Ультразвуковая дефектоскопия - один из самых трудных методов НК
Ультразвуковая дефектоскопия (УЗД) наряду с ультразвуковой толщинометрией (УЗТ) составляют ультразвуковой контроль (УЗК) - один из основных видов неразрушающего контроля (НК), применяемых на опасных производственных объектах (ОПО), подведомственных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзору). Ультразвуковая дефектоскопия как вид неразрушающего контроля предусмотрена в области аттестации лабораторий и персонала по правилам СДАНК-01-2020 и СДАНК-02-2020 в Единой системе оценки соответствия в области промышленной безопасности, экологической безопасности, безопасности в энергетике и строительстве, а также СНК ОПО РОНКТД-02-2021 и СНК ОПО РОНКТД-03-2021 в Системе неразрушающего контроля на опасных производственных объектах Российского общества по неразрушающему контролю и технической диагностике. Ультразвуковая дефектоскопия основана на использовании продольных, поперечных горизонтально и вертикально поляризованных, а также головных, нормальных и поверхностных волн для прозвучивания стыковых, нахлесточных, тавровых и угловых сварных соединений, основного металла, а также иных материалов - полимеров, углепластиков, композитов, бетона и пр. УЗД подразделяется на низкочастотную (рабочие частоты от 0,015 до 0,1 МГц) и высокочастотную (от 0,5 до 100 МГц). Для ультразвуковой дефектоскопии могут использоваться одноканальные и многоканальные ультразвуковые дефектоскопы, прямые и наклонные совмещённые, раздельно-совмещённые и раздельные пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП), поворотные преобразователи, электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП), преобразователи - фазированные решётки (ФР ПЭП или ПФР), калибровочные и настроечные образцы, контактная жидкость, механические и автоматизированные сканирующие устройства. По состоянию на июль 2023 года технологии механизированного и автоматизированного ультразвукового контроля (соответственно, МУЗК и АУЗК) активно внедряются в разных отраслях промышленности, что помогает добиваться более точных, достоверных и полных результатов ультразвуковой дефектоскопии. К передовым решениям для УЗД относится также метод цифровой фокусировки антенной решётки (ЦФА, TFM/FMC), полноматричный захват (FMC), тройное сканирование и пр. Всё это делает ультразвуковую дефектоскопию более эффективным для выявления и плоскостных, и объёмных дефектов - и делает визуализацию результатов сканирования при перемещении ПЭП и получении отражённых сигналов более наглядной и понятной. Для ряда возможных применений и конкретных задач информативность и наглядность УЗД уже вплотную приближается к возможностям радиографического контроля (РК). Тем не менее, на многих опасных производственных объектах практикуется и ультразвуковая дефектоскопия, и рентген - как взаимодополняющие друг друга вида НК. Кроме того, УЗД активно практикуется на металлургических производствах - для "поточного" контроля качества труб, рельсов, листового проката и пр.Содержание:
Выбор аппаратуры для УЗДМетоды ультразвуковой дефектоскопии
Техкарты
Сканирование и анализ эхо-сигналов
Как форум помогает дефектоскопистам УК
Выбор аппаратуры для ультразвуковой дефектоскопии
На форуме хватает обсуждений, посвящённых выбору УЗ-дефектоскопов – например, #1, #2, #3 и т.д. Сложности с подбором и приобретением аппаратуры возникают по ряду причин.- На рынке очень много достойных производителей. Из отечественных – НПЦ «Кропус», НПК «ЛУЧ», НПГ «Алтек», АКС, «Алтес», «АКА-Скан», НПЦ «Эхо+», НПК «Техновотум» и др. Из зарубежных можно отметить Olympus, Sonotron NDT, ZETEC, SIUI NDT, HARFANG, хоть после февраля 2022 года многие бренды ушли из России. Сориентироваться в этом многообразии бывает непросто. У каждого разработчика - своя линейка дефектоскопов, у разных приборов - разные функции, версии программного обеспечения (ПО), варианты комплектации, каталог ПЭП, сканеров, дополнительные аксессуары, условия сервисной поддержки и пр.
