книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

Д Л . д Б

Д/4,дБ

ОГ*"*""

1 0	2 0	3 0	4 0
П е р е м е щ е н и е и с к а т е л е й
п о с т е р ж н ю , м м				п о с т е р ж н ю , м м
Р и с . 7 . 6 5 . О с л а б л е н и е а м п л и т у д ы				Р и с . 7 . 6 6 . О с л а б л е н и е а м п л и т у д ы
н а п е р и о д и ч е с к о м п р о ф и л е				н а п е р и о д и ч е с к о м п р о ф и л е
п р и т е н е в о м м е т о д е				п р и з е р к а л ь н о - т е н е в о м м е т о д е

Угол ввода луча а был выбран из условия,	при котором
обеспечивается прозвучивание всего сечения шва:
a = arctg(x„/flf).	(7.13)

Следовательно, для его определения необходимо обосновать

выбор *и. Расстояние между ПЭП складывается из длины шва /, удвоенной стрелы ПЭП п0 и некоторой величины А х , обеспечи­

вающей возможность перемещения системы ПЭП вдоль оси стержня:

ха =1 +2п0 + Ах.

(7.14)

В соответствии с ГОСТ 14098 - 85 для горизонтальных стыков

/ = 1,5dy а вертикальных / = 2,5d.
Стрела ПЭП должна выбираться из условия:
w0 >a/cosp .	(7.15)

По полученным выражениям построена номограмма для вы­ бора *и в зависимости от диаметра стержня (рис. 7.68).

При зеркально-теневом способе выбор оптимального значе­ ния а проводился из условия получения максимального значе­ ния амплитуды прошедшего сигнала (рис. 7.69). Это условие хо­ рошо выполняется при хп - I d t g a .

г# L\X ( с

1---------	;
	г	^	г _ -
		«	L
	и	п
Рис. 7.67. Расчет расстояинн				Рис. 7.68. Номограмма выбора
	между ПЭП			расстояния между ПЭП:
				/ - горизонтальные стыки;
				2 - вертикальные стыки

Рис. 7.69. Выбор угла разворота ПЭП при зеркально-теневом методе: ПЭП- / = 1,8М Гци2а = 18 мм; / - d - 2 2 мм; 2 = 28 мм; 5 —40 мм;

^ -5 0 мм; 5 - 6 0 мм

Учитывая специфику поверхности, формы сварного шва и контролируемого изделия, виды и. ориентацию встречающихся дефектов, допустимость их в сварном шве можно оценить прак­ тически только по амплитуде сигнала. Учитывая, что нестабиль­ ность акустического контакта достаточно велика (3...6 дБ), для ее компенсации необходима резко падающая амплитудная зависи­ мость, градиент которой для двух соседних уровней дефектности

должен превышать указанную величину. На рис. 7.70 представ­ лены эксперименты на моделях дефектов, расположенных в центральной и нижней частях шва. На рис. 7.70 (кривая 2) вид­

но, что при теневом способе контроля это условие выполняется для всех недопустимых внутренних дефектов, а при обнаружении корневых дефектов необходимо, чтобы расстояние от передней грани ПЭП до центра дефекта было не более 15...20 мм (рис. 7.70 кривая 1).

АЛ, дБ

Рис. 7.70. Зависимость амплитуды сигнала от относительной площади дефекта при теневом методе:

I - краевого; 2 - центрального; Р = 5 0 °,/- 2,5 МГц; 2а = 12 мм, d = 20 ... 40 мм

При зеркально-теневом методе, наоборот, более уве­ ренно обнаруживаются кор­ невые дефекты и менее уве­ ренно внутренние (рис. 7.71), поэтому для уменьшения пропуска дефектов обяза­ тельным требованием явля­ ется поочередная постановка излучателя и приемника вплотную к шву. Сущест­ венного повышения досто­ верности обнаружения де­ фектов можно достичь при сочетании обоих методов контроля.

Рис. 7 .71 . Зависимость амплитуды

сигнала от относительной площади дефекта при зеркально-теневом методе:

I -	краевого; 2 - центрального; р = 40°.
f -	1,8 МГц, 2а = 18 мм, d —4 0 ...7 0 мм

7.6.2.Методика УЗ-контроля сварных соединений арматуры

О наличии и величине дефекта при теневом и зеркально­ теневом методах судят по уменьшению амплитуды прошедшего сигнала на дефектном соединении Ад по сравнению с амплиту­

дой сигнала от соединения хорошего качества А0. Величина ос­ лабления (А А = А 0~АД) пропорциональна площади дефекта. Это

объясняется тем, что дефект в изделии экранирует УЗ-пучок, распространяющийся от излучателя к приемнику, тем самым уменьшая амплитуду прошедшего сигнала. Для повышения чув­ ствительности контроля, а также повышения его достоверности и производительности используются механические устройства кон­ струкции МГТУ им. Н.Э. Баумана. Устройства позволяют изме­ нять расстояние между ПЭП, обеспечивают их центровку отно­ сительно стержней и друг друга, а также обеспечивают постоян­ ный, не зависящий от оператора акустический контакт. Для соз­ дания акустического контакта между ПЭП и стержнем до по­ следнего времени применяли звукопроводящую* смазку густой консистенции. Исследования, выполненные в МГТУ им. Н.Э. Баумана, показали, что в этом случае наиболее эффективна магнитная смазка при использовании специальных датчиков, раз­ работанных автором совместно со специалистами ИПФ АН БССР (а. с. № 968745).

