Неразрушающий контроль качества сварных соединений

Механические  ультразвуковые колебания распространяются в исследуемом образце. Отраженные от трещин, непроваров, шлаковых включений (или противоположной стороны  изделия), ультразвуковые импульсы преобразуются пьезопластиной в импульсы электрических колебаний, которые поступают на входной разъём блока усилителя 5.

С выхода усилителя  высокой частоты (ВЧ) эхо-импульсы положительной  полярности поступают на видео усилитель, расположенный в индикаторном блоке 2, а затем на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Регистрация эхо-сигналов (например от дефекта) осуществляется в блоке АС световой индикацией; кроме того, имеются выходы нормализованных импульсных сигналов  для записи на самописец при автоматическом режиме контроля и релейные выходы для включения регистрирующего устройства.

     

  ЗВУКОВИДЕНИЕ

Устройства звуковидения можно разделить на два типа в  зависимости от методов получения  оптических изображений распределения  интенсивности звукового поля: 1) методов преобразования звуковых колебаний в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности звука; 2) методов, в основе которых лежат изменения оптических свойств во взаимодействии со звуковым полем.

В устройствах  звуковидения первого типа применена техника сканирования, что приводит к дискретизации изображения. Устройства второго типа представляют собой непрерывные пространственные детекторы, непосредственно преобразующие ультразвуковое изображения в оптическое. Наибольшее распространения в наше время получили устройства первого типа.

Для наблюдения ультразвуковых полей предложено много  различных методов визуализации(свыше 20), основанных на использование физических явлений, связанных с наличием звуковой энергии в данной точке звукового  изображения.

Большое значения имеет плотность потока звуковой энергии, измеряется в ваттах на квадратный сантиметр. Этот параметр характеризует звуковое давление. Различие в звуковом давлении приводит к появлению различий в плотности среды, в амплитудах колебаний и т.п. Поэтому принцип 

                                                                                                                              13

большинства методов  визуализации  звукового изображения  основан на создании тех видимых  изменений плотности среды, которые  возникают под действием звукового давления.

Выделяют несколько  основных групп методов визуализации: фотографические, химические, оптические, механические, электронные. Они различаются не только технической реализацией, но и пороговой чувствительностью, необходимым временим регистрации, сложностью и общим качеством изображения.

  

Схема получения видимого изображения при  ультразвуковом контроле: 1- генератор ультразвуковых волн; 2- пьезопластинка; 3-контролируемое изделие; 4-акустическая линза; 5-электронно-лучевая трубка; 6-усилитель; 7-видеоконтрольное устройства; 8-ёмкость с жидкостью.

Фотографические и химические методы могут быть двух типов: обратимые и необратимые. К обратимым методам относятся методы, создающие видимое изображения предмета, которое существует до тех пор, пока есть возбуждающие его звуковое поле. Как только пропадает звуковое поле- пропадает и видимое изображение. Если провести аналогию с фотографическим процессом, то обратимые способы соответствуют созданию изображения на матовой пластинке. Необратимые способы дают возможность получать постоянные, фиксированные изображения, подобно тому, как работает фотографическая пластинка. Они напоминают получения изображения на фотографическом слое. Поэтому видимое изображения, вызванное наличием звукового изображения, продолжает существовать довольно долгое время даже после прекращения действия звука.

В советском  союзе разработан ультразвуковой интроскоп  УЗИ-1, который позволяет получать телевизионное изображения дефектов в оптически непрозрачных телах. Задача инроскопа подобного типа- визуализация дефектов и неоднородностей испытуемых образцов при контроле теневым методом (на просвет).

Работа ультразвукового  инроскопа основана на методе непосредственного  контакта или на иммерсионном методе. Акустическая связь между 

                                                                                                                        14

излучателем ультразвуковых колебаний, испытуемым образцом и приёмной пластиной  осуществляется либо непосредственным контактом через тонкие прослойки масла, либо через промежуточную среду (вода, масло)- иммерсионный метод. Причем в случае работы с непосредственным контактом поверхность образца должна быть хорошо обработана. При иммерсионной интроскопии тщательная обработка поверхности  изделия не обязательна. Например, контроль точечной и шовной сварки возможен без зачистки поверхности. С помощью УЗИ-1 в исследуемом объекте можно наблюдать границы областей, различающихся по скорости распространения ультразвука в следствии неодинаковой термообработки, степени деформации или по другим причинам.

Метод акустической эмиссии.

Акустическая  эмиссия (АС)- излучения упругих волн, возникающих в процессе перестройки  внутренней структуры твёрдых тел. Акустическая эмиссия появляется при пластической деформации твёрдых материалов, при возникновение и развитии в них дефектов, например при образование трещин. Физическим механизмом, объясняющим особенности акустической эмиссии, является движения в веществе дислокаций и их скоплений. Моменты излучения эмиссии распределены статически во времени, и возникающие при этом дискретные импульсы имеют широкий частотный диапазон. Сигналы улавливаются преобразователями, которые благодаря своим ограниченным размерам имеют одинаковую  чувствительность в некотором диапазоне углов. Улавливаются не только те сигналы, которые распространяются вдоль прямой, соединяющей источник эмиссии и преобразователь, но и сигнал, который из-за конечной толщины металла может быть суммой многократных отражений от границ изделия.

