями

Размеры СЗП в направлении, перпендикулярном к оси шва, должны обеспечивать возможность перемещения преобразователя с целью полного прозвучування металла сварного соединения.

В металле СЗП для УЗК аустенітних швов должны отсутствовать любые нецельности, что оказываются радиографией или ультразвуком на поисковом ровные чутли-вості.

Как искусственный отражатель в СЗП на торцах шва выполняют боковое отверстие (рисунок 6.16). Диаметры бокового отверстия приведены в Таблице 6.8.

Рисунок 6.16- СЗП для настройки чувствительности дефектоскопа

При толщине контролируемого сварного соединения д=10-20 мм боковое отверстие изготовляется вдоль оси сварного соединения на глубине h=0,55. При толщине д=20-40 мм - вдоль оси сварного соединения на глубине h=10 мм Длина отверстия L должна быть не менее 50 мм

Глубина бокового отверстия должна составлять не менее 25 мм, его поверхность должна быть изготовлена с чистотой обработки не ниже Rz =80 мкм.

Для контроля используются специально изготовленные преобразователи с параметрами, что удовлетворяют требованиям этого НД, или блок из двух серийных преобразователей с углом введения 40°, 45°, 50°,60°, 65°, 70°, у которых угол наклона призмы из органического стекла следует уменьшить к 24° путем удаления части призмы (рисунок 6.17) таким образом, чтоб угол введения продольных волн был в диапазоне 60-70°.

Угол восхождения акустических лучей излучателя и приемника составляет 14°, а расстояние между центрами преобразователей - 21 мм Размеры шаблонов для изготовления преобразователей приведены на рисунку 6.18. Диаметр п"єзоелемента преобразователя рекомендуется брать ровным 10-12 мм

Одновременно с сигналом продольной волны от нецельности на экране дефектоскопа может появляться сигнал поперечной волны, отбитый от поверхности один или два раза. При сканировании они перемещаются по экрану дефектоскопа синхронно.

Перед проведением УЗК аустенітних сварных соединений необходимо:

а) відюстировати посредством шаблонов (рисунок 6.18) преобразователь, а посредством СЗП (рисунок 6.16) настроить дефектоскоп на сигнал, отбитый от бокового отверстия. Рабочая частота дефектоскопа устанавливается ровной 2,5 Мгц;

б) определить зону перемещения преобразователя в направлении, перпендикулярном осе сваренного соединения, и выделить на экране дефектоскопа зону появления ожидаемой нецельности посредством строб-импульса.

Таблица 6.8 - Зависимость диаметра отверстия от толщины изделия

Рисунок 6.17 – Раздельно-совмещенный преобразователь

1 - точка пересечения акустических осей с поверхностью металла

Рисунок 6.18- Шаблона для настройки

Контроль аустенітних швов осуществляется за раздельной схемой раздельно-совмещенным преобразователем продольными волнами по возможности из двух сторон сварного соединения. Преобразователя необходимо перемещать по поверхности сканирования со скоростью 30-50 мм/с.

Шаг поперечного перемещения преобразователя должен быть не более половины диаметра п"єзопластини.

Устанавливаются два ровные чувствительности: пошукована 6 дБ выше той, что обеспечивает выявление боковых отверстий, и браковщик - амплитуда сигнала устанавливается відпо-

відно до 6.8.19.

Особенностью сварных соединений с толщиной стенки от 10 до 20 мм есть наличие повышенного проплавливания (провисает) металла в корне сварного соединения, которое отличается от нецельности следующими признаками:

а) повышенное проплавливание обычно оказывается при меньшем расстоянии между преобразователем и сварным соединением, чем при выявлении сверх корневых несуцільностей. Появление повышенного проплавливания наиболее вероятная на участках, что сваривались в нижнем положении. В горизонтальных сварных соединениях повышенное проплавливание образуется реже, чем у вертикальных;

б) сигналы от повышенного проплавливания имеют разные координаты и разные амплитуды при прозвучуванні из разных сторон сварного соединения.

Качество аустенітних сварных соединений оценивается за такими критериями:

а) амплитуда сигнала;

б) условная высота нецельности на уровне 6 дБ (по амплитуде);

в) условная ширина нецельности на уровне 6 дБ (по амплитуде);

г) условная длина нецельности на уровне 6 дБ по оси сварного соединения

Качество оценивается по двухбальной системе.

Сварное соединение оценивается баллом 1 как непригодное при наличии хотя бы одного из следующих признаков:

а) амплитуда сигнала от нецельности превышает амплитуду сигнала от бокового отверстия (контрольный уровень) больше, чем на 12 дБ;

б) амплитуда сигнала от нецельности превышает амплитуду сигнала от бокового отверстия больше, чем на 6 дБ, при этом условная ширина нецельности больше условной ширины бокового отверстия или условная длина его больше допустимой (6.8.20);

в) амплитуда сигнала от нецельности превышает амплитуду сигнала от бокового отверстия или равняется ему и условная высота нецельности больше условной высоты бокового отверстия;

г) амплитуда сигнала от нецельности больше на 6 -12 дБ от амплитуды сигнала от бокового отверстия, условная ширина и длина меньше, но количество дефектов превосходит 3 на длине 100 мм сварного соединения.

Значение допустимой условной длины нецельности составляет:

для д<15мм L<20мм;

для д=15...25мм L<30 мм;

для д=25...40мм L<40 мм

Ширина зоны сканирования равняется:

для д = 10...25мм 40-75 мм;

для д = 25... 40мм 80-90 мм

Швы в конструкциях со сварными соединениями должны постоянно подвергаться контролю. И это не зависит от того, когда соединение было сделано. Для этого используются различные методы, один из которых – ультразвуковая дефектоскопия (УЗД). Она по точности проведенных исследований превосходит и рентгеноскопию, и радио-дефектоскопию, и гамма-дефектоскопию.

Необходимо отметить, что эта методика не нова. Ее используют с тридцатых годов прошлого столетия, и сегодня ультразвуковой контроль сварных соединений популярен, потому что с его помощью можно выявить мельчайшие дефекты внутри сварочного шва. И, как показывает практика, именно скрытые дефекты являются основными серьезными причинами ненадежности свариваемой конструкции.

