Методы испытаний труб стальных бесшовных горячедеформированных

 

5. Метод ультразвуковой дефектоскопии

Одним из ведущих методов  испытаний является метод ультразвуковой дефектоскопии, контролируемый стандартом ГОСТ 17410 – 78. [9] Настоящий стандарт распространяется на прямые металлические однослойные бесшовные цилиндрические трубы, изготовленные из черных и цветных металлов и сплавов. При контроле качества сплошности металла труб применяются эхо-метод, теневой или зеркально-теневой методы. Ввод ультразвуковых колебаний в металл трубы осуществляется иммерсионным, контактным или щелевым способом.

Контроль металла труб на отсутствие дефектов достигается  сканированием поверхности контролируемой трубы ультразвуковым пучком. Для увеличения производительности и надежности контроля допускается применение многоканальных схем контроля, при этом преобразователи в контрольной плоскости должны располагаться так, чтобы исключить взаимное влияние их на результаты контроля.

 

1.6  Обоснование целесообразности применения метода ультразвуковой дефектоскопии

               Трубы стальные бесшовные подвергают многочисленным испытаниям для определения их качества. Проводят испытания на химический состав трубы, испытание на растяжение, на твердость, испытывают трубы на загиб, сплющивание, бортование, гидравлическим давлением и т.д. Более подробно остановимся на методе ультразвуковой дефектоскопии, так как этот метод выявляет  различные дефекты (типа нарушения сплошности и однородности металла), расположенные на наружной и внутренней поверхностях, а также в толще стенок труб, обнаруживаемые только ультразвуковой дефектоскопической аппаратурой. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.         Теоретические основы метода ультразвуковой дефектоскопии

Ультразвуковая дефектоскопия – поиск  дефектов в материале изделия ультразвуковым методом, то есть путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, отраженных от внутренних несплошностей (дефектов), и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и других характеристик с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа. Является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля. [10]

Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале. Отражение акустических волн происходит от раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела сред. Так как включения в металле часто содержат воздух, имеющий на несколько порядков большее удельное акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически полное.

Разрешающая способность акустического исследования определяется длиной используемой звуковой волны. Это ограничение накладывается тем фактом, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, волна от него практически не отражается. Это определяет использование высокочастотных колебаний — ультразвука. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растет их затухание, что ограничивает доступную глубину контроля. Для контроля металла наиболее часто используются частоты от 0.5 до 10 МГц.

Ультразвуковое исследование не разрушает и не повреждает исследуемый  образец, что является его главным  преимуществом. Возможно проводить  контроль изделий из разнообразных  материалов, как металлов, так и  неметаллов. Кроме того можно выделить высокую скорость исследования при  низкой стоимости и опасности  для человека (по сравнению с рентгеновской  дефектоскопией) и высокую мобильность  ультразвукового дефектоскопа.

Применяется для поиска дефектов материала (поры, волосовины, различные  включения, неоднородная структура  и пр.) и контроля качества проведения работ — сварка, пайка, склейка и пр. Ультразвуковой контроль является обязательной процедурой при изготовлении и эксплуатации многих изделий.

 

 

 

 

3. Аппаратное оснащение для осуществления метода ультразвуковой дефектоскопии

При контроле должны быть использованы: ультразвуковой дефектоскоп; преобразователи; стандартные образцы, вспомогательные  устройства и приспособления для  обеспечения постоянных параметров контроля (угла ввода, акустического  контакта, шага сканирования). Допускается применять аппаратуру без вспомогательных приспособлений и устройств для обеспечения постоянных параметров контроля при перемещении преобразователя вручную.

