Jednou z nejběžnějších metod nedestruktivního zkoušení svarů, potrubí a tlakových nádob, ale i dlouhých a tvarových ocelí, je ultrazvuková detekce vad. Ultrazvukové defektoskopy generují vibrace o určité frekvenci, které se při průchodu testovaným objektem odrážejí od hranic materiálů a mění svou hodnotu při setkání s dutinou nebo rozptýleným médiem s jinými charakteristikami. Přijatý signál je interpretován operátorem, který detekuje závadu základního materiálu nebo sváru na zařízení.

Výhody a nevýhody ultrazvukové detekce defektů

Ultrazvukové zkoušení se využívá při přejímce a při preventivních kontrolách stavu mnoha konstrukcí, na které jsou kladeny zvýšené požadavky. Detekce vad je povinná pro konstrukce nádrží, kde je pracovní prostředí pod tlakem vyšším než atmosférický tlak, vodní a parní potrubí tepelných a jaderných elektráren, součásti a sestavy leteckých, raketových a lodních motorů a další kritické svařované konstrukce.

Ve srovnání s jinými typy detekce vad má ultrazvuková metoda následující výhody:

  • vysoká citlivost při detekci trhlin až do šířky 1 mikronu a pórů až do průměru 0,5 milimetru ve výrobcích;
  • schopnost detekovat vadné oblasti on-line, což zvyšuje rychlost rozhodování;
  • kompaktní zařízení, nízké náklady, rychlé výsledky;
  • nepřítomnost, na rozdíl od radiografie, škodlivých účinků na obsluhu;
  • možnost sledování přímo na pracovišti vč. v polních podmínkách, beze změn technologického sledu;
  • schopnost měřit tloušťku produktu v širokém rozsahu od 3 milimetrů do několika metrů;
  • schopnost řídit výrobky vyrobené z kovů a nekovů, včetně betonových konstrukcí, polymerů a kompozitních výrobků.

Ultrazvuková detekce defektů zároveň není bez nevýhod, mezi které patří:

  • obtížnost určení povahy a skutečných rozměrů vadných oblastí;
  • potíže s diagnostikou vad kovových výrobků s hrubozrnnou strukturou způsobených rozptylem a útlumem vln;
  • potíže s kontrolou výrobků malých velikostí a složitých konfigurací;
  • závislost kvality signálu na zvlnění a drsnosti povrchu testovaného výrobku.

Ultrazvukové zkoušení se využívá v dopravě a energetice, v ropném a plynárenském průmyslu, při stavbě potrubí pro přepravu uhlovodíkových surovin, při výrobě zdvihacích mechanismů a velkorozponových konstrukcí i v dalších případech.

Technologie ultrazvukové detekce defektů

Standardní ultrazvukový defektoskop se skládá z několika funkčních jednotek a bloků:

  • elektronický pulzní generátor;
  • pulsní přijímač;
  • převodník impulsů na signál;
  • zařízení pro záznam a identifikaci signálu.

Generátor, který je součástí konstrukce ultrazvukového defektoskopu, vytváří elektrické impulsy, které jsou kabelem přenášeny do ultrazvukového měniče, kde jsou pomocí tam umístěného piezoelektrického prvku převedeny na ultrazvukové frekvenční vlny. Výsledná vysokofrekvenční vlna prochází materiálem testovaného produktu. Po setkání s útvarem s hustotou odlišnou od původního (praskliny, dutiny, dutiny, póry, nekvalitní svary) se část vlny odrazí a vrátí zpět do převodníku, kde se přemění na elektrický signál a zobrazí se na zobrazení ve formě echo pulzu. Na základě výsledků interpretace přijímaného signálu se určí souřadnice defektních oblastí, hloubka jejich umístění, orientace a rozměry. Na základě výsledků kontroly se rozhoduje o nápravě závad, způsobech jejich ošetření nebo zamítnutí vadného výrobku.

READ
Jak hydroizolovat stěny koupelny?

