Из большого многообразия методов акустического контроля (ГОСТ 23829-85) для дефектоскопирования наибольшее распространение получили (Рис 2.7.):

Эхо-метод;

Зеркальный;

• Зеркально-теневой;

  Дельта-метод.

Рис 2.7. Методы ультразвуковой дефектоскопии

Эхо-метод ультразвукового контроля

Эхо-метод ультразвуковой дефектоскопии основан на излучении в контролируемое изделие коротких зондирующих импульсов и регистрации эхо-сигнала, отраженного от дефекта. Временной интервал между зондирующим и эхо-импульсами пропорционален глубине залегания дефекта, а амплитуда, в определенных пределах, отражающей способности (размеру) дефекта.

К преимуществам эхо-метода относятся :

односторонний доступ к изделию;

относительно большая чувствительность к внутренним дефектам;

высокая точность определения координат дефектов.

К недостаткам эхо-метода можно отнести :

низкую помехоустойчивость к поверхностным отражателям;

резкую зависимость амплитуды эхо-сигнала от ориентации дефекта;

невозможность контроля качества акустическог контакта в процессе перемещения ПЭП, так как при о сутствии дефектов на выходе отсутствуют какие-либо сигналы.

Несмотря на указанные недостатки, эхо-метод является наиболее распространенным методом ультразвуковой дефектоскопии деталей подвижного состава. С помощью этого метода обнаруживают более 90% дефектов.

Отличительной особенностью метода является то, что при контроле изделий регистрируются и анализируются практически все сигналы, приходящие из изделия после излучения зондирующих колебаний.

Поэтому при контроле изделий с плоскопараллельными поверхностями возможен одновременный прием эхо-сигналов как от дефекта, так и от противоположной поверхности (рис. 2.8.). Причем временное положение эхо-сигнала от дефекта относительно зондирующего импульса пропорционально глубине h его залегания

где с – скорость распространения ультразвуковых колебаний в изделии

Рис. 2.8. Формирование эхо- и донного сигналов

Амплитуда эхо-импульса сложным образом зависит от величины дефекта, свойств его поверхности и его ориентации, а также затухания ультразвуковой волны в изделии и расстояния до дефекта

Естественно, интервал времени между зондирующим импульсом и эхо-сигналом от противоположной (донной) поверхности пропорционален высоте Н изделия.

Сигнал от противоположной поверхности может отсутствовать при следующих ситуациях:

донная поверхность не параллельна поверхность ввода ультразвуковых колебаний;

дефект имеет значительный размер, полностью перекрывающий звуковой пучок

высота (толщина) изделия настолько велика, что вследствие затухания ультразвуковых колебаний амплтуда эхо-сигнала от противоположной поверхности имеет очень малую величину.

Если дефект имеет протяженность, то его границы, определенные эхо-импульсным методом, также могут отличаться от истинных. В связи с этим в ультразвуковой дефектоскопии используют понятие условный размер дефекта.

Для обнаруженного эхо-импульсным методом дефекта можно измерить три условных размера:

условную ширину ΔХ ;

условную высоту ΔН ;

условный размер по длине изделия Δ L .

ГОСТ Р 55724-2013

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОНТРОЛЬ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ. СОЕДИНЕНИЯ СВАРНЫЕ

Методы ультразвуковые

Non-destructive testing. Welded joints. Ultrasonic methods

Дата введения 2015-07-01

Предисловие

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным предприятием "Научно-исследовательский институт мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта" (НИИ мостов), Государственным научным центром РФ "Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ"), Федеральным государственным автономным учреждением "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при Московском государственном техническом университете им.Н.Э.Баумана"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 371 "Неразрушающий контроль"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2013 г. N 1410-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2019 г.


Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации" . Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы ультразвукового контроля стыковых, угловых, нахлесточных и тавровых соединений с полным проваром корня шва, выполненных дуговой, электрошлаковой, газовой, газопрессовой, электронно-лучевой, лазерной и стыковой сваркой оплавлением или их комбинациями, в сварных изделиях из металлов и сплавов для выявления следующих несплошностей: трещин, непроваров, пор, неметаллических и металлических включений.

Настоящий стандарт не регламентирует методы определения реальных размеров, типа и формы выявленных несплошностей (дефектов) и не распространяется на контроль антикоррозионных наплавок.

Необходимость проведения и объем ультразвукового контроля, типы и размеры несплошностей (дефектов), подлежащих обнаружению, устанавливаются в стандартах или конструкторской документации на продукцию.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.001 Система стандартов безопасности труда. Ультразвук. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.003 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.004 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.2.003 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.002 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 2789 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 18353 * Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов
________________
* Утратил силу. Действует ГОСТ Р 56542-2015 .


ГОСТ 18576-96 Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые

ГОСТ Р 55725 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые пьезоэлектрические. Общие технические требования

ГОСТ Р 55808 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

3.1 В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.19 SKH-диаграмма: Графическое изображение зависимости коэффициента выявляемости от глубины залегания плоскодонного искусственного отражателя с учетом его размера и типа преобразователя.

3.1.20 браковочный уровень чувствительности: Уровень чувствительности, при котором принимается решение об отнесении выявленной несплошности к классу "дефект".

3.1.21 дифракционный способ: Способ ультразвукового контроля методом отражений, использующий раздельные излучающий и приемный преобразователи и основанный на приеме и анализе амплитудных и/или временных характеристик сигналов волн, дифрагированных на несплошности.

3.1.22 контрольный уровень чувствительности (уровень фиксации): Уровень чувствительности, при котором производят регистрацию несплошностей и оценку их допустимости по условным размерам и количеству.

3.1.23 опорный сигнал: Сигнал от искусственного или естественного отражателя в образце из материала с заданными свойствами или сигнал, прошедший контролируемое изделие, который используют при определении и настройке опорного уровня чувствительности и/или измеряемых характеристик несплошности.

3.1.24 опорный уровень чувствительности: Уровень чувствительности, при котором опорный сигнал имеет заданную высоту на экране дефектоскопа.

3.1.25 погрешность глубиномера: Погрешность измерения известного расстояния до отражателя.

3.1.26 поисковый уровень чувствительности: Уровень чувствительности, устанавливаемый при поиске несплошностей.

3.1.27 предельная чувствительность контроля эхо-методом: Чувствительность, характеризуемая минимальной эквивалентной площадью (в мм) отражателя, который еще обнаруживается на заданной глубине в изделии при данной настройке аппаратуры.

3.1.28 угол ввода: Угол между нормалью к поверхности, на которой установлен преобразователь, и линией, соединяющей центр цилиндрического отражателя с точкой выхода луча при установке преобразователя в положение, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя наибольшая.

3.1.29 условный размер (протяженность, ширина, высота) дефекта: Размер в миллиметрах, соответствующий зоне между крайними положениями преобразователя, в пределах которой фиксируют сигнал от несплошности при заданном уровне чувствительности.