Технология ультразвуковой дефектоскопии. (Слева отсутствие дефекта, справа дефет)

В основе ультразвуковых колебания лежат обычные акустические волны, которые имеют частоту колебания выше 20 кГц. Человек их не слышит. Проникая внутрь металла, волны попадают между его частицами, которые находятся в равновесии, то есть, колеблются в одной фазе. Расстояние между ними равно длине ультразвуковой волны. Этот показатель зависит от скорости прохождения через металлический шов и частоты самих колебаний. Зависимость определяется по формуле:

• L – это длина волны;
• с – скорость ее перемещения;
• f – частота колебаний.

Скорость же зависит от плотности материала. К примеру, в продольном направлении ультразвуковые волны двигаются быстрее, чем в поперечном. То есть, если на пути волны попадаются пустоты (другая среда), то изменяется и ее скорость. При этом, встречая на своем пути различные дефекты, происходит отражение волн от стенок раковин, трещин и пустот. А соответственно и отклонение от направленного потока. Изменение движения оператор видит на мониторе УЗК прибора, и по определенным характеристикам определяет, какой дефект встал на пути движения акустических волн.

К примеру, обращается внимание на амплитуду отраженной волны, тем самым определяется размер дефекта в сварочном шве. Или по времени распространения ультразвуковой волны в металле, что определяет расстояние до дефекта.

Виды ультразвукового контроля

В настоящее время в промышленности применяются несколько способов ультразвуковой дефектоскопии сварных швов. Рассмотрим каждый из них.

1. Теневой метод диагностики. Это методика основана на использовании и сразу двух преобразователей, которые устанавливаются по разные стороны исследуемого объекта. Один из них излучатель, второй – приемник. Место установки – строго перпендикулярно исследуемой плоскости сварного шва. Излучатель направляет поток ультразвуковых волн на шов, приемник их принимает с другой стороны. Если в потоке волн образуется глухая зона, то это говорит о том, что на его пути попался участок с другой средой, то есть, обнаруживается дефект.
2. Эхо-импульсный метод. Для этого используется один УЗК дефектоскоп, который и излучает волны, и принимает их. При этом используется технология отражения ультразвука от стенок дефектных участков. Если волны прошли сквозь металл сварочного шва и не отразились на приемном устройстве, то дефектов в нем нет. Если произошло отражение, значит, внутри шва присутствует какой-то изъян.
3. Эхо-зеркальный. Данный ультразвуковой контроль сварных швов – это подтип предыдущего. В нем используется два прибора: излучатель и приемник. Только устанавливаются они по одну сторону от исследуемого металла. Излучатель посылает волны под углом, они попадают на дефекты и отражаются. Эти отраженные колебания и принимает приемник. Обычно, таким образом, регистрируют вертикальные дефекты внутри сварочного шва – трещины.
4. Зеркально-теневой. Этот ультразвуковой метод контроля – симбиоз теневого и зеркального. Оба прибора устанавливаются с одной стороны от исследуемого металла. Излучатель посылает косые волны, они отражаются от стенки основного металла и принимаются приемником. Если на пути отраженных волн не встретились изъяны сварного шва, то они проходят без изменений. Если на приемнике отразилась глухая зона, то, значит, внутри шва есть изъян.
5. Дельта-метод. В основе этого способа контроля сварных соединений ультразвуком лежит переизлучение дефектом направленных акустических колебаний внутрь сварного соединения. По сути, отраженные волны делятся на зеркальные, трансформируемые в продольном направлении и переизлучаемые. Приемник может уловить не все волны, в основном отраженные и движущиеся прямо на него. От количества полученных волн будет зависеть величина дефекта и его форма. Не самая лучшая проверка, потому что она связана с тонкой настройкой оборудования, сложность расшифровки полученных результатов, особенно, когда проверяется сварочный шов шириною более 15 мм. При проведении ультразвукового контроля качества металла этим способом предъявляются жесткие требования к чистоте сварочного шва.

Вот такие методы ультразвукового контроля сегодня используются для определения качества сварных соединений. Необходимо отметить, что чаще всего специалисты используют эхо-импульсный и теневой метод. Остальные реже. Оба вариант в основном используются в ультразвуковом контроле тру.

Как проводится ультразвуковая дефектоскопия

Все выше описанные технологии относятся к категории ультразвуковых методов неразрущающего контроля. Они удобны и просты в исполнении. Рассмотрим, как теневой метод используется на практике. Все действия проводятся по ГОСТ.

• Производится зачистка сварного шва и прилегающих к нему участков на ширину 50-70 мм с каждой стороны.
• Чтобы получились более точные результаты на соединительный шов наносится смазочное средство. К примеру, это может быть солидол, глицерин или любой другое техническое масло.
• Производится настройка прибора по ГОСТ.
• Излучатель устанавливается с одной стороны и включается.
• С противоположной стороны искателем (приемником) производятся зигзагообразные перемещения вдоль сварного стыка. При этом прибор немного поворачивают туда-сюда вокруг своей оси на 10-15°.
• Как только на мониторе появится сигнал с максимальной амплитудой, то это вероятность, что в металле шва обнаружен дефект. Но необходимо удостоверится, что отражающий сигнал не стал причиной неровности шва.
• Если не подтвердилось, то записываются координаты изъяна.
• Согласно ГОСТ испытание проводится за два или три прохода.
• Все результаты записываются в специальный журнал.

Внимание! Контроль качества сварных угловых соединений (тавровых) производится только эхо-импульсным способом, теневой метод здесь не подойдет.

Параметры оценки результатов

Чувствительность прибора – основной фактор качества проводимых работ. Как с его помощью можно распознать параметры дефекта.

Во-первых, определяется количество изъянов. Даже при самых близких друг к другу расстояниях эхо-метод может определить: один дефект в сварочном шве или два (несколько). Их оценка производится по следующим критериям:

• амплитуда акустической волны;
• ее протяженность (условная);
• размеры дефекта и его форма.

Протяженность волны и ширину изъяна можно определить путем перемещения излучателя вдоль сварочного соединения. Высоту трещины или раковины можно узнать, исходя из разницы временных интервалов между отраженной волной и излученной раньше. Форма же дефекта определяется специальной методикой. В основе ее лежит форма отраженного сигнала, появляющаяся на мониторе.

Метод ультразвуковой дефектоскопии сложный, поэтому качество полученных результатов зависит от квалификации оператора и соответствия полученных показателей, которые регламентирует ГОСТ.

Достоинства и недостатки ультразвукового контроля труб

К достоинствам метода для контроля сварных швов можно отнести следующие критерии.

