Ультразвуковая дефектоскопия: эффективный способ предотвратить производственные риски

Далее я расскажу о преимуществах и ограничениях метода ультразвуковой дефектоскопии, а также о потенциальных проблемах, которые необходимо решить, чтобы максимально использовать возможности этой технологии.

Как это работает и где используется?

Ультразвуковая дефектоскопия (UT) основывается на свойствах ультразвуковых волн направленно распространяться в средах и отражаться от их границ или нарушений целостности (дефектов), которые имеют другое акустическое сопротивление. «Прозвучание» объекта позволяет выявлять так называемые «непровары», «несплавления», трещины, поры, шлаковые включения, расслоения и другие подповерхностные дефекты, как единичные, так и их скопления.

Из-за повреждений, вызванных скрытыми дефектами, случаются аварии, остановки производства, серьезные убытки. Ультразвуковой контроль позволяет заранее выявить угрозы и избежать рисков.

Этот метод широко применяется для контроля сварных швов, проверки целостности конструкций, выявления подповерхностных дефектов в деталях из металлов, сплавов, пластмасс.

Основные методы ультразвуковой дефектоскопии

В зависимости от источника ультразвука, в частности типов специальных пьезоэлектрических излучателей, выделяют такие методы:

• Эхо-импульсный: заключается в направлении акустической волны на сварное соединение и регистрации отраженной волны от дефекта. Для проведения контроля используется один преобразователь, выступающий и источником, и приемником волн. Метод позволяет точно определить глубину и положение дефекта, но отраженный сигнал сильно зависит от того, как ориентирован дефект.
• Теневой: в отличие от эхо-импульсного метода, основан на использовании двух преобразователей. Один генерирует акустические волны, а другой регистрирует. Главное требование – расположение приемника в соответствии с направлением движения волны, передаваемой излучателем. Присутствие дефекта определяют по значительному снижению амплитуды принимаемого сигнала или его полному исчезновению.
• Эхо-зеркальный: также использует два преобразователя, но располагают их с одной стороны сварного соединения. Метод нашел практическое применение в поиске дефектов, расположенных перпендикулярно поверхности сварного соединения. Недостатком, в каком-то смысле, является необходимость изменять через определенные промежутки времени расстояние между преобразователями.

Рассматривая каждый из методов проверки, мы можем с уверенностью указать ряд положительных возможностей UT. Ультразвуковое исследование не разрушает и не повреждает материал. По сравнению с некоторыми другими видами дефектоскопии, например рентгеновской, UT не вредна для человека. Однако нужно учитывать, что, как и любой другой метод тестирования, она имеет свои особенности, требования и ограничения.

Необходимый минимум для использования максимума возможностей UT

Важные аспекты, которые следует учитывать при проведении ультразвуковой дефектоскопии, включают:

• Калибровку оборудования – без этого точные результаты невозможны
• Квалификацию инспектора – от опыта специалиста зависит качество анализа
• Подготовку поверхности – зона контроля должна быть чистой, без ржавчины, краски или брызг металла
• Контактную жидкость – нужна для качественного соединения между датчиком и материалом
• Сложные материалы – например, чугун или аустенитная сталь могут создавать шумовые помехи
• Оценку размеров дефектов – иногда точность может быть ограниченной

Разработка и внедрение новых методов

Современные решения ультразвуковой дефектоскопии (PAUT, TOFT, TFM, FMC, PWI) открывают новые горизонты в применении NDT и рассматриваются в основном как альтернатива ренгенографическому контролю. К примеру, ультразвуковой контроль с фазированной решеткой (PAUT) и времяпролетной дифракцией (TOFD) быстро стал передовой технологией как для контроля сварки во время изготовления, так и для контроля в процессе эксплуатации.

PAUT – это более продвинутая форма по сравнению со стандартным ультразвуковым контролем (UT). Основу метода составляет специализированный ультразвуковой преобразователь с определенным количеством отдельных пьезоэлементов. За счет одновременного или поочередного возбуждения отдельных пьезоэлементов в преобразователе электронным блоком управления генерируется ультразвуковой луч. С помощью программного обеспечения можно изменять параметры, такие как угол падения, фокусное расстояние и размер фокусного пятна.

Метод TOFD опирается на другой принцип, нежели PAUT. Последний использует отражение, а TOFD – дифракцию. Ультразвуковые датчики размещаются с каждой стороны сварного шва. Один датчик посылает ультразвуковой луч в материал, а другой принимает отраженный и дифрагированный ультразвук от аномалий и геометрических рефлекторов. Используя теорию распространения ультразвукового луча внутри клина и проверяемого материала, обеспечивает широкую зону покрытия одним лучом.

Кроме того, TOFD характеризуется высокой чувствительностью ко всем типам дефектов сварных швов (в том числе межваликовых несплавлений) и одновременным контролем околошовной зоны. По сравнению с традиционными методами ультразвукового контроля, TOFD более чувствителен к трещинам и точнее измеряет их размеры. Однако он имеет мертвую зону, в которой нечувствителен к дефектам, а также сложно контролировать сильно искривленные поверхности. Поэтому TOFD следует дополнять обычным эхо-импульсным исследованием или PAUT.

Ультразвуковой контроль с фазированной решеткой и времяпролетной дифракцией – это два разных метода, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Комплексный и одновременно наиболее точный подход предполагает использование специалистами неразрушающего контроля сочетания методов PAUT и TOFD. При совместном использовании эти методы усиливают друг друга, увеличивая вероятность выявления дефектов.

Современное оборудование для ультразвукового контроля оснащено программным обеспечением, которое позволяет объединять изображения, полученные с помощью методов PAUT и TOFD. Такой комбинированный подход обеспечивает более полную визуализацию внутренней структуры компонентов, снижает риск пропуска дефектов и, как следствие, предотвращает возможные поломки оборудования.

Полезные ссылки

Ультразвуковой дефектоскоп Sonatest WAWE

Ультразвуковой контроль методом фазовых решеток ZETEC, Eddyfi Technologies

Юрий Онанко,

эксперт направления «Промышленность»