Δοκιμή με υπερήχους συγκολλημένων αρμών, μέθοδοι και τεχνολογία δοκιμών

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Δεν υπάρχει πρακτικά βιομηχανία όπου να μην πραγματοποιείται συγκόλληση. Η συντριπτική πλειονότητα των μεταλλικών κατασκευών είναι τοποθετημένες και διασυνδεδεμένες μέσω ραφών συγκόλλησης. Φυσικά, η ποιότητα αυτού του είδους εργασίας στο μέλλον δεν εξαρτάται μόνο από την αξιοπιστία του κτιρίου, της δομής, του μηχανήματος ή οποιασδήποτε μονάδας που θα ανεγερθεί, αλλά και από την ασφάλεια των ανθρώπων που θα αλληλεπιδράσουν με κάποιο τρόπο με αυτές τις κατασκευές. Ως εκ τούτου, για να εξασφαλιστεί το σωστό επίπεδο απόδοσης τέτοιων εργασιών, χρησιμοποιείται υπερηχητικός έλεγχος συγκολλήσεων, χάρη στον οποίο είναι δυνατό να εντοπιστεί η παρουσία ή η απουσία διαφόρων ελαττωμάτων στη διασταύρωση μεταλλικών προϊόντων. Αυτή η προηγμένη μέθοδος ελέγχου θα συζητηθεί στο άρθρο μας.

Ιστορικό εμφάνισης

Η ανίχνευση ελαττωμάτων με υπερήχους αναπτύχθηκε στη δεκαετία του '30. Ωστόσο, η πρώτη πραγματικά λειτουργική συσκευή γεννήθηκε μόλις το 1945 χάρη στην Sperry Products. Τις επόμενες δύο δεκαετίες, η τελευταία τεχνολογία ελέγχου κέρδισε παγκόσμια αναγνώριση και ο αριθμός των κατασκευαστών τέτοιου εξοπλισμού αυξήθηκε δραματικά.

ΥπερήχωνΟ ανιχνευτής ελαττωμάτων, η τιμή του οποίου σήμερα ξεκινά από 100.000 -130.000 χιλιάδες ρούβλια, αρχικά περιείχε σωλήνες κενού. Τέτοιες συσκευές ήταν ογκώδεις και βαριές. Δούλευαν αποκλειστικά από πηγές εναλλασσόμενου ρεύματος. Αλλά ήδη στη δεκαετία του '60, με την εμφάνιση των κυκλωμάτων ημιαγωγών, οι ανιχνευτές ελαττωμάτων μειώθηκαν σημαντικά σε μέγεθος και μπορούσαν να λειτουργήσουν με μπαταρίες, γεγονός που κατέστησε τελικά δυνατή τη χρήση των συσκευών ακόμη και σε συνθήκες πεδίου.

Βήμα στην ψηφιακή πραγματικότητα

Στα αρχικά στάδια, τα περιγραφόμενα όργανα χρησιμοποιούσαν αναλογική επεξεργασία σήματος, λόγω της οποίας, όπως πολλές άλλες παρόμοιες συσκευές, υπόκεινταν σε μετατόπιση κατά τη στιγμή της βαθμονόμησης. Όμως ήδη το 1984, η Panametrics κυκλοφόρησε τον πρώτο φορητό ψηφιακό ανιχνευτή ελαττωμάτων που ονομάζεται EPOCH 2002. Από εκείνη τη στιγμή, οι ψηφιακές μονάδες έχουν γίνει εξαιρετικά αξιόπιστος εξοπλισμός, παρέχοντας ιδανικά την απαραίτητη σταθερότητα βαθμονόμησης και μέτρησης. Ο ανιχνευτής ελαττωμάτων υπερήχων, η τιμή του οποίου εξαρτάται άμεσα από τα τεχνικά χαρακτηριστικά του και την επωνυμία του κατασκευαστή, έλαβε επίσης μια λειτουργία καταγραφής δεδομένων και τη δυνατότητα μεταφοράς μετρήσεων σε προσωπικό υπολογιστή.