• Обследование проходит быстро.
• Диагностический результат высокий.
• Метод контроля сварных швов с помощью ультразвука – самый дешевый вариант.
• Он же и самый безопасный для человека.
• Устройство для контроля качества шва – портативный прибор, поэтому мобильность технологии обеспечивается.
• Ультразвуковая диагностика проводится без повреждения исследуемой детали.
• Нет необходимости останавливать оборудование или объект для того, чтобы провести контроль сварки.
• Можно проверять стыки нержавеющих металлов, черных и цветных.

Недостатки тоже есть.

• Контроль сварных соединений трубопроводов или других конструкций не дает точности по форме найденного дефекта. Все дело в том, что в трещинах или раковинах сварного шва могут присутствовать воздух (газ) или шлак. У двух материалов плотность разная, а значит, и разная отражательная способность.
• Сложно определить дефекты в деталях со сложной конфигурацией. Отправленные волны могут отразиться на другом участке шва, а не на исследуемом, за счет кривизны. А это выдаст некорректную информацию.
• Сложно провести ультразвуковой контроль труб, если металл, из которого они изготовлены, имеет крупнозернистую структуру. Внутри материала будет происходить рассеивания направленного потока и затухание отраженных волн.
• Важно ответственно подойти к очистке сварного шва. Его волнистость или загрязнение, ржавчина или окалины, капли разбрызганного металла или воздушные седла и поры на поверхности создадут преграду к получению правильных показателей, соответствующих ГОСТ.

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации различных объектов со сварными соединениями все швы необходимо подвергать регулярной проверке. Вне зависимости от их новизны или давнего срока эксплуатации металлические соединения проверяются различными методами дефектоскопии. Наиболее действенным методом является УЗД – ультразвуковая диагностика, которая превосходит по точности полученных результатов рентгенодефектоскопию, гамма-дефектоскопию, радио-дефектоскопию и др.

Это далеко не новый (впервые УЗК проведен в 1930 году) метод, но является очень популярным и используется практически повсеместно. Это обусловлено тем, что наличие даже небольших приводит к неизбежной утрате физических свойств, таких как прочность, а со временем к разрушению соединения и непригодности всей конструкции.

Теория акустической технологии

Ультразвуковая волна при УЗД не воспринимается ухом человека, но она является основой для многих диагностических методов. Не только дефектоскопия, но и другие диагностические отрасли используют различные методики на основе проникновения и отражения ультразвуковых волн. Особенно они важны для тех отраслей, в которых основным является требование о недопустимости нанесения вреда исследуемому объекту в процессе диагностики (например, в диагностической медицине). Таким образом, ультразвуковой метод контроля сварных швов относиться к неразрушающим методам контроля качества и выявления места локализации тех или иных дефектов (ГОСТ 14782-86).

Качество проведения УЗК зависит от многих факторов, таких как чувствительность приборов, настройка и калибровка , выбор более подходящего метода проведения диагностики, от опыта оператора и других. Контроль швов на пригодность (ГОСТ 14782-86) и допуск объекта к эксплуатации не возможен без определения качества всех видов соединений и устранения даже мельчайшего дефекта.

Определение

Ультразвуковой контроль сварных швов – это неразрушающий целостности сварочных соединений метод контроля и поиска скрытых и внутренних механических дефектов не допустимой величины и химических отклонений от заданной нормы. Методом ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) проводится диагностика разных сварных соединений. УЗК является действенным при выявлении воздушных пустот, химически не однородного состава (шлаковые вложения в ) и выявления присутствия не металлических элементов.

Принцип работы

Ультразвуковая технология испытания основана на способности высокочастотных колебаний (около 20 000 Гц) проникать в металл и отражаться от поверхности царапин, пустот и других неровностей. Искусственно созданная, направленная диагностическая волна проникает в проверяемое соединение и в случае обнаружения дефекта отклоняется от своего нормального распространения. Оператор УЗД видит это отклонение на экранах приборов и по определенным показаниям данных может дать характеристику выявленному дефекту. Например:

• расстояние до дефекта – по времени распространения ультразвуковой волны в материале;
• относительный размер дефекта – по амплитуде отраженного импульса.

На сегодняшний день в промышленности применяют пять основных методов проведения УЗК (ГОСТ 23829 – 79), которые отличаются между собой только способом регистрации и оценки данных:

• Теневой метод. Заключается в контроле уменьшения амплитуды ультразвуковых колебаний прошедшего и отраженного импульсов.
• Зеркально-теневой метод. Обнаруживает дефекты швов по коэффициенту затухания отраженного колебания.
• Эхо-зеркальный метод или “Тандем” . Заключается в использовании двух аппаратов, которые перекликаются в работе и с разных сторон подходят к дефекту.
• Дельта-метод. Основывается на контроле ультразвуковой энергии, переизлученной от дефекта.
• Эхо-метод. Основан на регистрации сигнала отраженного от дефекта.

Откуда колебания волны?

Практически все приборы для диагностики методом ультразвуковых волн устроены по схожему принципу. Основным рабочим элементом является пластина пьезодатчика из кварца или титанита бария. Сам пьезодатчик прибора для УЗД расположен в призматической искательной головке (в щупе). Щуп располагают вдоль швов и медленно перемещают, сообщая возвратно-поступательное движение. В это время к пластине подводится высокочастотный ток (0,8-2,5 Мгц), вследствие чего она начинает излучать пучки ультразвуковых колебаний перпендикулярно своей длине.

Отраженные волны воспринимаются такой же пластиной (другим принимающим щупом), которая преобразует их в переменный электрический ток и он сразу отклоняет волну на экране осциллографа (возникает промежуточный пик). При УЗК датчик посылает переменные короткие импульсы упругих колебаний разной длительности (настраиваемая величина, мкс) разделяя их более продолжительными паузами (1-5 мкс). Это позволяет определить и наличие дефекта, и глубину его залегания.