Ultrazvukové defektoskopy

Kazaňský podnik „Litas“, založený před více než 20 lety, zaujímá jedno z prvních míst mezi účastníky v segmentu zařízení pro nedestruktivní testování radiografickými metodami, vyrábějící rentgenové přístroje a radiografické vybavení. Kromě toho společnost Litas LLC představuje na trhu domácí a zahraniční zařízení pro nedestruktivní testování jinými metodami, zejména ultrazvukové defektoskopy vyráběné ruskými výrobci:

  • vědecká a výrobní společnost “Luch” z Moskvy, založená v roce 1997, která navrhuje a vyrábí přístroje pro ultrazvukové testování obrobků a výrobků. Litas LLC nabízí ultrazvukové defektoskopy vyrobené společností NPK Luch modelů Peleng-115 a Peleng-415 a také UD2-70. Detektor defektů UD2-70 váží 2,2 kg a je vhodný pro použití v drsných povětrnostních podmínkách: funguje při teplotách od -25 °C do +55 °C na baterie po dobu až 14 hodin. Zařízení je schopno detekovat vady v hloubkách od 1 do 7500 milimetrů. Modely „Peleng“ fungují na baterie po dobu až 9 hodin v teplotním rozsahu od -10 °C do +50 °C: „Peleng-415“, vážící 4,2 kg, detekuje vady v hloubce 2 až 15000 115 mm a ” Peleng-550″, vážící 1500 g – pouze do XNUMX mm.
  • vědecká a výrobní společnost “AKS” (Acoustic Control Systems), působící od roku 1991 s cílem vyvíjet a vyrábět širokou škálu nedestruktivních zkušebních přístrojů ultrazvukovými metodami. Kancelář firmy se nachází v Technoparku v obci. Gorki Leninskie. Litas LLC distribuuje ultrazvukové defektoskopy vyrobené NPK AKS, modely A1211 Mini, A1212 Master, A1214 Expert, A1550 IntroVisor. Všechny modely jsou napájeny lithiovými bateriemi, které ovládají materiály a produkty po dobu 7,5 (A1550) až 18 (A1214) hodin. Detektory defektů o hmotnosti od 210 g (A1211) do 1,8 kg (A1214 a A1550) jsou schopny pracovat při teplotách od -30°C (A1212 a A1214) do +55°C (A1212, A1214 a A1550). Rozsah nastavených frekvencí se u všech modelů pohybuje od 0,5 do 15 MHz kromě A1550, kde se provozní frekvence mohou pohybovat od 1 do 10 MHz. Zařízení dokážou detekovat vady v hloubce až 900 milimetrů (A1211), až 6000 milimetrů (A1212 a A1214) a až 7200 mm (A1550);

Výrobním podnikům a výzkumným organizacím se nabízí: ultrazvukové skenery defektů:

  • USD50LFS – úprava defektoskopu USD50 instalací zesíleného generátoru a širokopásmového přijímače s rozsahem od 25 kHz do 5 MHz;
  • USD50IPS je nová generace defektoskopu v nárazuvzdorném pouzdře s třídou ochrany proti prachu a vlhkosti IP65, s možností připojení skenerů pro různé účely, velká mrazuvzdorná obrazovka se širokým pozorovacím úhlem;
  • USD60 je manuální defektoskop, což je základní platforma, která umožňuje zvýšit výkon zařízení podle potřeby;
  • USD60N – nízkofrekvenční defektoskop s digitálním zpracováním signálu i přenosem dat přes vysokorychlostní rozhraní;
  • USD60-8K – osmikanálový defektoskop. Určeno pro vysokorychlostní ultrazvukové zkoušení svarů rychlostí až 4 m/min;
  • USD60N-8K – nízkofrekvenční osmikanálový defektoskop se používá především pro neproduktivní monitorování – určování rychlosti ultrazvuku v kompozitech a nekovech s vysokou úrovní útlumu akustických vln;
  • USD60FR – phased array flaw detector, který poprvé umožňuje kombinovat použití standardních fázových převodníků se zpracováním přijímaného signálu pomocí metod digitálního zaostřování;
  • USD60FR-16/128 je zařízení, které pracuje současně se dvěma 64kanálovými fázovanými poli a různými skenery, což umožňuje obousměrnou kontrolu svaru rychlostí až 9 m/s.
READ
Jak zajistit vzduchotěsnost předních dveří?

