Меню

Ультразвуковой контроль сварных стыков труб

Ультразвуковой контроль сварных стыков труб

В сфере строительства используются трубы диаметром от 28 до 1420 мм с толщиной стенки от 3 до 30 мм. По дефектоскопичности весь диапазон диаметров труб можно условно разбить на три группы:

  1. 28. 100 мм и Н = 3. 7 мм
  2. 108. 920 мм и Н= 4. 25 мм
  3. 1020. 1420 мм и Н= 12. 30 мм

Проведенные специалистами МГТУ им. Н.Э. Баумана исследования показывают, что необходимо учитывать анизотропию упругих свойств материала при разработке методик ультразвукового контроля сварных стыков труб.

Особенности анизотропии трубной стали.

Предполагается, что скорости распространения поперечных волн не зависят от направления прозвучивания и постоянны по сечению стенки трубы. Но при ультразвуковом контроле сварных соединений магистральных газопроводов, выполненных из зарубежных и российских труб, выявлены значительный уровень акустических шумов, пропуск крупных корневых дефектов, а также неправильная оценка их координат.

Установлено, что при соблюдении оптимальных параметров контроля и соблюдении процедуры его проведения основной причиной пропуска дефекта является наличие заметной анизотропии упругих свойств основного материала, что оказывает влияние на скорость, затухание, отклонение от прямолинейности распространения ультразвукового пучка.

Прозвучив металл более чем 200 труб по схеме, представленной на рис. 1, выявлено, что среднеквадратичное отклонение скорости волны при данном направлении распространения и поляризации составляет 2 м/с (для поперечных волн). Отклонения скоростей от табличных на 100 м/с и более не случайны и связаны скорее всего с технологией производства проката и труб. Отклонения в таких масштабах значительно влияют на распространение поляризованных волн. Помимо описанной анизотропии, выявлена неоднородность скорости звука по толщине стенки трубы.

Рис. 1. Обозначения наплавлений в металле трубы: X, Y, Z.- направления распространения ультразвука: х. у.z :- направления поляризации; Y- направление проката: Z- перпендикуляр к плоскости трубы

Листовой прокат обладает слоистой текстурой, представляющей собой в волокна металла и неметаллических включений, вытянутые в процессе деформации. Неодинаковые по толщине зоны листа подвержены различным деформациям в результате воздействия на металл термомеханического цикла прокатки. Это ведет к тому, что на скорость звука дополнительно влияет глубина залегания прозвучиваемого слоя.

Контроль сварных швов труб различного диаметра.

Трубы диаметром 28. 100 мм.

Сварные швы у труб диаметром от 28 до100 мм и высотой от 3 до 7 мм имеют такую особенность как образование провисаний внутри трубы, это при контроле прямым лучом приводит к появлению на экране дефектоскопа ложных эхо-сигналов, которые совпадают по времени с эхо-сигналами, отраженными от надкорневых дефектов, которые обнаруживаются однократно отраженным лучом. Так как эффективная ширина пучка соразмерна с толщиной стенки трубы, то отражатель обычно не удается найти по местоположению искателя относительно валика усиления. Также имеет место также наличие неконтролируемой зоны в центре шва из-за большой ширины валика шва. Все это ведет к тому, что вероятность обнаружения недопустимых объемных дефектов невелика (10-12%), но недопустимые плоскостнные дефекты определяются гораздо надежнее (

85 %). Главные параметры провисания (ширина, глубина и угол смыкания с поверхностью изделия) считаются случайными величинами для данного типоразмера труб; средние значения параметров составляют 6,5 мм; 2,7 мм и 56°30′ соответственно.

Прокат ведет себя как неоднородная и анизотропная среда с достаточно сложными зависимостями скоростей упругих волн от направления прозвучивания и поляризации. Изменение скорости звука близко симметрично относительно середины сечения листа, причем вблизи этой середины скорость поперечной волны может значительно (до 10 %) уменьшаться относительно окружающих областей. Скорость поперечной волны в исследуемых объектах меняется в диапазоне 3070. 3420 м/с. На глубине до 3 мм от поверхности проката вероятно незначительное (до 1 %) увеличение скорости поперечной волны.

