среда, 20 апреля 2016 г.

Ультразвуковой контроль стыковых сварных соединений






             С момента изобретения электрического сварочного процесса в конце IXX века  прошло более ста лет. За это время мы стали свидетелями промышленной революции и глобальной индустриализации, закат старых и рождение новых технологий. Произошла огромная эволюция от простых технологических процессов  к  сверхсложным автоматизированным и роботизированным. Не остался в стороне от развития и сварочный метод соединения металлов. С момента появления он стал одним из самых востребованных технологических процессов. Трудно представить промышленность в которой не применялись бы сварные соединения. Сварные соединения прочны и надежны, что имеет большое значение в производстве. Благодаря возникновению сварочного процесса человечество смогло построить высочайшие здания и сооружения, покорить космос и самые глубокие места в океане, усовершенствовать машиностроение и приборостроение.
     
К сожалению, в сварочном, как и в любом другом процессе также существуют изъяны. К одним из них относятся дефекты сварных соединений. Они существуют в каждом шве, размером, как на уровне кристаллической решетки, так и видимые невооруженным глазом. Одним из способов оценки соответствия качества сварного соединения различным требованиям является неразрушающий контроль.
 Современные виды неразрушающего контроля являются эффективным средством улучшения и строгого соблюдения технологии, повышения и обеспечения стабильного качества выпускаемой продукции. Сегодня нашли  широкое применение различные физические методы и средства неразрушающего контроля сварных соединений. Самым важным преимуществом неразрушающего контроля сварных швов является возможность проверки качества сварки без нарушения пригодности сварного изделия к использованию по назначению.
     К неразрушающим видам контроля качества сварных соединений относят:
·   Радиационный метод неразрушающего контроля, включающие радиографию, радиоскопию и радиометрию (RT);
·   Ультразвуковой метод неразрушающегоконтроля, которые включают следующие методы: эхо-импульсный, теневой, резонансный, свободных колебаний, реверберационный, эмиссионный;
· Магнитный метод неразрушающего контроля — магнитопорошковый, магнитографический, магнитоферрозондовый, индукционный;
·  Электромагнитный метод (вихревых токов)  — амплитудный, фазовый, амплитудно-фазовый, спектральный;
·  Капиллярный метод — люминесцентный, цветной (хроматический);
·  Методы контроля сплошности сварных швов течеисканием — радиационный, масс-спектраметрический, пузырьковый, манометрический, галоидный, газоаналитический, химический, акустический и др.
·  Тепловой метод — метод теплового контраста (термографический), метод теплового поля (тепловизионный), метод температурный (термометрический).

Получение ультразвуковых волн

  Основателем ультразвуковой дефектоскопии является ученый, профессор, член-корреспондент Академии наук Сергей Яковлевич Соколов, который показал способность ультразвука проходить через металлы без заметного поглощения (1927) и применил это явление для обнаружения дефектов в металлах (1928), положив начало ультразвуковой дефектоскопии. Разработал различные конструкции ультразвуковых дефектоскопов. Выдвинул идею исследования структуры твердых тел и фазовых переходов ультразвуковым методом.
   Ультразвук (УЗ) - упругие колебания и волны, частота которых превышает 20 кГц. Ультразвук получают с помощью аппаратов, основанных на использовании явлений магнитострикции (при низких частотах) или обратного пьезоэлектрического эффекта (при высоких). Наиболее распространенным является последний способ. Существует два вида пьезоэлектрического эффекта. Прямой пьезоэлектрический эффект - эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. Обратный пьезоэлектрический эффект – эффект возникновения механических деформаций под действием электрического поля.
 Если противоположные грани пластинки, вырезанной из кристалла, заряжать разноименным электричеством с частотой выше 20 000 гц, то в такт изменениям знаков зарядов пластинка будет вибрировать, передавая механические колебания в окружающую среду в виде ультразвуковой волны. Таким образом, электрические колебания преобразовываются в механические.
    В различных системах ультразвуковых дефектоскопов применяют генераторы высокой частоты, задающие на пьезоэлектрические пластинки электрические колебания от сотен тысяч до нескольких миллионов герц.
 Пьезоэлектрические пластинки могут служить не только излучателями, но и приемниками ультразвука. В этом случае под действием ультразвуковых волн на гранях кристаллов-приемников возникают электрические заряды малой величины, которые регистрируются специальными усилительными устройствами.
    Принцип ультразвукового метода контроля основан на том факте, что твердые материалы являются хорошими проводниками звуковых волн. Посредством чего, волны отражаются не только от граничных поверхностей, но и внутренних дефектов (трещины, различные включения и т.п.). Эффект взаимодействия звуковых волн с материалом усиливается по мере уменьшения длины их волн (и, соответственно, увеличения частоты колебаний).