- Нужно уложиться в бюджет. Аппаратура для ультразвуковой дефектоскопии, особенно для работы с ФАР и TOFD, стоит недёшево. Хороший одноканальный дефектоскоп для "традиционного" ручного УЗК (РУЗК), например, по состоянию на июль 2023 года можно приобрести за 300 000-500 000 рублей. Цены на многоканальные дефектоскопы на фазированных решётках стартуют от 700 000 рублей и могут достигать нескольких миллионов рублей. Сканеры для МУЗК и АУЗК могут стоить несколько сотен тысяч рублей, а то и больше 1 млн рублей.
- Большое количество объектов контроля и требований к ним. Ультразвуковая дефектоскопия применяется для неразрушающего контроля стыковых, угловых, нахлесточных, тавровых сварных соединений и основного металла - литья, штамповок и поковок из углеродистой, конструкционной, нержавеющей (аустенитной) стали, а также титановых, алюминиевых, медных и иных сплавов. У объектов контроля разные габариты и геометрические параметры, что может создавать трудности, например, при сканировании, расшифровке и оценке результатов, например, из-за возникновения большого количества ложных эхо-сигналов от боковых стенок, возникновения многократных отражений, фантомных сигналов и пр. Перед проведением ультразвуковой дефектоскопии оценивают контролепригодность и контроледоступность объекта контроля. И хотя в некоторых нормативных технических документах (НТД) эти понятия отождествлены, между ними всё же есть небольшая разница. Под контролепригодностью понимается совокупность физико-химических и технологических свойств объекта контроля, которые в принципе позволяют проводить данный метод неразрушающего контроля. Контроледоступность же про другое - про отсутствие конструктивных и иных препятствий, которые мешают выполнению ультразвуковой дефектоскопии. То есть имеется в виду наличие безопасного и удобного доступа к объекту контроля. При УЗД сварных соединений, например, предусмотрено 3 степени контроледоступности, самый оптимальный вариант - 1-я степень (1ДК), когда центральный луч ультразвукового пучка пересекает каждую точку контролируемого сечения, как минимум, с двух направлений относительно сварного шва. У многих металлов к этому прибавляется крупнозернистая структура, структурная реверберация и большое затухание (аустенитная сталь, бета-титан), отклонения скорости ультразвука (медь, алюминий), анизотропия (альфа-титан) и пр. Объекты контроля самые разные, от технологических, промысловых, магистральных трубопроводов, их соединительных деталей и рельсов железнодорожных путей до всевозможных валов, лопаток турбин, пролётных строений, грузоподъёмных механизмов и атомных реакторов. На каких-то объектах есть покрытие, есть следы коррозии, есть наплавка (биметаллы). Для нормального проведения ультразвуковой дефектоскопии нужно зачистить поверхность ввода в зоне перемещения ПЭП от краски, ржавчины, брызг металла. Шероховатость поверхности не должна превышать Ra 6,3 мкм (Rz 40 мкм), волнистость - не более 0,015. Некоторые НТД содержат требования к состоянию донной поверхности. Например, чтобы её шероховатость не превышала Rz 160 мкм, волнистость - не более 0,025. Дефектоскописты ультразвукового контроля (дефектоскописты УК) оценивают шероховатость при помощи образцов шероховатости сравнения (чаще всего), датчиков шероховатости и волнистости (разработка ЦНИИТМАШ, которая в настоящее время мало где используется) либо профилометров или профилографов (сильно реже). На практике с контроледоступностью и контролепригодностью контролируемых объектов часто возникает масса трудностей. Всё это также предъявляет дополнительные требования к выбору аппаратуры для ультразвуковой дефектоскопии и к квалификации персонала НК.