Společnost Litas dále nabízí akustické defektoskopy z produkce SPC KROPUS laboratořím provádějícím nedestruktivní testování pomocí ultrazvukové diagnostiky:

  • AD50K je zařízení o rozměrech 200x225x80 mm, hmotnost 1,5 kg, napájeno Li-ion baterií, osazeno čtyřmi generátory, což umožňuje provoz v různých režimech buzení, díky čemuž dokáže defektoskop sledovat libovolné kompozity;
  • AD60K je zařízení o rozměrech 200x225x80 mm, hmotnosti 1,5 kg, napájené Li-ion baterií, které pomocí generátoru pulzního rušení implementuje moderní vývoj používaný při výrobě defektoskopů pro kompozity;
  • ID92NM – impedanční defektoskop o rozměrech 62x152x200 mm, hmotnost 1 kg, napájen Li-ion baterií, slouží k nedestruktivnímu testování výrobků z laminovaných plastů, voštinových a kompozitních materiálů za účelem zjištění nelepivosti, delaminace, popř. další odchylky;
  • UDT08 je univerzální ultrazvukový defektoskop-tloušťkoměr o rozměrech 148x64x25 mm a hmotnosti 180 g, s mrazuvzdornou obrazovkou a napájen Li-ion baterií.

Široká škála ultrazvukových zařízení pro nedestruktivní testování umožňuje kupujícímu vybrat si model, který dokáže vyřešit problémy přiřazené k defektoskopu.

Typy ultrazvukové defektoskopie

Potřeba lokalizovat místo, typ, velikost defektů v materiálech, výrobcích a svarech vyžaduje použití různých typů nedestruktivních zkoušek, mezi nimiž se nejčastěji používá ultrazvuková detekce vad:

    přenos a odraz vlnění (pulzní metody), vč. nejpoužívanější echo metoda, použitelná pro jednostranný přístup k kontrolovanému výrobku nebo obrobku. Při použití této technologie je do výrobku emitován ultrazvuk a vlny odražené od překážky vytvářejí signál v ultrazvukovém defektoskopu, který umožňuje určit rozměry defektu, jeho umístění a povahu. V tomto případě lze použít dva typy ovládání:

– s přímým paprskem, který je účinný při hledání trhlin nebo delaminací ve svarech umístěných rovnoběžně s povrchem zkoušeného předmětu, dutin, dutin, pórů v deskách, kovaných obrobcích, odlitcích atd. Při použití této metody se vlna šíří testovaným médiem, dokud se nerozptýlí nebo nenarazí na hranici jiného materiálu, včetně vzduchu a trhliny ve výrobku. Spolehlivost řízení je zajištěna, když snímač těsně přiléhá ke vzorku, což umožňuje jasně identifikovat signál odražený od překážky nebo zadní stěny produktu;

– s nakloněným převodníkem – metoda použitelná pro ultrazvukové zkoušení svarů, kde se defektní místa nacházejí libovolně vzhledem k povrchu výrobku. Šikmé ultrazvukové piezoelektrické měniče jsou hranol a piezoelektrický prvek umístěné v jediném krytu. Tato metoda implementuje princip lomu a transformace ultrazvukových registrových vln na hranici prostředí. Vzhledem k tomu, že ve většině případů nejsou trhliny a nedostatečná fúze rovnoběžné s povrchem, je ve výrobě nejžádanější zkušební metoda s nakloněným snímačem;

READ
Jak správně naředit humát sodný?

Ultrazvukové defektoskopy implementují jednu z těchto metod, podle toho je lze použít pro nedestruktivní zkoušení určitého typu materiálů, obrobků, výrobků nebo svařovaných konstrukcí.

Kritéria pro hodnocení defektů detekovaných ultrazvukovými defektoskopy

Mezi hlavní charakteristiky ultrazvukového testování patří následující hodnoty:

  • citlivost – minimální velikost defektu (referenčního reflektoru), kterou lze detekovat. Jako referenční reflektory jsou použity otvory s plochým dnem umístěným kolmo ke směru šíření ultrazvukové vlny;
  • rozlišení metod echa – charakterizované minimální vzdáleností mezi dvěma defekty, při které je lze podle přijímaného signálu klasifikovat jako samostatné.