Процедура проведения дефектоскопии

1. Удаляется краска и со сварочных швов и на расстоянии 50 – 70 мм с двух сторон.
2. Для получения более точного результата УЗД требуется хорошее прохождение ультразвуковых колебаний. Поэтому поверхность металла около шва и сам шов обрабатываются трансформаторным, турбинным, машинным маслом или солидолом, глицерином.
3. Прибор предварительно настраивается по определенному стандарту, который рассчитан на решения конкретной задачи УЗД. Контроль:
4. толщины до 20 мм – стандартные настройки (зарубки);
5. свыше 20 мм – настраиваются АРД-диаграммы;
6. качества соединения – настраиваются AVG или DGS-диаграммы.
7. Искатель перемещают зигзагообразно вдоль шва и при этом стараются повернуть вокруг оси на 10-15 0 .
8. При появлении устойчивого сигнала на экране прибора в зоне проведения УЗК, искатель максимально разворачивают. Необходимо проводить поиск до появления на экране сигнала с максимальной амплитудой.
9. Следует уточнить: не вызвано ли наличие подобного колебания отражением волны от швов, что часто бывает при УЗД.
10. Если нет, то фиксируется дефект и записываются координаты.
11. Контроль сварных швов проводится согласно ГОСТу за один или два прохода.
12. Тавровые швы (швы под 90 0) проверяются эхо-методом.
13. Все результаты проверки дефектоскопист заносит в таблицу данных, по которой можно будет легко повторно обнаружить дефект и устранить его.

Иногда для определения более точного характера дефекта характеристики от УЗД не хватает и требуется применить более развернутые исследования, воспользовавшись рентгенодефектоскопией или гамма-дефектоскопией.

Рамки применения данной методики при выявлении дефектов

Контроль сварочных швов, основанный на УЗД довольно четкий. И при правильно проведенной методике испытания шва дает полностью исчерпывающий ответ по поводу имеющегося дефекта. Но рамки применения УЗК так же имеет.

С помощью проведения УЗК возможно выявить следующие дефекты:

• Трещины в околошовной зоне;
• поры;
• непровары шва;
• расслоения наплавленного металла;
• несплошности и несплавления шва;
• дефекты свищеобразного характера;
• провисание металла в нижней зоне сварного шва;
• зоны, пораженные коррозией,
• участки с несоответствием химического состава,
• участки с искажением геометрического размера.

Подобную УЗД возможно осуществить в следующих металлах:

• медь;
• аустенитные стали;
• и в металлах, которые плохо проводят ультразвук.

УЗД проводится в геометрических рамках:

• На максимальной глубине залегания шва – до 10 метров.
• На минимальной глубине (толщина металла) – от 3 до 4 мм.
• Минимальная толщина шва (в зависимости от прибора) – от 8 до 10 мм.
• Максимальная толщина металла – от 500 до 800 мм.

Проверки подвергаются следующие виды швов:

• плоские швы;
• продольные швы;
• кольцевые швы;
• сварные стыки;
• тавровые соединения;
• сварные .

Основные области использования данной методики

Не только в промышленных отраслях используют ультразвуковой метод контроля целостности швов. Данную услугу – УЗД заказывают и в частном порядке при строительстве или реконструкции домов.

УЗК чаще всего применяется:

• в области аналитической диагностики узлов и агрегатов;
• когда необходимо определить износ труб в магистральных трубопроводах;
• в тепловой и атомной энергетике;
• в машиностроении, в нефтегазовой и химической промышленности;
• в сварных соединениях изделий со сложной геометрией;
• в сварных соединениях металлов с крупнозернистой структурой;
• при установке ( соединений) котлов и узлов оборудования, которое поддается влиянию высоких температур и давления или влиянию различных агрессивных сред;
• в лабораторных и полевых условиях.

К преимуществам ультразвукового контроля качества металлов и сварных швов относятся:

1. Высокая точность и скорость исследования, а также его низкая стоимость.
2. Безопасность для человека (в отличие, к примеру, от рентгеновской дефектоскопии).
3. Возможность проведения выездной диагностики (благодаря наличию портативных ультразвуковых дефектоскопов).
4. Во время проведения УЗК не требуется выведения контролируемой детали или всего объекта из эксплуатации.
5. При проведении УЗД проверяемый объект не повреждается.

К основным недостаткам УЗК можно отнести:

1. Ограниченность полученной информации о дефекте;
2. Некоторые трудности при работе с металлами с крупнозернистой структурой, которые возникают из-за сильного рассеяния и затухания волн;
3. Необходимость проведения предварительной подготовки поверхности шва.

г^гштттшоо

2 (02), 2007/ U9

The methods of the non destructive testing of pipes during manufacture are considered. It is shown, that the ultrasonic method provides revealing all types of defects peculiar to seamless pipes. The ways of pipes automated testing realization of are determined.

А. Л. МАЙОРОВ, Я. П. ПРОХОРЕНКО, ГНУ «ИПФ HAH Беларуси»

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ БЕСШОВНЫХ ТРУБ В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА

Производственные дефекты труб определяются технологией их изготовления. Наибольшее распространение получило несколько технологий. В первую очередь это производство электросварных труб. В этом случае основное внимание уделяется продольному сварному шву и дефектам листа, из которого труба формируется. Горяче- и холодно-деформированным бесшовным трубам присущи в первую очередь дефекты металлургического происхождения, образовавшиеся еще в заготовке, из которой изготавливается труба. Кроме того, могут возникать и дополнительные дефекты, связанные, например, с недостаточным или неравномерным нагревом во время прокатки или протяжки. Особняком стоят чугунные трубы, полученные центробежным литьем. В любом случае в условиях производства существует возможность осуществления 100%-ного автоматизированного контроля труб. Потребитель труб имеет, как правило, возможность выборочного контроля в ручном и механизированном режиме для проверки труб в состоянии поставки. Методика контроля и в том и в другом случае одинакова. При исследовании труб в процессе эксплуатации возникают дополнительные дефекты, связанные с коррозионным поражением и дефектами поперечных сварных швов. Для их выявления используются другие методики и первичные преобразователи.

Рассмотрим основные подходы к разработке средств неразрушающего контроля бесшовных труб в условиях их производства. Условно для целей контроля трубы можно разделить на особо толстостенные, если толщина их стенки 5 составляет больше 10% от диаметра Б: 5>0,1Д толстостенные с толщиной стенки 5=(0,05-0,1)Д тонкостенные трубы с толщиной стенки Л-(0,025--0,05)0 и особо тонкостенные с толщиной стенки 5<0,025П.

Магнитные методы контроля могут быть использованы для контроля поверхностных дефек-

тов или дефектов тонкостенных труб из магнитных материалов. Токовихревой контроль также может быть применен для поверхностных дефектов или особо тонкостенных труб. Кроме того, в этих случаях дефекты могут быть выявлены визуальными методами. При контроле труб с толстыми стенками наибольший интерес представляют ультразвуковые методы. С их помощью можно определять дефекты как на внутренней и внешней поверхностях, так и внутри стенки трубы .

