Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения

Кафедра Электрогидроакустической и медицинской техники (ЭГА и МТ)

Курсовой проект

по курсу: Неразрушающий контроль в производстве

на тему: «Разработка технологии ультразвукового контроля стыкового кольцевого сварного соединения металлического изделия»

Таганрог 2015



Введение

Требования к продукции, особенно необходимой для изготовления ответственных деталей и узлов в промышленном хозяйстве (самолетостроение, энергетика (в т.ч. и атомная), металлургия) постоянно растут. Обеспечить высокие технические и эксплуатационные свойства изделий можно только при условии точного выполнения технологических процессов и их стабильности. Особую роль здесь играют различные способы объективного контроля как производственных процессов, так и готовых изделий. При правильной организации технологического процесса контроль должен быть его неотъемлемой частью. Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготовления. Наиболее распространенные методы неразрушающего контроля (НК) - ультразвуковой (УЗ) и радиационный.

В предлагаемой курсовой работе необходимо более подробно рассмотреть УЗ метод контроля сварных соединений, а именно остановиться на основных положениях о дефектах, в том числе сварных соединений, выявить классификацию сварных соединений, рассмотреть характерные дефекты для разных типов сварных соединений. Основываясь на материал, полученный в процессе изучения дисциплины, а также на проведенный обзор, необходимо определить параметры средств контроля известного сварного соединения металлического изделия, выданного преподавателем, параметры метода контроля, разработать методику и технологию ультразвукового контроля сварного шва.



1. Методы ультразвукового контроля сварных швов металлических соединений

1.1 Понятие о дефектах и дефектной продукции

По ГОСТ 14782-86 дефектом является одна несплошность или группа сосредоточенных несплошностей, не предусмотренная конструкторско-технологической документацией и независимая по воздействию на объем от других несплошностей. Дефект снижает качество произведенной продукции. Дефект в сварном шве снижает его прочность и, в целом, уменьшает надежность изделия в условиях его эксплуатации.

1.2 Основные понятия о сварке и ее видах

Сварка - получение неразрушающих соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями изделия в процессе нагрева и/или в пластической деформации.

Особенностью сварочного производства для металлов является быстроизменяющаяся температура в диапазоне от температуры окружающего воздуха, вплоть до температуры испарения металла. В таком широком диапазоне температур происходят многочисленные физические и химические процессы:

- плавление основного и присадочного металлов

- металлургические реакции в жидкой ванне

- кристаллизация расплавленного металла

- структурные и объемные изменения (усадка металла)

- пластическое деформирование.

Основные виды сварки в зависимости от организации процесса:

1. ручная;

2. механизированная;

3. автоматизированная.

Разновидности сварки по способу организации:

- дуговая сварка плавлением

- дуговая сварка плавящим электродом

- дуговая сварка не плавящим электродом

- под флюсом

- аргонодуговая

- электрошлаковая.

Соединение, выполненное сваркой плавлением, состоит из четырех зон (рис.1.1).

Рисунок 1.1 Схема расположения зон сварного соединения:1- металл шва; 2 - зона сплавления; 3 - основной металл с неизменной структурой и свойствами.; 4 - зона термического влияния

1.3 Основные конструкции сварных соединений

Сварное соединение - неразъемное соединение, выполненное сваркой.

Различают следующие виды сварных соединений: стыковые, угловые внахлестку и тавровые (рис.1.2).

а)	з)
б)	и)
в)	к)
г)	л)
д)	м)
е)	н)
ж)

Рисунок 1.2 Основные виды сварных соединений а)- е) - стыковые; ж) - и) - угловые; к), л) - тавровые; м),н) - нахлесточные

Стыковыми называют соединения, в которых элементы соединяются торцами или кромками и один элемент является продолжением другого. Стыковые соединения наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений при передаче усилий. Стыковое соединение листового металла может быть сделано прямым или косым швом.

Односторонние:

а) со скошенными кромками (рис.1.2,а);

б) со скошенной кромкой на остающейся подкладке (рис. 1.2,б);

в) со скошенной кромкой, замковой соединение (рис. 1.2,в).

Двустронние:

г) с симметричными скосами кромок (рис. 1.2,г);

д) с несимметричными скосами (рис. 1.2,д);

е) с двумя скосами одной кромки(рис. 1.2,е).

Угловые соединения - соединения двух элементов, расположенных под углом друг к другу.

а) простое соединение (рис. 1.2,ж);

б) со скошенной кромкой на остающейся подкладке (рис. 1.2,з);

в) одностороннее с двумя симметричными скосами одной кромки (рис. 1.2,и).

Тавровые соединения - соединения, в которых торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента.

Различают:

а) двухстороннее с двумя симметричными скосами одной кромки (рис. 1.2,к);

б) двухстороннее с двумя несимметричными скосами одной кромки(рис. 1.2,л).

Нахлесточные соединения:

а) одностороннее без скоса кромок (рис. 1.2,м);

б) двустороннее без скоса кромок (рис. 1.2,н).