Оценка допустимости дефектов в сварных стыках арматуры по результатам УЗ-контроля производится только по СОП. При­ менение безобразцового метода не представляется возможным в связи с тем, что на контролируемом соединении в условиях кон­ такта нет свободной поверхности для размещения ПЭП на безде­ фектном месте и, следовательно, нельзя получить амплитуду опорного сигнала А0 . Кроме того, структура металла шва дан­

ных соединений (особенно при сварке стержней больших диа­ метров) в значительной степени отличается от структуры основ­ ного материала. В связи с этим сигналы от зоны сварки и от ос­ новного материала будут существенно отличаться (около 10 дБ), что недопустимо на практике. .Поэтому для настройки чувстви­ тельности дефектоскопа используют сварные бездефектные об­ разцы того же диаметра, изготовленные из стали того же класса, что и контролируемые соединения. Опорный сигнал А0 измеря­

ют на этом образце в следующей последовательности (рис. 7.72):

рое вставляют предварительно расточенные концы труб, и при­ хватывают.

Широкое внедрение этих прогрессивных конструкций в зна­ чительной мере сдерживается из-за отсутствия объективных ме­ тодов контроля.

Применение разрушающего контроля в данном случае ис­ ключено, т.к. смоделировать условия изготовления и испытания образца-свидетеля, близкие к натурным, практически невозмож­ но. Специфика конструкций сварных узлов трубчатых структург ных покрытий (концентрация соединяемых элементов, обуслов­ ливающая тесное расположение элементов в узлах, резкий пере­ ход от соединяемых элементов к шву, примыкание друг к другу стенок сплющенных элементов в узлах, расположение элементов в узлах под разными углами, разностенность соединяемых в од­ ном узле элементов) обусловливает большие трудности исполь­ зования неразрушающих методов контроля.

Экспериментальные исследования рентгено- и гамма-кон- роля, проведенные в МГТУ им. Н.Э. Баумана и ЦНИИСК им. Кучеренко, не дали положительных результатов, т.к. не удалось обнаружить дефектов типа зашлаковок и несплавлений.

Кроме того, контроль рентгеноили гамма-лучами сварных элементов структурных покрытий непосредственно на монтажной площадке накладывает дополнительные трудности, связанные с техникой безопасности и необходимостью применения легкого переносного портативного оборудования. Отмеченные трудности, связанные с применением контроля просвечиванием, делают его невозможным при дефектоскопии данных конструкций.

Наиболее эффективным методом неразрушаюшего контроля соединений структурных покрытий является УЗ-дефектоскопия:

Одной из основных трудностей при УЗ-контроле этих конст­ рукций являются ограниченный доступ к зоне шва и невозмож­ ность «прощупывания» УЗ-луча на шве, что затрудняет расшиф­ ровку эхо-сигналов на экране дефектоскопа. Кроме того, в ряде случаев форма шва может быть такой, что сигнал помехи превос­ ходит полезный сигнал. Исследованиями установлено, что опти­ мальной частотой является 5 МГц, а угол наклона составляет 53°.

При контроле наиболее целесообразно использовать дефек­ тоскоп УД2 - 12ПУ. Методика контроля этих соединений имеет свои особенности и заключается в следующем. По СОП, в кото­ ром выполнены угловые отражатели с двух сторон, устанавлива­ ют рабочий участок на экране дефектоскопа (рис. 7.74). В силу

того, что концы трубчатых элементов в месте перехода от участ­ ка сплющенного до соприкосновения стенок к переходному уча­ стку имеют перелом поверхности, затрудняющий получение на­ дежного контакта ПЭП с изделием, при контроле используют многократное отражение луча. В зависимости от толщины стенки трубчатых элементов линии разметки наносят на поверхность образца параллельно торцу на расстоянии, выбираемом в соот­ ветствии с табл. 7.6.

Экспериментально установлено, что зона перемещения х должна быть х =(х2 - х ^ +10 мм. Для обеспечения прозвучива-

ния всего сечения шва необходимо производить контроль с обеих плоскостей сплющенного конца.