С позиций ультразвукового контроля необходимо различать трубы большого диаметра, т.е. диаметра, при котором нельзя провести контроль по всей окружности трубы с одной установки преобразователя. Это диаметр примерно от 400 мм. Далее следуют трубы диаметром примерно от 20 до 400 мм. В этом случае можно уверенно принимать импульс, обегающий весь периметр трубы. При контроле труб диаметром менее 20 мм, т.е. с внешним периметром менее 60-65 мм, более эффективным становится контроль лучом, который распространяется вдоль трубы по спирали. В этом случае появляется возможность одновременно контролировать поперечные дефекты (конечно, в тех случаях, когда технологически возможно их появление, например, при центробежном литье). Причем волны могут возбуждаться под несколькими углами одновременно, что повышает надежность контроля и позволяет выявлять дефекты с отклонением от продольной или поперечной ориентации.

Итак, на наш взгляд, контроль при производстве бесшовных труб необходимо начинать на стадии изготовления заготовки. Как правило, внутренние дефекты - это дефекты, возникшие при отливке. Затем после прокатки или волочения они приобретают форму продольных расслоений. Внутренние дефекты могут возникнуть и из-за недостаточного прогрева заготовки перед прокаткой. В любом случае эти дефекты имеют осевую ориен-

I 2 (42). 2007 -

тацию и могут быть обнаружены путем прозву-чивания в направлении, перпендикулярном оси. Кроме того, на поверхности могут появляться надрывы и отслоения. Они ориентированы под малыми углами к оси, поэтому также могут выявляться при поперечном прозвучивании.

Схема контроля и количество преобразователей определяется диаметром заготовки. На рис. 1 показана схема для выявления внутренних дефектов заготовки. Обычным, традиционным методом является использование прямых преобразователей 2. Для того чтобы избежать вращения заготовки, можно расположить несколько преобразователей под углами 90° и напротив друг друга. Прямые преобразователи в эхо-режиме обеспечивают высокую чувствительность контроля, обеспечивая выявление дефектов с раскрытием в единицы квадратных миллиметров. Учитывая, что дефекты в виде пор в прокатанной заготовке отсутствуют, данная чувствительность является достаточной. Следует учитывать, что на границе раздела жидкость - заготовка (в иммерсионном варианте контроля) происходит расфокусирование акустического луча. Поэтому путем выбора размера излучателя можно всегда обеспечить контроль определенной области заготовки. При диаметрах заготовки менее -25 мм контроль прямым преобразователем в иммерсионном варианте становится малоэффективным. Это вызвано тем, что часть полезного сигнала маскируется за счет преобразования на границе раздела. В этом случае удобно использовать раздельно-совмещенный преобразователь (3 на рис. 1). Граница между излучателями должна быть ориентирована параллельно оси заготовки. Дефекты выявляются в области пересечения диаграмм направленности (область 5 на рис. 1). Схема с раздельно-совмещенным преобразователем эффективно работает до диаметров -200 мм. В случае прямого и раздельно-совмещенного преобразователей имеется возможность следить за акустическим контактом, например, по донному сигналу. Частота следования импульсов определяется скоростью движения заготовки в зависимости от ширины диаграммы направленности преобразователя и требуемой чувствительности контроля.

Дефекты, которые возникают вблизи поверхности, могут быть выявлены с помощью наклонного ввода акустических колебаний с преобразованием продольных волн в поперечные, т.е. под углами между первым и вторым критическим. Схема контроля показана на рис. 2. Обычно отражения даже от небольших дефектов на поверхности при распространении поверхностной волны значительно превышают эхо-сигналы от внутренних дефектов для поперечных волн. В случае иммерсионного контроля возникающая поверхностная волна быстро затухает за счет излучения части энергии в иммерсионную среду. Угол ввода

/\ I > - - - \

I ............... . ^

Рис. 1. Схема проведения ультразвукового контроля внутренних дефектов цилиндрической заготовки: I - контролируемое изделие; 2 - прямой преобразователь; 3 - раздельно-совмещенный преобразователь; 4 - область контроля прямым преобразователем; 5 - область контроля раздельно-совмещенным преобразователем

а определяется техническими требованиями к контролируемому изделию. Чем ближе угол ко второму критическому, тем больше переотражений испытывает сигнал при распространении и тем ближе траектория распространения к внешней образующей заготовки. Следует учитывать, что при каждом отражении часть энергии рассеивается, поэтому при больших диаметрах заготовки (более -100 мм) необходимо использовать несколько преобразователей, расположенных по периметру образующей. Ширина диаграммы направленности зависит от размера излучателя. В случае широкой диаграммы получается, что ультразвуковой сигнал падает на поверхность заготовки под разными углами и одновременно возникает несколько типов волн, которые распространяются с разной скоростью. Поэтому в том случае, когда необходимо определить локализацию дефектов, следует использовать преобразователи с узкой диаграммой. Для того чтобы охватить контролем большую часть диаметра заготовки, надо использовать несколько преобразователей под разными углами (в случае узконаправленных преобразователей).

При контроле приповерхностных дефектов в заготовках диаметром менее -20 мм целесообразным является контроль ультразвуковым лучом, распространяющемся по спирали . Возбуждение и прием сигнала в этом случае осуществляются преобразователем, наклоненным по отношению к осевой линии под углом 0 (рис. 3). Угол наклона преобразователя 0 и соответственно шаг спирали зависят от ширины диаграммы направленности.