Помехоустойчивость контроля значительно усиливается при использовании наклонных раздельно-совмещенных ПЭП типа РСН (рис. 2), названных хордовыми. Они были созданы в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Особенность контроля состоит в том, что при выявлении дефектов не нужно поперечноге сканирование, оно нужно только по периметру трубы при прижатии к шву передней грани преобразователя.

Рис. 2. Наклонный хордовый РСН-ПЭП: 1- излучатель: 2 — приемник

Трубы диаметром 108. 920 мм.

Трубы диаметром 108-920 мм и с Н в диапазоне 4-25 мм также совершают односторонней сваркой без обратной подварки. До последнего времени контроль над этими соединениями контролировались совмещенными ПЭП по методике, изложенной для труб диаметром 28-100 мм. Но известная методика контроля предполагает наличие существенно большой зоны совпадений (зоны неопределенности).Это ведет к незначительности достоверности оценки качества соединения. Совмещенные ПЭП обладают высоким уровнем реверберационных шумов, осложняющих расшифровку сигналов, и неравномерность чувствительности, которую не всегда получается компенсировать имеющимися средствами. Использование хордовых раздельно-совмещенных ПЭП для контроля данного типоразмера сварных соединений не эффективно в связи с тем, что из-за ограниченности значений углов ввода ультразвуковых колебаний с поверхности сварного соединения габариты преобразователей несоразмерно увеличиваются, увеличивается и площадь акустического контакта.

Читайте также:  Маркировка полипропиленовых труб для горячего водоснабжения

Созданные в МГТУ им. Н.Э. Баумана наклонные ПЭП с выравненной чувствительностью используются для контроля сварных стыков диаметром более 10 см. Выравнивание чувствительности добиваются выбором угла разворота 2 так, чтобы середина и верхняя часть шва прозвучивались центральным однократно отраженным лучом, а нижняя часть обследовалась прямыми периферийными лучами, падающими на дефект под углом Y, от центрального. На рис. 3. изображен график зависимости угла ввода поперечной волны от угла разворота и раскрытия диаграммы направленности Y. Здесь в ПЭП падающая и отраженная от дефекта волны горизонтально поляризованные (SН -волна).

Рис. 3. Изменение угла ввода альфа, в пределе половины угла раскрытия диаграммы направленности РСН-ПЭП в зависимости от угла разворота дельта.

Из графика видно, что при контроле изделий Н =25 мм неравномерность чувствительности РС-ПЭП может составлять до 5 дБ, а для совмещенного ПЭП она может достигнуть 25 дБ. РС-ПЭП обладает повышенным уровнем сигнала и имеет повышенную абсолютную чувствительность. РС-ПЭП четко выявляется зарубка площадью 0,5 мм2 при контроле сварного соединения толщиной 1 см как прямым, так и однократно отраженным лучом при отношении полезный сигнал/помеха 10 дБ. Процесс проведения контроля рассмотренными ПЭП аналогичен процедуре проведения совмещенным ПЭП.

Трубы диаметром 1020. 1420 мм.

Для выполнения сварных стыков труб диаметром от 1020 и 1420 мм с Н в диапазоне от 12 до30 мм используют двустороннюю сварку или сварку с подваркой обратного валика шва. В швах, сделанных двусторонней сваркой чаще всего ложные сигналы от задней кромки валика усиления имеют меньшую помеху, чем в односторонних швах. Они меньше по амплитуде из-за более плавных очертаний валика и дальше по развертке. В связи с этим для дефектоскопии это наиболее удобный типоразмер труб. Но проведенные в МГТУ им. Н.Э. Баумана исследования показывают, что металл этих труб характеризуется наибольшей анизотропией. В целях минимизации влияния анизотропии на выявляемость дефектов лучше всего использовать ПЭП на частоту 2,5 МГц с углом призмы 45°, а не 50°, как советуется в большинстве нормативных документов на контроль подобных соединений. Более высокая достоверность контроля достигнута при применении ПЭП типа РСМ-Н12. Но в отличие от способа, изложенного для труб диаметром 28-100 мм, при контроле данных соединений нет зоны неопределенности. В остальном принцип контроля остается таким же. При применении РС-ПЭП настройку скорости развертки и чувствительности рекомендуется производить по вертикальному сверлению. Настройка скорости развертки и чувствительности наклонных совмещенных ПЭП должна производится по угловым отражателям соответствующего размера.