Рис. 7.74. СОП для настройки рабочего участка и чувствительности дефектоскопа при контроле структурных покры тий

	Зоны перемещения ПЭП				Таблица 7.6
Размер зон		Толщина стенки трубчатого элемента, мм
перемещения,	4 •	б	8	10	12
мм
	32	43	54	65	76
*2	43	60	76	93	109

Настройку чувствительности дефектоскопа производят по уг­ ловому отражателю размером А х 6 = 1,5x2 мм.

7 .7 . Ко н т р о л ь н а п л а в о к

Наплавкой (в широком смысле) называют соединение, вы­ полненное путем нанесения одного металла на поверхность дру-

того с обеспечением хорошей адгезии контактных поверхностей за счет перемешивания соединяемых металлов на границе в ре­ зультате проплавления или диффузионных процессов.

В настоящее время область применения наплавки в машино­ строении чрезвычайно широка. Наплавка используется для по­ вышения твердости и износостойкости деталей машин, работаю­ щих с динамическими нагрузками (прокатных валков, штампов и матриц, натяжных колес, различного рода ножей, резцов и т.п.); в качестве антикоррозионных покрытий оборудования в нефтехи­ мической и атомной промышленности; в качестве промежуточ­ ных прослоек при сварке разнородных сталей и во многих других случаях. Наплавка может выполняться электрической, газовой и электронно-лучевой сваркой, плазменным нанесением в струе газа; кузнечной сваркой и прокаткой; сваркой взрывом и др.

В качестве материала наплавки в зависимости от назначения используются высоколегированные стальные сплавы, титан, медь, алюминий, чугун и т.д. Металлургические процессы, про­ текающие при наплавке в граничной зоне (зоне сплавления), из-за неравномерности нагрева соединяемых элементов значительно осложняют схему напряженного состояния в наплавленном слое. Вследствие этого в граничной зоне возникают не только дефекты типа несплавлений и включений, но и трещины различной мор­ фологии.

По этой причине для большинства изделий ответственного назначения ультразвуковой контроль наплавок является обяза­ тельным.

Наплавка может быть однородная, если выполняется мате­ риалами одной марки; и неоднородная (двойное покрытие), при выполнении которой для наплавки первого слоя используются материалы одной марки, а при выполнении второго и последую­ щих слоев - материалы другой марки.

Всвою очередь однородные наплавки подразделяются на од­ нослойные й многослойные.

Каждый вид наплавки имеет свою специфику формирования граничной зоны, в которой происходит перемешивание металла. При наплавке, выполненной электрической, плазменной или газо­ вой сваркой, толщина граничной зоны может измеряться несколь­ кими миллиметрами с довольно характерной текстурой и плавно изменяющимися химсоставом и акустическими свойствами.

Вбиметаллическом листе, раскатанном из сляба (брамы) с предварительно нанесенной толстой наплавкой, толщина гранич­

ной зоны всего 0,5...1,0 мм. В биметаллическом листе, изготов­ ленном путем сварки взрывом, граничный слой имеет характер­ ный волнистый профиль. В случае плакированного покрытия из стали 1Х18Н9Т параметры этого профиля - длина волны 0,7...2 мм, а высота гребней 0,5...0,8 мм.

Волнистая граница слоев биметалла сталь-титан имеет ам­ плитуду волн в пределах 0,1...0,3 мм и период 0,3...1,5 мм. На этой границе располагаются разобщенные участки интерме­ таллического соединения («белой фазы»), обладающие высокой твердостью (до 600... 1300 HV) и хрупкостью. В то же время мик­ ротвердость стали и титана не превышает 250 HV Кроме того, интерметаллическая зона загрязнена неметаллическими включе­ ниями и в ней встречаются поры. Участки «белой фазы» имеют акустический импеданс отличный от вмещающей среды и явля­ ются источником шумов.

Граничная зона наплавки бронзы на сталь (вкладыши под­ шипников) также характеризуется наличием между слоями ин­ терметаллических соединений с повышенной микротвердостью 200...250 HV, при микротвердости бронзы и стали не превышаю­ щих 100 HV. Йнтерметаллические включения с аномальными акустическими константами также характерны и в биметалле сталь-апюминиевый сплав (АМГ6).

Каждый вид и конструкция наплавки имеют свою специфику контроля.

Но общей особенностью для всех является наличие эхосигналов (шумов) из зоны наплавки вне зависимости от наличия или отсутствия несплошности. Одной из причин этого является различие акустических импедансов металла подложки и наплав­ ленного слоя, а также аномальных зон в граничном слое.

Образующийся при сварке взрывом периодический профиль граничного слоя, по существу, является дифракционной решет­ кой с характерной многолепестковой структурой рассеянного акустического поля (индикатрисой рассеяния).

Кроме того, большинство наплавленных материалов имеет высокий коэффициент затухания ультразвука.

Наличие акустических шумов от границы и неоднородность акустических свойств граничной зоны приводит к флуктуациям реальной чувствительности дефектоскопа, что снижает достовер­ ность контроля и определяет границу пороговой чувствительно­ сти контроля.