Στο σημερινό περιβάλλον, υπάρχει ολοένα και μεγαλύτερο ενδιαφέρον για τα συστήματα συστοιχίας φάσεων, τα οποία χρησιμοποιούν προηγμένη τεχνολογία βασισμένη σε πιεζοηλεκτρικά στοιχεία πολλαπλών στοιχείων για τη δημιουργία δέσμης κατεύθυνσης και τη δημιουργία εικόνων διατομής παρόμοιες με την ιατρική απεικόνιση υπερήχων.

Σφαίραεφαρμογές

Η μέθοδος ελέγχου υπερήχων χρησιμοποιείται σε οποιονδήποτε κλάδο. Η χρήση του έδειξε ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί εξίσου αποτελεσματικά για τη δοκιμή σχεδόν όλων των τύπων συγκολλημένων αρμών στην κατασκευή, οι οποίοι έχουν πάχος συγκολλημένου βασικού μετάλλου άνω των 4 χιλιοστών. Επιπλέον, η μέθοδος χρησιμοποιείται ενεργά για τον έλεγχο των αρμών αγωγών αερίου και πετρελαίου, διαφόρων υδραυλικών και υδάτινων συστημάτων. Και σε περιπτώσεις όπως η επιθεώρηση παχιών ραφών που προκύπτουν ως αποτέλεσμα συγκόλλησης με ηλεκτροσκωρία, η ανίχνευση ελαττωμάτων με υπερήχους είναι η μόνη αποδεκτή μέθοδος επιθεώρησης.

Η τελική απόφαση για το εάν ένα εξάρτημα ή μια συγκόλληση είναι κατάλληλη για χρήση λαμβάνεται με βάση τρεις θεμελιώδεις δείκτες (κριτήρια) - πλάτος, συντεταγμένες, διαστάσεις υπό όρους.

Γενικά, η εξέταση με υπερήχους είναι ακριβώς η πιο γόνιμη μέθοδος από άποψη απεικόνισης στη διαδικασία μελέτης της ραφής (λεπτομέρεια).

Λόγοι ζήτησης

Η περιγραφόμενη μέθοδος επιθεώρησης με χρήση υπερήχων είναι καλή καθώς έχει πολύ υψηλότερη ευαισθησία και αξιοπιστία των ενδείξεων στη διαδικασία ανίχνευσης ελαττωμάτων με τη μορφή ρωγμών, χαμηλότερο κόστος και υψηλή ασφάλεια στη διαδικασία χρήσης σε σύγκριση με κλασικές μέθοδοι ακτινογραφικού ελέγχου. Μέχρι σήμερα, ο υπερηχητικός έλεγχος συγκολλημένων αρμών χρησιμοποιείται στο 70-80% των περιπτώσεων επιθεώρησης.

Μετατροπείς υπερήχων

ΧωρίςΗ χρήση αυτών των συσκευών για μη καταστροφικές δοκιμές υπερήχων είναι απλώς αδιανόητη. Οι συσκευές χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία διέγερσης, καθώς και για τη λήψη δονήσεων υπερήχων.

Οι μονάδες είναι διαφορετικές και ταξινομούνται με:

• Ο τρόπος για να δημιουργήσετε μια επαφή με το δοκιμαστικό στοιχείο.
• Η μέθοδος σύνδεσης πιεζοηλεκτρικών στοιχείων στο ηλεκτρικό κύκλωμα του ίδιου του ανιχνευτή ελαττωμάτων και η εξάρθρωση του ηλεκτροδίου σε σχέση με το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο.
• Προσανατολισμός της ακουστικής ως προς την επιφάνεια.
• Αριθμός πιεζοστοιχείων (μονό, διπλό, πολλαπλό στοιχείο).
• Εύρος ζώνης λειτουργικών συχνοτήτων (στενή ζώνη - μικρότερο από μία οκτάβα εύρος ζώνης, ευρεία ζώνη - περισσότερο από μία οκτάβα εύρος ζώνης).