Ультразвуковой дефектоскоп  предназначен для генерирования  импульсов ультразвуковых колебаний, приема отраженных сигналов, преобразования этих сигналов к виду, удобному для  наблюдения их на экране электронно-лучевой  трубки и управления дополнительными  индикаторами, а также для измерения  координат дефектов и сравнения  амплитуд сигналов. К основным узлам функциональной схемы дефектоскопа относятся: генератор зондирующих радиоимпульсов; синхронизатор; усилитель; схема автоматического сигнализатора дефектов; глубиномер, включая генератор стробирующих импульсов; генератор напряжения развертки; электронно-лучевая трубка; блок питания.(рис. 6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                Рис. 6. Структурная схема дефектоскопа

Генератор синхронизирующих импульсов вырабатывает последовательность импульсов, которые синхронно запускают генератор зондирующих импульсов, глубиномер и генератор напряжения развертки. В качестве генератора синхронизирующих импульсов чаще всего используют автоколебательный блокинг-генератор, который вырабатывает импульсы отрицательной полярности амплитудой до 400 В, или триггер. Частота следования синхроимпульсов обычно регулируется в пределах 200...1000 Гц. Выбор частоты посылок зондирующих импульсов определяется задачами контроля, размерами и геометрической формой объекта контроля. Малая частота посылок ограничивает скорость контроля, особенно в автоматизированных установках, но в этом случае незначителен уровень шумов, возникающих при объемной реверберации в объекте контроля. При повышении частоты посылок надежность обнаружения дефектов возрастает, яркость свечения экрана ЭЛТ увеличивается. Однако возникает опасность попадания на рабочий участок экрана дефектоскопа многократно отразившихся от стенок объекта контроля сигналов от предыдущего зондирующего импульса. Рекомендуемая частота посылок при ручном контроле сварных швов 600... 800 Гц.

Генератор зондирующих радиоимпульсов предназначен для получения короткого импульса высокочастотных электрических колебаний.

Процессы генерирования, преобразования, приема и измерения амплитуды  ультразвуковых колебаний происходят в трех трактах дефектоскопа: электроакустическом, электрическом и акустическом.

Электроакустическим трактом называют участок схемы дефектоскопа, где  происходит преобразование электрических  колебаний в ультразвуковые и  обратно. Электроакустический тракт  дефектоскопа состоит из пьезопреобразователя, демпфера, тонких переходных слоев  и электрических колебательных  контуров генератора и приемника. В  электроакустический тракт нормальных искателей, работающих в контактном варианте, также входят протектор  и слой контактной жидкости. Электроакустический  тракт определяет резонансную частоту  ультразвуковых колебаний, длительность зондирующего импульса и коэффициент  преобразования электрической энергии  в акустическую.

В электрический тракт дефектоскопа входят генератор зондирующих импульсов  и усилитель. Он определяет амплитуду  зондирующего импульса и коэффициент  усиления.

Акустическим трактом называют путь ультразвука от излучателя до отражателя в материале и от отражателя до приемника. Анализ акустического  тракта сводится к расчету волновых полей излучателя, отражателя и приемника. Акустическое поле излучения преобразователя определяется давлением, которое создается преобразователем и действует на элементарный приемник, помещенный в произвольной точке пространства перед преобразователем. [11]

 

 

При контактном способе контроля рабочая поверхность преобразователя  притирается по поверхности трубы  при наружном диаметре ее меньше 300 мм. Вместо притирки преобразователей допускается использование насадок и опор при контроле труб всех диаметров преобразователями с плоской рабочей поверхностью.

Стандартным образцом для  настройки чувствительности ультразвуковой аппаратуры при проведении контроля служит отрезок бездефектной трубы, выполненный из того же материала, того же типоразмера и имеющий то же качество поверхности, что и контролируемая труба, в котором выполнены искусственные  отражатели.

Для труб одного сортамента, отличающихся по качеству поверхности  и составу материалов, допускается  изготовление единых стандартных образцов, если при одинаковой настройке аппаратуры амплитуды сигналов от одинаковых по геометрии отражателей и уровень  акустических шумов совпадают с  точностью не менее +-1,5 дБ.