/ТТ^-г: ГгГ7ПЛЛ7ГГГГГТ / д|

Рис. 2. Схема проведения ультразвукового контроля приповерхностных дефектов цилиндрической заготовки: / - контролируемое изделие; 2 - преобразователь; 3 - область контроля; а12 - углы падения акустического луча; (3, 2 - углы ввода акустического луча; Л/] г - толщина контролируемой

Контроль труб на наиболее распространенные продольные дефекты осуществляется по аналогии с заготовкой, как это показано на рис. 2. В отличие от заготовки для поперечной волны в трубе создается своеобразный волновод. При своем распространении она испытывает ряд последовательных отражений. В этом случае достаточно эффективно выявляются все протяженные дефекты. Кроме того, на внутренней поверхности трубы создаются условия для возбуждения поверхностной волны, которая может давать значительные отражения от рисок на этой поверхности, не являющихся дефектами. Для устранения регистрации данных дефектов нами разработан специальный алгоритм обработки сигналов с использованием нескольких преобразователей. Схема контроля приведена на рис. 4. Каждый из преобразователей работает в режиме излучения - приема. Располагаются преобразователи таким образом, чтобы обеспечить разделение во времени сигнала поперечной волны, распространяющейся внутри стенки трубы от сигналов инициируемой поверхностной волны. Угол ввода и количество преобразователей определяются диаметром трубы и толщиной стенки. При использовании такой многоканальной системы отпадает необходимость во вращении трубы, так как весь объем контролируется за один проход. Контроль за наличием акустического контакта осуществляется либо по теневому сигналу, обежавшему всю трубу, либо в случае большого диаметра трубы за счет сигнала с преобразователя на преобразователь. Регистрация импульсов проводится в заданном временном интервале по амплитудному признаку. Обычно при таком способе контроля один дефект дает два или более отражений. Принятие решения о дефектности проводится программно на основе анализа времени прихода сигналов от дефектов на преобразователи. Как видно из рис. 4, сигналы от дефекта располагаются симметрично относительно сигнала, обежавшего весь периметр трубы по кругу. Причем разница во времени прихода сигналов от дефекта для разных преобразователей остается постоянной и зависит от шага расположения преобразователей по периметру трубы. Здесь / - порядковый номер преобразователя. При контроле проводится измерение времени распространения сигнала от дефекта?,к (к - номер, присваиваемый дефекту), вычисляются разности А1

к, проводится сравнение разно-

Рис. 3. Схема контроля заготовок малого диаметра с использованием ультразвукового сигнала, распространяющегося по спирали: 1 - контролируемое изделие; 2 - зона контроля; 3 - первичный преобразователь; 0 - угол наклона падающего ультразвукового луча

стей и принимается решение о наличии дефекта. Для последовательного переключения преобразователей используются два способа. Выбор способа определяется несколькими факторами. Во-первых, соотношением между чувствительностью и скоростью контроля, во-вторых, размером контролируемой трубы, а значит, количеством преобразователей. Один способ ~ это использование нескольких блоков генепяттим - -------

т.^г Г^ПШЧТГП

Рис. 4. Схема контроля трубы поперечными волнами с использованием нескольких преобразователей (а); вид результатов контроля на экране дефектоскопа (развертка типа А) (б): 1-5 - первичные преобразователи; б - дефект; 7 - поверхностная волна; 8 - поперечные волны; 9 - задающий импульс; 10 - теневой сигнал при прохождении волны по всему периметру; 11, 12 - сигналы от дефекта для преобразователя 7; 13, 14 - сигналы от дефекта для преобразователя 2

обработкой информации, второй - это разделение частоты следования импульсов управления, т.е. в этом случае, например при частоте следования импульсов с генератора 1 кГц, они направляются по циклу на разные преобразователи. Если преобразователей (излучателей - приемников) два, то каждый работает с частотой 500 Гц, если четыре,

то 250 Гц и т.д. Современная электронная элементная база позволяет реализовать этот процесс.

В ряде случаев, когда браковочный уровень дефектов составляет десятки квадратных миллиметров, процесс контроля и принятия решения может быть значительно упрощен. В этом случае анализируется теневой сигнал поперечной волны, распространяющейся в стенке трубы. Энергия, которая уходит на формирование поверхностной волны, остается постоянной и на величину теневого сигнала не оказывает влияния. При обнаружении дефекта и установлении места его локализации при необходимости может быть проведен дополнительный анализ его размеров эхо-методом. Кроме того, теневой метод является более чувствительным к дефектам типа расслоение, т.е. дефектам, которые возникли после прокатки и дают незначительный эхо-сигнал из-за своей ориентации. Дефекты расслоения могут быть выявлены прямым или раздельно-совмещенным преобразователем при вводе колебаний со стороны наружной поверхности, при толщинах стенки трубы, превышающей -10 мм. Эта процедура может быть совмещена с измерением толщины стенки трубы.

Контроль тонкостенных труб эффективно осуществлять не поперечными, а нормальными волнами (волны Лэмба). Это волны в пластинах, которые являются комбинацией продольных и поперечных волн . Дня их возбуждения необходимо осуществить ввод упругих колебаний под определенным углом к поверхности. Для каждой толщины пластины, или в нашем случае стенки трубы, существует угол ввода, при котором на данной частоте возбуждается определенная мода нормальной волны с соответствующей скоростью распространения. Существуют симметричные и несимметричные моды с соответствующими номерами. При распространении симметричной моды происходит изменение профиля стенки, несимметричной - изгиб. Трудность метода при использовании доя контроля труб состоит в том, чтобы возбудить волну заданной моды, а не целый спектр колебаний, в котором трудно разобраться. Связано это с конечностью размеров ультразвукового пучка. Получается, что он падает на поверхность трубы под разными углами и чем меньше диаметр трубы, тем разброс углов больше. Поэтому необходимым условием успешного контроля является фокусировка акустического луча .

Отдельно следует остановиться на особо толстостенных трубах, особенно когда толщина стенки превышает 20% диаметра. Связано это с тем,

что минимальный угол, под которым может быть возбуждена поперечная волна, находится в диапазоне 27-33°. Это зависит от материала трубы, точнее от скорости распространения звука в этом материале. Соответственно наступает момент (т.е. толщина стенки достигает определенного предела), при котором становится невозможно организовать внутреннее переотражение поперечных волн, для того чтобы они могли распространяться, как в волноводе. В этом случае возможно использование продольных волн при вводе до первого критического угла. Конечно, чувствительность уменьшается, но и технические требования к таким трубам тоже другие. В этом случае контроль организуется по тем же принципам, как показано на рис. 4, только с использованием преобразователей, возбуждающих продольные волны.

В любом случае при организации контроля труб в автоматизированном режиме, для достижения определенной техническими требованиями чувствительности и необходимой производительности общая концепция контроля должна привязываться к конкретному производству . Для этого должны быть исследованы условия возможного дефектообразования для данного процесса производства, в соответствии с этим определены схемы контроля. Проведена привязка к оборудованию, на котором производятся трубы и определена стадия процесса, на которой возможно проводить контроль исходя из технической и эконо-

мической целесообразности, т.е. каждая установка для контроля труб, несмотря на общие подходы, изготавливается индивидуально для данного производства. Во всех случаях в качестве иммерсионной среды для ввода акустических колебаний может быть использована СОЖ. Контроль может проводиться с полным и неполным погружением или струйным акустическим контактом, может быть совмещен с охлаждением. Измерение толщины стенки трубы совмещается с контролем дефектов или может быть выполнено в виде отдельного блока. При описанной организации контроля возможны разные способы представления результатов, начиная с красной лампочки или сирены в случае брака, до записи результатов в компьютер с привязкой к локализации дефектов по длине трубы и подачи сигнала на исполнительные устройства.