3.1.30 условное расстояние между несплошностями: Минимальное расстояние между положениями преобразователя, при которых амплитуды эхо-сигналов от несплошностей фиксируются при заданном уровне чувствительности.

3.1.31 условная чувствительность контроля эхо-методом: Чувствительность, которую определяют по мере СО-2 (или СО-3Р) и выражают разностью в децибелах между показанием аттенюатора (калиброванного усилителя) при данной настройке дефектоскопа и показанием, соответствующим максимальному ослаблению (усилению), при котором цилиндрическое отверстие диаметром 6 мм на глубине 44 мм фиксируется индикаторами дефектоскопа.

3.1.32 шаг сканирования: Расстояние между соседними траекториями перемещения точки выхода луча преобразователя на поверхности контролируемого объекта.

3.1.33 эквивалентная площадь несплошности: Площадь плоскодонного искусственного отражателя, ориентированного перпендикулярно акустической оси преобразователя и расположенного на том же расстоянии от поверхности ввода, что и несплошность, при которой значения сигнала акустического прибора от несплошности и отражателя равны.

3.1.34 эквивалентная чувствительность: Чувствительность, выражаемая разностью в децибелах между значением усиления при данной настройке дефектоскопа и значением усиления, при котором амплитуда эхо-сигнала от эталонного отражателя достигает заданного значения по оси ординат развертки типа A.

4 Обозначения и сокращения

4.1 В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

И - излучатель;

П - приемник;

Условная высота дефекта;

Условная протяженность дефекта;

Условное расстояние между дефектами;

Условная ширина дефекта;

Чувствительность предельная;

Шаг поперечного сканирования;

Шаг продольного сканирования.

4.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

БЦО - боковое цилиндрическое отверстие;

НО - настроечный образец;

ПЭП - пьезоэлектрический преобразователь;

УЗ - ультразвук (ультразвуковой);

УЗК - ультразвуковой контроль;

ЭМАП - электромагнитоакустический преобразователь.

5 Общие положения

5.1 При УЗК сварных соединений применяют методы отраженного излучения и прошедшего излучения по ГОСТ 18353 , а также их сочетания, реализуемые способами (вариантами методов), схемами прозвучивания, регламентированными настоящим стандартом.

5.2 При УЗК сварных соединений используют следующие типы УЗ волн: продольные, поперечные, поверхностные, продольные подповерхностные (головные).

5.3 Для УЗК сварных соединений используют следующие средства контроля:

- УЗ импульсный дефектоскоп или аппаратно-программный комплекс (далее - дефектоскоп);

- преобразователи (ПЭП, ЭМАП) по ГОСТ Р 55725 или нестандартизированные преобразователи (в том числе - многоэлементные), аттестованные (калиброванные) с учетом требований ГОСТ Р 55725 ;

- меры и/или НО для настройки и проверки параметров дефектоскопа.

Дополнительно могут быть использованы вспомогательные приспособления и устройства для соблюдения параметров сканирования, измерения характеристик выявленных дефектов, оценки шероховатости и др.

5.4 Дефектоскопы с преобразователями, меры, НО, вспомогательные приспособления и устройства, используемые для УЗК сварных соединений, должны обеспечивать возможность реализации методов и способов УЗК из числа содержащихся в настоящем стандарте.

5.5 Средства измерений (дефектоскопы с преобразователями, меры и др.), используемые для УЗК сварных соединений, подлежат метрологическому обеспечению (контролю) в соответствии с действующим законодательством.

5.6 Технологическая документация на УЗК сварных соединений должна регламентировать: типы контролируемых сварных соединений и требования к их контролепригодности; требования к квалификации персонала, выполняющего УЗК и оценку качества; необходимость УЗК околошовной зоны, ее размеры, методику контроля и требования к качеству; зоны контроля, типы и характеристики дефектов, подлежащих выявлению; методы контроля, типы применяемых средств и вспомогательного оборудования для контроля; значения основных параметров контроля и методики их настройки; последовательность проведения операций; способы интерпретации и регистрации результатов; критерии оценки качества объектов по результатам УЗК.

6 Способы контроля, схемы прозвучивания и способы сканирования сварных соединений

6.1 Способы контроля

При УЗК сварных соединений применяют следующие способы (варианты методов) контроля: эхо-импульсный, зеркально-теневой, эхо-теневой, эхо-зеркальный, дифракционный, дельта (рисунки 1-6).

Допускается применение других способов УЗК сварных соединений, достоверность которых подтверждена теоретически и экспериментально

Способы УЗК реализуют с помощью преобразователей, включенных по совмещенной или раздельной схемам.

Рисунок 1 - Эхо-импульсный

Рисунок 2 - Зеркально-теневой

Рисунок 3 - Эхо-теневой прямым (а) и наклонными (б) ПЭП

Рисунок 4 - Эхо-зеркальный

Рисунок 5 - Дифракционный

Рисунок 6 - Варианты дельта-метода

6.2 Схемы прозвучивания различных типов сварных соединений

6.2.1 УЗК стыковых сварных соединений выполняют прямыми и наклонными преобразователями с использованием схем прозвучивания прямым, однократно-отраженным, двукратно-отраженным лучами (рисунки 7-9).

Допускается применять другие схемы прозвучивания, приведенные в технологической документации на контроль.

Рисунок 7 - Схема прозвучивания стыкового сварного соединения прямым лучом

Рисунок 8 - Схема прозвучивания стыкового сварного соединения однократно-отраженным лучом

Рисунок 9 - Схема прозвучивания стыкового сварного соединения двукратно-отраженным лучом

6.2.2 УЗК тавровых сварных соединений выполняют прямыми и наклонными преобразователями с использованием схем прозвучивания прямым и (или) однократно-отраженным лучами (рисунки 10-12).

Примечание - На рисунках символом обозначено направление прозвучивания наклонным ПЭП "от наблюдателя". При данных схемах аналогично выполняют прозвучивание и в направлении "к наблюдателю".

Рисунок 10 - Схемы прозвучивания таврового сварного соединения прямым (а) и однократно-отраженным (б) лучами

Рисунок 11 - Схемы прозвучивания таврового сварного соединения прямым лучом

Рисунок 12 - Схема прозвучивания таврового сварного соединения наклонными преобразователями по раздельной схеме (Н-непровар)

6.2.3 УЗК угловых сварных соединений выполняют прямыми и наклонными преобразователями с использованием схем прозвучивания прямым и (или) однократно-отраженным лучами (рисунки 13-15).

Допускается применять другие схемы, приведенные в технологической документации на контроль.

Рисунок 13 - Схема прозвучивания углового сварного соединения совмещенными наклонными и прямым преобразователями

Рисунок 14 - Схема прозвучивания углового сварного соединения при двустороннем доступе совмещенными наклонными и прямым преобразователями, преобразователями подповерхностных (головных) волн

Рисунок 15 - Схема прозвучивания углового сварного соединения при одностороннем доступе совмещенными наклонными и прямым преобразователями, преобразователями подповерхностных (головных) волн

6.2.4 УЗК нахлесточных сварных соединений выполняют наклонными преобразователями с использованием схем прозвучивания, приведенных на рисунке 16.