Существует также дефекты образующиеся при эксплуатации сварных соединений:

- трещины усталости - обусловлены интенсивными переменными механическими напряжениями. Возникающими в местах концентрации внутренних механических напряжений, в местах резкого перехода внешнего профиля изделия;

- коррозионные поражения - зависят от агрессивности окружающей среды,качества защитного покрытия, неблагоприятного сочетания материалов, металлов;

- трещины ползучести - возникают на границах зерен и встречаются в деталях из жаропрочных сталей при высоких температурах;

- термические трещины - трещины, возникающие при резкой смене температур;

- трещины термической усталости - трещины жаропрочных сплавов, возникающие в циклических температурных изменениях.

1.4 Дефекты сварных соединений. Классификация

К дефектам сварных соединений относятся различные отклонения от установленных норм и технических требований, которые уменьшают прочность и эксплуатационную надежность сварных соединений и могут привести к разрушению всей конструкции.

Наиболее часто встречающиеся дефекты, возникающие при выполнении сварных соединений можно разделить на три основные группы:

1. дефекты формирования швов;

2. наружные дефекты;

3. внутренние дефекты.

Первую группу дефектов можно классифицировать как:

а) несплавление между валиками сварного шва в процессе длительной сварки (сварка толстых изделий) (рис. 1.3,а);

б) несплавление притуплений кромок (рис. 1.3,б);

в) привышение проплавов и непроваров в корне сварного шва (рис. 1.3,в);

г) дефекты сварных швов с подкладными элементами: вытекание металла через неплотно прилегающую поверхность, непровар в корне шва (рис. 1.3,г);

д) образование газовых пузырей в сварном шве, вызванное некачественным металлом сварных элементов (рис. 1.3,д);

е) неметаллические включения (осколки вольфрамовых электродов, появление которых связано с не качеством электродов (рис. 1.3,е).

Наружные дефекты сварных соединений:

а) подрезы - формируются по краям шва. Подрезы уменьшают площадь поперечного сечения сварного шва, следовательно его прочность. Служит концентрацией механических напряжений, поэтому могут стать причиной разрушения швов (рис. 1.3,ж);

б) кратеры - возникают при отрыве электрической дуги. Ведет к уменьшению площади поперечного сечения. Проникающая влага ведет к коррозии (рис. 1.3,з);

а)	к)
б)	л)
в)	м)
г)	н)
д)	о)
е)	п)
ж)	р)
з)	с)
и)

Рисунок 1.3 Виды дефектов сварных швов

в) прожоги - сквозные отверстия, приводящие к вытеканию жидкости металла из сварной ванны (рис. 1.3,и);

г) свищи - развиваются из канальных пор, выходящих на поверхность. (рис.3,к);

д) дефекты характерные для сварных швов с подкладными элементами: превышение проплава (рис.3,л ), утяжина (рис. 1.3,м);

Внутренние дефекты сварных соединений:

а) газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Поры ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений.

б) шлаковые включения, представляющие собой вкрапления шлака в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки.

в) металлические включения - осколки разрушенного вольфрамового электрода.

г) непроваром называют местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Уменьшают сечение шва и вызывают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции.:

- непровары на одной из кромой (рис. 1.3,н);

- непровары по сечению сварного шва (рис.3,о);

- непровары корня шва (рис. 1.3,п).

д) трещины, также как и непровары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в околошовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопическими (рис. 1.3,р);

е) несплавление (слипание) (рис. 1.3,с).

1.5 Выявляемость дефектов при ультразвуковом контроле

Ультразвукoвoй кoнтрoль (УЗК) cвaрных coeдинeний являeтcя эффeктивным cпocoбoм выявлeния дeфeктoв cвaрных швoв и мeтaлличecких издeлий, зaлeгaющих нa глубинaх oт 1-2 миллимeтрoв дo 6-10 мeтрoв. УЗК сварных соединений прoвoдитcя пo ГОСТ 14782-86 «Кoнтрoль нeрaзрушaющий. Сoeдинeния cвaрныe. Мeтoды ультрaзвукoвыe» и пoзвoляeт ocущecтвлять ультрaзвукoвую диaгнocтику кaчecтвa cвaрных coeдинeний, выявлять и дoкумeнтирoвaть учacтки пoвышeннoгo coдeржaния дeфeктoв, клaccифицируя их пo типaм и рaзмeрaм. Для рaзных типoв cвaрных coeдинeний примeняютcя cooтвeтcтвующиe мeтoдики ультрaзвукoвoгo кoнтрoля.

Методы УЗК:

- эхо-импульсный;

- теневой;

- зеркально-теневой (эхо-теневой).



2. Разработка технологии ультразвукового контроля углового соединения коллекторного

УЗК сварных соединений проводят с целью выявления внутренних несплошностей (трещин, непроваров, несплавлений, пор, шлаковых включений в сварных швах, а также несплошностей в околошовной зоне).

Весь объем наплавленного металла и околошовной зоны должен быть проконтролирован в направлениях, обеспечивающих обнаружение недопустимых несплошностей.