Литература

1. Крауткремер Й., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов: Справ. М.: Металлургия, 1991.

2. Приборы для неразрушающего контроля качества материалов и изделий: Справ. / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1976.

3. Гурвич А.К., Кузьмина Л.И. Справочные диаграммы направленности ультразвуковых дефектоскопов. Киев: Техника, 1980.

4. Konovalov G., Mayorov A., Prohorenko P. The Systems for Automated Ultrasonic Testing // 7"" European Conference on NDT. Copenhagen, 1998.

В строительстве применяют трубы Ø от 28 до 1420 мм с толщиной стенки от 3 до 30 мм. Весь диапазон диаметров по дефектоскопичности условно можно разделить на 3 группы:

1. Ø от 28 до 100 мм и Н от 3 до 7 мм
2. Ø от 108 до 920 мм и Н от 4 до 25 мм
3. Ø от 1020 до 1420 мм и Н от 12 до 30 мм

Согласно исследованиям, которые были проведены в МГТУ им. Н.Э. Баумана за последнее время, в процессе разработки методов ультразвукового контроля сварных соединений труб следует учитывать такой очень важный фактор, как анизотропию упругих характеристик материала труб.

Анизотропия трубной стали, ее особенности

Анизотропи́я - это различие свойств среды (к примеру, физических: теплопроводности, упругости, электропроводности и др.) в разных направлениях внутри данной среды.

В процессе УЗ-контроля сварных соединений магистральных газопроводов, собранных из труб отечественного и зарубежного производства, обнаружены пропуск серьезных корневых дефектов, неточная оценка их координат, существенный уровень акустических шумов.

Выяснилось, что при соблюдении оптимальных параметров контроля и во время его проведения главная причина пропуска дефекта - это наличие значительной анизотропии упругих свойств основного материала. Она влияет на скорость, затухание и отклонение от прямолинейности движения ультразвукового пучка.

Во время прозвучивания металла более 200 штук труб по схеме, изображенной на рис. 1, выяснилось, что среднеквадратичное отклонение скорости волны при таком направлении движения и поляризации равно 2 м/с (для поперечных волн). Отклонения скоростей от табличных величин на 100 м/с и более не являются случайными и связаны, вероятно, с технологией производства проката и труб. Такие отклонения оказывают сильное влияние на распространение поляризованных волн. Помимо указанной анизотропии, обнаружена также неоднородность скорости звука по толщине стенки трубы.

Рис. 1. Обозначения наплавлений в металле трубы: X, Y, Z.- направления распространения ультразвука: х. у.z:- направления поляризации; Y- направление проката: Z- перпендикуляр к плоскости трубы

Структура листового проката слоистая, представляющая собой вытянутые во время деформации волокна металла и прочих включений. Помимо того, из-за воздействия на металл термомеханического цикла прокатки, неравномерные по толщине участки листа подвергаются различным деформациям. Эти особенности становятся причиной того, что скорость звука дополнительно зависит от глубины нахождения прозвучиваемого слоя.

Особенности контроля сварных швов труб различного диаметра

Трубы Ø от 28 до 100 мм

Отличительной особенностью сварных швов труб Ø от 28 до 100 мм с Н от 3 до 7 мм является возникновение провисаний внутри трубы. Это становится причиной появления на экране дефектоскопа ложных эхо-сигналов от них во время контроля прямым лучом, которые совпадают по времени с эхо-сигналами, отраженными от надкорневых дефектов, найденных однократно отраженным лучом. В связи с тем, что эффективная ширина пучка сопоставима с толщиной стенки трубы, то отражатель крайне сложно идентифицировать по местонахождению искателя относительно валика усиления. В центре шва также имеется неконтролируемая зона по причине большой ширины валика шва. Все это является причиной низкой вероятности (10-12%) выявления недопустимых объемных дефектов, хотя недопустимые плоскостные дефекты обнаруживаются намного лучше (~ 85 %). Основные характеристики провисания - глубина, ширина и угол смыкания с поверхностью объекта - являются случайными величинами для этого типоразмера труб; средние значения равны соответственно 2,7 мм; 6,5 мм и 56°30".

Прокат себя ведет как анизотропная и неоднородная среда с довольно сложными зависимостями скоростей упругих волн от направления поляризации и прозвучивания. Скорость звука изменяется примерно симметрично по отношению к середине сечения листа, причем в районе этой середины скорость поперечной волны может сильно (до 10 %) уменьшаться по сравнению с окружающими областями. Скорость поперечной волны в контролируемых объектах изменяется в диапазоне от 3070 до 3420 м/с. На глубине до 3 мм от поверхности проката скорость поперечной волны может незначительно (до 1 %) увеличиться.

Помехоустойчивость контроля значительно повышается в случае использования наклонных раздельно-совмещенных ПЭП типа РСН (рис. 2), которые названы хордовыми. Они были сконструированы в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Особенностью контроля является то, что во время поиска дефектов нет необходимости в поперечном сканировании. Оно выполняется только по периметру трубы в момент прижатия к шву передней грани преобразователя.

Рис. 2. Наклонный хордовый РСН-ПЭП: 1- излучатель: 2 - приемник

Трубы Ø от 108 до 920 мм

Трубы Ø от 108 до 920 мм с Н от 4 до 25 мм также соединяют односторонней сваркой без обратной подварки. До недавнего времени контроль данных соединений выполняли с помощью совмещенных ПЭП по методике, составленной для труб Ø от 28 до 100 мм. Но для такой методики контроля требуется наличие довольно большой зоны совпадений (зоны неопределенности). Это значительно снижает точность оценки качества соединения. Помимо того, совмещенные ПЭП характеризуются высоким уровнем реверберационных шумов, которые затрудняют расшифровку сигналов, а также неравномерностью чувствительности, которую не всегда могут компенсировать доступные средства. Использование хордовых раздельно-совмещенных ПЭП с целью контроля этого типоразмера сварных соединений нецелесообразно, поскольку по причине ограниченности величин углов ввода ультразвуковых колебаний с поверхности сварного соединения габариты преобразователей существенно увеличиваются, становится большей и площадь акустического контакта.