Μετρήσιμα χαρακτηριστικά ελαττωμάτων

GOST κυβερνά τα πάντα στον κόσμο της τεχνολογίας και της βιομηχανίας. Η δοκιμή υπερήχων (GOST 14782-86) δεν αποτελεί εξαίρεση ούτε σε αυτό το θέμα. Το πρότυπο καθορίζει ότι τα ελαττώματα μετρώνται με τις ακόλουθες παραμέτρους:

• Ισοδύναμη περιοχή ελαττώματος.
• Πλάτος σήματος ηχούς, το οποίο προσδιορίζεται λαμβάνοντας υπόψη την απόσταση από το ελάττωμα.
• Συντεταγμένες του ελαττώματος στο σημείο συγκόλλησης.
• Συμβατικά μεγέθη.
• Υπό όρους απόσταση μεταξύ ελαττωμάτων.
• Ο αριθμός των ελαττωμάτων στο επιλεγμένο μήκος της συγκόλλησης ή της άρθρωσης.

Λειτουργία ανιχνευτή ελαττωμάτων

Η μη καταστροφική δοκιμή, η οποία είναι υπερήχων, έχει τη δική της μέθοδο χρήσης, η οποία δηλώνει ότι η κύρια μετρούμενη παράμετρος είναι το πλάτος του σήματος ηχούς που λαμβάνεταιαπευθείας από το ελάττωμα. Για τη διαφοροποίηση των σημάτων ηχούς κατά πλάτος, έχει καθοριστεί το λεγόμενο επίπεδο ευαισθησίας απόρριψης. Αυτό, με τη σειρά του, διαμορφώνεται χρησιμοποιώντας το πρότυπο εταιρικό πρότυπο (SOP).

Η έναρξη λειτουργίας του ανιχνευτή ελαττωμάτων συνοδεύεται από τη ρύθμισή του. Για αυτό, ορίζεται η ευαισθησία απόρριψης. Μετά από αυτό, στη διαδικασία των συνεχιζόμενων μελετών υπερήχων, το λαμβανόμενο σήμα ηχούς από το ανιχνευμένο ελάττωμα συγκρίνεται με το σταθερό επίπεδο απόρριψης. Εάν το μετρούμενο πλάτος υπερβαίνει το επίπεδο απόρριψης, οι ειδικοί αποφασίζουν ότι ένα τέτοιο ελάττωμα είναι απαράδεκτο. Στη συνέχεια, η ραφή ή το προϊόν απορρίπτεται και αποστέλλεται για αναθεώρηση.

Τα πιο συνηθισμένα ελαττώματα των συγκολλημένων επιφανειών είναι: έλλειψη τήξης, ατελής διείσδυση, ρωγμές, πορώδες, εγκλείσματα σκωρίας. Αυτές οι παραβιάσεις είναι που εντοπίζονται αποτελεσματικά με την ανίχνευση ελαττωμάτων με χρήση υπερήχων.

Επιλογές υπερήχων

Με την πάροδο του χρόνου, η διαδικασία επιθεώρησης έχει αναπτύξει πολλές ισχυρές μεθόδους για την εξέταση συγκολλήσεων. Η δοκιμή υπερήχων παρέχει έναν αρκετά μεγάλο αριθμό επιλογών για ακουστική εξέταση των εξεταζόμενων μεταλλικών κατασκευών, ωστόσο, οι πιο δημοφιλείς είναι:

• Μέθοδος ηχούς.
• Shadow.
• Μέθοδος Mirror-shadow.
• Echo Mirror.
• Μέθοδος Δέλτα.

Μέθοδος αριθμός ένα

Πιο συχνά στη βιομηχανία και τις σιδηροδρομικές μεταφορές, χρησιμοποιείται η μέθοδος ηχώ-παλμού. Χάρη σε αυτόν διαγιγνώσκεται πάνω από το 90% όλων των ελαττωμάτων, κάτι που καθίσταται δυνατό λόγω της καταγραφής και της ανάλυσης σχεδόν όλων των σημάτων που ανακλώνται από την επιφάνεια του ελαττώματος.

Αυτή η ίδια η μέθοδος βασίζεται στην ηχογράφηση ενός μεταλλικού προϊόντος με παλμούς υπερηχητικών δονήσεων, ακολουθούμενη από την καταχώρισή τους.

Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι:

- δυνατότητα μονόδρομης πρόσβασης στο προϊόν, - μάλλον υψηλή ευαισθησία σε εσωτερικά ελαττώματα, - η υψηλότερη ακρίβεια στον προσδιορισμό των συντεταγμένων του ανιχνευθέντος ελαττώματος.

Ωστόσο, υπάρχουν και μειονεκτήματα, όπως:

- χαμηλή αντίσταση σε παρεμβολές από ανακλαστήρες επιφάνειας, - ισχυρή εξάρτηση του πλάτους του σήματος από τη θέση του ελαττώματος.

Η περιγραφόμενη ανίχνευση ελαττώματος συνεπάγεται την αποστολή παλμών υπερήχων στο προϊόν από τον ανιχνευτή. Το σήμα απάντησης λαμβάνεται από αυτόν ή από τον δεύτερο αναζητητή. Σε αυτήν την περίπτωση, το σήμα μπορεί να ανακλάται τόσο απευθείας από ελαττώματα όσο και από την απέναντι επιφάνεια του εξαρτήματος, προϊόντος (ραφή).

Μέθοδος σκιάς

Βασίζεται σε μια λεπτομερή ανάλυση του πλάτους των κραδασμών υπερήχων που μεταδίδονται από τον πομπό στον δέκτη. Στην περίπτωση που υπάρχει μείωση σε αυτόν τον δείκτη, αυτό δείχνει την παρουσία ελαττώματος. Σε αυτήν την περίπτωση, όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος του ίδιου του ελαττώματος, τόσο μικρότερο είναι το πλάτος του σήματος που λαμβάνει ο δέκτης. Για να λάβετε αξιόπιστες πληροφορίες, ο πομπός και ο δέκτης πρέπει να τοποθετηθούν ομοαξονικά σε αντίθετες πλευρέςαντικείμενο υπό μελέτη. Τα μειονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας μπορούν να θεωρηθούν χαμηλή ευαισθησία σε σύγκριση με τη μέθοδο ηχούς και η δυσκολία προσανατολισμού των PET (πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς) σε σχέση με τις κεντρικές δέσμες του σχεδίου ακτινοβολίας. Ωστόσο, υπάρχουν επίσης πλεονεκτήματα, τα οποία είναι η υψηλή αντοχή στις παρεμβολές, η χαμηλή εξάρτηση του πλάτους του σήματος από τη θέση του ελαττώματος και η απουσία νεκρής ζώνης.

Μέθοδος Mirror-shadow

Αυτός ο ποιοτικός έλεγχος υπερήχων χρησιμοποιείται πιο συχνά για την επιθεώρηση συγκολλημένων αρμών οπλισμού. Το κύριο σημάδι ότι έχει εντοπιστεί ένα ελάττωμα είναι η εξασθένηση του πλάτους του σήματος, το οποίο αντανακλάται από την αντίθετη επιφάνεια (που συνήθως ονομάζεται κάτω). Το κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η σαφής ανίχνευση διαφόρων ελαττωμάτων, η εξάρθρωση των οποίων είναι η ρίζα συγκόλλησης. Επίσης, η μέθοδος χαρακτηρίζεται από τη δυνατότητα μονόπλευρης πρόσβασης στη ραφή ή μέρος.

Μέθοδος καθρέφτη ηχούς

Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για τον εντοπισμό κάθετων ελαττωμάτων. Ο έλεγχος πραγματοποιείται με τη χρήση δύο ανιχνευτών, οι οποίοι μετακινούνται κατά μήκος της επιφάνειας κοντά στη ραφή στη μία πλευρά της. Ταυτόχρονα, η κίνησή τους εκτελείται με τέτοιο τρόπο ώστε να διορθώνεται από έναν ανιχνευτή το σήμα που εκπέμπεται από έναν άλλο ανιχνευτή και ανακλάται δύο φορές από το υπάρχον ελάττωμα.

