Hegesztett kötések ultrahangos vizsgálata, a vizsgálat módszerei és technológiája

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Gyakorlatilag nincs olyan iparág, ahol ne végeznének hegesztést. A fémszerkezetek túlnyomó többsége hegesztési varratokkal van felszerelve és összekapcsolva. Természetesen az ilyen jellegű munkák minősége a jövőben nemcsak az épület, szerkezet, gép vagy bármely felállítandó egység megbízhatóságától függ, hanem azon személyek biztonságától is, akik valamilyen módon kapcsolatba kerülnek ezekkel a szerkezetekkel. Ezért az ilyen műveletek megfelelő teljesítményének biztosítása érdekében a hegesztési varratok ultrahangos vizsgálatát használják, amelynek köszönhetően a fémtermékek találkozásánál észlelhető a különböző hibák jelenléte vagy hiánya. Ezt a fejlett vezérlési módszert cikkünkben tárgyaljuk.

Előfordulás története

Az ultrahangos hibaészlelést a 30-as években fejlesztették ki. Az első igazán működő készülék azonban csak 1945-ben született meg a Sperry Products jóvoltából. A következő két évtizedben a legújabb vezérlési technológia világszerte elismertséget szerzett, és az ilyen berendezéseket gyártó gyártók száma drámaian megnőtt.

UltrahangA hibaérzékelő, amelynek ára ma 100 000-130 000 ezer rubelről indul, kezdetben vákuumcsöveket tartalmazott. Az ilyen eszközök terjedelmesek és nehezek voltak. Kizárólag váltóáramú áramforrásról dolgoztak. De már a 60-as években, a félvezető áramkörök megjelenésével a hibaérzékelők mérete jelentősen lecsökkent, és képesek voltak elemekkel is működni, ami végül lehetővé tette az eszközök terepi körülmények közötti használatát.

Lépj be a digitális valóságba

A leírt műszerek a korai szakaszban analóg jelfeldolgozást alkalmaztak, aminek köszönhetően sok más hasonló eszközhöz hasonlóan a kalibráláskor sodródásnak voltak kitéve. De már 1984-ben a Panametrics piacra dobta az első hordozható digitális hibaérzékelőt EPOCH 2002 néven. Ettől a pillanattól kezdve a digitális egységek rendkívül megbízható berendezésekké váltak, ideális esetben biztosítva a szükséges kalibrálást és mérési stabilitást. Az ultrahangos hibaérzékelő, amelynek ára közvetlenül függ műszaki jellemzőitől és a gyártó márkájától, adatnaplózási funkciót és a leolvasások személyi számítógépre történő átvitelét is kapott.

A mai környezetben egyre nagyobb az érdeklődés a fázisos tömbrendszerek iránt, amelyek többelemes piezoelektromos elemeken alapuló kifinomult technológiát alkalmaznak irányított nyalábok létrehozására és az orvosi ultrahangos képalkotáshoz hasonló keresztmetszeti képek létrehozására.

Gömbalkalmazások

Az ultrahangos vezérlési módszert minden iparágban használják. Alkalmazása azt mutatta, hogy egyformán hatékonyan használható szinte minden típusú hegesztett kötés tesztelésére az építőiparban, amelyek hegesztett alapfémének vastagsága meghaladja a 4 millimétert. Ezenkívül a módszert aktívan használják gáz- és olajvezetékek, különféle hidraulikus és vízrendszerek illesztéseinek ellenőrzésére. És olyan esetekben, mint például az elektroslag-hegesztés eredményeként kapott vastag varratok vizsgálata, az ultrahangos hibafelismerés az egyetlen elfogadható vizsgálati módszer.

A végső döntés arról, hogy egy alkatrész vagy egy hegesztés alkalmas-e a használatra, három alapvető mutató (kritérium) – amplitúdó, koordináták, feltételes méretek – alapján születik.

Általánosságban elmondható, hogy az ultrahangos vizsgálat pontosan az a módszer, amely a képalkotás szempontjából a legeredményesebb a varrat vizsgálata során (részlet).

A kereslet okai

A leírt ultrahangos vizsgálati módszer jó abban, hogy sokkal nagyobb érzékenységgel és megbízhatósággal rendelkezik a repedések formájában jelentkező hibák észlelésének folyamatában, alacsonyabb költséggel és nagyobb biztonsággal rendelkezik a használat során, mint a a radiográfiai vizsgálat klasszikus módszerei. Napjainkig az ellenőrzési esetek 70-80%-ában alkalmazzák a hegesztett kötések ultrahangos vizsgálatát.