- Современные цифровые ультразвуковые дефектоскопы – это сами по себе подчас не самые простые приборы. По сути, это настоящие мини-компьютеры с мощными вычислительными возможностями и богатым функционалом для более гибкой настройки и более эффективного контроля. Это особенно хорошо видно на примере ультразвуковых дефектоскопов на фазированных решётках, которые могут, например, одновременно проводить УЗК эхо-методом и TOFD-методом и отображать на экране А-, В-, D-, S-развёртку и пр. Количество каналов, максимально допустимая глубина прозвучивания (длина контролируемого материала), диапазон регулировки развёртки, режимы калибровки задержки в призме и/или протекторе ПЭП, типы развёрток, доступность функций АСД, ВРЧ, АРК (DAC), АРД-диаграмм, диапазон регулировки частоты посылок зондирующих импульсов, частоты их заполнения, диапазон регулировки числа периодов зондирующих импульсов, низко- и высокочастотные фильтры для улучшения отношения сигнал/шум, способы их детектирования, способы измерения времени прихода сигналов, возможности демпфирования, порядок сохранения сканов развёртки, объём памяти, ёмкость аккумулятора – лишь часть важных характеристик ультразвуковых дефектоскопов. А ведь, как мы ранее отметили, аппаратура для ультразвуковой дефектоскопии этим не ограничивается. Конечно, у дефектоскопов есть много общего, но есть и масса различий. Часто дефектоскописты УК настолько привыкают работать на каком-то конкретном приборе, что сталкиваются с большими трудностями при переходе на другую аппаратуру. Не случайно правила аттестации персонала неразрушающего контроля СДАНК-02-2020, например, разрешают использовать на практическом экзамене собственный дефектоскоп, с которым дефектоскопист непосредственно трудится в ЛНК.
Методы ультразвуковой дефектоскопии
В ГОСТ 23829-85 приводятся определения 16 различных методов УЗК. Наиболее широко применяется эхо-метод, он же - эхо-импульсный. Для эхо-метода используются пьезоэлектрические преобразователи нескольких типов:- совмещённые, в которых одна пьезопластины является и активным излучателем, и приёмником акустических сигналов. Пример - совмещённые прямые преобразователи продольных волн и наклонные преобразователи поперечных вертикально-поляризованных волн;
- раздельно-совмещённые, в которых пьезопластины, выполняющие функции излучателя и приёмника, расположены внутри одного корпуса и разделены друг от друга экраном электрически и акустически. К таковым относятся прямые РС ПЭП и наклонные, например, хордовые ПЭП, которые используются для УЗК тонкостенных кольцевых сварных соединений трубопроводов из стали и полиэтилена малого диаметра (обычно до 325 мм) и с толщиной стенки от 3 до 9 мм.
Но пока вернёмся к эхо-методу. По некоторым оценкам, именно он применяется для ультразвуковой дефектоскопии порядка 95% сварных соединений с номинальной толщиной стенки 4,0 мм и более. Эхо-импульсный метод заключается в прозвучивании объекта контроля зондирующими импульсами, которые дефектоскоп посылает с заданной частотой (для стандартных задач частота посылок чаще всего составляет от 400 до 1000 Гц) и вводит их к объект контроля посредством преобразователя. Отражаясь от несплошности, импульсы возвращаются на приёмник ПЭП, где акустический сигнал преобразуется в электронный, который, в свою очередь, поступает на электронный блок дефектоскопа. Тот измеряет время прихода сигнала и отношение амплитуд в децибелах (дБ) - так что на экране, например, на А-развёртке дефектоскопист УК может видеть амплитуду сигнала, глубину залегания дефекта, расстояние до него по поверхности ввода и по лучу, а также измерять его условную протяжённость, условную ширину, условную высоту, эквивалентную площадь и пр. При работе с прямым совмещённым или раздельно-совмещённым ПЭП на экране также отображается донный сигнал, отражённый от донной (обратной) поверхности объекта контроля.