В МГТУ им. Н. Э. Баумана созданы наклонные ПЭП с выровненной чувствительностью для выполнения контроля сварных стыков Ø от 100 мм. Выравнивание чувствительности обеспечивает такой выбор угла разворота 2, чтобы верхняя часть и середина шва прозвучивались центральным один раз отраженным лучом, а нижняя часть - прямыми периферийными лучами, которые падают на дефект под углом Y, от центрального. На рис. 3. показан график зависимости угла введения поперечной волны от угла разворота и раскрытия диаграммы направленности Y. В таких ПЭП падающая и отраженная от дефекта волны являются горизонтально поляризованными (SН -волна).

Рис. 3. Изменение угла ввода альфа, в пределе половины угла раскрытия диаграммы направленности РСН-ПЭП в зависимости от угла разворота дельта.

Из графиков ясно, что во время выполнения контроля объектов с толщиной стенки 25 мм неравномерность чувствительности РС-ПЭП достигает 5 дБ, вместе с тем как для совмещенного ПЭП она может достичь 25 дБ. РС-ПЭП характеризуется повышенным уровнем сигнал – помеха и исходя из этого повышенной абсолютной чувствительностью. К примеру, РС-ПЭП без проблем выявляет дефект площадью 0,5 мм2 в процессе контроля сварного соединения толщиной 10 мм как прямым, так и один раз отраженным лучом при отношении полезный сигнал/помеха 10 дБ. Порядок выполнения контроля данными ПЭП такой же, как и совмещенным ПЭП.

Трубы Ø от 1020 до 1420 мм

Сварные стыки труб Ø от 1020 до 1420 мм с Н от 12 до 30 мм выполняют двусторонней сваркой либо с подваркой обратного валика шва. В швах, которые выполнены двусторонней сваркой, обычно, ложные сигналы от задней кромки валика усиления дают не такую большую помеху, как в односторонних швах. Их амплитуда не так велика по причине более плавных очертаний валика. Кроме того, они дальше по развертке. По этой причине, для проведения дефектоскопии это самый подходящий типоразмер труб. Но результаты исследований, проведенных в МГТУ им. Н. Э. Баумана, показывают, что металл данных труб отличается наибольшей анизотропией. Чтобы снизить влияние анизотропии на обнаружение дефектов следует использовать ПЭП на частоту 2,5 МГц с углом призмы 45°, а не 50°, как указано в большинстве нормативных документов. Самую высокую точность контроля удалось получить при использовании ПЭП типа РСМ-Н12. В отличие от методики, составленной для труб Ø от 28 до 100 мм, при контроле данных соединений отсутствует зона неопределенности. В остальном способ контроля аналогичен. При использовании РС-ПЭП настройку скорости и чувствительности развертки также рекомендуется выполнять по вертикальному сверлению. Настройку скорости и чувствительности развертки наклонных совмещенных ПЭП следует производить по угловым отражателям соответствующего размера.

В процессе контроля сварных швов необходимо помнить, что в околошовной зоне бывают расслоения металла, которые затрудняют определение координат дефекта. Зону, в которой найден дефект наклонным ПЭП, необходимо дополнительно проконтролировать прямым ПЭП с целью уточнения характера дефекта и выявления точного значения глубины дефекта.

В атомной, нефтехимической промышленности и атомной энергетике при изготовлении трубопроводов, аппаратов и сосудов часто используют плакированные стали. Для плакировки внутренней стенки данных конструкций используют аустенитные стали, которые наносят методом наплавки, прокатки либо взрыва слоем от 5 до 15 мм.

Процесс контроля данных сварных соединений предусматривает анализ сплошности перлитной части сварного шва, а также зоны сплавления с восстановительной антикоррозионной наплавкой. При этом сплошность тела самой наплавки не контролируется.

Но по причине отличия акустических характеристик основного металла и аустенитной стали, от границы раздела во время проведения ультразвукового контроля появляются эхо-сигналы, препятствующие обнаружению дефектов, к примеру, отслоений плакировки и поднаплавочных трещин. К тому же, наличие плакировки и ее характеристики оказывают значительное влияние на параметры акустического тракта ПЭП.

По этой причине стандартные технологические решения являются неэффективными при контроле толстостенных сварных швов плакированных трубопроводов.

После многолетних исследований ученые выяснили основные особенности акустического тракта. Были получены рекомендации по оптимизации его характеристик и разработана технология выполнения ультразвукового анализа сварных швов с аустенитной плакировкой.

В частности, ученые установили, что при переотражении пучка ультразвуковых волн от границы перлит-аустенитной плакировки почти не меняется диаграмма направленности в случае плакировки прокаткой и значительно изменяется в случае нанесения плакировки наплавкой. Ее ширина существенно растет, а в пределах главного лепестка есть осцилляции в 15-20 дБ в зависимости от метода наплавки. Происходит значительное перемещение точки выхода отражения от границы плакировки пучка по сравнению с его местонахождением, а также изменяется скорость поперечных волн в переходной зоне.

При разработке технологии контроля сварных соединений плакированных трубопроводов учитывали все это. Данная технология предусматривает предварительное обязательное определение толщины перлитной части (глубины проплавления антикоррозионной наплавки).

Для более точного выявления плоскостных дефектов (несплавлений и трещин) лучше использовать ПЭП с углом ввода 45° и на частоту 4 МГц. Более точное обнаружение вертикально ориентированных дефектов на угле ввода 45° в отличие от углов 60 и 70° объясняется тем, что во время прозвучивания последними угол встречи пучка с дефектом близок к третьему критическому, при котором коэффициент отражения поперечной волны минимальный.
Во время прозвучивания трубы снаружи на частоте 2 МГц эхо-сигналы от дефектов экранирует интенсивный и длительный сигнал шума. Устойчивость к помехам ПЭП на частоту 4 МГц в среднем на 12 дБ выше. По этой причине полезный сигнал от дефекта, который находится в непосредственной близости от границы наплавки, будет лучше считываться на фоне помех. И наоборот, во время прозвучивания трубы изнутри через наплавку лучшую устойчивость к помехам обеспечат ПЭП на частоту 2 МГц.

Регламентирует технологию контроля сварных швов трубопроводов с наплавкой документ Госатомнадзора РФПНАЭГ-7-030-91.