Při posuzování nedostatků zjištěných při ultrazvukové detekci vad se berou v úvahu následující ukazatele:

  • amplituda ultrazvukové vlny;
  • podmíněná délka vadného úseku svaru je určena pohybem zářiče podél zóny, ve které je slyšet signál odražený od překážky. Podmíněnou šířku defektu lze vypočítat, pokud se emitor posune kolmo na identifikovanou délku oblasti s defektem. Podmíněná výška defektu je definována jako rozdíl časových intervalů mezi vyzařovaným a odraženým ultrazvukovým vlněním v krajních polohách zářiče.

Ultrazvukovými diagnostickými metodami nelze zpravidla zjistit skutečné rozměry defektní oblasti. Proto se ve většině případů určuje ekvivalentní plocha nebo průměr defektu. Za ekvivalentní plochu defektní oblasti se považuje plocha otvoru s plochým dnem vytvořeného ve vzorku, ve kterém se amplituda odražené ultrazvukové vlny rovná amplitudě odražené vlny zjištěné při kontrole konkrétní produkt.

Ultrazvuková zkušební metoda je nedestruktivní metoda. Tato metoda je široce používána pro zkoušení svarových spojů z nízkolegovaných a nízkouhlíkových ocelí, hliníku, mědi a jejich slitin.

Mechanické deformace šířící se v pružném tělese se nazývají akustické nebo elastické vlny. Dělí se na infrazvukové (frekvence kmitů do 30 Hz), zvukové (20 – 20•10 4 Hz), ultrazvukové (od 2•10 4 do 10 9 Hz) a hypersonické (nad 10 9 Hz). Když se akustická vlna šíří, částice prostředí, kterým procházejí, oscilují kolem svých rovnovážných bodů. Pokud částice oscilují podél, pak se takové vlny nazývají podélné, pokud jsou kolmé – příčné. V pevném tělese se mohou vyskytovat podélné i příčné vlny. Existují i ​​povrchové vlny, které se šíří pouze po povrchu těla. Pro kontrolu svarových spojů při ultrazvukové detekci vad se používají především příčné a podélné ultrazvukové vlny. Rychlost ultrazvukových vln závisí na vlastnostech materiálu nebo prostředí, ve kterém se šíří.

READ
Jak vybrat umělé osvětlení pro rostliny?

Ultrazvukové vlnění nese ve směru svého pohybu určitou energii, která je charakterizována intenzitou ultrazvuku (množství energie, které se přenese vlnou za 1 s přes 1 cm 2 plochy kolmé ke směru šíření). Jak se ultrazvuková vlna šíří, její intenzita klesá. Délku dráhy vlny lze posuzovat podle koeficientu útlumu. U pevných látek se skládá z koeficientů absorpce a rozptylu.

K buzení ultrazvukových vibrací se využívá piezoelektrický jev, jehož podstatou je, že při natahování a stlačování určitých krystalů v určitém směru vzniká na jejich povrchu elektrický náboj. Elektrické vibrace z vysokofrekvenčního generátoru jsou pomocí piezokrystalů převáděny na mechanické vibrace o frekvencích až 500 a 1000 MHz.

Pokud na povrch součásti přiložíte piezoelektrickou destičku, která je připojena k vysokofrekvenčnímu generátoru, začnou se v kovu šířit ultrazvukové vlny, které při dopadu na další piezodesku v něm způsobí piezoelektrické náboje. Tyto náboje mohou být přiváděny do zesilovače a reprodukovány indikátorem.

Pro vstup ultrazvukových vibrací a přijímání těch odražených od defektů, stejně jako pro ochranu piezodesky před mechanickým poškozením a opotřebením, je tato umístěna ve speciálním zařízení zvaném ultrazvukové piezoelektrické měniče (PET), sondy, hledáčky.

Sondy se dělí na několik typů: kombinované – vysílač a přijímač ultrazvukových vln v jednom pouzdru sondy; oddělené – vysílání a příjem ultrazvukových vln se provádí dvěma samostatnými sondami; separátně kombinované – vysílání a příjem ultrazvukových vln provádějí dva samostatné krystaly, které jsou umístěny v jednom tělese sondy. Vlny se mohou šířit nepřetržitě nebo ve formě pulsů. To závisí na provozním režimu generátoru.