Эмиссия характеризуется следующими основными параметрами: числом импульсов- общим числом импульсов, зарегистрированных за время наблюдения при определённом пороговом уровне чувствительности аппаратуры; интенсивностью- зарегистрированных за 1 с; амплитудой- максимальным значением огибающих принятых сигналов; пиковой амплитудой сигналов- максимальным значением амплитуды за определённый промежуток времени; энергией эмиссии- суммой квадратов амплитуд сигналов, принятых за интервал времени; амплитудным распределением сигналов, принятых за время наблюдения.

Контроль сварных  соединений с помощью акустической эмиссии можно осуществлять на разных стадиях: в процессе сварки, когда шов только формируется; в процессе охлаждения сварного шва после окончания сварки до прихода его в равновесное состояние; при внешнем механическом нагружении конструкции.

Для протяженных  швов первые две стадии можно совместить во времени. Общей их особенностью является  возникновения АЭ без внешней  нагрузки, под действием внутренних локальных напряжений, развивающихся в самом

                                                                                                                       15

шве и околошовной  зоне. Причинами этих напряжений является неравномерность и нестационарность теплового режима сварки, неоднородность структуры материала.

На последней  стадии для возникновения АЭ необходимо общее или локальное воздействия  внешней нагрузки на шов.

Использование АЭ для оценки качества сварного шва  определяется возможность выделения  сигналов, порождаемых развивающимися дефектами, из общей массы сигналов, большинство из которых является мешающими (шумами).

Метод целесообразно  использовать для решения следующих  задач: наблюдения за ростом трещин в процессе проверочных испытаний резервуаров под давлением; постоянного надзора в эксплуатации за участками сварочных конструкций, находящиеся в напряженном состоянии, в которых могут образоваться трещины; оценки возможности появления трещин в процессе остывания; изучения особенности роста усталости трещин при разных условиях эксплуатации; проведения диагностики технического состояния изделия.

 

Тепловой  метод.

Тепловой метод  неразрушающего контроля основан на регистрации инфракрасного излучения, исходящего от поверхности нагретого тела или его теплового поля, приёмниками различного типа. Его применяют для обнаружения расслоений, пустот, раковин и других дефектов.

Этот метод  предусматривает дистанционное  исследования тепловых полей излучения  объектов в инфракрасном диапазоне. Тепловому методу неразрушающего контроля присущи следующие особенности: высокая чувствительность к температурным сигналам (от десятых до тысячных долей градуса в зависимости от параметров оптической системы приёмника); хорошее разрешения по углу зрения; высокое быстродействие, ограниченное при активном контроле, как правило, мощностью нагревателя, а при пассивном- особенностями оптико-механического сканирования и инерционностью приёмника; зависимость выходного сигнала от свойств контролируемой поверхности а канала передачи инфракрасного излучения.

Сущность метода можно пояснить на примере контроля сотовой панели (рис 7).  

Контролируемая  панель перемещается построчно в  двух взаимно перпендикулярных направлениях. Источник (один или несколько) нагревают

контролируемый  участок до температуры 100 градусов.  

  

   
 
 
 

                                                                                                                           16

Рис 7. Схема контроля сотовой  панели тепловым методом: 1-сотовая панель; 2-кварцевые лампы; 3-приёмник инфракрасного излучения; 4-усилитель; 5- самописец.

При качественном соединение идёт интенсивный отвод  теплоты, поэтому температура этого  участка окажется ниже температуры  участка непровара.

Чувствительность  теплового приёмника такова, что удаётся зарегистрировать разницу температур поверхности 0.1 градус. Сигнал от приёмника усиливается и передаётся на самописец, регистрирующий распределения температуры на поверхности. Пассивными называются методы, основанные на использование собственного теплового излучения нагретого тела. Пассивные методы имеют меньшую чувствительность, поскольку температурный градиент в этом случае меньше, чем при искусственном нагреве, так как влияет эффект неизбежного выравнивания температуры тела вследствие теплопроводности.

Идеальная ситуация в тепловом контроле такая, при котором любой сигнал, выделяемый на фоне шумов приёмника, несёт информацию о внутренней структуре контролируемого объекта. Однако на практике регистрация сигналов от десятых и сотых долей градуса затруднена из-за специфических помех, которые можно разделить на две группы: помехи, пропорциональные  температуре объекта и не зависящие от неё, и помехи, обусловленными шумами приёмника, вибрацией оптической головки; помехи могут быть уменьшены увеличением температуры нагрева. 

 Температуру можно изменять контактными методами, к которым относятся измерение температуры с помощью термопар и температурно-чувствительных красок и составов; люминесцентными методами; фотоэмульсионными методами; жидкокристаллическими методами.

   Метод измерения температуры термопарой неэффективен из-за неравномерности температуры в отдельных точках теплового поля. Температурно-чувтсвительные краски под действием теплового поля изменяют цвет, а составы плавятся. Существенный недостаток этих методов- дискретность индикации значений температуры. Жидкокристалические методы основаны на использование свойств жидкокристаллических соединений изменять окраску под действием температуры. Вариации окраски

                                                                                                                              17

                                                                                                                                                                             

регистрируются с помощью исследований дифракции и интерференции в тонких плёнках. Точность определения разности температур с помощью этого метода может составлять 0.1 градус.