Το κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου: μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση του σχήματος των ελαττωμάτων, το μέγεθος των οποίων υπερβαίνει τα 3 mm και τα οποία αποκλίνουν στο κατακόρυφο επίπεδο κατά περισσότερο από 10 μοίρες. Το πιο σημαντικό -χρησιμοποιήστε ανιχνευτές με την ίδια ευαισθησία. Αυτή η έκδοση της υπερηχητικής εξέτασης χρησιμοποιείται ενεργά για τον έλεγχο προϊόντων με παχύ τοίχωμα και τις συγκολλήσεις τους.

Μέθοδος Δέλτα

Ο καθορισμένος υπερηχητικός έλεγχος των συγκολλήσεων χρησιμοποιεί ενέργεια υπερήχων που εκπέμπεται εκ νέου από το ελάττωμα. Το εγκάρσιο κύμα που προσπίπτει στο ελάττωμα ανακλάται εν μέρει κατοπτρικά, εν μέρει μετατρέπεται σε διαμήκη και επίσης εκ νέου ακτινοβολεί το κύμα περίθλασης. Ως αποτέλεσμα, συλλαμβάνονται τα απαιτούμενα κύματα PET. Το μειονέκτημα της μεθόδου μπορεί να θεωρηθεί ο καθαρισμός της ραφής, η αρκετά υψηλή πολυπλοκότητα της αποκρυπτογράφησης των λαμβανόμενων σημάτων κατά τον έλεγχο συγκολλημένων αρμών με πάχος έως και 15 χιλιοστά.

Πλεονεκτήματα του υπερήχου και λεπτές λεπτομέρειες της εφαρμογής του

Η εξέταση συγκολλημένων αρμών με χρήση ήχου υψηλής συχνότητας είναι, στην πραγματικότητα, μη καταστροφική δοκιμή, επειδή αυτή η μέθοδος δεν είναι ικανή να προκαλέσει ζημιά στο εξεταζόμενο τμήμα του προϊόντος, αλλά ταυτόχρονα προσδιορίζει με μεγάλη ακρίβεια την παρουσία ελαττωμάτων. Επίσης, ιδιαίτερη προσοχή αξίζει το χαμηλό κόστος των εργασιών που εκτελούνται και η υψηλή ταχύτητα εκτέλεσής τους. Είναι επίσης σημαντικό η μέθοδος να είναι απολύτως ασφαλής για την ανθρώπινη υγεία. Όλες οι μελέτες μετάλλων και συγκολλήσεων που βασίζονται σε υπερήχους πραγματοποιούνται στην περιοχή από 0,5 MHz έως 10 MHz. Σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι δυνατή η εκτέλεση εργασιών με χρήση υπερηχητικών κυμάτων με συχνότητα 20 MHz.

Η ανάλυση μιας συγκολλημένης άρθρωσης μέσω υπερήχων πρέπει απαραίτητα να συνοδεύεται από ένα ολόκληρο σύμπλεγμαπροπαρασκευαστικά μέτρα, όπως καθαρισμός της ραφής ή επιφάνειας υπό μελέτη, εφαρμογή ειδικών υγρών επαφής στην ελεγχόμενη περιοχή (τζελ ειδικής χρήσης, γλυκερίνη, λάδι μηχανής). Όλα αυτά γίνονται για να διασφαλιστεί η σωστή σταθερή ακουστική επαφή, η οποία τελικά παρέχει την απαραίτητη εικόνα στη συσκευή.

Μη χρησιμοποιήσιμο και μειονεκτήματα

Οι δοκιμές με υπερήχους είναι απολύτως παράλογο να χρησιμοποιηθούν για την εξέταση συγκολλήσεων μετάλλων με χονδρόκοκκη δομή (για παράδειγμα, χυτοσίδηρο ή ωστενιτική συγκόλληση με πάχος άνω των 60 χιλιοστών). Και όλα αυτά γιατί σε τέτοιες περιπτώσεις υπάρχει αρκετά μεγάλη διασπορά και ισχυρή εξασθένηση του υπερήχου.

Δεν είναι επίσης δυνατός ο σαφής πλήρης χαρακτηρισμός του ανιχνευθέντος ελαττώματος (συμπερίληψη βολφραμίου, συμπερίληψη σκωρίας κ.λπ.).