Осуществляя контроль сварных швов необходимо помнить что в околошовной зоне могут случаться расслоения металла, которые усложняют определение координат дефекта. Зону с найденным наклонным ПЭП дефектом необходимо проверить прямым ПЭП для уточнения особенностей дефекта и выявления истинного значения глубины дефекта.

В нефтехимической промышленности, атомной энергетике для производства трубопроводов, сосудов нашли широкое применение плакированные стали. В качестве плакировки внутренней стенки таких конструкций берутся аустенитные стали наносимые методом наплавки, прокатки или взрыва толщиной в 5-15 мм.

Метод контроля данных сварных соединений предуполагает оценку сплошности перлитной части сварного шва, в том числе и зоны сплавления с восстановительной антикоррозионной наплавкой. Сплошность тела самой наплавки контролю не подлежит.

Но из-за отличия акустических качеств основного металла и аустенйтной стали от границы раздела при узи контроле появляются эхо-сигналы, образующие помехи обнаружению таких дефектов, как отслоений плакировки и поднаплавочных трещин. Наличие плакировки значительно влияет на параметры акустического тракта ПЭП.

Читайте также:  Опрессовка колонны обсадных труб

В связи с этим для проведения контроля толстостенных сварных швов плакированных трубопроводов стандартные технологические решения не дают должного результата.

Многолетний исследования ряда специалистов : В.Н. Радько, Н.П. Разыграева, В.Е. Белого, В.С. Гребенника и др позволили определить главные особенности акустического тракта, разработать рекомендации по оптимизации его параметров, создать технологию узи контроля сварных швов с аустенитной плакировкой.

В работах специалистов установлено, что при переотражении пучка ультразвуковых волн от границы перлит-аустенитная плакировка диаграмма направленности почти не именяется в ситуации плакировки прокаткой и значительно деформируется в случае осуществления плакировки наплавкой. Ее ширина резко возрастает, а в пределах главного лепестка появляются осцилляции в 15-20 дБ в зависимости от типа наплавки. Имеет место быть значительное смещение точки выхода отражения от границы плакировки пучка по сравнению с его геометрическими координатами и перемена скорости поперечных волн в переходной зоне.

С учетом этих особенностей технология контроля сварных соединений плакированных трубопроводов предполагает предварительное обязательное измерение толщины перлитной части.

Лучшего нахождения плоскостных дефектов (трещин и несплавлений) достигается при помощи применения ПЭП с углом ввода 45° и на частоты 4 МГц. Лучшая выявляемость вертикально ориентированных дефектов на угле ввода 45° по сравнению с углами 60 и 70° обусловлена тем, что при прозвучивании последними угол встречи пучка с дефектом близок к 3-му критическому, при котором коэффициент отражения поперечной волны является наименьшим.

На частоте 2 МГц при прозвучивании снаружи трубы эхо-сигналы от дефектов экранируются интенсивным и длительным сигналом шума. Помехоустойчивость ПЭП на частоту 4 МГц в среднем на 12 дБ выше, а значит полезный сигнал от дефекта, располагающегося в непосредственной близости от границы наплавки, станет лучше разрешаться на фоне помех.

При прозвучивании изнутри трубы через наплавку максимальная помехоустойчивость устанавливается при настройке ПЭП на частоту 2 МГц.

Метод контроля сварных швов трубопроводов с наплавкой регламентируется руководящим документом Госатомнадзора РФПНАЭГ-7-030-91.