Рисунок 16 - Схема прозвучивания нахлесточного сварного соединения по совмещенной (а) или раздельной (б) схемам

6.2.5 УЗК сварных соединений с целью выявления поперечных трещин (в том числе, в соединениях со снятым валиком шва), выполняют наклонными преобразователями с использованием схем прозвучивания, приведенных на рисунках 13, 14, 17.

Рисунок 17 - Схема прозвучивания стыковых сварных соединений при контроле для поиска поперечных трещин: а) - со снятым валиком шва; б) - с неудаленным валиком шва

6.2.6 УЗК сварных соединений с целью выявления несплошностей, залегающих вблизи поверхности, по которой производится сканирование, выполняют продольными подповерхностными (головными) волнами или поверхностными волнами (например, рисунки 14, 15).

6.2.7 УЗК стыковых сварных соединений в местах пересечений швов выполняют наклонными преобразователями с использованием схем прозвучивания, приведенных на рисунке 18.

Рисунок 18 - Схемы прозвучивания мест пересечений стыковых сварных соединений

6.3 Способы сканирования

6.3.1 Сканирование сварного соединения выполняют по способу продольного и (или) поперечного перемещения преобразователя при постоянных или изменяющихся углах ввода и разворота луча. Способ сканирования, направление прозвучивания, поверхности, с которых ведется прозвучивание, должны быть установлены с учетом назначения и контролепригодности соединения в технологической документации на контроль.

6.3.2 При УЗК сварных соединений применяют способы поперечно-продольного (рисунок 19) или продольно-поперечного (рисунок 20) сканирования. Допускается также применять способ сканирования качающимся лучом (рисунок 21).

Рисунок 19 - Варианты способа поперечно-продольного сканирования

Рисунок 20 - Способ поперечно-продольного сканирования

Рисунок 21 - Способ сканирования качающимся лучом

7 Требования к средствам контроля

7.1 Дефектоскопы, используемые для УЗК сварных соединений, должны обеспечивать регулировку усиления (ослабления) амплитуд сигналов, измерение отношения амплитуд сигналов во всем диапазоне регулировки усиления (ослабления), измерение расстояния, пройденного ультразвуковым импульсом в объекте контроля до отражающей поверхности, и координат расположения отражающей поверхности относительно точки выхода луча.

7.2 Преобразователи, используемые совместно с дефектоскопами для УЗК сварных соединений, должны обеспечивать:

- отклонение рабочей частоты УЗ колебаний, излучаемых преобразователями, от номинального значения - не более 20% (для частот не более 1,25 МГц), не более 10% (для частот свыше 1,25 МГц);

- отклонение угла ввода луча от номинального значения - не более ±2°;

- отклонение точки выхода луча от положения соответствующей метки на преобразователе - не более ±1 мм.

Форма и размеры преобразователя, значения стрелы наклонного преобразователя и среднего пути УЗ в призме (протекторе) должны соответствовать требованиям технологической документации на контроль.

7.3 Меры и настроечные образцы

7.3.1 При УЗК сварных соединений применяют меры и/или НО, области применения и условия поверки (калибровки) которых указаны в технологической документации на УЗК.

7.3.2 Меры (калибровочные образцы), используемые при УЗК сварных соединений, должны иметь метрологические характеристики, обеспечивающие повторяемость и воспроизводимость измерений амплитуд эхо-сигналов и временных интервалов между эхо-сигналами, по которым выполняется настройка и проверка основных параметров УЗК, регламентированных технологической документацией на УЗК.

В качестве мер для настройки и проверки основных параметров УЗК преобразователями с плоской рабочей поверхностью на частоту 1,25 МГц и более можно использовать образцы СО-2, СО-3, или СО-3Р по ГОСТ 18576 , требования к которым приведены в приложении A.

7.3.3 НО, используемые при УЗК сварных соединений, должны обеспечивать возможность настройки временных интервалов и значений чувствительности, заданных в технологической документации на УЗК, и иметь паспорт, содержащий значения геометрических параметров и соотношения амплитуд эхо-сигналов от отражателей в НО и мерах, а также идентификационные данные мер, использованных при аттестации.

В качестве НО для настройки и проверки основных параметров УЗК используют образцы с плоскодонными отражателями, а также образцы с БЦО, сегментными или угловыми отражателями.

Допускается также использовать в качестве НО калибровочные образцы V1 по ISO 2400:2012, V2 по ISO 7963:2006 (приложение Б) или их модификации, а также образцы, изготовленные из объектов контроля, с конструктивными отражателями или альтернативными отражателями произвольной формы.

8 Подготовка к контролю

8.1 Сварное соединение подготавливают к УЗК при отсутствии в соединении наружных дефектов. Форма и размеры околошовной зоны должны позволять перемещать преобразователь в пределах, обусловленных степенью контролепригодности соединения (приложение В).

8.2 Поверхность соединения, по которой перемещают преобразователь, не должна иметь вмятин и неровностей, с поверхности должны быть удалены брызги металла, отслаивающиеся окалина и краска, загрязнения.

При механической обработке соединения, предусмотренной технологическим процессом на изготовление сварной конструкции, шероховатость поверхности должна быть не хуже 40 мкм по ГОСТ 2789 .

Требования к подготовке поверхности, допустимой шероховатости и волнистости, способам их измерения (при необходимости), а также наличию неотслаивающейся окалины, краски и загрязнений поверхности объекта контроля указывают в технологической документации на контроль.

8.3 Неразрушающий контроль околошовной зоны основного металла на отсутствие расслоений, препятствующих проведению УЗК наклонным преобразователем, выполняют в соответствии с требованиями технологической документации.

8.4 Сварное соединение следует маркировать и разделять на участки так, чтобы однозначно устанавливать место расположения дефекта по длине шва.

8.5 Трубы и резервуары перед контролем отраженным лучом должны быть освобождены от жидкости.

Допускается контролировать трубы, резервуары, корпуса кораблей с жидкостью под донной поверхностью по методикам, регламентированным технологической документацией на контроль.

8.6 Основные параметры контроля:

а) частота ультразвуковых колебаний;

б) чувствительность;

в) положение точки выхода луча (стрела) преобразователя;

г) угол ввода луча в металл;

д) погрешность измерения координат или погрешность глубиномера;

е) мертвая зона;

ж) разрешающая способность;

и) угол раскрытия диаграммы направленности в плоскости падения волны;

к) шаг сканирования.

8.7 Частоту ультразвуковых колебаний следует измерять как эффективную частоту эхо-импульса по ГОСТ Р 55808 .

8.8 Основные параметры по перечислениям б)-и) 8.6 следует настраивать (проверять) по мерам или НО.

