Неразрушающий контроль качества сварных соединений

Радиационная  интроскопия

Радиационная  интроскопия предназначена для визуального наблюдения теневой картины просвечиваемого объекта. Диапазоны толщин сварных соединений, контролируемых с помощью радиационной интроскопии и радиационного контроля, примерно одинаковы. Основным преимуществом радиационной интроскопии по сравнению с радиографическим контролем является возможность наблюдения теневой картины движущихся объектов, что значительно увеличивает производительность.

Уровень качества рентгенотелевизионеного контроля, как и при радиографическом контроле, оценивается по результатам обнаружения эталонных дефектов.

С помощью радиационной интроскопии получают видимое динамическое изображения внутренней структуры  изделия на экране оптического устройства или телевизионного приёмника.

                                                                                                                                  7                  

По чувствительности  этот метод несколько уступает радиографическому контролю. Преимущества радиационной интроскопии- возможность стереоскопического видения дефектов под разными углами и непрерывность контроля. Применения радиационной интроскопии в промышленности постоянно возрастает. Для документирования результатов контроля используют устройства кино и магнитной записи. Метод радиационной интроскопии позволяет исследовать контролируемый объект непосредственно в момент его просвечивания.

Наиболее простыми в изготовлении и эксплуатации являются флюороскопы - радиационные итроскопы с непосредственным наблюдением(рис 3)

   

Рис3. Схема флюороскопа  РИ-10Ф: 1-блок трансформатор с рентгеновской трубкой; 2-флюоресцентный экран; 3-линза; 4-зеркало; 5-окно; 6-фотоаппарат; 7-тубус; 8 манипулятор; 9-бок

 Флюороскопический экран, преобразующий рентгеновское излучения в видимое, состоит из основы, на которую нанесен слой флюоресцирующего вещества- люминофора. Ионизирующее излучения падает на экран со        стороны основы, а наблюдении ведётся со стороны светящегося слоя. Разрешающая способность флюоросков составляет 1-3 линий/мм. Изображения экрана, увеличенное линзой, оператор наблюдает с помощью зеркала через окно из свинцового стекла в двери блока биологической защиты. С помощью манипулятора небольшие изделия в процессе контроля можно ориентировать относительно ионизирующего излучения. Конструкция флюороскопа позволяет помимо наблюдениявыполнять фотографирования объекта.

При непосредственном визуальном наблюдении теневой картины возникают ограничения, связанные с обеспечением радиационной безопасности. Наблюдаемая картина может быть передана на расстояния с помощью телевизионной техники. Оптическая система проецирует изображения на чувствительный элемент передающей телевизионной трубки, которая преобразует изображения сварного шва в телевизионный сигнал,

                                                                                                                     8

поступающий по кабелю на приёмную трубку и преобразующийся  в видимое изображения.(рис 4)  

  рис 4

Схема интроскопа с флюоресцентным экраном и телевизионной  установкой:

1- рентгеновская трубка; 2-контролируемый объект; 3-флюоресцентный экран; 4-зеркало; 5-объектив; 6-передающая трубка; 7,8-видеоусилители;9-приёмная трубка.           

Для повышения  разрешающей способности и чувствительности в качестве преобразователей ионизирующего  излучения используют сцинтилляционные кристаллы Na(TI), KI(TI), CsI(TI). Благодаря их беззернистой структуре снижается внутренняя нерезкость изображения.

Радиометрический  контроль

Сущность метода заключается в преобразовании плотности  потока или спектрального состава прошедшего излучения в пропорциональный им электрический сигнал (напряжения, ток). Радиометрическая установка содержит источник излучения, детектор, электронную схему обработки информации, регистрирующее устройства.

При радиометрическом контроле сварных соединений нашли применения два основных метода: среднетоковый и импульсный. В основном различие между ними определяется способом регистрации прошедшего излучения и электронной обработки дефектоскопической информации.

Источниками ионизирующего  излучения в радиометрическом контроле служат радиоизотопные дефектоскопы, ускорители, реже рентгеновские аппараты.

Детекторами служат ионизационные камеры, газоразрядные  счетчики, полупроводниковые и сцинтилляционные детекторы.

Преимущества  радиометрии: высокая чувствительность, возможность бесконтактного контроля качества движущихся изделий при их поточном

                                                                                                                           9

производстве, высокое  быстродействие электронной аппаратуры, обусловленное электрической природой выходного сигнала, что позволяет получить большую производительность контроля.

Используя радиоизотопные источники излучения и ускорители, можно контролировать стальные изделия  толщиной до 500мм с чувствительностью контроля примерно 2%.

Основным недостатком  радиометрии является появления  сигналов от дефекта и локальных  измерений толщины изделия (выпуклости шва), определяемых состоянием внешней поверхности и качеством обработки. Это затрудняет возможность определения формы, размеров и глубины залегания дефекта. Для уменьшения влияния неровностей поверхности сварного шва разработана методика оптимизации размеров детекторов в зависимости от среднего периода неоднородности выпуклости сварного шва. Помеха, связанная с колебаниями толщины, устраняется пространственной фильтрацией, которая осуществляется путём выбора размера радиометрического детектора. Пространственная фильтрация основана на том, что колебания толщины характеризуется периодичностью. Поверхность сварного шва можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний толщины, причем амплитуда определенной синусоиды зависит от длины волны. С помощью радиометрического детектора, регистрирующего излучения, прошедшее сквозь контролируемый сварной шов, усредняется толщина контролируемого материала вдоль продольного размера детектора. Поэтому при радиометрическом контроле происходит сглаживания спектра. Варьируя размер детектора, можно исключить из исходного спектра определённые гармоники. Например, если в продольном размере детектора укладывается целое число основных гармоник спектра неоднородности сварного шва, то основная гармоника сглаживается. Пространственная фильтрация позволяет значительно уменьшить помеху, обусловленную неоднородностью сварного шва. На основании этой методики разработаны блочные полупроводниковые детекторы ионизирующего излучения для контроля сварных соединений с неровной поверхностью.

