Ультразвуковые дефектоскопы

Плюсы и минусы ультразвуковой дефектоскопии

Ультразвуковой контроль используется в ходе приемки и при профилактических проверках состояния многих конструкций, к которым предъявляются повышенные требования. Дефектоскопия обязательна для емкостных сооружений, где рабочая среда находится под давлением выше атмосферного, трубопроводов воды и пара тепловых и атомных электростанций, узлов и агрегатов авиационных, ракетных и судовых двигателей и других ответственных сварных конструкций.

Относительно других видов дефектоскопии, ультразвуковой способ имеет следующие достоинства:

• высокая чувствительность при выявлении в изделиях трещин шириной до 1 мкм и пор диаметром до 0,5 миллиметра;
• возможность обнаружения дефектных участков в режиме on-line, что повышает скорость принятия решения;
• компактность оборудования, невысокая стоимость, быстрое получение результата;
• отсутствие, в отличие от рентгенографии, вредного воздействия на оператора;
• возможностью осуществления контроля непосредственно на месте производства работ, в т.ч. в полевых условиях, без изменений технологической последовательности;
• возможностью измерения толщины изделия в широком диапазоне от 3 миллиметров до нескольких метров;
• возможностью контроля продукции из металлов и неметаллов, включая бетонные конструкции, изделия из полимеров и композита.

В то же время ультразвуковая дефектоскопия не свободны от недостатков, к которым можно отнести:

• сложность определения характера и реальных габаритов дефектных мест;
• сложности с диагностированием дефектов в изделиях из металлов с крупнозернистой структурой, вызванных рассеиванием и затуханием волн;
• затруднения с контролем изделий небольших размеров и сложной конфигурации;
• зависимость качества сигнала от волнистости и шероховатости поверхности проверяемого изделия.

Ультразвуковой контроль используются в транспортном, энергетическом машиностроении, в нефтегазодобывающей отрасли, при строительстве трубопроводов по транспортировке углеводородного сырья, при изготовлении грузоподъемных механизмов и большепролетных конструкций, а также в других случаях.

Технология ультразвуковой дефектоскопии

Стандартный ультразвуковой дефектоскоп состоит из нескольких функциональных узлов и блоков:

• электронный генератор импульсов;
• приемник импульсов;
• преобразователь импульсов в сигналы;
• устройство регистрации и идентификации сигналов.

Генератор, входящий в конструкцию ультразвукового дефектоскопа, создает электрические импульсы, которые по кабелю поступают в ультразвуковой преобразователь, где при помощи находящегося там пьезоэлемента, преобразуется в волны ультразвуковой частоты. Образовавшаяся высокочастотная волна проходит через материал изделия, подлежащего контролю. Встретив образование с плотностью, отличной от исходной (трещины, пустоты, раковины, поры, некачественные сварные швы), часть волны отражается и возвращается на преобразователь, где преобразуется в электрический сигнал и отображается на дисплее в виде эхо-импульса. По результатам интерпретации полученного сигнала, определяются координаты дефектных участков, глубина их расположения, ориентация и размеры. На основании итогов контроля принимаются решения об исправлении дефектов, методов их лечения или выбраковке дефектного изделия.

Ультразвуковые дефектоскопы

Основанное более 20 лет назад, казанское предприятие «Литас» занимает одно из первых мест среди участников сегмента приборов для неразрушающего контроля радиографическим методами, выпуская рентгеновские аппараты, оборудование для радиографии. Кроме этого, ООО «Литас» представляет на рынке аппаратуру отечественного и зарубежного производства для неразрушающего контроля другими методами, в частности ультразвуковые дефектоскопы, изготовленные российскими производителями:

