ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ КОНТРОЛЯ

Общие положения

Технологический процесс ультразвукового контроля включает в себя следующие последовательно выполняемые операции: оценка дефектоскопичности (контролепригодности) изделий; подготовка изделия к контролю; настройка дефектоскопа; поиск и обнаружение дефектов; измерение координат, размеров дефектов и определение их формы; оценка допустимости дефектов и качества изделия; оформление результатов контроля.

Оценка дефектоскопичности изделия

Под дефектоскопичностью понимают совокупность свойств изделия, определяющих возможность проведения контроля с заданной достоверностью.

На дефектоскопичность конструкции влияют толщина и кривизна изделия, наличие доступа для проведения контроля, технология изготовления, структура материала, наличие ложных отражателей и др.

Изделие считают полностью пригодным к контролю, если:

1. Центральный луч ультразвукового пучка при оптимальной схеме прозвучивания хотя бы один раз проходит через все точки контролируемого сечения;

2. Подлежащий фиксации минимальный дефект независимо от его координат в изделии выявляется на фоне шумов с запасом чувствительности не менее 6 дБ и разрешением во време­ни не менее 1 мкс.

Первый критерий связан только с геометрией изделия, второй - с его акустическими свойствами и наличием конструктивных или технологических особенностей, вызывающих ложные сигналы.

Геометрическая форма поверхности в зоне прохождения УЗ-колебаний должна быть достаточно простой, по возможности близкой к плоской. В зоне сканирования не должно быть резких изломов поверхности (выступов, проточек), приваренных элементов, отверстий, искажающих путь УЗ-луча и играющих роль мешающих отражателей. Ширина зоны сканирования должна быть достаточной для перемещения преобразователя по заданной схемой контроля траектории.

Смысл первого условия в том, что ослабление эхо-сигнала за счет затухания при любом расстоянии до дефекта не должно превышать 6 дБ. При этом обеспечивается уверенное обнаружение дефекта требуемого минимального размера на максимальном удалении от преобразователя.

Второе условие регламентирует размер зерен и их ориентацию, при которых расстояние УЗ-волны в материале оптимально с точки зрения образования структурных акустических помех. Крупнозернистая структура с хаотичным расположением зерен, как известно, вызывает интенсивное многократное рассеяние УЗ-волн на произвольно ориентированных границах зерен (структурная реверберация). Это приводит к высокому уровню акустических (реверберационных) помех и большому затуханию. Уровень структурных помех и затухание снижаются после термической обработки изделия, которая стабилизирует и размельчает структуру металла.

Весьма затруднен контроль изделий с неоднородной структурой, когда различные участки изделия отличаются по химическому составу, физическим и механическим свойствам. Структурной неоднородностью по толщине и длине могут отличаться изделия металлургического производства - поковки, листы при нестабильности и нарушениях технологии изготовления. К этой группе можно отнести сварные, паяные, клеевые соединения, а также изделия из композиционных, биметаллических и плакированных материалов. Неоднородность структуры, влияя на стабильность акустических свойств (прежде всего скорости УЗ-колебаний, коэффициента затухания), приводит к неравномерной чувствительности, погрешностям измерения координат дефектов.

Подготовка изделия к контролю

Качество поверхности ввода ультразвука должно обеспечивать его максимальное прохождение в изделие по всей площади сканирования. Для этого необходимо освободить контролируемый материал от неплотно прилегающих наслоений, а затем сгладить неровности для обеспечения стабильного акустического контакта.

Подготовку поверхности проводят вручную или механическим способом. Для изделий, хорошее качество поверхности которых регламентируется условиями поставки и требованиями эксплуатации достаточно ручной подготовки. В большинстве случаев перед контролем сварных соеди­нений, поковок, отливок, штамповок приходится проводить специальную механическую обра­ботку.

Качество подготовленной поверхности оценивают по параметрам шероховатости. Оптимальной считается поверхность с шероховатостью Rz>>20...40мкм и волнистостью (отношение максимальной стрелы прогиба к длине неровности) не более 0,025. Грубо обработанная поверхность обусловливает снижение чувствительности и ее нестабильность. При Rz<20 мкм ослабляются фрикционные свойства поверхности и контактная жидкость «выскальзывает» из-под преобразователя.