8.8.1 Условную чувствительность при эхо-импульсном УЗК следует настраивать по мерам СО-2 или СО-3Р в децибелах.

Условную чувствительность при зеркально-теневом УЗК следует настраивать на бездефектном участке сварного соединения или на НО в соответствии с ГОСТ 18576 .

8.8.2 Предельную чувствительность при эхо-импульсном УЗК следует настраивать по площади плоскодонного отражателя в НО или по АРД, SKH - диаграммам.

Допускается вместо НО с плоскодонным отражателем применять НО с сегментными, угловыми отражателями, БЦО или другими отражателями. Способ настройки предельной чувствительности по таким образцам должен быть регламентирован в технологической документации на УЗК. При этом для НО с сегментным отражателем

где - площадь сегментного отражателя;

а для НО с угловым отражателем

где - площадь углового отражателя;

- коэффициент, значения которого для стали, алюминия и его сплавов, титана и его сплавов приведены на рисунке 22.

При применении АРД, SKH-диаграмм в качестве опорного сигнала используют эхо-сигналы от отражателей в мерах СО-2, СО-3, а также от донной поверхности или двугранного угла в контролируемом изделии или в НО.

Рисунок 22 - График определения поправки к предельной чувствительности при использовании углового отражателя

8.8.3 Эквивалентную чувствительность при эхо-импульсном УЗК следует настраивать по НО с учетом требований 7.3.3.

8.8.4 При настройке чувствительности следует вводить поправку, учитывающую различие состояния поверхностей меры или НО и контролируемого соединения (шероховатость, наличие покрытий, кривизна). Способы определения поправок должны быть указаны в технологической документации на контроль.

8.8.5 Угол ввода луча следует измерять по мерам или НО при температуре окружающего воздуха, соответствующей температуре контроля.

Угол ввода луча при контроле сварных соединений толщиной более 100 мм определяют в соответствии с технологической документацией на контроль.

8.8.6 Погрешность измерения координат или погрешность глубиномера, мертвую зону, угол раскрытия диаграммы направленности в плоскости падения волны следует измерять по мерам СО-2, СО-3Р или НО.

9 Проведение контроля

9.1 Прозвучивание сварного соединения выполняют по схемам и способам, приведенным в разделе 6.

9.2 Акустический контакт ПЭП с контролируемым металлом следует создавать контактным, или иммерсионным, или щелевым способами ввода УЗ колебаний.

9.3 Шаги сканирования , определяют с учетом заданного превышения поискового уровня чувствительности над контрольным уровнем чувствительности, диаграммы направленности преобразователя и толщины контролируемого сварного соединения, при этом шаг сканирования должен быть не более половины размера активного элемента ПЭП в направлении шага.

9.4 При проведении УЗК используют следующие уровни чувствительности: опорный уровень; контрольный уровень; браковочный уровень; поисковый уровень.

Количественная разница между уровнями чувствительности должна быть регламентирована технологической документацией на контроль.

9.5 Скорость сканирования при ручном УЗК не должна превышать 150 мм/с.

9.6 Для обнаружения дефектов, расположенных у торцов соединения, следует дополнительно прозвучивать зону у каждого торца, постепенно поворачивая преобразователь в сторону торца на угол до 45°.

9.7 При УЗК сварных соединений изделий, диаметр которых менее 800 мм, настройку зоны контроля следует проводить по искусственным отражателям, выполненным в НО, имеющим ту же толщину и радиус кривизны, что и контролируемое изделие. Допустимое отклонение по радиусу образца - не более 10% номинального значения. При сканировании по наружной или внутренней поверхности с радиусом кривизны менее 400 мм, призмы наклонных ПЭП должны соответствовать поверхности (быть притерты). При контроле РС ПЭП и прямым ПЭП следует применять специальные насадки, обеспечивающие постоянную ориентацию ПЭП перпендикулярно к поверхности сканирования.

Обработку (притирку) ПЭП необходимо производить в приспособлении, исключающем перекос ПЭП относительно нормали к поверхности ввода.

Особенности настройки основных параметров и проведения контроля изделий цилиндрической формы указывают в технологической документации на УЗК.

9.8 Этап сканирования при механизированном или автоматизированном УЗК с помощью специальных устройств сканирования следует выполнять с учетом рекомендаций Руководств по эксплуатации оборудования.

10 Измерение характеристик дефектов и оценка качества

10.1 Основными измеряемыми характеристиками выявленной несплошности являются:

- соотношение амплитудной и/или временной характеристики принятого сигнала и соответствующей характеристики опорного сигнала;

- эквивалентная площадь несплошности;

- координаты несплошности в сварном соединении;

- условные размеры несплошности;

- условное расстояние между несплошностями;

- количество несплошностей на определенной длине соединения.

Измеряемые характеристики, используемые для оценки качества конкретных соединений, должны быть регламентированы технологической документацией на контроль.

10.2 Эквивалентную площадь определяют по максимальной амплитуде эхо-сигнала от несплошности путем сравнения ее с амплитудой эхо-сигнала от отражателя в НО или путем использования расчетных диаграмм при условии сходимости их с экспериментальными данными не менее 20%.

10.3 В качестве условных размеров выявленной несплошности могут быть использованы: условная протяженность ; условная ширина ; условная высота (рисунок 23).

Условную протяженность измеряют длиной зоны между крайними положениями преобразователя, перемещаемого вдоль шва и ориентированного перпендикулярно к оси шва.

Условную ширину измеряют длиной зоны между крайними положениями преобразователя, перемещаемого в плоскости падения луча.

Условную высоту определяют как разность измеренных значений глубины расположения несплошности в крайних положениях преобразователя, перемещаемого в плоскости падения луча.

10.4 При измерении условных размеров , , за крайние положения преобразователя принимают такие, при которых амплитуда эхо-сигнала от выявляемой несплошности или составляет 0,5 от максимального значения (относительный уровень измерений - 0,5), или соответствует заданному уровню чувствительности.

Допускается выполнять измерение условных размеров несплошностей при значениях относительного уровня измерений от 0,8 до 0,1, если это указано в технологической документации на УЗК.

Условную ширину и условную высоту протяженной несплошности измеряют в сечении соединения, где эхо-сигнал от несплошности имеет наибольшую амплитуду, а также в сечениях, расположенных на расстояниях, указанных в технологической документации на контроль.

Рисунок 23 - Измерение условных размеров дефектов

10.5 Условное расстояние между несплошностями измеряют по расстоянию между крайними положениями преобразователя. При этом крайние положения задаются в зависимости от протяженности несплошностей:

- для компактной несплошности (, где - условная протяженность ненаправленного отражателя, залегающего на той же глубине, что и несплошность) за крайнее принимают положение преобразователя, при котором амплитуда эхо-сигнала максимальна;

- для протяженной несплошности () за крайнее принимают положение преобразователя, при котором амплитуда эхо-сигнала соответствует заданному уровню чувствительности.