• научно-производственной компанией «Луч» из Москвы, основанной в 1997 году, которая проектирует и изготавливает приборы для ультразвукового контроля заготовок и изделий. ООО «Литас» предлагает ультразвуковые дефектоскопы производства НПК «Луч» моделей «Пеленг-115» и «Пеленг-415», а также УД2-70. Дефектоскоп УД2-70 весом 2,2 кг, пригоден к использованию в суровых погодных условиях: он работает при температурах от -25°С до +55°С от аккумулятора на протяжении до 14 часов. Прибор способен найти дефект на глубине от 1 до 7500 миллиметров. Модели «Пеленг» работают от аккумулятора на протяжении до 9 часов в диапазоне температур от -10°С до +50°С: «Пеленг-415», весящий 4,2 кг обнаруживает дефекты на глубине от 2 до 15000 мм, а модель «Пеленг-115», весом 550 г – только до 1500 мм.
• научно-производственной компании «АКС» (Акустические контрольные системы), действующей с 1991 года с целью разработки и выпуска широкого круга приборов неразрушающего контроля ультразвуковыми методами. Офис компании располагается в Технопарке в пос. Горки Ленинские. ООО «Литас» распространяет ультразвуковые дефектоскопы, изготовленные НПК «АКС», моделей А1211 Mini, A1212 Master, A1214 Expert, A1550 IntroVisor. Питание всех моделей предусмотрено от литиевых аккумуляторов, контролирующих материалы и изделия на протяжении от 7,5 (А1550) до 18 (А1214) часов. Дефектоскопы весом от 210 г (А1211) до 1,8 кг (А1214 и А1550) способны работать при температурах от -30°С (А1212 и А1214) до +55°С (А1212, А1214 и А1550). Диапазон устанавливаемых частот варьируется от 0,5 до 15 МГц у всех моделей кроме А1550, где рабочие частоты могут принимать значение от 1 до 10 МГц. Находить дефекты приборы могут на глубине до 900 миллиметров (А1211), до 6000 миллиметров (А1212 и А1214) и до 7200 мм (А1550);
• научно-производственным центром «КРОПУС» (Комплексная Разработка Оборудования Промышленных Ультразвуковых Систем), расположенного в г. Ногинске Московской области. Свою историю компания ведет от созданного в 1941 году завода №398 по производству взрывателей и снаряжению боеприпасов, а сейчас в ее состав входит более десяти фирм, работающих в этой же сфере. Оборудование, выпускаемое НПЦ «КРОПУС», широко отражено в каталоге компании «Литас».

Производственным предприятиям и исследовательским организациям предлагаются: ультразвуковые сканеры-дефектоскопы:

• УСД50LFS – модификация дефектоскопа УСД50 за счет установки усиленного генератора и широкополосного приемника с диапазоном от 25 кГц до 5 МГц;
• УСД50IPS – дефектоскоп нового поколения в ударопрочном корпусе с классом пылевлагозащиты IP65, с возможностью подключения сканеров с различного назначения, большим морозостойким экраном с широким углом обзора;
• УСД60 – ручной дефектоскоп, представляющий собой базовую платформу, позволяющую увеличивать мощности прибора по мере необходимости;
• УСД60Н – низкочастотный дефектоскоп с цифровой обработкой сигнала, а также передачей данных через высокоскоростной интерфейс;
• УСД60-8К – восьмиканальный дефектоскоп. Предназначен для высокоскоростного ультразвукового контроля сварных швов со скоростью до 4 м/мин;
• УСД60Н-8К – низкочастотный восьмиканальный дефектоскоп используется преимущественно для непроизводительного контроля – определения скорости движения ультразвука в композитах и неметаллах с высоким уровнем затухания акустических волн;
• УСД60ФР – дефектоскоп на фазированных решетках, позволяющий впервые совместить применение стандартных преобразователей ФР с обработкой полученного сигнала методами цифровой фокусировки;
• УСД60ФР-16/128 – прибор, работающий одновременно с двумя 64-канальными фазированными решетками и различными сканерами, что дает возможность двухстороннего контроля сварного шва со скоростью до 9 м/сек.

Кроме этого, лабораториям, осуществляющим деятельность по проведению неразрушающего контроля с использованием ультразвуковой диагностики, компания «Литас» предлагает акустические дефектоскопы производства НПЦ «КРОПУС»:

• АД50К – прибор размерами 200х225х80 мм, весом 1,5 кг, с питанием от Li-ion аккумулятора, оснащенный четырьмя генераторами, что позволяет работать в разных режимах возбуждения, благодаря чему дефектоскоп может осуществлять контроль любых композитов;
• АД60К – прибор размерами 200х225х80 мм, весом 1,5 кг, с питанием от Li-ion аккумулятора, реализующий за счет использования генератора импульсного возмущения современные разработки, применяемые в производстве дефектоскопов для композитов;
• ИД92НМ – импедансный дефектоскоп размерами 62х152х200 мм, весом 1 кг, с питанием от Li-ion аккумулятора, используется при неразрушающем контроле изделий из слоистых пластиков, сотовых и композитных материалов с целью обнаружения непроклеивания, расслоений, других отступлений;
• УДТ08 – ультразвуковой дефектоскоп-толщиномер общего назначения размерами 148х64х25 мм и весом 180 г, с морозостойким экраном и питанием от Li-ion аккумулятора.

Широкая номенклатура ультразвуковой аппаратуры для неразрушающего контроля позволяет покупателю выбрать модель, способную решить задачи, поставленные перед дефектоскопом.