Контактная жидкость должна обладать хорошей смачиваемостью по отношению к контролируемому материалу, оптимальной вязкостью и однородностью, не должна вызывать коррозии контролируемой детали, быть пожаробезопасной. Выбор смазочного материала определяется геометрией изделия, его пространственным положением, температурными условиями контроля.

При контактном варианте контроля применяют различные минеральные масла. Они наиболее полно соответствуют перечисленным требованиям при нормальной температуре (от 5 до 40 °С). При контроле по поверхностям, близким к плоским, используют жидкие масла (машинное, компрессорное). На изделиях с повышенной кривизной, на вертикальных и наклонных плоскостях, при контроле в потолочном положении рекомендуется применять масла с повышенной вязкостью.

Однако масла пожароопасны, поэтому все большее применение находят водные растворы глицерина и крахмала.

В качестве контактной среды применяют и коллоидные растворы ферромагнитного порошка в жидкости - магнитные жидкости (МЖ). Удержание МЖ обеспечивается постоянным магнитным полем, которое создается встроенным в корпус преобразователя достаточно сильным магнитом. При меньшей намагниченности МЖ вытекает из зазора, при большей - налипает на поверхность изделия.

При повышении температуры изделия изменяются акустические свойства контактной жидкости, снижается ее акустическая прозрачность. При закипании смазочный материал переходит в газообразное состояние и связь преобразователя с изделием полностью нарушается. При низких температурах обычные контактные жидкости замерзают и охрупчиваются..

В настоящее время освоено производство термостабильных паст, которые в сочетании со специальными преобразователями обеспечивают стабильность амплитуды сигнала при температурах -40...+400 °С. Магнитные жидкости стабильны в диапазоне температур -40...+40 °С.

Настройка дефектоскопа

Наиболее ответственная методическая операция в технологическом процессе УЗ-контроля, поскольку последующие операции оценки эквивалентных размеров и допустимости дефектов заключаются в сравнении измеренных временных и амплитудных характеристик дефектов с параметрами, установленными при настройке.

Проведение настройки сводится к выполнению двух обособленных операций: настройке скорости развертки дефектоскопа и настройке чувствительности.

Настройка скорости развертки заключается в выборе оптимального масштаба видимой на экране части временной оси электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Масштаб должен обеспечивать появление сигналов от дефектов в пределах экрана дефектоскопа. Скорость развертки устанавливают такой, чтобы рабочий участок развертки ЭЛТ занимал большую часть экрана. Горизонтальная ось экрана после настройки является по существу выпрямленной траекторией луча в масштабе. Рабочий участок развертки можно легко проградуировать. Такой способ наиболее целесообразен для ремонтопригодных изделий небольшой толщины (до 20 мм), когда не требуется высокой точности определения координат дефектов.

При контроле изделий большей толщины используют глубиномерное устройство дефектоскопа. В процессе настройки добиваются правильных показаний глубиномера при измерении координат искусственных отражателей в образце. Точность настройки повышается с увеличением числа отражателей в рабочем диапазоне расстояний.

Испытательные образцы согласно нормативным требованиям должны быть идентичны изделию. Однако допускаемые отклонения размеров изделия от номинальных могут существенно влиять на результаты контроля. Отличие скорости ультразвука в материалах образца и изделия, неравномерность распределения скорости вдоль траектории УЗ-волн, дисперсии скорости в основном металле также могут быть причиной ошибок при настройке скорости развертки. Указанных ошибок можно избежать только настройкой непосредственно на подлежащем контролю изделии.

Цель настройки чувствительности - установление такого усиления в акустическом тракте дефектоскопа, которое обеспечивает надежную регистрацию эхо-сигналов от дефектов минимально допустимого для данного изделия размера.

Типовая схема настройки включает три основных уровня рабочей чувствительности: поисковый, при котором проводят поиск дефектов путем сканирования преобразователем по заданной траектории; контрольный, при котором определяют измеряемые характеристики обнаруженных дефектов и оценивают допустимость дефектов по их предельным значениям; браковочный, при котором оценивают допустимость дефектов по амплитуде эхо-сигнала.

Схема поиска должна обеспечивать получение максимального эхо-сигнала от дефекта заданного минимального размера при контроле методами отражения или максимальное ослабление прошедшего сигнала при контроле методами прохождения; получение информации, достаточной для оценки дефектов по действующим нормативам; прозвучивание всего объема изделия; технологичность контроля, т.е. возможность реализации методики простыми средствами при наименьших затратах. Выполнение этих требований определяется в первую очередь обоснованным выбором типа и длины УЗ-волны, направлений прозвучивания, схемы сканирования.