10.6 Не соответствуют требованиям УЗК сварные соединения, в которых измеренное значение хотя бы одной характеристики выявленного дефекта больше браковочного значения этой характеристики, заданного в технологической документации.

11 Оформление результатов контроля

11.1 Результаты УЗК должны быть отражены в рабочей, учетной и приемо-сдаточной документации, перечень и формы которой принимаются в установленном порядке. Документация должна содержать сведения:

- о типе контролируемого соединения, индексах, присвоенных изделию и сварному соединению, расположении и длине участка, подлежащего УЗК;

- технологической документации, в соответствии с которой выполняется УЗК и оцениваются его результаты;

- дате контроля;

- идентификационных данных дефектоскописта;

- типе и заводском номере дефектоскопа, преобразователей, мер, НО;

- непроконтролированных или неполностью проконтролированных участках, подлежащих УЗК;

- результатах УЗК.

11.2 Дополнительные сведения, подлежащие записи, порядок оформления и хранения журнала (заключений, а также форма представления результатов контроля заказчику) должны быть регламентированы технологической документацией на УЗК.

11.3 Необходимость сокращенной записи результатов контроля, применяемые обозначения и порядок их записи должны быть регламентированы технологической документацией на УЗК. Для сокращенной записи могут применяться обозначения по приложению Г.

12 Требования безопасности

12.1 При проведении работ по ультразвуковому контролю продукции дефектоскопист должен руководствоваться ГОСТ 12.1.001 , ГОСТ 12.2.003 , ГОСТ 12.3.002 , правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и правилами технической безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей , утвержденными Ростехнадзором.

12.2 При выполнении контроля должны соблюдаться требования и требования безопасности, изложенные в технической документации на применяемую аппаратуру, утвержденной в установленном порядке.

12.3 Уровни шума, создаваемого на рабочем месте дефектоскописта, не должны превышать допустимых по ГОСТ 12.1.003 .

12.4 При организации работ по контролю должны соблюдаться требования пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 .

Приложение А (обязательное). Меры СО-2, СО-3, СО-3Р для проверки (настройки) основных параметров ультразвукового контроля

Приложение А
(обязательное)

А.1 Меры СО-2 (рисунок А.1), СО-3 (рисунок А.2), СО-3Р по ГОСТ 18576 (рисунок А.3) следует изготавливать из стали марки 20 и применять для измерения (настройки) и проверки основных параметров аппаратуры и контроля преобразователями с плоской рабочей поверхностью на частоту 1,25 МГц и более.

Рисунок А.1 - Эскиз меры СО-2

Рисунок А.2 - Эскиз меры СО-3

Рисунок А.3 - Эскиз меры СО-3Р

А.2 Меру СО-2 следует применять для настройки условной чувствительности, а также для проверки мертвой зоны, погрешности глубиномера, угла ввода луча, угла раскрытия основного лепестка диаграммы направленности в плоскости падения и определения предельной чувствительности при контроле соединений из сталей.

А.3 При контроле соединений из металлов, отличающихся по акустическим характеристикам от углеродистой и низколегированной сталей (по скорости распространения продольной волны более чем на 5%) для определения угла ввода луча, угла раскрытия основного лепестка диаграммы направленности, мертвой зоны, а также предельной чувствительности должен применяться НО СО-2А, выполненный из контролируемого материала.

А.4 Меру СО-3 следует применять для определения точки выхода луча и стрелы преобразователя.

А.5 Меру СО-3Р следует применять для определения и настройки основных параметров, перечисленных в 8.8 для мер СО-2 и СО-3.

Приложение Б (справочное). Настроечные образцы для проверки (настройки) основных параметров ультразвукового контроля

Приложение Б
(справочное)

Б.1 НО с плоскодонным отражателем представляет собой металлический блок, изготовленный из контролируемого материала, в котором выполнен плоскодонный отражатель, ориентированный перпендикулярно акустической оси преобразователя. Глубина расположения плоскодонного отражателя должна соответствовать требованиям технологической документации.

1 - дно отверстия; 2 - преобразователь; 3 - блок из контролируемого металла; 4 - акустическая ось

Рисунок Б.1 - Эскиз НО с плоскодонным отражателем

Б.2 НО V1 по ISO 2400:2012 представляет собой металлический блок (рисунок Б.1) из углеродистой стали, в который запрессован цилиндр диаметром 50 мм, изготовленный из оргстекла.

НО V1 применяют для настройки параметров развертки дефектоскопа и глубиномера, настройки уровней чувствительности, а также для оценки мертвой зоны, разрешающей способности, определения точки выхода луча, стрелы и угла ввода преобразователя.

Б.3 НО V2 по ISO 7963:2006 изготавливают из углеродистой стали (рисунок Б.2) и применяют для настройки глубиномера, настройки уровней чувствительности, определения точки выхода луча, стрелы и угла ввода преобразователя.

Рисунок Б.2 - Эскиз НО V1

Рисунок Б.3 - Эскиз НО V2

Приложение В (рекомендуемое). Степени контролепригодности сварных соединений

Для швов сварных соединений устанавливаются следующие степени контролепригодности в порядке ее снижения:

1 - акустическая ось пересекает каждый элемент (точку) контролируемого сечения как минимум с двух направлений, в зависимости от требований технологической документации;

2 - акустическая ось пересекает каждый элемент (точку) контролируемого сечения с одного направления;

3 - имеются элементы контролируемого сечения, которые при регламентированной схеме прозвучивания акустическая ось диаграммы направленности не пересекает ни по одному из направлений. При этом площадь непрозвучиваемых участков не превышает 20% общей площади контролируемого сечения и они находятся только в подповерхностной части сварного соединения.

Направления считаются разными, если угол между акустическими осями - не менее 15°.

Любая степень контролепригодности, кроме 1, устанавливается в технологической документации на контроль.

При сокращенном описании результатов контроля следует каждый дефект или группу дефектов указывать отдельно и обозначать буквой:

- буквой, определяющей качественно оценку допустимости дефекта по эквивалентной площади (амплитуде эхо-сигнала - А или Д) и условной протяженности (Б);

- буквой, определяющей качественно условную протяженность дефекта, если она измерена в соответствии с 10.3 (Г или Е);

- буквой, определяющей конфигурацию (объемный - Ш, плоскостной - П) дефекта, если она установлена;

- цифрой, определяющей эквивалентную площадь выявленного дефекта, мм, если она измерялась;

- цифрой, определяющей наибольшую глубину залегания дефекта, мм;

- цифрой, определяющей условную протяженность дефекта, мм;

- цифрой, определяющей условную ширину дефекта, мм;

- цифрой, определяющей условную высоту дефекта, мм или мкс*.
________________
* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.