Эхо-метод ультразвуковой дефектоскопии хорош тем, что сканирование выполняется с одной стороны (для сравнения: теневой метод предполагает точное позиционирование двух ПЭП по обе стороны контролируемого объекта). Эхо-метод привлекателен своей высокой чувствительностью (примерно в 10-20 раз выше, чем у теневого метода, например) и возможностью довольно точно определять координаты внутренних дефектов. К недостаткам эхо-метода относят его сравнительно низкую помехоустойчивость (особенно при появлении ложных эхо-сигналов от валиков усиления сварного шва, подкладного кольца, боковых стенок, технологических отверстий и прочих отражателей) и сильную зависимость амплитуды эхо-сигналов от пространственной ориентации плоскостных дефектов и шероховатости их поверхности (параметр Рэлея). Первая проблема решается повышением квалификации операторов, более точным позиционированием ПЭП при перемещении и более внимательным анализом координат отражателей. Что касается влияния ориентации трещин, непроваров, несплавлений и иных плоскостных дефектов, то с этим тоже можно работать. Например, меняя ракурс озвучивания - на этом основан, например, способ азимутального озвучивания с поворотом ПЭП на 45 градусов в горизонтальной плоскости в обе стороны дефекта с последующим сравнением амплитуд эхо-сигналов в этих положениях. Ещё одно ограничение эхо-метода, особенно при работе с совмещёнными ПЭП, связано с наличием так называемой мёртвой зоны - прилегающей к поверхности ввода области, в пределах которой невозможно выявление дефектов заданного размера при определённых настройках чувствительности. У прямых совмещённых ПЭП мёртвая зона достигает 5-10 мм, поэтому вместо них часто предпочитают РС ПЭП с мёртвой зоной 0,5-1,0 мм. У наклонных совмещённых ПЭП мёртвая зона меньше, чем у прямых совмещённых ПЭП. Нормой для таких датчиков считается мёртвая зона в пределах 2,5 длин волны (2,5*λ мм). Для уменьшения мёртвой зоны у наклонных ПЭП особое внимание уделяется материалу и форме призм, наличию специальных "ловушек" для подавления собственных шумов, вызванных отражением ультразвука от поверхности ввода. Кроме того, при работе с наклонным ПЭП сканирование почти всегда выполняется не только прямым, но и отражённым лучом. Тем самым обеспечивается прозвучивание 100% контролируемого объёма.
Помимо эхо-метода, в ультразвуковой дефектоскопии применяются и другие методы.
- Теневой метод, он же амплитудный. Упругие колебания проходят через контролируемое сечение от излучателя к приёмнику, которые находятся по разные стороны объекта контроля. О наличии дефекта судят по уменьшению амплитуды сигнала либо полному отсутствию прошедших сигналов. Если же дефекта нет, то сигнал поступает на приёмный преобразователь без значительной потери интенсивности. Если толщина изделия постоянна, материал однородный по акустическим свойствам, лицевая и обратная поверхности плоскопараллельны друг к другу, шероховатость в пределах Rz 40 мкм - то амплитуда прошедших сигналов меняется лишь незначительно. Чем крупнее внутренняя несплошность, тем существеннее уменьшается амплитуда. Теневой метод, в отличие от эхо-импульсного метода, в меньше степени зависит от пространственной ориентации дефектов, отсутствие мёртвой зоны и высокая помехоустойчивость. К недостаткам теневого метода относится низкая чувствительность (в 10-20 раз меньше, чем у эхо-метода), необходимость двухстороннего доступа к контролируемому объекту, сложность соосного позиционирования и перемещения ПЭП, невозможность определения глубины залегания выявляемых несплошностей.
- Зеркально-теневой метод. От обычного теневого метода, описанного выше, отличается тем, что излучатель и приёмник располагаются с одной стороны контролируемого объёма. Признаком наличие дефекта также служит уменьшение амплитуды сигнала, отражённого от донной поверхности. Для ультразвуковой дефектоскопии зеркально-теневым методом можно обойтись односторонним доступом к объекту. Проводить такой контроль можно не только с раздельными, но и с совмещёнными преобразователями. Сегодня теневой и особенно зеркально-теневой метод активно используются для УЗК сварных соединений арматуры (пример).
- Эхо-зеркальный метод. Основан на использовании сигналов, отражённых от донной поверхности и от дефекта. Метод особенно эффективен для выявления вертикально-ориентированных дефектов сварных швов - трещин и непроваров (они же - самые опасные). Для этого шов прозвучивают двумя идентичными наклонными преобразователями, которые расположены на одной поверхности, по одну либо по две стороны шва. В первом случае излучатель и приёмник располагаются рядом друг с другом, то есть в разных плоскостях. Такой способ называется "тандем-дуэт" (или "стредл"). Другой вариант - схема "тандем", когда ПЭП располагаются в одной плоскости, то есть друг за другом. Дополнительный подвид эхо-зеркального метода - "корневой тандем", когда вместо двух наклонных ПЭП используются раздельно-совмещённые наклонные ПЭП, у которых излучатель и приёмник расположены в одном корпусе. Такой вариант особенно эффективен для обнаружения "висячих" надкорневых непроваров и трещин. Эхо-зеркальный метод ультразвуковой дефектоскопии привлекателен высокой помехоустойчивостью и чувствительностью к вертикально ориентированным плоскостным дефектам.
- Дельта-метод. Основан на использовании дифракции - такого распространения ультразвуковых волн и взаимодействия с границами раздела, при которых нарушаются законы геометрической оптики. Для дельта-метода используется наклонный преобразователь поперечных волн. Дефект озвучивается такой волной - и часть падающего пучка, в виде поперечной волны отражается зеркально. Другая часть энергии трансформируется в продольные волны. На острых гранях ("блестящих точках") дефекта происходит дифракция этих волн. Прямой преобразователь принимает две дифрагированные волны: 1) "срывающуюся" с верхнего "кончика" дефекта продольную волну и 2) продольную волну от нижнего, предварительно зеркально отражённую от донной поверхности. Дельта-метод используется не так широко, хотя у него есть масса преимуществ, в числе которых - высокая помехоустойчивость, чувствительность к вертикально ориентированным дефектам разной ориентации, возможность измерять их высоту. По некоторым данным, дельта-метод позволяет выявлять трещины высотой всего 0,2 мм в сварных швах толщиной всего лишь 1,0 мм. При этом дельта-метод очень требователен к качеству зачистки поверхности ввода и не всегда годится для толстостенных объектов.
- Дифракционно-временной метод (TOFD). Метод основан на использовании дифрагированных волн в контролируемом объекте. Для проведения ультразвуковой дефектоскопии TOFD-методом используется пара преобразователей (чаще всего - продольных волн), расположенных по разные стороны от несплошности. На приёмник поступает прошедший сигнал головной волны, дифрагированные эхо-сигналы от верхнего и нижнего края дефекта, а также эхо-сигнал от донной поверхности. Сигнал головной волны и донный сигнал могут отсутствовать при большом угле ввода и большой толщине стенки. В отличие от эхо-метода, в методе TOFD основной акцент делается на измерении не амплитуды сигналов, а времени их прихода. Амплитуда учитывается для отстройки от структурных помех. Сигналы недетектированных дифрагированных волн могут быть зафиксированы от дефектов разной ориентации, особенно эффективно это работает при выявлении плоскостных дефектов. Это позволяет измерять их размеры. Дифракционно-временной метод активно используется для механизированного и автоматизированного ультразвукового контроля сварных соединений способом параллельного и непараллельного сканирования. Вместо классических А-сканов дефектоскопы с поддержкой TOFD-метода отображают В-сканы, которые, правда, формируются из тех же А-сканов. Каждый А-скан соответствует смещению энкодера (датчика пути) на 1 мм. Характерный чёрно-белый В-скан с большим количеством оттенков серого позволяет судить о зависимости амплитуды от времени прихода сигнала: белый цвет на такой развёртке соответствует положительной полуволне, чёрный - отрицательной. Высокая разрешающая способность систем, реализующих TOFD-метод, позволяет измерять высоту дефектов с точностью до +/-1 мм.
Разработка операционной технологической карты для проведения ультразвуковой дефектоскопии
Вот лишь несколько важных параметров контроля, которые необходимо учесть при составлении ОТК и с которыми часто возникают трудности.- Определение параметров ПЭП. К таковым относится тип преобразователя, рабочая частота, угол ввода, стрела (у наклонных датчиков), мёртвая зона, ширина диаграммы направленности, лучевая и фронтальная разрешающая способность, угловое отклонение и параллельное смещение центрального луча относительно оси корпуса ПЭП, задержка в призме (протекторе). У фокусирующих РС ПЭП - фокусное расстояние, глубина фокуса, ширина фокуса и пр. Параметры ПЭП регламентируются положениями НТД, но иногда подбор датчика в соответствии с ними вызывает некоторые трудности. В целом, пьезоэлектрические преобразователи подбирают с учётом требований к чувствительности, то есть к максимальной допустимой эквивалентной площади (условным размерам) дефекта. Чем выше должна быть предельная чувствительная (минимальная площадь плоскодонного отверстия, ориентированного перпендикулярно акустической оси датчика, которая фиксируется на заданной глубине при определённых настройках чувствительности приёмника и мощности генератора) - тем меньше должна быть длина волны и тем выше должна быть рабочая частота. При этом: чем больше толщина и коэффициент затухания у материала контролируемого объекта, тем частота должна быть меньше, во избежание многократных отражений от зёрен металла и возникновения многочисленных помех на развёртке. Считается, что для ультразвуковой дефектоскопии объектов номинальной толщиной от 4 до 15 мм эффективнее подходят ПЭП с рабочей частотой 5,0 МГц. Для толщин от 16 до 40 мм - ПЭП с рабочей частотой 2,5 МГц. Для толщин 40-100 мм - датчики с рабочей частотой 1,8-2,0 МГц. Что касается способа акустического контакта, то чаще всего для УЗК сварных соединений и основного металла используются контактные ПЭП, но в последние годы всё активнее внедряются электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП), которые особенно востребованы для ультразвуковой толщинометрии, но могут применяться и для поиска несплошностей.
- Настройка чувствительности дефектоскопа. Если говорить про "традиционный" ручной УЗК, то его чаще всего проводят в режиме временной регулировки чувствительности (ВРЧ), или в режиме "кривая амплитуда-расстояние" (АРК, DAC), или в режиме АРД-диаграмм. Режим проведения ультразвуковой дефектоскопии прописывается в операционной технологической карте, где также указываются требования к настроечным образам - материалу, акустическим свойствам, геометрическим размерам, типу искусственного отражателя, размерам и пр. В ОТК должна быть указана максимальная допустимая эквивалентная площадь (для АРД) и/или тип и размеры опорного отражателя (для ВРЧ, АРК), уровни чувствительности и разницу по усилению между ними. В зависимости от требований НТД уровней чувствительности может быть два (браковочный, контрольный) либо три (браковочный, контроль, поисковый). Также для некоторых категорий, при определённых условиях могут действовать поправки чувствительности. ОТК должна содержать подробные, доступно изложенные инструкции по настройке чувствительности, причём в идеале - с учётом интерфейса конкретного ультразвукового дефектоскопа, его меню и руководства по эксплуатации.
- Схема прозвучивания. Она подбирается таким образом, чтобы обеспечить прохождение акустической оси перпендикулярно к вероятной ориентации предполагаемых дефектов. Схему прозвучивания выбирают с учётом технологии изготовления объекта контроля. Так, несплошности в листовом прокате часто "вытянуты" в плоскости, параллельной нижней и верхней поверхности листа, причём преимущественно в средней по толщине его части. Пример таких дефектов - расслоения. Но встречаются в листах и трещины - поэтому ультразвуковая дефектоскопия проводится как с прямыми, так и с наклонными ПЭП - прямым и однократно отражённым лучом. Сварные соединения также прозвучивают не только прямым, но и однократно либо даже двукратно отражённым лучом, причём корень стараются "достать" именно прямым лучом. Это помогает обеспечить полное пересечение поперечного сечения шва осью пучка и повысить вероятность обнаружения наиболее опасных плоскостных дефектов - трещин, несплавлений, непроваров. Помимо самого шва, при ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений подлежит зона термического влияния, или околошовная зона. Её ширина зависит от номинальной толщины стенки соединяемых элементов и способа сварки. Так, для дуговой сварки при номинальной толщине стенки свыше 20 мм околошовная зона должна составлять не менее 20 мм. Для электрошлаковой сварки при номинальной толщине свариваемых элементов до 100 мм подлежащая контролю околошовная зона должна составлять не менее 50 мм. При выборе схемы сканирования поковок исходят из принципа, чтобы каждая точка контролируемого объёма прозвучивалась в трёх взаимно перпендикулярных направлениях.
- Нормы отбраковки. Операционная технологическая карта составляется под конкретные параметры объекта контроля - толщину, диаметр, категории, уровень качества и пр. Поэтому - нормы отбраковки в ОТК указываются как можно конкретнее, в виде конкретных значений. Это касается максимальной допустимой эквивалентной площади дефекта, условной протяжённости, суммарной условной протяжённости дефектов в пределах оценочного участка, длины этого самого оценочного участка и пр. Дефектоскописту УК, который проводит ультразвуковую дефектоскопию по технологической карте, не нужно дополнительно обращаться к НТД, что-то вычислять и т.д. Все нужные цифры должны быть перед ним.
Трудности сканирования при УЗД эхо-методом
Вот лишь некоторые промежуточные задачи, с которыми важно не ошибиться при подготовке к проведению контроля.- Обеспечение полноты прозвучивания, соблюдение скорости, шага сканирования и равномерного усилия прижима для стабильного акустического контакта. Если говорить о сканировании сварных соединений, например, то чаще всего его выполняют одним из двух способов - поперечно-продольным либо продольно-поперечным. Соответственно, ПЭП перемещают либо вдоль, либо поперёк шва, систематически сдвигая его с определённым шагом (обычно не более 2-3 мм, или не более половины размера пьезоэлемента в направлении, перпендикулярном перемещению датчика). Для толстостенных изделий, с номинальной толщиной стенки 50 мм и более, зачастую практикуется продольно-поперечный способ сканирования. Для меньших толщин - поперечно-продольный способ. При ручной проведении ультразвуковой дефектоскопии рекомендуется также перемещать ПЭП не только перпендикулярно оси шва, но и периодически поворачивая на +/- 10-15 градусов, чтобы не пропустить дефекты различной ориентации. Что касается скорости сканирования, то для РУЗК она не должна превышать 100-150 мм/с. При использовании сканеров для МУЗК и АУЗК скорость сканирования может достигать 4 м в минуту и более. При проведении ультразвуковой дефектоскопии важно также следить за стабильностью акустического контакта. Помимо скорости перемещения ПЭП и шероховатости поверхности ввода, на это влияет наличие достаточного количества контактной жидкости между ней и рабочей поверхностью датчика. В сканирующих устройствах для МУЗК и АУЗК за нанесение контактной жидкости на поверхность ввода отвечают специальные системы, а в сменных призмах наклонных ПЭП, например, предусматриваются специальные для её подачи под "подошву" датчика. Преобразователи в сканирующих сканерах фиксируются в подпружиненных механизмах - для равномерного прижима к контролируемой поверхности. При ручном проведении ультразвуковой дефектоскопии за усилием прижима приходится следить самому оператору. Это пример навыка, который вырабатывается со временем. Давление на ПЭП должно быть постоянным, в идеале - составлять порядка 1,2-1,5 кгс.
- Интерпретация эхо-сигналов. Дефектоскопист УК должен знать признаки, по которым можно отличать полезные эхо-сигналы от ложных. Важно здесь следить за координатами отражателей - поэтому большую роль играет корректная настройка глубиномера и определение параметров ПЭП. Оператор должен уметь корректно устанавливать задержку и длительность развёртки, настраивать зону контроля, селектировать сигналы и пр. Полезным может оказаться навык работы с разными вариантами детектирования сигналов - например, с радио-режимом. В определённых ситуациях может даже потребоваться замена ПЭП на другой, с иными параметрами, например, с иным углом ввода. При измерении условной протяжённости, условной ширины, условной высоты дефектов важно следить за тем, как меняется высота (амплитуда) сигналов на развёртке, как они перемещаются по ней, какую форму они имеют и пр. При работе с ФР и TOFD, как мы отмечали выше, к А-сканам добавляются другие типы развёртки. Наблюдением за всем этим требует от дефектоскописта УК большой сосредоточенности. Поэтому подготовка рабочего места к проведению ультразвуковой дефектоскопии имеет большое значение. Должен быть обеспечен безопасный и удобный доступ к поверхности ввода, при необходимости - с возведением лесов, подмостей, вышек-тура и пр. Температура воздуха - желательно не ниже -5 градусов Цельсия и не выше +40 градусов Цельсия. Рядом не должно быть шума, ярких вспышек света (например, от сварки). Объект контроля не должен подвергаться ударным воздействиям, что может привести к возникновению акустических помех. На практике, конечно, бывает всякое - но, как бы то ни было, труд дефектоскописта УК - высококвалифицированный, и он требует подобающих условий. Их создание, к слову, в обязанности персонала НК не входит.