Конструкция сварного соединения, методика и технология УЗК должны обеспечивать выявление и идентификацию дефектов с заданной вероятностью.

При разработке технологии контроля выбираем:

импульсный эхо-метод;

систему контроля, включающую в себя нижеописанные средства контроля;

основные параметры контроля, способы их установления и проверки.

2.1 Средства УЗК

Для контроля изделий обычно применяются следующие средства: УЗ импульсный дефектоскоп не ниже второй группы с преобразователями (ПЭП) и стандартные образцы для настройки дефектоскопа. Кроме того, применяют вспомогательные приспособления и устройства для соблюдения параметров сканирования и измерения характеристик выявленных дефектов.

Для контроля следует использовать дефектоскопы, имеющие аттенюатор и глубинорное устройство, позволяющее измерять амплитуды сигналов и координаты выявленных несплошностей. Соответственно ступени ослабления аттенюатора должны быть не более 2 дБ.

Для возбуждения и приема УЗ колебаний используют ПЭП. Достоверность УЗК во многом зависит от их надежной работы.

а)
б)
в)

Рисунок 2.1 Стандартные образцы: а - СО-1, ГОСТ 14782-86; б - СО-2, ГОСТ 14782-86; в - СО-3 ГОСТ 14782-86

Для проверки и настройки основных параметров метода отражения и параметров дефектоскопа в основном используются государственные стандартные образцы СО-1, СО-2, СО-3 (рис. 2.1), а также образцы типа V-1МИС и стандартный образец №2 по DIN 54122.

Образец СО-1 из оргстекла (рис. 2.1, а) предназначен для настройки условной чувствительности дефектоскопа с ПЭП (ПЭП в положении А), а также для проверки работоспособности глубиномера (ПЭП в положении Б) и оценки разрешающей способности дефектоскопа при работе с прямым или наклонными ПЭП. Указанный образец можно использовать для перевода соответствующей (обычно браковочной или предельной) чувствительности в условную чувствительность. Условная чувствительность выражается максимальной глубиной расположения (в мм.) цилиндрического отражателя, уверенно фиксируемого индикатором дефектоскопа, т.е. мерой условной чувствительности является глубина расположения отражателя, эхо-сигнал от которого эквивалентен по амплитуде предельной или браковочной чувствительности.

Образец СО-2 из стали (рис.2.1, б) применяют для определения условной чувствительности, погрешности глубиномера, а также угла ввода луча б, мертвой зоны, предельной чувствительности, ширины основного лепестка ДН при УЗК изделий из низкоуглеродистой и низколегированной стали.

Положение точки выхода луча наклонного ПЭП определяют по СО-3 (рис.2.1, в), изготовленному из стали той же марки, что и СО-2. По образцу СО-3 можно определить ткже время распространения УЗ колебаний в призме ПЭП.

Отраслевые стандартные образцы, как правило, используют для настройки предельной или эквивалентной чувствительности при контроле конкретных изделий.



2.2 Основные параметры УЗК

Основные параметры УЗК - совокупность параметров УЗК, которые определяют достоверность результатов.

Таблица 2.1

Основные параметры УЗК при эхо-методе

Параметр контроля		Параметр средств конгроля
Название	Обозначение	Единица измерения	Название	Обозначние	Единица мммииииииииииииииииииизмерения
Длина волны	л	мм	Частота	f	МГц
Угол ввода	а	градус	Угол призмы ПЭП	в	градус
Чувствительность:			Чувствительность:
реальная		мм
предельная	Sn	мм2	условная по СО-1, СО-2	Ку	мм,дВ|
эквивалентная	Sэ	мм	эквивалентная		мм
Разрешающая
способность:
фронтальная	Дl	мм	диаметр ПЭП, частота	2а, f	мм, мГц
лучевая	Дr	мм	длительность зондирующего импульса	фи	мкс
Направленность поля ПЭП	б, г	градус	Размеры ПЭП	а	мм
Точность измерения координаты дефекта		%	Положение точки выхода луча из призмы (стрела ПЭП) Погрешность глубиномера	n	мм %
Мертвая зона	h?min	мм	Длительность зондирующего импульса Длительность ревер-берационных шумов в призме	фи фp	мкс мкс
Минимальный условный размер фиксируемого дефекта	Дxmin	мм	Инерционность индикатора Скорость сканирования	Tи хc	мкс мм/с
Дисперсия коэффициента прохождения	у2(Det)		Шероховатость поверхности Скорость и вид траектории сканирования	Ra хc	мкм мм/с
Шаг сканирования	Дc	мм	Размеры пьезоэлемента	2а	мм
Схема прозвучивания
Скорость сканирования	хc	мм/с
Длина УЗ импульса в металле	Дr?	мм	Длительность зондирующего импульса	фи	мкс

Длина волны - расстояние, на которое УЗ волна распрастраняется за одни период колебания.

л= =1,312 мм. (1)

Минимальная глубина прозвучивания (мертвая зона) - минимальное расстояние от поверхности ввода до дефекта, надежно выявляемого при НК.