Просмотров: 12852 Создан: 2012-08-12 Источник: Трубные технологии

Источник

Методика ультразвукового контроля сварных соединений

Метод ультразвуковой дефектоскопии сварных швов применяется с 1930 года. С тех пор разработаны различные способы эхолокации. Они выявляют нарушение целостности диффузного слоя, соответствие наплавки основному металлу по химическому составу, выявляются шлаковые включения, оксидные примеси. Процедура УЗД (ультразвуковой диагностики) по точности результатов сопоставима с рентгеном, радиолокацией. Прибором выявляют самые мелкие дефекты, снижающие прочность соединений.

Среди неразрушающих методов контроля швов ультразвуковой стал самым доступным и эффективным, поставлен на поток. Результаты проверки работы сварщика заносятся в специальный журнал. Область применения ультразвукового контроля сварных соединений ограничена только геометрическими параметрами свариваемых деталей. Диагностируют швы трубопроводов, сосудов высокого давления, металлоконструкций, испытывающих большую нагрузку.

Теория УЗК сварных швов

Физическая основа метода ультразвукового контроля сварных швов основана на способности ультразвука отражаться от границы раздела сред. Ультразвук – упругие механические колебания, получаемые различными методами. Они находятся за пределами слышимости. Вредного воздействия на уши оператора-контролера излучатели не оказывают.

Ультразвуковая диагностика проводится в диапазоне от 20 кГц до 500 МГц. В однородной среде направленные волны распространяются с одинаковой скоростью. На фазовом переходе отражаются или преломляются подобно световому лучу. Скорость продольной волны во всех твердых средах почти в два раза превышает скорость поперечной.

Чувствительность у приборов разная, зависит от конструктивных особенностей. Но по сути волны способны отражаться от дефектов, которые равны длине волны или превосходят ее по размеру. Ультразвуком можно определить мелкие дефекты сварных соединений: несплошности, раковины, включения шлака или нерастворимые соединения, крупные зерна, повышающие хрупкость металла.

Преимущества и недостатки ультразвуковой дефектоскопии

  • Это неразрушающий контроль, исследуемую часть конструкции не нужно отделять, разрезать, везти в лабораторию.
  • Ультразвуковыми дефектоскопами для контроля сварных соединений можно пользоваться в лабораторных и полевых условиях.
  • Методы применяются для однородных и разнородных соединений.
  • Для исследования шва не требуется много времени, результат получают на месте.
  • Приборы безопасны для человека, не оказывают вредного воздействия.
  • Достоверность результатов очень высокая, диагностируются многие виды дефектов.
Читайте также:  Штамп для пробивки отверстий в профильной трубе

Недостатки связаны с необходимостью подготовки специалистов, ограничениями. Ультразвук затухает в крупнозернистых металлах. Необходимо использовать преобразователи с определенным радиусом кривизны подошвы.

Виды УЗК сварочных швов

Стыки прозвучивают по различной методике:

  • прямым лучом;
  • однократно отраженным;
  • двукратно отраженным;
  • многократно отраженным.

Направление луча в ультразвуковом методе контроля сварных соединений подбирают по нормали, на которой дефекты особенно опасны.

  1. Эхо-импульсная УЗД. Прибор настроен на излучение и прием волны. Если аудиволна не зафиксирована датчиком, все в порядке, в шве дефекты не обнаружены. Если зафиксировано отражение, есть раздел сред.
  2. Эхо-зеркальный метод предусматривает применение датчика, генерирующего волну, и улавливающего приемника. Приборы устанавливают под углом к оси шва. Приемник ловит отраженные волны. По результатам диагностируют трещины в сварном соединении.
  3. Теневая диагностика подразумевает прохождение ультраволн по всей площади шва, приемник устанавливается за сварным соединением. Если звук отражается, возвращается к излучателю, приемник фиксирует теневой участок.
  4. Зеркально-теневая дефектоскопия – сочетание зеркального и теневого исследования. Комплект датчиков регистрирует отраженные звуковые колебания. Чистая волна — шов сделан без нарушений. Наличие глухой зоны – признак несплошностей.
  5. Дельта-метод основан на воздействии направленным лучом. Дефекты определяются по отражению ультразвука, изменению траектории. Для точных результатов требуется деликатная настройка диагностического оборудования.

