Ультразвуковой дефектоскоп: что это, принцип работы, для чего нужен

Свойства ультразвуковых волн позволяют им проникать внутрь материалов и изделий, не разрушая их. На этом основана технология УЗК — ультразвукового контроля, позволяющая выявлять с помощью высокоточных приборов малейшие внутренние неоднородности. Из нашей статьи вы узнаете, как работать ультразвуковым дефектоскопом, о его устройстве, главных сферах применения и видах, наиболее эффективных методах использования, о том, на что следует обращать внимание при поиске и покупке нужной модели.

Что это такое?

Используя метод УЗК, можно находить скрытые дефекты для их своевременного устранения, а ультразвуковой дефектоскоп — это устройство, чье назначение заключается в реализации на практике данной технологии. Ультразвуковая дефектоскопия позволяет легко определять такие внутренние повреждения, как:

• Непровары и трещины. Непровары образуются при недостаточном заполнении сварочной ванны либо при слабом проплавлении основного металла. Трещины появляются при нарушении сплошности металла в околошовной зоне или в самом шве. С помощью метода УЗК можно обнаруживать продольные, поперечные или радиальные трещины, в том числе в зоне термического влияния, где из-за нагрева при сварке металл изменил свою структуру.
• Пустоты и свищи. Пористость — результат появления в сварном шве газовых включений, она распределяется равномерно по всему участку или локализуется в определенной зоне. Свищи являются трубчатыми полостями в теле шва с выходом на поверхность. Они нарушают герметичность сварки, что является недопустимым для работающих под давлением конструкций. Ультразвуковая дефектоскопия определяет форму, размер, расположение изъянов, оценивая реальную прочность сварки.
• Коррозийные повреждения. Развиваясь внутри изделий или на их поверхности, коррозия приводит к разрушению металла, что негативно влияет на его толщину и снижает прочность.

Помимо этих наиболее частых и опасных изъянов, с помощью неразрушающего контроля выявляют включения посторонних материалов в основном металле, расслоения слоев материала в листовых или композитных конструкциях, любые нарушения сплошности (то есть неоднородность).

Устройство

Любой современный ультразвуковой дефектоскоп состоит из несколько основных элементов:

• Преобразователь. Назначение этого узла — излучение и прием ультразвуковых колебаний, ранее преобразованных им из электрической энергии. После этого он посылает их в исследуемую зону и принимает отраженный сигнал.
• Импульсный генератор/приемник. Назначение — отсыл высоковольтных импульсов в преобразователь, где генерируются ультразвуковые волны, а также принимается результат их отражения.
• Блок с дисплеем. Здесь принимаемые преобразователем сигналы выводятся на дисплей. Формат их зависит от типа инспекции и может быть разным (А-сканы, B-сканы, C-сканы).
• Запоминающее устройство. Сохраняет данные инспекций и дальнейшего анализа. С помощью полученных сведений ведут учет состояния материалов, отслеживают временные изменения, обеспечивают контроль их качества.

Важной частью прибора является система питания, которую чаще всего делают дублированной — с возможностью работы от аккумулятора (в комплекте идет 2) и сети постоянного тока. Объем аккумулятора обычно рассчитан на 10-12 часов непрерывного функционирования. В некоторых моделях есть возможность «горячей замены» — прибор не нужно выключать для смены батареи.

Виды ультразвуковых дефектоскопов

По ширине своих возможностей различают устройства одноканальные или многоканальные. Первые просты и компактны, работают с одним преобразователем. Чаще всего их точности и функционала достаточно для решения стандартных рядовых задач. Вторые позволяют подключать сканер с несколькими преобразователями для проведения исследования за один цикл на максимально большой площади. При этом они документируют все полученные данные.

Применение

Благодаря своей способности выявления неоднородностей внутри изделий с помощью технологии УЗК приборы находят применение в самых различных отраслях производства, экономики, научных исследований:

• Энергетика. Для диагностики турбин, котлов, теплообменников, трубопроводов и других составляющих энергетического оборудования.
• Машиностроение и автомобилестроение. При контроле сварных соединений, шестерен, валов, крепежа, подшипников, любых других деталей на предмет обнаружения трещин, расслоений, коррозии и т. д.
• Металлургия. Для проверки проката, отливок, сварных и прессованных изделий на предмет наличия внутренних изъянов.
• Космическая и авиационная промышленность. При контролировании качества композитных материалов, лопаток турбин, фюзеляжей, лонжеронов, любых деталей, для которых критична безопасность и надежность.
• Строительство. При проверке однородности сварных соединений, арматуры, бетонных конструкций и т. д.
• Нефтегазовая отрасль. Для проведения диагностики состояния резервуаров, трубопроводов, фланцевых соединений на факт присутствия различных дефектов.
• Горнодобывающая промышленность. При поиске неоднородностей в крепежных элементах, в соединениях бурового оборудования, при диагностике подъемно-транспортных механизмов.
• Транспорт. Для осуществления контроля колес, рельсов, подвижного состава, корпусов судов и др.
• Научная деятельность. Изучение свойств и структуры старых и новых материалов в разных условиях.

Кроме этого, приборы УЗК широко применяют в химической и атомной отраслях, в области пожарной безопасности, для проверки толщины покрытий в авто.