Для сокращенной записи должны применяться следующие обозначения:

А - дефект, эквивалентная площадь (амплитуда эхо-сигнала) и условная протяженность которого равны или менее допустимых значений;

Д - дефект, эквивалентная площадь (амплитуда эхо-сигнала) которого превышает допустимое значение;

Б - дефект, условная протяженность которого превышает допустимое значение;

Г - дефект, условная протяженность которого ;

Е - дефект, условная протяженность которого ;

В - группа дефектов, отстоящих друг от друга на расстояниях ;

Т - дефект, который при расположении преобразователя под углом менее 40° к оси шва вызывает появление эхо-сигнала, превышающего амплитуду эхо-сигнала при расположении преобразователя перпендикулярно к оси шва, на величину, указанную в технической документации на контроль, утвержденной в установленном порядке.

Условную протяженность для дефектов типов Г и Т не указывают.

В сокращенной записи числовые значения отделяют друг от друга и от буквенных обозначений дефисом.

Библиография

УДК 621.791.053:620.169.16:006.354
Ключевые слова: контроль неразрушающий, швы сварные, методы ультразвуковые

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2019

Одним из основных методов неразрушающего контроля является ультразвуковой метод контроля (УЗК ). Впервые осуществить неразрушающий контроль ультразвуковой волной пытались еще в 1930 году. А уже спустя 20 лет ультразвуковой контроль качества сварных соединений приобрел наибольшую популярность, по сравнению с другими методами контроля качества сварки. Кроме того, для некоторых изделий он стал обязательным.

Суть ультразвукового метода заключается в излучении в изделие и последующем принятии отраженных ультразвуковых колебаний с помощью специального оборудования – ультразвукового дефектоскопа и пьезоэлектропреобразовател-я(-ей) и дальнейшем анализе полученных данных с целью определения наличия дефектов, а также их эквивалентного размера, формы (объемный/плоскостной), вида (точечный/протяженный), глубины залегания и пр.

Параметры выявленных дефектов определяются с помощью ультразвуковых дефектоскопов. Так например, п о времени распространения ультразвука в изделии (если известна скорость ультразвука скорость распространения ультразвуковых волн в различных материалах) в данном металле) определяют расстояние до дефекта, а по амплитуде отраженного импульса – его относительный размер.

Для проведения ультразвукового контроля в зависимости от конкретных условий (марки материала, его толщины, геометрических особенностей поверхностей контроля, минимально выявляемых размеров дефектов и др.) имеется достаточно широкий ассортимент средств контроля.

На сегодняшний день существует пять основных методов УЗК : теневой, зеркально-теневой, зеркальный, дельта-метод и эхо-метод. В промышленности ультразвуковой контроль металла проводят, как правило, в диапазоне ультразвуковых волн от 0,5 МГц до 10 МГц. В отдельных случаях неразрушающий контроль сварных швов проводится ультразвуковыми волнами с частотой до 20 МГц, что позволяет выявлять очень небольшие дефекты. Ультразвук низких частот применяют при: работе с объектами большой толщины (ультразвуковой контроль отливок, поковок, сварных соединений выполненных электрошлаковой сваркой); контроле металлов, имеющих крупнозернистую структуру (чугун, медь, аустенитные стали) и большое затухание – “плохо проводят ультразвук”.

К главным преимуществам ультразвукового контроля качества металлов и сварных соединений относятся:

• высокая точность и скорость исследования, а также его низкая стоимость;
• безопасность для человека (в отличие, к примеру, от рентгеновской дефектоскопии;
• высокая мобильность вследствие применения портативных ультразвуковых дефектоскопов;
• возможность проведения ультразвукового контроля (в отдельных случаях) на действующем объекте, т.е. на время проведения УЗК не требуется выведения контролируемой детали/объекта из эксплуатации.
• при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается;

К основным недостаткам УЗК относятся:

• при ультразвуковой дефектоскопии невозможно дать ответ на вопрос о реальных размерах дефекта, т.к. размер дефекта определяется его отражательной способностью и поэтому по результатам контроля дается эквивалентный размер дефекта (например: имеющиеся в изделии два реальные дефекта одного размера и формы, расположенные на одной глубине, но один из которых заполнен воздухом, а другой шлаком будут давать отраженные импульсы различной амплитуды и, соответственно оценены как дефекты, имеющие различные размеры). Следует отметить, что, некоторые дефекты в силу их характера, формы или расположения в объекте контроля практически невозможно выявить ультразвуковым методом. Кроме того, затруднителен контроль деталей небольшой размера и толщины, а также деталей, имеющих сложную форму с криволинейными и сферическими поверхностями малого радиуса. Кроме того, при проведении ультразвукового контроля в отличие от радиографического, как правило, невозможно однозначно охарактеризовать дефект (шлаковое включение, пора, вольфрамовое включение и др.);
• трудности при ультразвуковом контроле металлов с крупнозернистой структурой, из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука.
• подготовка поверхности контроля к контролю, для ввода ультразвуковых волн в металл, а именно: очистка поверхности контроля от загрязнений, отслаивающейся окалины, ржавчины, брызг расплавленного металла и др. и создание необходимой шероховатости поверхности не хуже Rz 40 и волнистости не более 0,015, т.к. даже небольшой воздушный зазор между пьезоэлектропреобразователем (ПЭП) пьезоэлектропреобразователи для проведения ультразвукового контроля) и изделием может стать неодолимой преградой для распространения ультразвуковых волн;
• необходимость нанесения на контролируемый участок изделия после его зачистки непосредственно перед выполнением контроля контактных жидкостей (специальные гели, глицерин, машинное масло, и др.) для обеспечения стабильного акустического контакта;

Ультразвуковой Контроль

наряду с другими физическими методами (рентгенографический контроль, капиллярный контроль, магнитно-порошковый контроль) является надежным и высокоэффективным средством для выявления возможных дефектов. Требует наличия специально подготовленных специалистов, специализированного оборудования и вспомогательных средств контроля, и, кроме того, предъявляет особые требования к подготовке поверхности изделия под контроль.

Некоторые производители в целях экономии или некомпетентности игнорируют проведение неразрушающего контроля продукции или вспоминают о нём только на последней стадии - уже непосредственно перед сдачей объекта (а это приводит к дополнительной потери времени и непредусмотренным расходам), когда контроль бывает технически неосуществим. Подобное отношение к контролю качества чаще всего приводит к аварийным ситуациям в процессе эксплуатации и способно привести даже техногенным катастрофам.

Обращайтесь к нам вовремя!

Наша лаборатория неразрушающего контроля качественно выполнит ультразвуковой контроль сварных швов, основного металла , проведет толщинометрию (измерение толщины стенки) трубопроводов, емкостей, сосудов и металлоконструкций различного назначения.

Ультразвуковой метод контроля был предложен советским физиком С.Я. Соколовым в 1928 году и в настоящее время является одним из основных методов неразрушающего контроля. Методы ультразвуковой дефектоскопии позволяют производить контроль сварных соединений, сосудов и аппаратов высокого давления, трубопроводов, поковок, листового проката и другой продукции. Ультразвуковой контроль является обязательной процедурой при изготовлении и эксплуатации многих ответственных изделий, таких как части авиационных двигателей, трубопроводы атомных реакторов или железнодорожные рельсы.