K provádění ultrazvukového testování se používají speciální ultrazvukové defektoskopy, které zajišťují emisi ultrazvukových vibrací, příjem a registraci odražených signálů a určení souřadnic pro detekci defektů. Ultrazvukový defektoskop se skládá z elektronické jednotky (samotný defektoskop), sady sond, propojovacích kabelů a různých pomocných zařízení.

2. Algoritmus činnosti ultrazvukového defektoskopu

Pomocí sondy je do řízeného objektu přenášen krátký ultrazvukový signál, po přijetí odraženého signálu na přijímači je měřena doba průchodu zvukového signálu od sondy k odrazné ploše a zpět.

To je možné pouze tehdy, když je jasně definován čas začátku a čas konce. Pokud je známa rychlost zvuku v testovaném objektu, pak lze pomocí jednoduchých výpočtů určit vzdálenost k odrazné ploše a tím i přesnou polohu diskontinuity v testovaném objektu, Obr. 2.

READ
Jak vypadá gaillardie?

princip defektoskopu

Rýže. 2 Princip měření času a dráhy impulsu

Měření času začíná aplikací elektrického přenosového impulsu – budící impuls. Jedná se o velmi krátký elektrický výboj, který způsobí zvukový impuls v piezoelektrickém prvku měniče. Zvukový impuls prochází materiálem a při odrazu od nespojitosti nebo protilehlého povrchu materiálu se vrací zpět do měniče. Výsledné vibrace jsou převedeny na elektrický impuls, který zastaví měření času. Vzdálenost k odraznému povrchu pak lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

s – dráha, zvukový impuls [mm]; с – rychlost zvuku v materiálu [km/s]; t – doba dojezdu pulzu [s].

Pokud jsou nyní doba průchodu a amplituda pulzu zobrazeny graficky, jde o zjednodušený model univerzálie Ultrazvukový defektoskop (obr.2.1.).

ultrazvukové signály

Rýže. 2.1. Grafické zobrazení přijímaných ultrazvukových signálů v modulární podobě

3. Nastavení ultrazvukového defektoskopu

Před prováděním ultrazvukového testování přímo na skutečném testovacím objektu je nutné nakonfigurovat defektoskop. Nastavení detektoru chyb se provádí ve dvou fázích:

– nastavení parametrů sondy

– nastavení odečtů defektoskopu podle vzorku s předem známými kontrolními parametry.

Nastavení parametrů sondy zahrnuje:

  • nastavení pracovní frekvence sondy,
  • seřízení výložníku PEP,
  • nastavení úhlu zasunutí sondy,
  • nastavení zpoždění v hranolu sondy.

Nastavení parametrů sondy se provádí na standardních vzorcích pro ultrazvukovou defektoskopii SO-1, SO-2, SO-3.

Nastavení odečtů defektoskopu podle vzorku s dříve známými kontrolními parametry zahrnuje

  • nastavení rychlosti šíření ultrazvukových vibrací ve zkoušeném objektu.
  • nastavení citlivosti a úrovně odmítnutí

Poslední nastavení se provádí pomocí vzorků s předem připravenými reflektory (defekty), takové vzorky se nazývají standardní vzorky podniku SOP. SOP je vyrobena ze stejného materiálu jako testovaný objekt a umělá vada má minimální přípustné rozměry, které jsou stanoveny pro konkrétní objekt.

Metoda ultrazvukového testování se provádí v souladu s požadavky GOST 14782-76, GOST 20415-2 a s přihlédnutím k aktuálním průmyslovým standardům pro ultrazvukové testování.

Účinnost ultrazvukového testování závisí na řadě faktorů.

Velmi důležitá je frekvence ultrazvukových vln. S rostoucí frekvencí se jejich délka zmenšuje, a proto se zvyšuje citlivost metody, tzn. Rozšiřuje se rozsah detekce menších defektů. S rostoucí frekvencí však začíná být šíření ultrazvukových vibrací ovlivňováno ve větší míře vlivem struktury řízeného kovu.

Výhodou ultrazvukové detekce vad je možnost kontroly s jednostranným přístupem k produktu, jednoduchost a vysoká produktivita metody, vysoká penetrační schopnost detekovat vnitřní vady u velkorozměrových výrobků, možnost automatizace procesu testování, naprostá bezpečnost pro obsluhu i okolní pracovníky, vysoká citlivost na detekci malých závad.