Если металл труб неоднороден  по затуханию, то допускается разделение труб на группы, для каждой из которых  должен быть изготовлен стандартный  образец из металла с максимальным затуханием.

Искусственные отражатели типа риски и прямоугольного паза используются преимущественно при автоматизированном и механизированном контроле. Искусственные отражатели типа сегментного отражателя, зарубки, плоскодонного отверстия используются преимущественно при ручном контроле. Вид искусственного отражателя, его размеры зависят от способа контроля и от типа применяемой аппаратуры.

Риски прямоугольной формы  применяются для контроля труб с  поминальном толщиной стенки, равной или большей 2 мм.

Риски треугольной формы  применяются для контроля труб с  номинальной толщиной стенки любой  величины.

Угловые отражатели типа сегмента и зарубки используются при ручном контроле труб наружным диаметром свыше 50 мм и толщиной более 5 мм.

Искусственные отражатели в  стандартных образцах типа прямоугольного паза и плоскодонных отверстий используются для настройки чувствительности ультразвуковой аппаратуры на выявление  дефектов типа расслоений при толщине  стенки трубы больше 10 мм.

Допускается изготовление стандартных  образцов с несколькими искусственными отражателями при условии, что расположение их в стандартном образце исключает  их взаимное влияние друг на друга  при настройке чувствительности аппаратуры. Также допускается изготовление составных стандартных образцов, состоящих из нескольких отрезков труб с искусственными отражателями при условии, что границы соединения отрезков (сваркой, свинчиванием, плотной посадкой) не влияют па настройку чувствительности аппаратуры.

Высота макронеровностей рельефа поверхности стандартного образца должна быть в 3 раза меньше глубины искусственного углового отражателя (риски, сегментного отражателя, зарубки) в стандартном образце, по которому проводится настройка чувствительности ультразвуковой аппаратуры.

При контроле труб с отношением толщины стенки к наружному диаметру 0,2 и менее искусственные отражатели на наружной и внутренней поверхностях выполняются одинакового размера. А при контроле труб с большим отношением толщины стенки к наружному диаметру размеры искусственного отражателя на внутренней поверхности должны устанавливаться в технической документации на контроль, однако допускается увеличение размеров искусственного отражателя на внутренней поверхности стандартного образца по сравнению с размерами искусственного отражателя на наружной поверхности стандартного образца не более чем в 2 раза.

Стандартные образцы с  искусственными отражателями разделяются  на контрольные и рабочие. Настройка  ультразвуковой аппаратуры проводится по рабочим стандартным образцам. Контрольные образцы предназначены  для проверки рабочих стандартных  образцов для обеспечения стабильности результатов контроля. Контрольные стандартные образцы не изготовляют, если рабочие стандартные образцы проверяют измерением параметров искусственных отражателей непосредственно не реже одного раза в 3 мес. Соответствие рабочего образца контрольному проверяют не реже одного раза в 3 мес. Рабочие стандартные образцы, которые не применяют в течение указанного периода, проверяют перед их использованием. При несоответствии амплитуды сигнала от искусственного отражателя и уровня акустических шумов образца контрольному на +-2 дБ и более его заменяют новым.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.          Методика контроля

 

Метод ультразвуковой дефектоскопии.

1. Подготовка  к контролю

 

1.1. Перед проведением  контроля трубы должны быть  очищены от пыли, абразивного  порошка, грязи, масел, краски, отслаивающейся окалины и других  загрязнений поверхности. Острые  кромки на торце трубы не  должны иметь заусенцев.

Необходимость нумерации  труб следует устанавливать в  зависимости от их назначения в стандартах или технических условиях на трубы  конкретного типа.

1.2 Поверхности труб не  должны иметь отслоений, вмятин, забоин, следов вырубки, затеканий,  брызг расплавленного металла,  коррозионных повреждений и должны  соответствовать требованиям к  подготовке поверхности, указанным  в технической документации на  контроль.