fλ = c (1) , где

с - скорость звука [км/с];
f - частота [MГц];
λ - длина волны [мм].
Это означает, что ультразвуковые волны могут наиболее эффективно использоваться в диапазоне частот от 0.5МГц до 25МГц. С более низкими частотами, эффект взаимодействия волн с внутренними дефектами снижается, и обнаружение дефектов в металлических структурах уже становится проблематичным (т.е. волны с большой длиной уже огибают дефекты).

Ультразвуковой контроль сварных соединений

    Различают следующие сварные соединения: стыковое (рис.1, а, б), нахлесточное (в, г), угловое (д, е), тавровое (ж, з), торцовое (и).


Рисунок 1 - пример сварных соединений

   Сегодня мы рассмотрим ультразвуковой контроль на примере стыковых соединений.
  Стыковое соединение - Сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями.
 Существует много видов дефекта, поэтому в данной исследовательской работе будет рассмотрено два определения, это общее понятие дефекта, и согласно ГОСТ 14782-86 термин, который используется только в сфере контроля сварных соединений.
  Дефект - это каждое отдельное несоответствие продукции требованиям и установленным нормативными документами.
  К дефектам сварных соединений относятся различные отклонения от установленных норм и технических требований, которые уменьшают прочность и эксплуатационную надежность сварных соединений и могут привести к разрушению всей конструкции.
 В соответствии с ГОСТ 30242 (ИСО 6520-82) дефекты классифицированы на 6 групп:
1. трещины
2. поры, газовые полости
3. твердые включения
4. несплавления и непровары
5. нарушение формы шва
6. прочие дефекты, не включенные в вышеперечисленные группы.
Подробнее в статье «Дефекты сварных соединений».
  Существует два основных вида сварки металлов: плавлением и давлением. Дефекты и способы ультразвукового контроля сварных соединений зависят от вида, а также от способа сварки.
 Дуговая сварка - наиболее распространенный способ сварки плавлением.
  Практически все дефекты сварки плавлением удовлетворительно выявляются при ультразвуковом контроле, однако имеются некоторые плохо выявляемые дефекты. Один из примеров плохо выявляемого дефекта сильно сжатый непровар - в корне шва с хорошо подогнанными кромками. При застывании металла первых валиков такой непровар очень сильно стягивается, металл кромок деформируется, и раскрытие непровара может быть меньше величины, начиная с которой ультразвук заметно проходит через воздушный зазор в стали. Плохо обнаруживаются ультразвуком неокисленные непровары, образующиеся при сварке давлением.
  Основной способ контроля стыковых сварных соединений - наклонным преобразователем, поперечной волной. Преобразователь перемещается по ровной поверхности основного металла.
   Сущность заключается в том, что осуществляют ввод и прием сдвиговых ультразвуковых колебаний, перемещение источника и приемника этих колебаний вдоль и поперек сварного шва. Выявление дефектов типа пор, определение их величины, измерение расстояния от источника излучения до выявленных дефектов, определение глубины их залегания и расстояния между ними в цепочке дефектов по глубине, учитывая диаметр наибольшего из двух соседних дефектов.


 Контроль, сварных соединений листовых конструкций производится наклонными ПЭП в основном прямым или прямым и однократно отраженным лучом. Также допускается контроль многократно отраженным лучом. Каждый шов контролируется с двух боковых сторон. 
Продолжение в следующей публикации.




Строительная компания «Досвід 2002» предлагает весь спектр строительных услуг по возведению промышленных комплексовторговых центровангаровлогистических центровзаводовограждающих конструкцийскладов и других быстровозводимых зданий. На производственных мощностях «Досвід 2002» изготавливаются сборные балки перекрытия, колонны и фахферки стальных каркасов одноэтажных и многоэтажных строений, лестничные марши и площадки, стальные сварные стропильные фермы и другие стальные строительные конструкции.

Комментариев нет:

Отправить комментарий