Рисунок 2.2 Схема для оценки мертвой зоны

Существуют несколько способов уменьшения мертвой зоны: увеличение частоты УЗК, использование временной регулировки чувствительности (ВРЧ), рациональный выбор толщины протектора прямого ПЭП и угла призмы наклонного ПЭП, использование совмещенных ПЭП с малым уровнем реверберационных помех., применение раздельно-совмещенных ПЭП.

Обычно в УЗК длительность излучаемого импульса измеряется количеством периодов T УЗ колебаний:

==0,4 мкс. (2)

Для наклонного ПЭП мертвую зону рассчитывают как расстояние вдоль направления акустической оси:

(3)

Измерение и контроль величины мертвой зоны осуществляют с помощью стандартных образцов с боковыми цилиндрическими отверстиями, выполненными на разной глубине. Так, в стандартном образце №2 8 мм от поверхности. Сигнал на экране дефектоскопа, этого отверстия, должен четко фиксироваться как наклонными ПЭП.

Рассчитаем мертвую зону для наклонного ПЭП с б=50°:

= 0,005 м

Рассчитаем мертвую зону для наклонного ПЭП с б=65°:

= 0,0033 м.

Разрешающая способность. Различают лучевую и фронтальную РС. Лучевая РС - это параметр эхо-метода, определяющий возможность раздельно наблюдать два одинаковых дефекта, расположенных в направлении хода лучей вдоль акустической оси ПЭП.

Достижение максимальной лучевой РС ограничивается теми же факторами, что и достижение минимальной мертвой зоны. Основным методом повышения лучевой разрешающей способности служит уменьшение длительности импульса.

Рисунок 2.3 Схема для оценки разрешающей способности наклонного ПЭП

Фронтальная разрешающая способность - параметр эхометода, теневого, зеркально-теневого методов раздельно фиксировать два одинаковых дефекта, расположенных в направлении фронта УЗ волны на одинаковом расстоянии от ПЭП. При контроле наклонным ПЭП фронтальную разрешающую способность определяют по двум дефектам, расположенным на одной глубине, а не вдоль фронта волны.

Достижение максимальной лучевой разрешающей способности ограничивается теми же факторами, что и достижение минимальной мертвой зоны.

Лучевая разрешающая способность:

(4)

Условие фронтальной способности на глубине r:

(5)

где n - коэффициент, зависящий от формы ПЭП (для круглого n=0,83), л - длина волны, , D - диаметр ПЭП. В ближней зоне ПЭП фронтальная разрешающая способность:

(6)

Рассчитаем фронтальную разрешающую способность на глубинах 5 мм, 3,3 мм для преобразователей, при условии, что пьезоэлемент круглой формы, диаметр - 13 см.

;

.

Для раздельного разрешения несплошностей, расположенных в ближней зоне, расстояние между ними должно быть больше размера D ПЭП (Дl= 2l>D). Для улучшения разрешающей способности в дальней зоне следует улучшить диаграмму направленности ПЭП.

Раздельное выявление двух несплошностей (при УЗK наклонными ПЭП), расположенных на одной глубине, будет обеспечено при выполнении неравенства где (рис. 3.1) Для несплошностей, расположенных вдоль фронта УЗ волны, /cos б (см. рис. 2.3).

2.3 Порядок контроля сварного шва

Порядок контроля сварного соединения состоит из следующий этапов:

1. Подготовка к контролю

· Изучение конструкции

· Проверка контролепригодности и полноты сварного соединения

· Настройка дефектоскопа (глубиномера, скорости развертки, чувствительности, автоматической сигнализации дефекта)

· Подготока поверхности контролируемого изделия, протирка околошовной зоны и нанесение контактной жидкости

2. Проведение УЗК

· Проведение сканирования и поиск несплошностей

· Измерение координат несплошности и установление контрольного уровня чувствительности при появлении эхосигнала от несплошности

· Определение условной протяженности, если амплитуда эхосигнала превышает контрольный уровень, но ниже браковочного. Если их величины превышают предельно допустимого значения, то несплошности считают дефектом. При необходимости оценивают их характер.

· Оценка качества сварных швов (качество сварного соединения оценивают «неудовлетворительно», если амплитуда эхосигнала от несплошности достигает или превышает браковочный уровень)

3. Оформление результатов УЗК

· Фиксируются результаты УЗК

· Дается заключение о качестве сварного шва по результатам контроля

· Выписывается извещение о его качестве.

Перед контролем соединения необходимо обеспечить его контролепригодность. Первое требование - отсутствие наружных дефектов Форма и размеры шва околошовной зоны должны позволять перемещать ПЭП в пределах, обеспечивающих прозвучивание акустическим лучом сварного соединения, подлежащего УЗК. Поверхность изделия в зоне перемещения ПЭП должна быть очищена от грязи, пыли, окалины, забоин и неровностей по всей длине контролируемого участка, протерта ветошью и покрыта слоем контактной жидкости. Если металл свариваемых элементов не подвергался УЗК до сварки, то околошовная зона основного металла в пределах перемещений ПЭП должна подвергаться УЗК в соответствии с действующей нормативно-технической документацией на отсутствие расслоений. Сварное соединение должно быть разбито на участки, которые нумеруются, чтобы можно было установить место расположения дефекта по длине шва.