Виды ультразвуковой дефектоскопии

Необходимость локализации мест расположения, вида, размеров дефектов материалов, изделий, сварных швов требует предполагает использование различных видов неразрушающего контроля, среди которых чаще всего используются ультразвуковая дефектоскопия:

• прохождения и отражения волн (импульсные методы), в т.ч. нашедший наибольшее распространение эхо-метод, применимый при одностороннем доступе к контролируемому изделию или заготовке. При использовании этой технологии ультразвук излучается в изделие, а отразившиеся от препятствия волны образуют в ультразвуковом дефектоскопе сигнал, позволяющий определить габариты дефекта, его локацию и характер. При этом возможно применение двух типов контроля:
  
  

  - с прямым лучом, который эффективен при поиске в сварных швах трещин или расслоений, расположенных параллельно поверхности объекта контроля, каверн, пустот, пор в пластинах, кованых заготовках, отливках и т.д. При использовании этого способа волна распространяется по проверяемой среде до момента ее рассеивания или встречи с границей другого материала, включая воздух и трещину в изделии. Достоверность контроля обеспечивается при плотном прилегании преобразователя к образцу, что позволяет четко идентифицировать сигнал, отраженный от препятствия или задней стенки изделия;

  - с наклонным преобразователем – способом, который может использоваться ультразвуковом контроле сварных швов, где дефектные участки располагаются произвольно относительно поверхности изделия. Наклонные ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи представляют собой призму и пьезоэлемент, размещенные в едином корпусе. Этот способ реализует принцип преломления и преобразования волн ультразвукового регистра на границе сред. Поскольку в большинстве случаев трещины и непровары не параллельны поверхности, метод контроля с наклонным преобразователем наиболее востребован на производстве;

• резонансные и импульсные способы (ультразвуковая толщинометрия). Они применяются для измерения толщины замкнутых изделий или изделий с доступом только с одной стороны, толщину которых измерить механическим способом невозможно – трубы, емкостные сооружения, корпуса судов и т.д. Современная ультразвуковая аппаратура способна определять толщины от 1 до 50 мм с точностью до 0,001 мм. Определение толщины изделия ультразвуковым импульсным толщиномером производится путем умножения замеренного времени прохождения ультразвукового импульса через изделие на коэффициент, учитывающий скорость распространения ультразвуковой волны в конкретной среде;
• импедансные методы применяются при определении твердости изделий, в т.ч высокой степени ответственности – в авиа- и космическом машиностроении, для реакторов, сосудов, работающих под давлением и заготовках. Они же позволяют получить сигналы, определяющие дефекты в клеевых и паяных соединениях, а также в многослойных конструкциях. Импедансные методы основаны на замерах частоты колебания преобразователя, который соприкасается с объектом контроля. По амплитуде и резонансной частоте преобразователя определяют твердость материала.

Ультразвуковые дефектоскопы реализуют один из этих способов, в зависимости от которого они могут использоваться, для неразрушающего контроля определенного вида материалов, заготовок, изделий или сварных конструкций.

Критерии оценки дефектов, выявленных ультразвуковыми дефектоскопами

К основным характеристикам ультразвукового контроля относятся такие величины как:

• чувствительность – минимальный размер дефекта (эталонного отражателя), который можно выявить. В качестве эталонных отражателей используются отверстия с плоским дном, расположенные перпендикулярно направлению распространения ультразвуковой волны;
• разрешающая способность эхо-методов - характеризуется минимальной дистанцией между двумя дефектами, при которой, по полученному сигналу, их можно классифицировать как раздельные.

При оценке недостатков, выявленных в ходе ультразвуковой дефектоскопии, учитывают следующие показатели:

• амплитуда ультразвуковой волны;
• условная протяженность дефектного участка сварного шва определяется при перемещении излучателя вдоль зоны, в которой слышен сигнал, отраженный от преграды. Вычислить условную ширину дефекта можно, если излучатель перемещать перпендикулярно выявленной длине участка с недостатком. Условная высота дефекта определяется как разность временных интервалов между излученным и отраженной ультразвуковой волной при крайних позициях излучателя.

Как правило, реальные размеры дефектного участка определить методами ультразвуковой диагностики не удается. Поэтому в большинстве случаев определяют эквивалентную площадь или диаметр дефекта. Эквивалентной площадью дефектного участка считается площадь отверстия с плоским дном, проделанного в образце, у которого амплитуда отраженной ультразвуковой волны равна амплитуде отраженной волны, выявленной при контроле конкретного изделия.