При выборе типа и длины волны следует руководствоваться следующим практическим опытом контроля с использованием волн различных типов.

Продольными волнами контролируют в основном изделия правильной геометрической формы - листы, поковки, обечайки сосудов и трубы. Продольными волнами уверенно обнаруживают плоскостные дефекты, ориентированные параллельно поверхности изделия, расслоения проката, раскатанные газовые пузыри, отслоения покрытий от основного металла, непровары и непроклеи плоских протяженных и достаточно толстостенных деталей. Благодаря меньшему по сравнению с поперечными волнами затуханию и большей длине волны, продольные волны успешно используют при контроле крупнозернистых материалов, в том числе наплавленного металла сварных соединений аустенитного класса.

При контроле поперечными волнами благодаря стабильной прозрачности контактного слоя в большом диапазоне углов падения предъявляют менее жесткие требования к геометрии изделия, чем при контроле продольными волнами. Возможность ввода поперечных волн наклонно в широком диапазоне углов, являясь важным преимуществом контроля поперечными волнами, позволяет решить большой класс задач контроля, связанных с неопределенностью ориентации дефектов.

Направления прозвучивания выбирают, исходя прежде всего из соображений обеспечения надежного обнаружения характерных для данного изделия реальных дефектов. Для этого на основании анализа чертежей и технологии изготовления с определенной вероятностью устанавливают преимущественные координаты, ориентацию, размеры, форму дефектов, которые могут образоваться в готовом изделии. Такой анализ позволяет выявить слабые места конструкции, на которые при контроле следует обратить особое внимание.

Основные направления прозвучивания, обеспечивающие максимальный сигнал от дефекта, выбирают с учетом выявленной преимущественной ориентации типичных для данного изделия плоскостных дефектов. Присутствие их в схеме контроля обязательно.

Для обнаружения различно ориентированных случайных дефектов и с целью получения дополнительной информации о характере дефектов в схему контроля вводят дополнительные направления прозвучивания, как можно более далеко отстоящие от основного.

С целью обеспечения полного прозвучивания контролируемого изделия выбранные по указанным выше критериям преобразователи перемещают по поверхности изделия, последовательно сканируя каждую точку контролируемого объема с основных и дополнительных направлений. Траектория, шаг и скорость сканирования определяются геометрией изделия, формой контролируемого объема, фактической плотностью распределения дефектов и фактической объемной формой поля излучения преобразователя.

Указания о параметрах схемы контроля включаются в технологическую карту контроля данного узла, которая является рабочим документом дефектоскописта.

Зафиксированный в процессе поиска отражатель, амплитуда эхо-сигналов от которого превышает контрольный уровень чувствительности, считают дефектом и измеряют его координаты, эквивалентные и условные размеры, определяют геометрическую форму. Измерение координат и размеров дефектов является обязательной операцией; данные измерений используют при оценке допустимости дефекта. Сведения о форме дефекта в соответствии со сложившейся практикой контроля расценивают как дополнительную информацию, вопрос об использовании которой в качестве критерия отбраковки решают в каждом конкретном случае отдельно.

Оценка допустимости дефектов

Допустимость дефектов оценивают путем сравнения измеренных значений характеристик дефектов с их предельными значениями.

Основной браковочный критерий - амплитуда эхо-сигнала. Измеренное значение амплитуды сравнивают со значением контрольного и браковочного уровней чувствительности с учетом глубины залегания дефекта. Если , дефект считают недопустимым по амплитуде (бракуют), если - допустимым. Иногда контрольный уровень не используют.

Окончательную оценку допустимости дефектов с проводят по условным протяженности, высоте, площади и числу дефектов на единицу длины (площади, объема) изделия. Если измеренное значение хотя бы одной из этих характеристик превышает предельно допускаемое, дефект считают недопустимым.

Полученные в результате контроля данные измерений и вывод о наличии или отсутствии дефектов нормативного размера фиксируют в отчетном протоколе (заключении). Вывод о качестве изделия записывают в альтернативной форме: соответствует или не соответствует техническим условиям. Протокол входит в паспортную документацию изделия, передаваемую заказчику, который организует наблюдение за развитием допустимых (в изготовлении) дефектов посредством системы эксплуатационного контроля.

Поиск по сайту: