Inspección por ultrasóns de xuntas soldadas, métodos e tecnoloxía de control

Non hai practicamente ningunha industria onde a soldeo non se realice. A abafadora maioría das estruturas metálicas son montadas e conectadas entre si por medio de costuras de soldados. Por suposto, a calidade deste tipo de traballo no futuro depende non só da fiabilidade do edificio erigido, estrutura, máquina ou calquera outra unidade, senón tamén a seguridade das persoas que de algunha maneira interactuarán con estas estruturas. Polo tanto, para asegurar un nivel axeitado de rendemento destas operacións, utilízase a inspección por ultrasóns das costuras de soldeo, polo que é posible detectar a presenza ou ausencia de varios defectos na unión dos produtos metálicos. Sobre este método avanzado de control e será discutido no noso artigo.

Historia da ocorrencia

A detección de falla ultrasónica como tal desenvolveuse na década de 1930. Con todo, o primeiro dispositivo que funcionaba realmente naceu só en 1945 grazas á compañía Sperry Products. Durante as próximas dúas décadas, a última tecnoloxía de control recibiu recoñecemento mundial, eo número de fabricantes deste equipo aumentou de xeito espectacular.

O detector de falla ultra-sônico, cuxo prezo comeza hoxe entre 100.000 e 1.300.000 rublos, consistía inicialmente en tubos de baleiro. Tales dispositivos eran pesados e pesados. Funcionaron exclusivamente a partir de fontes de alimentación AC. Pero xa na década de 1960, coa chegada dos circuítos de semicondutores, os detectores de falla reduciuse significativamente en tamaño e foron capaces de funcionar a partir de baterías, o que permitía que os dispositivos se empregasen mesmo no campo.

Pasar á realidade dixital

Nas fases iniciais, os dispositivos descritos usaron o procesado de sinal analóxico, que, como moitos outros dispositivos similares, era propenso á deriva no momento da calibración. Pero xa en 1984 a empresa Panametrics deu comezo ao primeiro detector de falla dixital portátil chamado EPOCH 2002. Desde ese momento, as unidades dixitais convertéronse en equipos altamente fiables, o ideal de proporcionar a estabilidade necesaria de calibración e medicións. O detector de falla ultrasónico, cuxo prezo depende directamente das súas características técnicas e marca do fabricante, tamén recibiu a función de gravación de datos ea posibilidade de transmitir as lecturas a unha computadora persoal.

En condicións modernas, atrae cada vez máis interese por sistemas con arrays en fases, que utilizan unha tecnoloxía complexa baseada en elementos piezoeléctricos de múltiples elementos que xeran feixes dirixidos e crean imaxes transversais semellantes ás imaxes por ultrasóns médicas.

Ámbito de aplicación

O método de control ultrasónico aplícase en calquera dirección da industria. A súa aplicación demostrou que pode utilizarse igualmente para probar case todos os tipos de xuntas soldadas en construción, que teñen un espesor de metal base soldado de máis de 4 milímetros. Ademais, o método utilízase activamente para probar a conexión das articulacións de gasodutos e oleodutos, varios sistemas hidráulicos e de abastecemento de auga. E nestes casos, como o control de costuras de gran espesor, obtidas como resultado da soldadura electrosolar, a detección de falla ultrasónica é o único método aceptable de control.

A decisión final sobre se a corda de soldadura ou a parte é adecuada para a operación toma a base de tres indicadores básicos (criterios): amplitude, coordenadas, dimensións condicionais.

En xeral, a proba de ultrasóns é exactamente o método máis fructífero desde o punto de vista da formación da imaxe no proceso de estudo da costura (detalles).

Causas de relevancia

O método descrito de control de ultrasóns é bo porque ten unha sensibilidade e fiabilidade moito máis elevada das indicacións no proceso de detección de defectos en forma de fisuras, menor custo e alta seguridade durante o uso en comparación cos métodos clásicos de inspección radiográfica. Ata a data, a inspección por ultrasóns de xuntas soldadas úsase en 70-80% dos casos de inspeccións.

Transductores de ultrasóns

Sen o uso destes dispositivos, as probas ultrasónicas non destrutivas son simplemente impensables. Os dispositivos serven para a formación de excitación, así como para a recepción de oscilacións de ultrasóns.

As unidades son diferentes e clasifícanse segundo:

• O método de contacto co produto baixo investigación.
• O método de conexión de piezoelementos ao circuíto eléctrico do propio detector de fallas e á dislocación do electrodo en relación ao elemento piezoeléctrico.
• As orientacións son acústicas con respecto á superficie.
• Número de piezoelementos (one-, two-, multi-element).
• O ancho da banda de frecuencias operativas (banda estreita - banda inferior a unha octava, banda ancha - ancho de banda supera unha oitava).

Características medidas de defectos

No mundo da tecnoloxía e da industria GOST administra todo. A inspección por ultrasóns (GOST 14782-86) neste asunto tampouco é unha excepción. O estándar regula que os defectos sexan medidos polos seguintes parámetros:

• Área de defectos equivalentes.
• A amplitude do sinal de eco, que se determina tendo en conta a distancia ao defecto.
• As coordenadas do defecto no punto de soldeo.
• A tamaños condicionais.
• A distancia condicional entre defectos.
• Número de defectos sobre a lonxitude seleccionada da soldadura ou articulación.

Funcionamento do detector de falla

As probas non destrutivas, que son ultrasónicas, teñen a súa propia técnica de uso, que indica que o principal parámetro medido é a amplitude do eco obtida directamente do defecto. Para diferenciar os ecos da magnitude da amplitude, o chamado nivel de rexeitamento da sensibilidade fíxase. Á súa vez, configúrase usando unha mostra estándar de empresa (SOP).

O inicio da operación do detector de falla acompaña o seu axuste. Para iso, configúrase a sensibilidade de rexeitamento. Despois diso, durante as probas ultrasónicas realizadas, o eco recibido compárase a partir do defecto detectado co nivel de rexeitamento fixo. No caso de que a amplitude medida supere o nivel de rexeitamento, os especialistas deciden que tal defecto é inaceptable. A continuación, a costura ou o produto é rexeitada e enviada para a súa revisión.

Os defectos máis comúns das superficies soldadas son: non penetración, penetración incompleta, rachaduras, porosidades, inclusións de escoria. Son estas anomalías que efectivamente detectan a detección de falla usando ultrasóns.

Opcións de investigación de ultrasóns

Co tempo, o proceso de validación recibiu varios métodos válidos para o estudo de xuntas de soldeo. O control de ultrasóns proporciona un número bastante grande de opcións para o estudo acústico das estruturas metálicas en cuestión, pero as máis populares son:

• Método de eco.
• Sombra
• Método Mirror-Shadow.
• Eco-espello.
• O método delta.

Método número uno

Na maioría das veces, na industria e no transporte ferroviario, úsase o método de eco-pulso. É grazas a el que se diagnostican máis do 90% de todos os defectos, o que é posible debido ao rexistro e análise de case todos os sinais reflectidos na superficie do defecto.

En si mesmo, este método baséase no son dun produto de metal por pulsos de vibracións ultrasónicas seguidos pola súa gravación.

As vantaxes do método son:

- a posibilidade de acceso unilateral ao produto;

- Sensibilidade moi alta aos defectos internos.

- A maior precisión na determinación das coordenadas do defecto detectado.

Non obstante, hai desvantaxes, entre elas:

- baixa resistencia á interferencia dos reflectores de superficie;

- unha forte dependencia da amplitude do sinal na localización do defecto.

A defectoscopia descrita implica o envío dun pulsador ultrasónico ao produto. A recepción do sinal de resposta ocorre por el ou por un segundo buscador. Neste caso, o sinal pode reflectirse directamente desde os defectos, e desde a superficie oposto da peza, o produto (costura).

