Ультразвуковой неразрушающий контроль

Ультразвуковой неразрушающий контроль (УНК) является обязательным в производстве и эксплуатации ответственных изделий, от надежности которых зависит безопасность и жизнь людей. Такую проверку проходят сварные соединения, аппараты высокого давления, части авиационных двигателей, железнодорожные рельсы, бетон, трубопроводы атомных реакторов и т. д. От других видов дефектоскопии ультразвуковой метод отличается большей точностью. Он не только выявляет широкий спектр дефектов, но и дает возможность получить точную информацию об их размерах, характеристиках и зонах размещения.

Преимущества ультразвукового контроля по сравнению с другими методами

• Низкие затраты на оборудование и диагностику.
• Высокая чувствительность к трещинам и непроварам.
• Безопасность для человека в отличие от радиографического контроля.
• Возможность проверки качества на производстве без нарушения технологического процесса.
• Выявление дефектов как в металлах, так и в неметаллах (в отличие от магнитного метода).

Принцип ультразвукового контроля (УЗК)

Суть метода заключается в том, что акустические колебания высокой частоты (ультразвук в 20 кГц) проникают в толщу материала и отклоняются при наличии неоднородностей (дефектов структуры). Показания, которые получены при ультразвуковой диагностике, дают точную информацию о характере нарушений. Например, время прохождения сигнала определяет расстояние до дефекта, а амплитуда акустического ответа – его примерный размер. Главным нормативом является национальный стандарт ГОСТ Р 55724-2013, в котором изложена классификация ультразвуковых способов диагностики сварных соединений и методика их проведения.

Классификация акустических методов

Количество задач по осуществлению ультразвукового контроля очень велико, поэтому и методики весьма разнообразны. Требования к проверке разных видов заготовок привели к тому, что были разработаны и внедрены различные направления ультразвуковой дефектоскопии, а также соответствующие приборы: интерферометры, толщинометры и т. д. Классификация акустических методов приведена в ГОСТ 23829-85. Согласно этому стандарту все виды УНК делятся на две группы:

• активные методы, в которых используется излучение и прием ультразвука;
• пассивные, которые только принимают акустические волны.

Различные виды ультразвуковой дефектоскопии указаны на рисунке ниже.

 

 

В практике чаще всего применяется импульсная методика, основанная как на прохождении УЗ-волн, так и на их отражении. Немного реже используют резонансный и импедансный способы, а также акустико-эмиссионный метод. Каждый вид УЗ-контроля заточен под определенные виды дефектов, что можно видеть в следующей таблице:

 

 

Основные методики УЗК

В промышленной сфере используют следующие методы ультразвукового неразрушающего контроля. Они отличаются способами, которыми получают информацию о дефектах и оценивают результаты акустических измерений.

Эхо-импульсный. В отличие от других способов он может применяться при одностороннем доступе к объекту. В ходе проведения диагностики на исследуемую зону направляется ультразвуковой сигнал, который после отражения от дефекта регистрируют. Одно и то же оборудование используется и как излучатель, и как приемник. Импульсный эхо-метод позволяет определить размеры, положение и тип дефекта.

Теневой. Он предполагает использование двух преобразователей, которые устанавливаются по обе стороны от проверяемой зоны. Один прибор формирует акустическую волну, а второй регистрирует отраженный сигнал. Контроль основывается на анализе того, насколько уменьшилась амплитуда излучения, прошедшего через зону с дефектом, то есть учитывает разницу между прямыми и отраженными колебаниями.

Эхо-зеркальный. Для него используется два аппарата, поэтому такая методика иногда называется тандемной. При анализе сравниваются параметры акустических сигналов, которые отражены от дефекта и от дна контролируемого объекта.

Зеркально-теневой. Такой метод предполагает двукратное или многократное прохождение акустического импульса через проверяемый объект. Анализируется изменение амплитуды ультразвукового сигнала, который отражен от донной поверхности. По результатам анализа делается вывод о наличии или отсутствии дефектов в контролируемой зоне.

Прохождения. Такая методика предусматривает установку контролируемого объекта на прямой линии между излучателем и приемником. Ультразвук однократно проходит через предмет и улавливается принимающим прибором. Параметры уловленных акустических волн анализируются. По результатам анализа делается вывод о наличии или отсутствии дефектов в проверенной зоне.

Акустико-эмиссионный. Данный ультразвуковой неразрушающий метод (АЭ) нормирован отдельным стандартом – ГОСТ Р 52727-2007. Он позволяет обнаружить развивающиеся или склонные к развитию дефекты, благодаря чему их можно классифицировать не по виду или размеру, а по степени опасности. АЭ-технология дает возможность контролировать весь объект с помощью одного или нескольких приборов, зафиксированных на его поверхности.

Резонансный, импедансный и метод свободных колебаний также входят в категорию ультразвукового неразрушающего контроля. Все они основаны на возбуждении упругих колебаний в объекте контроля и последующем анализе их параметров, но по различным методикам.

Основные средства УЗ-контроля

Ультразвуковые дефектоскопы. По области использования такое оборудование делится на две группы: общего и специального назначения. Приборы первого типа универсальны и используются для УЗ-контроля всех видов продукции. Специализированные же приборы заточены под решение отдельных узких задач. К наиболее востребованным УЗ-дефектоскопам относится универсальная многоканальная модель УД4-94-ОКО-01.

Ультразвуковые толщиномеры. Такие приборы применяют, если измерить толщину стенки по какой-то причине сложно. УЗ-толщинометрия используется в работе с замкнутыми емкостями или конструкциями с односторонним доступом. Современные приборы способны измерить толщину стенок в диапазоне 1−50 мм с очень высокой точностью, порядка одной тысячной миллиметра. По принципу действия УЗ-толщиномеры делятся на импульсные и резонансные. Последние применяются довольно редко, так как дают менее точные результаты измерений. Основной стандарт для данных приборов – ГОСТ Р 55614-2013, действующий на территории РФ.

Импедансные твердомеры и дефектоскопы. Приборы такого типа используются для контроля многослойных элементов. Они определяют места расслоений, пустот и других дефектов в различных конструкциях. Принцип контактного импеданса позволяет также измерить твердость изделий, если другим способом это сделать затруднительно, например при работе с сосудами давления, роторами турбин, промышленными полуфабрикатами.

Пьезоэлектрические преобразователи. Приборы выступают в паре с толщиномером или дефектоскопом как приемник и излучатель ультразвука. В работе такого преобразователя используется прямой или обратный пьезоэлектрический эффект. Основные требования к данной категории УЗ-устройств изложены в ГОСТ Р 55725-2013 и ГОСТ Р 55808-2013.

Помимо перечисленного оборудования при измерении методом ультразвукового неразрушающего контроля используются калибровочные (меры) и настроечные образцы.