Рисунок 2.4 Обозначение параметров сварных соединений и преобразователей

Ширина подготовленной под контроль зоны с каждой стороны сварного шва при контроле совмещенным преобразователем прямым лучом должны составлять не менее L₁=дtgб+ А + В+b=141мм L₂=не понадобиться, так как у нас другой вид сварного соединения (рис. 2.4 и 2.5) при контроле прямым и однократно отраженным лучами.

Рисунок 2.5 Схема расчета минимально допустимой ширины околошовной зоны (зоны сканирования): стыкового соединения

На рис. 2.4 обозначены параметры сварных соединений и ПЭП. Где -- толщина элемента сварного соединения; б-- угол ввода; А--длина контактной поверхности преобразователя от точки выхода УЗ луча до заднего среза ПЭП; В -- ширина околошовной зоны (зона термического влияния), подлежащей контролю; 2b, b--ширина стыкового соединениz; 2m, д_k--ширина и толщина подкладного кольца; А--расстояние от точки выхода до тыльного среза ПЭП; ?h₁ =д/3?5 мм--корневая зона; К--корень шва; n--стрела ПЭП; 2K--ширина корневого зазора шва.

Шероховатость поверхности должна быть не хуже R_a=6,3 мкм.

Волнистость поверхности зоны сканирования должна обеспечивать надежный акустический контакт преобразователя с изделием и постоянство утла ввода.

Ширина донной поверхности l₂ ?(д tgб+ В + b + 10)= 138 мм. (рис. 2.5).

Ширина усиления шва должна обеспечивать возможность прозвучивания корня шва, а также каждой точки соединения не менее чем с двух-четырех направлений. Эти требования будут обеспечиваться, если ширина усиления шва не будет превышать значения, рассчитанного по приведенным ниже формулам (рис. 2.6)

Рисунок 2.6 Схемы расчета максимально допустимой ширины сварных стыковых соединений

2b <2 [(д - ?h)tgб-n)] -- прямой луч достигает корня стыкового шва;

2b ?д -tgб-2n -- прямой луч пересекает середину стыкового шва;

b ?(д -?h)tgб-n -- прямой луч попадает в корневую зону углового соединения.

Если фактические размеры сварного соединения, подлежащего УЗК соответствуют расчетным требованиям, полученным по формулам и схемам, приведенным выше -- указанное соединение контролепригодно.

2.5 Контроль сварных соединений

УЗК при продольном сканировании наклонными ПЭП производят путем перемещения ПЭП по поверхности сваренных элементов параллельно оси сварного шва с одновременно возвратно - поступательными движениями перпендикулярно его оси.

Стыковые кольцевые швы сварных соединений толщиной менее 60 мм. контролируют с обеих сторон шва прямым и однократно отраженными лучами, согласно схеме приведенной на рис.2.7.

Рисунок 2.7 Схемы УЗК углового сварного соединения: прямым и однократно отраженным лучами

Контроль проводится преобразователями, рекомендуемые характеристики которых приведены в табл.2.2.

Таблица 2.2

Рекомендации по выбору параметров аппаратуры для УЗК

Толщина стенки д, мм	Частота, МГц	Угол ввода, б є	Размер пьезопластины, мм	Уровень фиксации
2?д?5	10,0	70..75	3..4	0,5..1
5<д?10	4,0..5,0	60..70	4..6	1..2
10<д?50	2,0..2,5	50..70	10..15	2..7
50<д?200	1,5..2,0	35..50	15..20	35..50
200<д?2000	1,0..1,5	35	30..50	15..80

Как видно, с ростом толщины контролируемого изделия снижается рабочая частота ПЭП, это вызвано тем, что звук более высокой частоты затухает сильнее, чем с более низкой в заданной толщине объекта контроля. Толщина стенок сварного соединения д?29,5 мм.

Контроль сварных соединений с толщиной элементов более 20 мм. Производят двумя наклонными преобразователями, отличающимися по углу ввода на 10 є -15 є.

Поэтому для контроля двух сторон сварного соединения выберем наклонные преобразователи, работающие на частоте 2,5 МГц, с углами ввода 65 є, 50 є и стрелой ПЭП 13 мм.

В нашем случае, при углах ввода б?35 є к поверхности изделия желательно использовать поперечные волны. Окончательный выбор преобразователей производят при согласовании технических условий на контроль.

2.6 Настройка дефектоскопа

Настройка скорости развертки производится таким образом, чтобы сигналы от дефектов в любом участке зоны контроля находились в пределах экрана дефектоскопа.

Настройку скорости развертки при контроле сварных соединенийтолщиной 20 мм и более производят по глубиномеру дефектоскопа. При этом границы рабочей зоны экрана (зоны контроля) устанавливаются по значениям минимально и максимально возможной глубины залегания дефектов.

Настройку скорости развертки во всех диапазонах можно также производить по стандартным, образцам (рис. 2.1).