- Определение типа и условных размеров дефекта. Мало выявить несплошность – для принятия решения о допуске или отбраковке нужно корректно её измерить. Список характеристик, по которым оценивается качество шва, содержится в технологической карте, инструкции или методическом указании. Для полноценного проведения ультразвуковой дефектоскопии в операционных картах может потребоваться измерение: эквивалентной площади, условной протяжённости, ширины и высоты дефекта; его координат; количества дефектов на определённом участке контроля или по периметру сварного соединения; условного расстояния между отражателями. Чем точнее результаты УЗК, тем больше информации об объекте контроля удаётся получить и тем точнее можно спрогнозировать его рабочий ресурс при экспертизе промышленной безопасности, например. С развитием когерентной обработки сигналов (с учётом не только их амплитуды, но и фазы и периода) и иных технологий ультразвуковая дефектоскопия становится всё ближе к "дефектометрии".
- Оформление результатов. Результаты контроля подлежат надлежащему оформлению. Их записывают в журнал, акт, заключение, реже – на схему соединения или в иной документ. Дефектоскописту необходимо указать информацию по следующим пунктам: идентификационный номер изделия (сварного соединения); дату проведения контроля; идентификационные данные специалиста УЗК (обязательно с указанием номера квалификационного удостоверения); тип и заводские номера дефектоскопа, ПЭП, мер и настроечных образцов, а также срок действия поверки на них; собственно результаты ультразвуковой дефектоскопии с перечислением всех дефектов, достигших контрольного уровня по амплитуде, и/или эквивалентной площади, и/или условной протяжённости. НТД может требовать определять принадлежность выявленных дефектов к объёмным протяжённым, объёмным непротяжённым или плоскостным, а также присваивать контролируемому изделию класс дефектности. Типовые формы заключений (актов, протоколов, журналов для регистрации результатов УЗК) опять-таки содержатся в НТД и/или в договоре с заказчиком. В помощь слесарю не будет лишним подготовить дефектограмму – эскиз объект контроля, на котором можно обозначить местоположение дефектов.
В помощь дефектоскопистам УК
Разумеется, ультразвуковая дефектоскопия – слишком обширное направление, чтобы в одном тексте изложить весь спектр трудностей, с которыми сталкиваются специалисты. Мы обозначили лишь самые крупные – даже не темы, а «блоки» вопросов. Отдельная большая тема, например, УЗК тонкостенных объектов. Так, для технологических трубопроводов на взрывопожароопасных объектах допускается проведение УЗД для толщин от 8 мм, хотя во многих других отраслях этот «порог» намного ниже. Опытные дефектоскописты убеждены: для объектов с малой толщиной стенки, от 4 мм, УЗК зачастую гораздо предпочтительнее рентгена. Вопрос наболевший, так как сотни специалистов по всей стране вынуждены «тягать» рентгеновские трубки и дышать реагентами в проявочной вместо того, чтобы проводить УЗК. Очень много уникальных задач возникает при организации автоматизированного ультразвукового контроля, например, на металлургических предприятиях, когда с конвейера сходят сотни погонных метров продукции (труб, листов, рельсов, прутков, арматуры) - и это всё нужно прозвучивать и отбраковывать в соответствующем темпе. Разработкой таких сложных систем занимаются специалисты высшего класса.Словом, много интересных вопросов и ситуаций. Чтобы глубже изучить методы ультразвуковой дефектоскопии и улучшать свои навыки, присоединяйтесь к сообществу «Дефектоскопист.ру» и следите за новыми публикациями!