Ultrahangos jelátalakítók

AnélkülEzeknek az eszközöknek a használata roncsolásmentes ultrahangos tesztelésre egyszerűen elképzelhetetlen. Az eszközöket gerjesztés generálására, valamint ultrahang rezgések fogadására használják.

Az egységek különbözőek, és a következőképpen osztályozhatók:

• A kapcsolat létrehozásának módja a teszt elemmel.
• A piezoelektromos elemeknek magának a hibaérzékelő elektromos áramköréhez való csatlakoztatásának módja, valamint az elektróda elmozdulása a piezoelektromos elemhez képest.
• Az akusztika tájolása a felülethez képest.
• Piezo elemek száma (egy, dupla, több elemből álló).
• A működési frekvenciák sávszélessége (keskeny sáv – egy oktávnál kevesebb sávszélesség, széles sáv – egy oktávnál több sávszélesség).

A hibák mérhető jellemzői

A GOST mindent szabályoz a technológia és az ipar világában. Ez alól az ultrahangos vizsgálat (GOST 14782-86) sem kivétel. A szabvány előírja, hogy a hibákat a következő paraméterekkel kell mérni:

• Ekvivalens hibaterület.
• A visszhangjel amplitúdója, amelyet a hibahely távolságának figyelembevételével határoznak meg.
• A hiba koordinátái a hegesztési ponton.
• Hagyományos méretek.
• Feltételes távolság a hibák között.
• A hibák száma a hegesztés vagy kötés kiválasztott hosszában.

Hibaérzékelő működése

Az ultrahangos roncsolásmentes vizsgálatnak megvan a maga felhasználási módja, amely szerint a fő mért paraméter a kapott visszhangjel amplitúdójaközvetlenül a hibából. A visszhangjelek amplitúdó szerinti megkülönböztetésére az úgynevezett elutasítási érzékenységi szint rögzítve van. Ez viszont a vállalati szabványos sablon (SOP) használatával van konfigurálva.

A hibaérzékelő működésének kezdetét annak beállítása kíséri. Ehhez be van állítva az elutasítási érzékenység. Ezt követően a folyamatban lévő ultrahangos vizsgálatok során az észlelt hibából kapott visszhangjelet összehasonlítják a rögzített elutasítási szinttel. Ha a mért amplitúdó meghaladja az elutasítási szintet, a szakértők úgy döntenek, hogy az ilyen hiba elfogadhatatlan. Ezután a varrást vagy a terméket elutasítják, és felülvizsgálatra küldik.

A hegesztett felületek leggyakoribb hibái: ömlesztés hiánya, hiányos behatolás, repedés, porozitás, salakzárványok. Ezeket a jogsértéseket az ultrahangos hibafelismerés hatékonyan észleli.

Ultrahangos beállítások

Az idő múlásával az ellenőrzési folyamat számos hatékony módszert fejlesztett ki a hegesztési varratok vizsgálatára. Az ultrahangos vizsgálat meglehetősen sok lehetőséget kínál a szóban forgó fémszerkezetek akusztikai vizsgálatára, azonban a legnépszerűbbek:

• Echo módszer.
• Árnyék.
• Tükör-árnyék módszer.
• Echo Mirror.
• Delta módszer.

Első számú módszer

Leggyakrabban az iparban és a vasúti közlekedésben alkalmazzák az echo-impulzus módszert. Neki köszönhető, hogy az összes hiba több mint 90%-át diagnosztizálják, ami a hiba felületéről visszaverődő szinte összes jel regisztrálása és elemzése révén válik lehetővé.

Maga ez a módszer egy fémtermék ultrahang-rezgések impulzusokkal történő megszól altatásán, majd azok regisztrálásán alapul.

A módszer előnyei:

- a termékhez való egyirányú hozzáférés lehetősége;

- meglehetősen nagy érzékenység a belső hibákra;

- a legnagyobb pontosság az észlelt hiba koordinátáinak meghatározásában.

Azonban vannak hátrányai is, többek között:

- alacsony ellenállás a felületi reflektorok interferenciájával szemben;

- a jel amplitúdójának erős függése a hiba helyétől.

A leírt hibaészlelés azt jelenti, hogy a kereső ultrahang impulzusokat küld a termékre. A válaszjelet ő vagy a második kereső kapja. Ebben az esetben a jel visszaverődhet közvetlenül a hibákról és az alkatrész, termék (varrat) ellenkező felületéről is.