Настройка чувствительности дефектоскопа преследует две задачи: проверку работоспособности всего электрического тракта и регламентацию его чувствительности по акустическому сигналу, полученному от какого-либо стандартизованного отражателя определенных геометрических размеров.

Настройку чувствительности производят с целью обеспечения выявления дефектов, подлежащих фиксации с учетом требований для данного сварного соединения. При этом запас чувствительности должен быть не менее 6 дБ.

Реальная чувствительность определяется минимальными размерами реальных несплошностей, которые могут быть обнаружены в сварных соединениях при выбранной настройке дефектоскопа. Ее численное выражение устанавливается на основании статистического анализа дефектов сварных соединений, проконтролированных ультразвуком.

Абсолютная чувствительность характеризует максимально допустимую чувствительность электроакустического и электрического трактов дефектоскопа к акустическим сигналам и зависит от коэффициента усиления усилителя, мощности зондирующего импульса и коэффициента двойного преобразования ПЭП.

Практически она определяется с помощью образца с искусственным отражателем и выражается в виде соотношения:

Р_min-Р_о = (Р' - Р_о) + ДМ (7)

где Р' -- рассчитывается по формулам акустического тракта; ДМ -- запас чувствительности, определяемый разностью между показаниями аттенюатора, соответствующими максимуму амплитуды эхосигнала от отражателя и максимуму структурных шумов, фиксируемых на том же уровне экрана дефектоскопа.

Для УЗ-дефектоскопов значения абсолютной чувствительности обычно составляют 60--90 дБ.

Предельная чувствительность определяется наименьшей эквивалентной площадью несплошности, расположенной на данной глубине в стандартном образце данного вида и уверенно выявляемой при заданной настройке дефектоскопа. Искусственный отражатель, по которому настраивается контрольный уровень, называют контрольным отражателем.

Браковочная чувствительность характеризуется максимальной величиной эквивалентной площади несплошности, предельно допустимой по действующим нормативно-техническим документам. Обычно ее уровень на 8,5--6 дБ (в 1,5--2 раза) ниже, чем уровень предельной чувствительности.

Поисковая чувствительность определяет уровень усиления дефектоскопа при поиске дефектов. Необходимость ее введения обусловлена тем, что предельная чувствительность дефектоскопа в процессе сканирования значительно ниже, чем при неподвижном положении преобразователя. Поисковая чувствительность обычно на 5--9 дБ превышает уровень предельной чувствительности.

Условная чувствительность, В ряде случаев предельную или браковочную чувствительность удобно фиксировать с помощью какого-либо стандартного образца (СО), обладающего строго заданными и постоянными акустическими свойствами. Дпя этой цели в ГОСТ 14782-86 предусмотрен СО № 1 из оргстекла и СО №2 из стали марки 20 или 3.

При настройке чувствительности устанавливают следующие уровни чувствительности:

поисковый уровень, при котором производят поиск несплошностей;

контрольный уровень, при котором производят фиксацию обнаруженных несплошностей к измерение их условных размеров и количества;

браковочный уровень, при котором производят оценку допустимости обнаруженной несплошности по амплитуде эхосигнала.

Поисковый уровень (максимальная чувствительность) устанавливают для наиболее удаленного дефекта и должен быть ниже контрольного не менее чем на 6 дБ.

Браковочный (максимально допустимая эквивалентная площадь) и контрольный (наименьшая фиксируемая эквивалентная площадь) уровни устанавливаются НТД на УЗ-контроль (например, табл. 2.3).

Поисковый уровень чувствительности имеет одно значение для контролируемого сварного соединения или слоя при контроле по слоям а контрольный и браковочный уровни устанавливаются отдельно для каждой обнаруженной несалошностн в зависимости от глубины ее залегания. Допускается поисковый уровень устанавливать на 6 дБ ниже контрольного по всей длине развертки экрана дефектоскопа.

Настройку чувствительности дефектоскопов производить прямым способом -- с помощью испытательных образцов. В этом случае в образцах должны быть плоскодонные отверстия.

При настройке чувствительности допускается использовать различные "опорные" сигналы, по амплитуде отличающиеся от браковочного, контрольного или поискового уровней. При этом разница между опорным сигналом и настраиваемым уровнем чувствительности должна быть указана в технологической инструкций- Для получения опорного сигнала можно использовать различные отражатели в стандартных образцах в виде поверхностей, углов и технологических отверстий в изделиях.

При работе с дефектоскопами, имеющими блок DHX, обеспечивающий выравнивание эхосигналов от равновеликих дефектов по всему диапазону глубины их залегания с точностью ±1 дБ, настройку чувствительности производят путем обеспечения постоянства браковочного и контрольного уровней чувствительности независимо от глубины залегания несплошности.