По сравнению с другими методами неразрушающего контроля ультразвуковой метод обладает важными преимуществами:

• высокая чувствительность к наиболее опасным дефектам типа трещин и непроваров
• низкая стоимость
• безопасность для человека (в отличие от рентгеновской дефектоскопии)
• возможностью вести контроль непосредственно на рабочих местах без нарушения технологического процесса
• при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается
• возможность проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов.

К недостаткам ультразвукового метода контроля можно отнести невозможность оценки реального размера и характера дефекта, трудности при контроле металлов с крупнозернистой структурой из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука, а также повышенные требования к состоянию поверхности контроля по шероховатости и волнистости. Согласно РД 03-606-03 максимально допустимая шероховатость при ультразвуковом контроле составляет Ra 6,3 / Rz 40

Сущность ультразвукового метода неразрушающего контроля (видео ИКБ Градиент)

Многообразие задач, возникающих при необходимости проведения неразрушающего контроля различных изделий, привело к разработке и использованию ряда различных акустических методов контроля. Согласно акустические методы контроля делятся на 2 большие группы: использующие излучение и приём акустических колебаний и волн (активные методы) и основанные только на приёме колебаний и волн (пассивные методы).

Методы	Описание
Методы прохождения	выявляют глубинные дефекты типа нарушения сплошности, расслоения.
Методы отражения	выявляют дефекты типа нарушения сплошности, определяет их координаты, размеры, ориентацию путём прозвучивания изделия и приёма отраженного от дефекта эхо-сигнала.
Импедансный метод	предназначен для контроля клеевых, сварных и паяных соединений, имеющих тонкую обшивку, приклеенную или припаянную к элементам жёсткости.
Методы свободных колебаний	применяются для обнаружения глубинных дефектов.
Методы вынужденных колебаний (резонансные)	применяются в основном для измерения толщины изделия и для обнаружения зоны коррозионного поражения, расслоений в тонких местах из металлов.
Акустико-эмиссионный метод	обнаруживает и регистрирует только развивающиеся трещины или способные к развитию под действием механической нагрузки (квалифицирует дефекты по степени их опасности во время эксплуатации).

Наиболее широкое распространение в практике ультразвуковой дефектоскопии нашли методы прохождения и отражения (импульсные методы), реже применяют другие методы: резонансный, импедансный и метод акустической эмиссии.

Импульсные методы (прохождения и отражения)

Среди многочисленных методов прохождения и отражения на сегодняшний день наибольшее применение в дефектоскопии нашли: теневой, зеркально-теневой, и эхо-метод. Эхо-метод, в отличии от других, применим при одностороннем доступе к исследуемому объекту, и при этом позволяет определить размеры дефекта, его координаты и характер. В общем случае, суть перечисленных методов заключается в излучении в изделие и последующем принятии отраженных ультразвуковых колебаний с помощью специального оборудования - и (ПЭП) и дальнейшем анализе полученных данных с целью определения наличия дефектов, а также их эквивалентного размера, формы, вида, глубины залегания и пр. Чувствительность ультразвукового контроля определяется минимальными размерами выявляемых дефектов или эталонных отражателей, выполненных в (ранее СОП). В качестве эталонных отражателей обычно используют плоскодонные сверления, ориентированные перпендикулярно направлению прозвучивания, а также боковые сверления или зарубки.

Самой массовой областью применения ультразвуковой дефектоскопии являются сварные соединения. Основным документом в России по ультразвуковому контролю сварных швов является ГОСТ Р 55724-2013 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые» (), в котором рассмотрены в полном объёме методы контроля стыковых, тавровых, нахлесточных и угловых сварных швов, выполненных различными способами сварки. Также в нём подробно описаны меры (калибровочные образцы) , и , и настроечные образцы, а также параметры для их изготовления. Проведение ультразвукового контроля сварных соединений и наплавок оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок регламентируется документом ПНАЭ Г-7-030-91 «Унифицированные методики контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Ультразвуковой контроль» ()

В зависимости от области использования, различают ультразвуковые дефектоскопы общего и специального назначения. Дефектоскопы общего назначения могут использоваться для контроля самой разнообразной продукции, а специализированные дефектоскопы созданы для решения узкоцелевых задач. К наиболее популярным моделям ультразвуковых дефектоскопов общего назначения относятся:

Ультразвуковая толщинометрия (резонансный и импульсный метод)

Как правило, ультразвуковой метод толщинометрии применяют в случаях недоступности или труднодоступности объекта для измерения его толщины механическим измерительным инструментом. Ультразвуковая толщинометрия - неотъемлемая процедура при определении толщины стенок труб, котлов, сосудов, то есть объектов замкнутого типа или с односторонним доступом, а также объектов судостроительного и судоремонтного производства. Современные ультразвуковые позволяют измерять толщины от 1 до 50 мм с точностью ±0,001 мм. По физическим принципам, используемым для измерения толщины, акустические толщиномеры делят на резонансные и эхо-импульсные.

Резонансный метод контроля основан на возбуждении и анализе резонансных колебаний в исследуемом объеме изделия, при этом исследование проводится при доступности одной стороны изделия, а погрешность метода составляет менее 1%. Резонансным методом измеряют толщину стенок металлических и некоторых неметаллических изделий (керамика, стекло, фарфор). Кроме того, при помощи резонансной дефектоскопии можно выявлять зоны коррозионного поражения, зоны непроклея и непропоя листовых соединений, зоны расслоения в биметаллах, тонких листах. Резонансные методы вынужденных колебаний в настоящее время не имеют широкого применения, так как задачи дефектоскопии и толщинометрии более точно решают импульсные ультразвуковые методы.

Принцип ультразвуковой импульсной толщинометрии основан на измерении времени прохождения ультразвукового импульса в изделии или в слое и умножении измеренного времени на коэффициент, учитывающий скорость звука в материале изделия. Основные нормативные документы по проведению ультразвуковой толщинометрии:

• ГОСТ Р 55614-2013 «Контроль неразрушающий. Толщиномеры ультразвуковые. Общие технические требования».
• ГОСТ Р ИСО 16809-2015 «Контроль неразрушающий. Контроль ультразвуковой. Измерение толщины».
• ПНАЭ Г-7-031-91 «Унифицированные методики контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Ультразвуковой контроль. Часть III. Измерение толщины монометаллов, биметаллов и антикоррозионных покрытий».