Принцип работы ультразвукового дефектоскопа

При выявлении внутренних дефектов пользуются несколькими методами ультразвукового контроля, каждый из которых основывается на изучении разных характеристик и имеет свой сектор применения.

Теневой метод

Методика предусматривает размещение двух преобразователей (излучателя и приемника) по разным сторонам объекта. Если волна не преодолевает определенный участок на пути от источника к приемнику, то это место считается поврежденным.

Эхо-импульсный метод

Используется совмещенный преобразователь, работающий сразу источником и приемником УЗВ. В этом случае о наличии дефекта судят по разнице в характеристиках излучаемого колебания и принятого.

Зеркально-теневой метод

В отличие от теневого способа, может реализовываться при одностороннем доступе к изделию: преобразователи расположены с одной стороны, а для анализа изучается не прямой, а отраженный от противоположной стороны волновой поток.

Эхо-зеркальный метод

Здесь также оба преобразователя устанавливают в одной стороны сварного шва (или другой предполагаемой поврежденной зоны). Анализируются отраженные от дефекта ультразвуковые колебания. Методика подходит для поиска изъянов с перпендикулярным расположением по отношению к поверхности сварного соединения.

Как пользоваться

Чтобы получить достоверный результат, необходимо настроить дефектоскоп, подготовить поверхность и только тогда приступать к диагностике.

Настройка

Для отладки оборудования нужны специальные настроечные образцы, имеющие искусственные отражатели (пазы, отверстия, зарубки). Нормативные документы предусматривают для каждой разновидности изделия определенные размеры этих отражателей. При настройке ориентируются на сигналы, полученные от образцов.

Также настраивают ВРЧ (временную регулировку чувствительности), позволяющую выравнивать амплитуды расположенных на одинаковой глубине сигналов от разных отражателей. Это способствует компенсации затухания волн в материале и получения по всей толщине сварного шва равномерной чувствительности контроля.

Подготовка поверхности

Результаты УЗК напрямую зависят от степени чистоты поверхности изделия. Зону исследования тщательно зачищают от любых загрязнений, способных исказить показания устройства. В первую очередь проводят механическую очистку: с помощью шлифовальных машинок или металлических щеток избавляются от окалины, ржавчины, грязи и пыли в прилегающей околошовной зоне (не менее 50-70 мм) и на самом участке сварки (если речь идет о ней). Затем делают обработку контактной жидкостью, в качестве которой могут быть использованы специальный гель, глицерин, трансформаторное масло. Это делается для улучшения акустического контакта между материалом и дефектоскопом, что напрямую влияет на точность проводимых исследований. При обработках достигают максимального снижения шероховатости поверхности (не более Ra 6,3 (Rz 40)). В противном случае из-за рассеивания УЗВ результат может быть искажен.

Проведение диагностики

Для осуществления точных исследований определяют толщину проверяемого изделия и в зависимости от этого подбирают методику инспекции. Если толщина не больше 20 мм, достаточно стандартных настроек, при превышении этого показателя пользуются АРД-диаграммами (амплитуда-расстояние-диаметр). Это, как и настройка ВРЧ, помогает более точно выяснить расположение и размер дефекта. Когда оборудование настроено, оператор перемещает прибор по проверяемой зоне, двигаясь зигзагом и поворачивая излучатель на 10-15° вокруг оси — для наилучшего обнаружения изъянов разной ориентации. Когда выявляются структурные изменения, прибор подает сигнал, который сразу виден на дисплее. В этот момент оператор останавливается и начинает поворачивать преобразователь, чтобы найти сигнал с наибольшей амплитудой.

Важно! Получить наиболее полные сведения о состоянии исследуемого участка можно при использовании сразу нескольких методов УЗК. Выбор подходящего зависит от толщины материала и типа предполагаемого дефекта.

Как выбрать ультразвуковой дефектоскоп

Почти во всех современных устройствах диапазон возможных значений позволяет решать до 99% практических задач. Однако это не отменяет проверки функциональности прибора с точки зрения наиболее важных характеристик:

• Производительность. Для профессиональной деятельности с интенсивным применением лучше купить устройство с расширенным функционалом. Для соблюдения нормативных требований к технической оснащенности достаточно простой модели.
• Число зон контроля. Практически для всех современных дефектоскопов доступно исследовать одновременно 2 независимых участка.
• Тип зондирующего импульса. Для устройств последнего поколения характерно использование радиоимпульса (раньше был ударный).
• Вид амплитудной коррекции. Режима ВРЧ, поддерживаемого портативными моделями, достаточно для типовых задач. Приборы с режимами ВРЧ, АРД, АРК эффективнее для более детального исследования.

Прибор должен быть обязательно внесен в Госреестр и реестр средств НК. Кроме этого, стоит изучить диапазон рабочих частот, размер погрешности разных показателей, характеристики развертки, частоту посыла импульсов, емкость аккумулятора, вместимость памяти, пыле и влагозащищенность, класс прочности, габариты и вес.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое УЗК и его основные методы, для чего нужен ультразвуковой дефектоскоп, как им пользоваться и выбрать при покупке. Неразрушающий контроль с применением УЗВ высокоэффективен, безопасен и при правильном выполнении диагностики выдает точные результаты. Достаточно выбрать прибор с нужным функционалом и подробно изучить инструкцию по применению.