Árnyékmódszer

Az adóról a vevőre továbbított ultrahang rezgések amplitúdójának részletes elemzésén alapul. Abban az esetben, ha ez a mutató csökken, ez hiba jelenlétét jelzi. Ebben az esetben minél nagyobb maga a hiba, annál kisebb a vevő által vett jel amplitúdója. A megbízható információk megszerzése érdekében az adót és a vevőt koaxiálisan, ellentétes oldalon kell elhelyeznivizsgált tárgy. Ennek a technológiának a hátránya az echo-módszerhez képest alacsony érzékenység, valamint a PET-ek (piezoelektromos átalakítók) sugárzási mintázat központi nyalábjaihoz viszonyított orientációjának nehézsége. Vannak azonban előnyei is, amelyek közé tartozik a nagy interferenciaállóság, a jelamplitúdó alacsony függősége a hiba helyétől és a holt zóna hiánya.

Tükör-árnyék módszer

Ezt az ultrahangos minőségellenőrzést leggyakrabban a hegesztett betonacél csatlakozások vizsgálatára használják. A hiba észlelésének fő jele a jel amplitúdójának gyengülése, amely az ellenkező felületről (leggyakrabban alulról) verődik vissza. A módszer fő előnye a különféle hibák egyértelmű észlelése, amelyek elmozdulása a hegesztési varrat gyökér. A módszert az is jellemzi, hogy egyoldalúan hozzá lehet férni a varráshoz vagy a részhez.

Visszhangtükör módszer

A függőleges hibák észlelésének leghatékonyabb módja. Az ellenőrzést két szondával hajtják végre, amelyeket a felület mentén mozgatnak a varrat közelében annak egyik oldalán. Ugyanakkor a mozgásuk úgy történik, hogy az egyik szonda rögzíti a másik szonda által kibocsátott és a meglévő hibáról kétszer visszavert jelet.

A módszer fő előnye: olyan hibák alakjának kiértékelésére használható, amelyek mérete meghaladja a 3 mm-t, és amelyek függőleges síkban 10 foknál nagyobb mértékben térnek el. A legfontosabb -azonos érzékenységű szondákat használjon. Az ultrahangos vizsgálat ezen változatát aktívan használják vastag falú termékek és hegesztéseik ellenőrzésére.

Delta módszer

A hegesztési varratok meghatározott ultrahangos vizsgálata a hiba által újra kisugárzott ultrahangos energiát használja fel. A hibára beeső keresztirányú hullám részben tükörképesen visszaverődik, részben longitudinálissá alakul, és a diffrakciós hullámot is visszasugározza. Ennek eredményeként a szükséges PET-hullámok rögzítésre kerülnek. A módszer hátrányának tekinthető a varrat tisztítása, a kapott jelek megfejtésének meglehetősen bonyolultsága a legfeljebb 15 milliméter vastagságú hegesztett kötések ellenőrzése során.

Az ultrahang előnyei és alkalmazásának finomságai

A hegesztett kötések nagyfrekvenciás hanggal történő vizsgálata tulajdonképpen roncsolásmentes vizsgálat, mivel ez a módszer nem képes károsodást okozni a termék vizsgált szakaszán, ugyanakkor elég pontosan meghatározza hibák jelenléte. Különös figyelmet érdemel továbbá az elvégzett munka alacsony költsége és nagy sebessége. Az is fontos, hogy a módszer teljesen biztonságos az emberi egészségre. A fémek és hegesztési varratok ultrahangon alapuló minden vizsgálatát a 0,5 MHz és 10 MHz közötti tartományban végzik. Egyes esetekben 20 MHz-es frekvenciájú ultrahanghullámokkal is lehet munkát végezni.

A hegesztett kötés ultrahangos elemzését szükségszerűen egy egész komplexumnak kell kísérnieelőkészítő intézkedések, mint például a vizsgált varrat vagy felület tisztítása, speciális kontaktfolyadékok felvitele az ellenőrzött területre (speciális gélek, glicerin, gépolaj). Mindez a megfelelő stabil akusztikus érintkezés biztosítása érdekében történik, ami végső soron biztosítja a szükséges képet a készüléken.

Használhatatlan és hátrányai

Az ultrahangos vizsgálat teljesen irracionális a durva szemcsés szerkezetű fémek (például öntöttvas vagy 60 milliméternél vastagabb ausztenites varrat) hegesztési kötéseinek vizsgálatára. És mindez azért, mert ilyen esetekben az ultrahang kellően nagy szórása és erős csillapítása van.

Az észlelt hiba (volfrámzárvány, salakzárvány stb.) egyértelműen teljes körű jellemzése sem lehetséges.