При настройке чувствительности при контроле сварных соединений толщиной от 15 до 100 мм следует учитывать значение коэффициента затухания принимают равным 17 дБ/м;

При контроле по схеме "Тандем" скорость развертки и чувствительность настраивают с помощью развернутых навстречу друг другу преобразователей по максимальному ("сквозному") сигналу, прошедшему от одного.преобразователя к другому через изделие. Рабочий участок развертки ограничивается местом появления на экране этого сигнала независимо от глубины залегания дефекта. Необходимый уровень чувствительности (браковочный, контрольный, поисковый) рассчитывается по специальным АРД-диаграммам схемы "Тандем" как разница в децибелах между необходимым уровнем чувствительности и сквозным сигналом.

2.7 Измерение характеристик несплошностей

При контроле параметров несплошностей определяют следующие основные характеристики:

координаты дефектов;

амплитуду эхосигнала (эквивалентная площадь);

условную протяженность;

количество или суммарную эквивалентную площадь одиночных несплошностей и их дополнительные характеристики;

условную высоту;

коэффициент формы.

Рисунок 2.8 Схема измерения координат несплошностей наклонным ПЭП

Рисунок 2.9 Схема определения координат несплошностей в сварном соединении: а--определение глубины залегания несплошности; б--определение положения проекции дефекта на шов

Определение координат, амплитуды эхосигнала, условной протяженности и количества или суммарной эквивалентной площади нееплошностей обязательно для каждого соединения или наплавки. Необходимость определения условной высоты и коэффициента формы дефекта устанавливается производственно-технологической документацией.

Определение координат несплошностей

- глубина залегания дефекта h, отсчитываемая по нормали к поверхности

- расстояние х от центра излучения преобразователя до проекции дефекта на поверхность изделия (иногда отсчет производят от передней грани призмы ПЭП - рис. 2.8 и 2.9);

- расстояние вдоль оси сварного шва L_н на поверхность шва от проекции дефекта на поверхность шва до какой- либо выбранной точки отсчета (рис2.8 и 2.9).

Глубиномерным устройством дефектоскопа измеряют временной интервал Т между зондирующим импульсом и эхо-сигналом от дефекта. Так как скорости распространения УЗ колебаний в металле и призме ПЭП, а также углы ввода УЗ колебаний известны заранее, то по Т можно определить координаты h и x.

В частности для наклонного ПЭП координаты определяются следующим образом:

(8)

(9)

a
б

Рисунок 2.10 Схема намерения условной протяженности а и условной высоты б несплошкости в сварном соединении при контроле наклонным ПЭП: ?L= L₂- L₁ - условная протяженность; ?h= h₂- h₁ - условная высота

Здесь r-- расстояние от точки выхода луча до несплошности; t_пр, l_пр c_пр -- соответственно время прохождения (в одном направлении), путь и скорость УЗ в призме.

Координаты нееплошностей к, х, Ь (рис2.8 и 2.9) измеряют при появлении в рабочей зоне экрана дефектоскопа эхо-сигнала следующим образом:

h определяют для сварных соединений толщиной более 8 мм прямым отсчетом по шкале развертки или по глубиномеру или с помощью расчета;

х определяют по известным значениям h, б с помощью расчета;

координату L определяют как место расположения неcплошностей вдоль продольной оси шва. Координату неcплошностей измеряют при максимальной амплитуде эхосигнала.

Амплитуду эхосигнала измеряют с помощью аттенюатора или по АРД-диаграмме с точностью ±2 дБ.

а
б

Рисунок 2.11 Схема оценки коэффициента формы эхо-зеркальным методом

Условную протяженность несплошности (рис. 2.10, а) измеряют как расстояние между крайними положениями ориентированного перпендикулярно оси шва преобразователя. При этом крайними положениями преобразователя считаются те, при которых амплитуда эхосигнала уменьшается до контрольного уровня чувствительности. Условную протяженность измеряют с точностью ±5% ( но не менее ±2 мм).

Условную высоту (рис. 2.10, б) определяют как разность значений глубины залегания нееплошностей в крайних положениях преобразователя. При этом крайними положениями преобразователя считают те, при которых амплитуда эхосигнала уменьшается до контрольного уровня чувствительности.

Условная высота протяженной несплошности измеряется в том месте» где эхосигнал имеет наибольшую амплитуду и определяется только для несплошностей, отстоящих от внутренней или наружной поверхности сварного соединения более чем на 5 мм.

Коэффициент формы (рис. 2.11) определяется с целью классификации внутренних нееплошностей на объемные и плоскостные в изделиях с эквидистантными поверхностями без антикоррозионной наплавки.

Коэффициент формы Кф измеряется по схеме "Тандем" (эхо-зеркальным методом) по формуле К_ф =А₀/А_з, где А₀ и А_з -- высоты обратного и зеркального сигналов соответственно на экране дефектоскопа в миллиметрах или в делениях масштабной сетки экрана.

Рисунок 2.12 Схема выявления плос ких иесплошностей, ориентированных поперек оси сварного шва. Контроль совмещенным ПЭП сварного соединения со снятым усилением - а; со снятым усилением - б

Углы ввода преобразователей, используемых для определения коэффициента формы, не должны отличаться более чем на два градуса, а чувствительность -- более чем на 1 дБ. При измерениях преобразователи включаются по раздельно-совмещенной схеме.