К наиболее популярным моделям ультразвуковых толщиномеров можно отнести:

Импедансные дефектоскопы и твердомеры (импедансный метод)

Импедансный метод разработан советским ученым Ю.В. Ланге в 1958 году. Он основан на использовании зависимости полного механического сопротивления (импеданса) контролируемого изделия от качества соединения отдельных его элементов между собой. Этим методом можно выявлять дефекты в клеевых, паяных и других соединениях, между тонкой обшивкой и элементами жёсткости или заполнителями в многослойных конструкциях. Импедансные дефектоскопы широко используются в авиастроении, автомобильной и космической промышленности. Они способны обнаружить непроклеенные участки, расслоения, нарушения целостности и пустоты в различном оборудовании, приборах, конструкциях. Кроме того, метод ультразвукового контактного импеданса широко применяется для измерения твёрдости изделий из металлов и сплавов, таких как сосуды давления различного назначения (реакторы, парогенераторы, коллекторы, котельные барабаны) роторы турбин и генераторов, трубопроводы, детали различных транспортных средств, промышленные полуфабрикаты (отливки, поковки, листы) и т.д. Метод контактного импеданса основан на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом. По амплитудам и резонансным частотам такого преобразователя (часто имеющего вид стержня) судят о твердости материала изделия, податливости (упругому импедансу) его поверхности.

К наиболее популярным моделям ультразвуковых твердомеров можно отнести:

Средства для проведения ультразвукового контроля

Следующим важнейшим инструментом для проведения ультразвукового контроля являются (ПЭП), которые выступают в качестве излучателя и приемника ультразвукового импульса, обрабатываемого дефектоскопом или толщиномером. Принцип действия пьезоэлектрических преобразователей основан на использовании прямого или обратного пьезоэлектрических эффектов. Прямой пьезоэффект представляет собой способность некоторых материалов образовывать электрические заряды на поверхности при приложении механической нагрузки, обратный пьезоэффект заключается в изменении механического напряжения или геометрических размеров образца материала под воздействием электрического поля. В качестве пьезоэлектрических материалов обычно используют естественный материал кварц, турмалин, а также искусственно поляризованную керамику на основе титаната бария (ВаТiO3), титаната свинца (PbTiO3) и цирконата свинца (PbZrO3)

Основные требования к ультразвуковым преобразователям указаны в:

• ГОСТ Р 55725-2013 «Преобразователи ультразвуковые пьезоэлектрические. Общие технические требования» ()
• ГОСТ Р 55808-2013 «Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний» ()

Подробнее о ультразвуковых преобразователях, их классификации, маркировке и применении можно посмотреть .

Для обеспечения хорошего контакта между ультразвуковым преобразователем и контролируемой поверхностью, а также для предотвращения образования воздушного зазора, создающего помехи звуковому импульсу, необходимо использовать различные контактные . Контактная жидкость должна иметь специальный химический состав, соответствующий диапазону температур той или иной контролируемой поверхности и ее структуре. Так, для контроля арматурных стержней и неровных поверхностей необходимо использовать контактный гель высокой степени вязкости, при контроле нагревающихся поверхностей рекомендуется применять контактные гели на водной основе, а при очень низких температурах (до -60ºC) в качестве контактной жидкости можно использовать пропиленгликоль. Также стоит отметить, что в некоторых случаях (в частности, при контроле оборудования, используемого в ядерной промышленности) требуются контактные среды с ограниченным галогенным и серным составом. Подробнее о контактных жидкостях для ультразвукового контроля можно посмотреть .

Одним из важных факторов качественного ультразвукового контроля изделий является обеспечение достоверности и единообразия при проведении контроля, особенно при диагностике объектов повышенной опасности. Метрологическое обеспечение оборудования подразумевает обязательную проверку работоспособности аппаратуры перед проведением ультразвукового контроля с использованием специальных . Существует два вида образцов: меры (калибровочные образцы) и настроечные образцы (ранее стандартные образцы предприятия СОП).

Комплект калибровочных образцов необходим для проверки основных параметров аппаратуры (разрешающей способности, мертвой зоны, угла ввода, стрелы ПЭП), а по контрольным образцам предприятия СОП осуществляют настройку глубиномера дефектоскопа и определение уровней чувствительности для проведения контроля конкретного изделия по определенному НД. К используемым калибровочным образцам (мерам) относятся:

Калибровочный образец		Материал	Основное назначение
Основные калибровочные образцы (входят в обязательный перечень оборудования необходимого для )
		органическое стекло марки ТОСП	Определение условной чувствительности в мм. Оценка лучевой разрешающей способности прямого ПЭП Оценка лучевой разрешающей способности наклонного ПЭП
			Измерение угла ввода преобразователя Проверка мертвой зоны дефектоскопа с преобразователем Определение условной чувствительности в децибелах
		Сталь марки 20 или сталь марки 3	Определение точки выхода и стрелы ПЭП Настройка глубиномера наклонного ПЭП Настройка глубиномера для прямого и РС ПЭП
Специальные калибровочные образцы
		сталь марки S355J0	Образец выполнен в соответствии с ISO/DIS 19675 и предназначен для для настройки дефектоскопов на фазированной решетке. Данный образец должен заменить часто используемый для настройки приборов на ФР образец V1 который не может обеспечить запросы пользователей в полной мере.
		Сталь марки 20	Специальный образец для калибровки ультразвуковых дефектоскопов при контроле качества рельсов, а также деталей и узлов железнодорожного подвижного состава при совмещенной и раздельной схеме работы ПЭП, ISO2400-2013 для настройки и проверки параметров дефектоскопа с использованием малогабаритных и миниатюрных преобразователей .
Подробнее о калибровочных образцах, их классификации и схемах применения можно посмотреть

Контрольные образцы предприятия (СОП) предназначены для настройки глубиномера и чувствительности при проведении ультразвукового контроля конкретного изделия. Наиболее распространенными типами применяемых отражателей при контроле сварных соединений являются: плоскодонные отражатели, «зарубки» и сегменты. Подробнее о назначении, типах и области применения контрольных образцов можно посмотреть здесь.

Помимо технических требований, предъявляемых к процессу ультразвукового контроля, существует и установленный порядок организации работ. Так лаборатории, выполняющие ультразвуковой контроль должны быть аттестованы в соответствии с

• «Правила аттестации и основные требования к лабораториям неразрушающего контроля»

В зависимости от сферы деятельности, специалисты, проводящие ультразвуковой контроль должны быть аттестованы в соответствии с:

Подробнее о разработке и согласовании технологических карт, а также примеры технологических карт на различные методы неразрушающего контроля можно посмотреть .

Купить оборудование и заказать услуги по ультразвуковому контролю можно в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Саратов, Амурск, Ангарск, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Брянск, Воронеж, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Вологда, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Мурманск, Муром, Набережные Челны, Нальчик, Новокузнецк, Нарьян-Мар, Новороссийск, Новосибирск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Новочеркасск, Нижнекамск, Норильск, Нижний Новгород, Обнинск, Омск, Орёл, Оренбург, Оха, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Псков, Ржев, Ростов, Рязань, Самара, Саранск, Смоленск, Сочи, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тобольск, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Ханты-Мансийск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Элиста, Ярославль и других городах, кроме того, в Республике Крым. А так же Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.

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?

Проводим контроль

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.

Испытания в 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.