O método de sombra

Está baseado nunha análise detallada da amplitude das vibracións ultrasónicas transmitidas desde o emisor ao receptor. No caso de que este indicador diminúa, isto indica un defecto. Neste caso, canto maior sexa o tamaño do defecto en si, menor será a amplitude do sinal que recibe o receptor. Para obter información confiable, o emisor eo receptor deben situarse coaxialmente en lados opostos do obxecto a estudar. As desvantaxes desta tecnoloxía poden considerarse de baixa sensibilidade en comparación co método de eco e a dificultade de orientar o PES (transdutores piezoeléctricos) en relación aos feixes centrais do patrón direccional. Non obstante, hai vantaxes, que inclúen alta resistencia á interferencia, unha pequena dependencia da amplitude do sinal na localización do defecto e a ausencia dunha zona morta.

Método Mirror-Shadow

Este control de calidade por ultrasóns úsase a miúdo para controlar as xuntas soldadas de barras de reforzo. O principal sinal de que se detecta o defecto é o debilitamento da amplitude do sinal, que se reflicte na superficie contraria (a maioría das veces chámase fondo). A principal vantaxe do método é a detección clara de varios defectos, cuxa dislocación é a raíz da costura. Ademais, o método caracterízase pola posibilidade dun acceso unilateral á costura ou parte.

Método de espello de eco

A forma máis efectiva de detectar defectos situados verticalmente. O cheque lévase a cabo coa axuda de dúas PET, que se moven ao longo da superficie preto da costura nun lado da mesma. Ao mesmo tempo, o seu movemento realízase de tal forma que se fixa un sinal dun PET emitido por outro PEP nun PEP e se reflicte dúas veces polo defecto existente.

A principal vantaxe do método é que se pode empregar para avaliar a forma de defectos que superan os 3 mm e que se desvían máis de 10 graos no plano vertical. O máis importante é usar un PEP coa mesma sensibilidade. Esta versión de ultrasóns úsase activamente para probar produtos de paredes grosas e as súas costuras de soldeo.

O método delta

Esta inspección por ultrasóns de soldaduras usa enerxía ultrasónica reemitida polo defecto. A onda transversal, que cae sobre o defecto, reflíctese parcialmente nunha imaxe de espello, parcialmente transformada nunha onda lonxitudinal, e tamén reemite unha onda difractada. Como resultado, as ondas PEP requiridas están atrapadas. A desvantaxe do método pode considerarse un barrido da costura, unha complejidad bastante alta de descifrar os sinais recibidos durante o control de xuntas soldadas de grosor de ata 15 milímetros.

Vantaxes de ultrasóns e finura da súa aplicación

As investigacións de xuntas soldadas coa axuda de son de alta frecuencia son, de feito, probas non destrutivas, porque tal método non é capaz de causar ningún dano á sección investigada do produto, pero ao mesmo tempo determina con precisión a presenza de defectos. Ademais, débese prestar especial atención ao baixo custo das obras ea súa alta velocidade de execución. Tamén é importante que o método sexa absolutamente seguro para a saúde humana. Todos os estudos de metais e soldaduras a base de ultrasóns realízanse no intervalo de 0,5 MHz a 10 MHz. Nalgúns casos, é posible realizar traballos usando ondas ultrasónicas cunha frecuencia de 20 MHz.

A análise da xuntas soldadas mediante ultrasóns debe ir acompañada dun complexo conxunto de medidas preparatorias, como a limpeza da soldadura ou a superficie da proba, aplicando líquidos de contacto específicos (xeles de uso especial, glicerina, aceite de motor) á área controlada. Todo isto está feito para asegurar un contacto acústico estable e axeitado, que en definitiva fornece a imaxe necesaria no dispositivo.

Incapacidade de usar e desvantaxes

O control de ultrasóns é absolutamente irracional para solicitar o exame de compostos metálicos soldados que teñan unha estrutura de grava grosa (por exemplo, ferro fundido ou unha sutura austenítica cun espesor superior a 60 milímetros). E todo porque en tales casos hai unha dispersión suficientemente grande e unha forte atenuación da ecografía.

Tamén non se pode caracterizar inequívocamente o defecto detectado (inclusión de tungsteno, inclusión de escorias, etc.).