Каждая несплошность оценивается по коэффициенту формы поозвучиванием сварного шва с двух сторон. При этом оценка типа несплошностей производится по наименьшему из измеренных значений коэффициентов формы.

При оценке по коэффициенту формы несплошность считается:

объемной, если К_ф ?1 (рис. 2.11, а);

плоскостной, если К_ф < 1 (рис. 2.11, б).

Допустимость несплошностей и качество сварного соединения оценивают путем сравнения измеренных значений характеристик с нормативными. Фиксируются результаты контроля. Правильность проведения контроля проверяют с помощью повторного контроля.

Контроль на наличие поперечных трещин производят по одной из схем, приведенных на рис. 2.12, в двух противоположных направлениях. При контроле на наличие поперечных трещин по схеме "Тандем" угол ввода преобразователей и угол разворота между преобразователями в плоскости сканирования выбирают из условия обеспечения максимального сигнала от вертикально-ориентированного плоскостного отражателя.

Величина шага сканирования должна быть не более половины диаметра или ширины пьезоэлемента преобразователя. При этом в процессе перемещения преобразователь поворачивают на 15^? в обе стороны. В процессе сканирования необходимо обеспечить постоянный акустический контакт преобразователя с поверхностью.

2.8 Оценка качества сварных соединений

Качество сварных соединений считают удовлетворительным при одновременном соблюдении следующих требований:

характеристика и количество несплошностей соответствуют нормам, приведенным в табл. 3.3

несплошности не являются протяженными;

расстояние по поверхности сканирования между двумя соседними несплошностями, не меньше условной протяженности с большим значением этого показателя;

поперечные трещины отсутствуют.



Таблица 2.3

Нормы допустимости одиночных несплошностей при УЗК сварных соединений из сталей перлитного класса или высокохромистых сталей

Номинальная толщина стальных деталей, мм	Эквивалентная площадь одиночных несплошностей, мм2	Допустимое число фиксируемых несплошностей на любые 100 мм длины сварного шва
	минимальная фиксируемая	максимально допустимая
От 5 до 10 включит.	3,5	7	7
От 10 до 20	3,5	7	8
От 20 до 40	3,5	7	9
От 40 до 60	5,0	10	10
От 60 до 80	7,5	15	11
От 80 до 100	10,0	20	11
От 100 до 120	10,0	20	12
От 120 до 200 включит.	15.0	30	12

сварный соединение контроль ультразвуковой

Качество сварных соединений обычно оценивают по трехбалльной системе: балл 1 -- неудовлетворительное качество; балл 2 -- удовлетворительное качество; балл 3 -- высокое качество.

Баллом 1 оценивают сварное соединение с несплошностями, измеряемые характеристики или количество которых превышают нормы, указанные в табл. 3.3. По качественным признакам их можно отнести к трещинам, непроварам, несплавления.

Баллом 2 оценивают сварные соединения с несплошностями, измеряемые характеристики или количество которых не превышает норм, указанных в табл. 2.3, и если их нельзя отнести к дефектам типа трещин.

Баллом 3 оценивают сварные соединения, в которых не обнаружены несплошности, амплитуды.эхосигналов от которых достигают или превышают контрольный уровень.



2.9 Оформление результатов контроля

Полученные данные по каждому изделию должны быть зафиксированы в рабочем журнале и заключении вне зависимости от результатов контроля и требований заказчика.

Вместо данных об изделии и условиях контроля, содержащихся в технологической карте на УЗК, в журнале может указываться обозначение этой карты.



Заключение

Результатом данной работы является расчет основных параметров метода и средств контроля и занесение некоторых данных в технологическую карту УЗК сварного стыкового соединения, которая прилагается в приложении данной работы. Достоинством применения УЗК является общедоступность, отсутствие вредных излучений при контроле, ядовитых веществ, выявление несплошностей на большой глубине залегания, простота расчета координат дефекта.

При отсутствии жестких требований к ответственности данный вид контроля коллектора обеспечит надлежащее качество сварного шва. При предъявлении особых требований данную методику следует дополнить (применение ПЭП с большим углом ввода (поверхностная ультразвуковая волна) или использование раздельно-совмещенного преобразователя, у которого мертвая зона практически отсутствует), дополнить методику другим видом контроля (радиографический, токовихревой) или использовать другой вид контроля (радиографический).



Список используемой литературы

1. ГОСТ 14782-86 «Кoнтрoль нeрaзрушaющий. Сoeдинeния cвaрныe. Мeтoды ультрaзвукoвыe».

2. Конспект лекций по курсу «Неразрушающий контроль в производстве».

3. №2182 Дианов В.Ф., Дюдин Б.Ф. Физические методы и технология неразрушающего контроля материалов, сварных соединений и изделий: Учебное пособие. Ч.1. Таганрог: ТРТУ, 1995.

4. № 2538 Дианов В.Ф. Ультразвуковой контроль сварных соединений металлических изделий: Методические указания к разработке курсового проекта. Таганрог, ТРТУ, 1996.

Размещено на Allbest.ru

...