На практике чаще используют первый и третий методы. Неразрушающий контроль с использованием ультразвука выявляет брак, провоцирующий разгерметизацию сварных изделий. Считается эффективным способом профилактики аварийных ситуаций.

Область и возможности применения методики УЗК

Проверка проводится на соединениях цветных металлов, чугуне, углеродистой и легированной стали. С помощью диагностики УЗК сварных швов выявляют:

  • пористость, связанную с насыщением расплава атмосферными газами;
  • включения ржавчины;
  • непровары;
  • участки с нарушением геометрии детали;
  • трещины в зоне термовлияния;
  • несплошности различной природы;
  • инородные включения в расплаве;
  • структурные расслоения;
  • неоднородность наплавленного слоя;
  • складки наплавочного материала;
  • свищи (сквозные дефекты);
  • провисание диффузионного слоя за пределами стыка.

УЗК-контролю сварных соединений подвергают различные конструкционные элементы:

  • тавровые швы;
  • трубные и фланцевые кольцевые соединения;
  • стыки любой конфигурации, включая сложные формы;
  • продольные и поперечные швы, подвергающиеся разнонаправленным нагрузкам или испытывающим высокое давление.

В инструкциях по ультразвуковому контролю сварных соединений указаны ограничения диагностики, связанные со способностью ультразвука рассеиваться при прохождении через металлическую решетку.

Геометрический диапазон контроля:

  • толщина проверяемых заготовок: mах 0,5–0,8 м, min 8–10 мм;
  • расстояние до контролируемого шва или углубление: mах 10 м; min 3 мм.

Методика применяется в строительной отрасли, автомобильной промышленности, на предприятиях, где есть сосуды высокого давления, котлы, технологические трубопроводы.

Устройство и принцип работы ультразвукового дефектоскопа

У всех приборов есть генератор, излучатель и приемник ультразвука, усилитель сигнала. Устройства различаются по типу генераторов. Чаще используются пьезоэлементы. Ультразвуковой датчик посылает сигналы импульсно, с паузами до пяти микросекунд. Длительность настраивают в зависимости от плотности металла, структурных особенностей изыскиваемых дефектов. По отражению делается качественная и количественная оценка: выявляется дефект, глубина его образования, размеры.

Излучатель находится в подвижном щупе, он двигается вдоль и поперек исследуемых швов.

Точность диагностики зависит от чувствительности приемника, улавливающего прошедшую или отраженную волну. На границе сред волна меняет направление, оператор должен это учитывать. Проще определяются теневые участки – места, где волна отражается. Звуковой сигнал преобразуется в электрический, картинка выводится на осциллограф. Отраженная волна показывает пик, постоянная – прямую линию.

Проверка сварных швов ультразвуком

Технология проверки регламентирована ГОСТ Р 55724-2013. Операторам-контролерам выдают удостоверения. Перед проверкой им проводят инструктаж по ТБ. Проверять приходится соединения, расположенные в труднодоступных местах. Прибор обязательно заземляется. Оценка результатов проводится по нескольким критериям. В журнал ультразвукового контроля качества заносятся следующие данные:

  • протяженность контролируемого сварного шва;
  • описание дефекта (ширина, высота, форма);
  • диапазон пропускаемой волны.

Для диагностики проводится зачистка исследуемой области (валик плюс область термовлияния). Для лучшей проходимости ультразвука на поверхности создают маслянистую пленку. Прибор настраивают по стандарту. Поиск отраженного или пропускаемого сигнала проходит на максимальной амплитуде. В зависимости от важности соединения контроль проводится за один или два прохода.

Источник

Adblock
detector