Ультразвуковой контроль сварных швов

Безопасная эксплуатация строительных конструкций со сварными соединениями требует систематической проверки соединительных швов. Различные виды дефектоскопии позволяют проверять их качество и прочность как на этапе монтажа, перед сдачей в эксплуатацию, так и спустя продолжительное время использования зданий, сооружений и хозяйственных построек по назначению. К наиболее эффективным и менее ресурсо затратным способам обследования соединений, выполненных путём сварки металла, относят ультразвуковую диагностику. Данный метод превосходит рентгенографические исследования, радиографию и гамма-дефектоскопию по точности результатов.

Первый ультразвуковой контроль сварных соединений датируется 1930 годом. На сегодняшний день УЗК сварки очень популярен и благодаря доступной цене используется повсеместно. Его востребованность обусловлена тем, что даже самое незначительное нарушение целостности соединения неизбежно приведёт к утрате физических свойств элемента: прочности, упругости, устойчивости к внешним воздействиям. Со временем это повлечёт за собой разрушение шва и непригодности каркаса.

Определение

Ультразвуковой контроль сварных швов – это метод неразрушающей проверки, в основе которого лежит поиск скрытых от человеческого глаза механических дефектов недопустимого размера и химических отклонений от заданного параметра. Также УЗД проводится с целью выявления воздушных пустот, вкраплений шлака в металл и присутствия в детали посторонних неметаллических предметов. Методика исследования подходит для всех видов сварочных соединений.

Виды ультразвукового контроля

В современной строительной индустрии используют несколько видов УЗК сварных швов. Ознакомимся кратко с каждым типом изучения состояния сварочных работ.

  1. Методика эхо-импульсной диагностики. Для измерений берут УЗ дефектоскоп, состоящий из одного аппарата. Прибор настроен таким образом, чтобы излучать волны и принимать их. Если аудио сигнал прошёл сквозь сварочный рубец и не зафиксировался на датчике приёма, значит, нарушения на нём отсутствуют. Если зафиксировано отражение сигнала, это обозначает, что внутри шва имеется изъян.
  2. Эхо-зеркальная дефектоскопия. Метод похож на предыдущий, однако для получения результата используются два устройства: излучатель и приёмник. Оборудование устанавливается под углом относительно оси соединения. Датчик посылает сигнал, а приёмник ловит отражение колебаний, обрабатывает данные и визуализирует их. Идеальный вариант для регистрации вертикальных трещин внутри соединительного рубца.
  3. Зеркально-теневой метод ультразвукового неразрушающего контроля. Сочетание лучших приёмов теневого и зеркального исследования. Для получения информации о состоянии сварочного соединения, устанавливается комплект датчиков для излучения и приёма волн, отражённых от поверхности шва. Если на пути сигнала нарушений нет, то приёмник фиксирует чистую волну. В случае, когда прибор показывает глухую зону, внутри рубца имеется брак.
  4. Методика теневой диагностики. Излучатель и преобразователь устанавливают напротив друг друга по разные стороны строго перпендикулярно оси проверяемого элемента. Излучатель отправляет волновой поток, а преобразователь принимает, обрабатывает и визуализирует сигнал. Наличие глухих зон говорит о том, что внутри шва сформирована инородная среда, а значит, имеет место брак.
  5. Дельта метод. Способ проверки состояния сварки основан на направленном воздействии акустическими волнами. Однако тут много подводных камней. Точность показателей относительно размера и формы трещин или инородных тел зависит от количества полученных обратно волн. Они же имеют свойство отклоняться от траектории. Тут требуется деликатная настройка приёмника. Также имеют место ограничения размеров исследуемой области.

Несмотря на обилие способов УЗ диагностики, специалисты отдают предпочтение эхо-импульсной и теневой методикам. Они являются наиболее точными и отлично подходят для сложных соединений трубопровода.

Как проводится ультразвуковая дефектоскопия

Диагностика состояния сварочных конструкций посредством ультразвуковых волн входит в группу методов неразрушающего контроля. Она отличается удобством и простотой выполнения. Разберём этапы УЗИ сварных швов на примере теневого метода. Он определяется основными параметрами ГОСТ.

  • На подготовительном этапе исследователь зачищает сварочный шов и деталь конструкции на 5-7 см по окружности.
  • Очищенная поверхность натирается техническим маслом (это может быть промышленный глицерин или старый добрый солидол). Эта мера позволяет повысить точность результатов.
  • Проверочное оборудование настраивается согласно требованиям ГОСТ.
  • Устанавливается излучатель. Его включают, и начинается передача сигналов.
  • Приёмник находится в руках лаборанта. Специалист медленно водит прибор с обратной стороны, совершая зигзагообразные движения. Для максимального поглощения волн, датчик проворачивают вокруг своей оси на 10-15 градусов.
  • Если в металлическом рубце будет дефект, сигнал выдаст на мониторе максимальный скачок  амплитуды. Однако причиной искажения данных может стать обычная неровность шва.
  • Координаты изъяна заносятся в протокол исследования.
  • Каждое соединение проверяется в 2-3 подхода. Таковы требования ГОСТ.
  • Полученная информация регистрируется в специальный журнал и хранится в архиве.

Важно! Для осуществления измерения качества угловых соединений путём сваривания, применяют исключительно эхо-импульсную методику диагностирования. Теневая форма исследований в этом случае не подходит.

Параметры оценки результатов

Качество оценки сварных соединений зависит от чувствительности прибора и его настроек. С помощью измерительного оборудования определяют количество дефектов. Эхо метод даёт возможность обнаружить изломы, расположенные близко друг к другу. Для этого анализируются следующие критерии:

  • амплитуда ультразвукового колебания
  • длина волны
  • размер искажения
  • форма дефекта.

Протяжённость волны определяет ширину изъяна. Его можно вычислить посредством перемещения прибора вдоль сварного шва. Высоту раскола прибор рассчитывает путём замера временного интервала между направленной волной и её поглощённым отражением. Форму дефекта определяют посредством визуальной формы зафиксированного отражённого сигнала.

Ультразвуковая дефектоскопия требует узкоспециализированных навыков. Точность исследований напрямую зависит от опыта и навыков специалиста.

Достоинства и недостатки ультразвукового контроля труб

Метод УЗК сварных соединений имеет ряд неоспоримых преимуществ:

  • высокая скорость обследования
  • максимальная точность результатов
  • доступность, благодаря низкой стоимости
  • безопасность для персонала
  • мобильный и компактный прибор не требует оформления спецдоставки
  • сохраняется целостность конструкции
  • обследования можно проводить, не останавливая основные работы
  • подходит для проверки качества спайки цветных и чёрных металлов, нержавеющих сплавов.

Присутствуют и недостатки, но их с лихвой можно компенсировать профессиональным опытом лаборанта:

  • возможны погрешности формы обнаруженного дефекта, если внутри шва оказались воздушные пустоты или инородный шлак, т.к. разная плотность материалов сказывается на отражательной способности
  • элементы со сложной геометрией дают некорректные показатели, так как волны могут отражаться не от исследуемого участка, а от близлежащей детали
  • крупнозернистая структура металла также может вызвать искажение показателей, поскольку волны могут рассеиваться или затухать внутри каркаса
  • на подготовительном этапе необходимо очистить рубец от окалин, ржавчины, загрязнений, иначе они могут нарушить точность измерений.

Проконтролированный шов служит гарантией того, что конструкция должным образом выполнит свои функции. Обследование подтвердит качество стыков, запас прочности, эксплуатационные возможности. Существуют определённые нормативы и графики проведения проверок, правила диагностики. Их соблюдение обеспечит безопасность.