С учетом особенностей радиометрического контроля дефект характеризуется следующими параметрами сигнала: амплитудой, протяженностью, крутизной переднего и заднего импульсов, конфигурацией вершины кривой, описывающий импульс. Протяженность характеризует длину дефекта в направлении перемещения контролируемого изделия. Крутизна переднего и заднего фронтов характеризует тип дефекта. Конфигурация вершины импульса характеризует сечения дефекта вдоль оси просвечивания. Плавные изменения сигнала указывают на равномерное изменения размера дефекта вдоль зоны контроля. Резкие скачки свидетельствуют о скоплении мелких дефектов, расположенных на малом расстоянии друг от друга. Оператор по характерным признакам сигнала определяет тип дефекта.

Для повышения  производительности контроля увеличивается  число каналов регистрации. Система  автоматики осуществляет измерения текущих координат.                                                                                                            10 
 
 

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ  МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

 

Ультразвуковые  волны, используемые в дефектоскопии, представляют собой упругие колебания  с частотой свыше 20 кГц, возбуждаемые в материале изделии. При этом частицы материала не перемещаются вдоль направления движения волны, каждая частица, совершив колебательное движения  относительно своей первоначальной ориентации, снова занимает исходное положения. В металлах ультразвуковые волны распространяются как направленные лучи.

Ультразвуковые  волны обладают способностью проникать  в глубь материала, что используется для обнаружения достаточно малых  внутренних дефектов. Распространения  ультразвуковых волн подчиняется законом геометрической оптики. Упругая волна в направлении распространения несёт определённую энергию, и по мере удаления от излучателя интенсивность волн, т. е. количество энергии, переносимое волной за 1с сквозь поверхность площадью 1м кв, падает, а амплитуда частиц убывает.

В металлах возбуждаются волны нескольких типов: поперечные, продольные, поверхностные и др. Возникновения волн того или иного типа определяется упругими свойствами объекта и его формой. Если частицы совершают колебательные движения, совпадающие с направлением движения волны по объекту, то это продольные волны, Когда направления колебания частиц перпендикулярное, то это поперечные (сдвиговые) волны. В объектах, толщина которых соизмерима с длиной волны (листовой материал), могут возникать волны изгиба.

Для контроля сварных  соединений используют различные типы преобразователей с возбуждением в  контролируемом изделии продольных, сдвиговых, поверхностных волн. Все  преобразователи имеют следующие  основные элементы: корпус, пьезоэлемент, электроды, демпфер, протектор или призму. При ультразвуковом контроле используют несколько методов прозвучивания сварных швов.

Метод отраженного  излучения (эхо-метод) является основным при контроле сварных соединений. Этот метод основан на посылке в контролируемое изделие коротких импульсов, на регистрации амплитуды и времени прихода эхо-сигналов, отраженных от дефектов. Импульс, посланный излучателем, проходит сквозь изделие и отражается от противоположной стороны (поверхности).Если имеется дефект то импульс отражается от него, что будет зарегистрировано на экране дефектоскопа в виде импульса, пришедшего раньше данного отражения

Аппаратура для  ультразвукового контроля сварных  соединений представляет собой комплекс приборов и устройств, предназначенных для выявления

                                                                                                                             11

внутренних дефектов в сварных швах.

Весь комплекс аппаратуры можно разделить на основные группы: ультразвуковые дефектоскопы и анализаторы; комплекты эталонов и тест-образцов для поверки и настройки приборов; координатные линейки и шаблоны для определения места расположения отражающих поверхностей; вспомогательные приспособления.

Ультразвуковой  дефектоскоп представляет собой прибор для излучения и приёма ультразвуковых колебаний, а также для  определения координат выявляемых дефектов.

Эхо-сигналы  регистрируются как правило на экране электронно-лучевой трубки. Рассмотрим элементарную схему дефектоскопа.

Дефектоскоп УД-10УА (рис 5) предназначен для неразрушающего контроля изделий, изготовленных из стали с малым затуханием ультразвуковых волн, алюминия и других материалов. Этот дефектоскоп может быть использован  в ручных, механизированных и автоматических системах контроля.

Рис5. Функциональная схема  ультразвукового  дефектоскопа УД-10УА; ИД- индикатор дефектов.

Дефектоскоп УД-10УА состоит из следующих блоков: синхронизации и  развёртки 1, индикаторного 2, автоматического  синхронизатора (АС) 3, генератора ультразвуковых колебаний (УЗК) 4, усилителя 5, ступенчатой ВРЧ 6.

В блоке синхронизации  и развёртки вырабатываются синхроимпульсы для запуска генератора ультразвуковых колебаний 4 и блока 3, блока ступенчатой  развёртки ВРЧ  и генератора ждущей развёртки. Генератор

                                                                                                                             12

ждущей развёртки  вырабатывает положительные и отрицательные  пилообразные напряжения для горизонтального  отклонения луча электронно-лучевой трубки ( ЭЛТ) и прямоугольный импульс подсвета, поступающий на индикаторный блок 2.

В блоке генератора 4 вырабатываются электрические импульсы  для возбуждения ультразвуковых колебаний в пьезопластине  акустического преобразователя, подключаемой к одному из его выходных разъёмов на передней панели.