Ультразвуковая дефектоскопия

Получение и свойства ультразвуковых колебаний. Акустическими волнами называются механические колебания, распространяющиеся в упругих средах. Если частота акустических колебаний превышает 20 кГц (т.е. выше порога слышимости для человеческого уха), то такие колебания называют ультразвуковыми. В дефектоскопии используется диапазон частот 0,5—10 МГц.

При распространении упругих волн частицы среды не переносятся, а лишь колеблются относительно точек равновесия. Минимальное расстояние между двумя частицами, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной акустической волны.

Поскольку скорость распространения акустической волны определяется физическими свойствами среды, то изменение длины волны в данной среде достигается изменением частоты колебаний. Скорость распространения акустических колебаний зависит также от типа волны. Если направление колебаний частиц совпадает с направлением распространения волны, то акустическая волна называется продольной. В случае, если направление. колебания частиц перпендикулярно направлению распространения волны, то акустическая волна называется сдвиговой (поперечной).

Сущность ультразвуковой дефектоскопии. Акустические методы неразрушающего контроля основаны на способности упругих волн распространяться в твердом теле и отражаться от границ тела или нарушений сплошности, обладающих другими акустическими свойствами.

При ультразвуковом контроле сварных соединений используют в основном эхо-импульсный метод контроля, реже теневой и др.

Эхо-импульсный метод заключается в посылке от излучателя коротких зондирующих импульсов в контролируемое соединение и затем регистрации амплитуды и времени прихода на приемник эхо-сигналов, отраженных от дефекта. Акустический преобразователь в этом случае работает по совмещенной схеме, т. е. один и тот же пьезоэлемент является излучателем и приемником ультразвуковых колебаний.

При контроле сварных соединений необходимо обеспечивать тщательное прозвучивание всего металла шва. Ультразвуковые волны вводятся в шов через основной металл с помощью наклонных акустических преобразователей.

При поиске дефектов производят продольно-поперечное перемещение (сканирование) преобразователя вдоль шва, одновременно осуществляя его вращательное движение.

Чувствительность ультразвукового контроля определяется минимальными размерами выявляемых дефектов или эталонных отражателей (моделей дефектов). В качестве эталонных отражателей обычно используют плоскодонные сверления, ориентированные перпендикулярно направлению прозвучивания, а также боковые сверления или зарубки.

Магнитная дефектоскопия

Физические основы Магниткой дефектоскопии. Магнитные методы контроля основаны на обнаружении. магнитных потоков рассеяния, возникающих при наличии различных дефектов, в намагниченных изделиях из ферромагнитных материалов (железа, никеля, кобальта и некоторых сплавов).

Намагничивание осуществляется пропусканием тока по детали, созданием магнитного поля вокруг детали магнитом или электромагнитом. Простым способом создания магнитного потока является пропускание тока плотностью 15—20А /мм по виткам сварочного провода, наматываемого тремя — шестью витками на изделие. Для намагничивания лучше применять постоянный ток.

Магнитный поток, распространяясь по изделию и встречая на своем пути дефект, огибает его вследствие того, что магнитная проницаемость дефекта значительно ниже магнитной проницаемости основного металла. В результате этого часть магнитно-силовых линий вытесняется дефектом на поверхность, образуя местный магнитный поток рассеяния (рис. 51).

В зависимости от способа регистрации магнитного потока рассеяния магнитные методы контроля подразделяют на магнитопорошковый и магнитографический. В первом случае потоки рассеяния выявляются с помощью магнитного порошка, во втором — регистрируются на магнитную ленту.

Магнитопорошковый метод. Применяют два способа контроля с помощью магнитного порошка: сухой и мокрый . В первом случае на поверхность намагниченной детали наносят магнитный порошок (железные опилки, окалина и др.) в сухом виде, во втором — в виде суспензии с керосином, маслом, мыльным раствором. Под действием втягивающей силы магнитных полей рассеяния частицы порошка перемещаются по поверхности детали и скапливаются в виде валиков над дефектами. Форма этих скоплений соответствует очертаниям выявляемых дефектов.

Методика магнитопорошкового контроля включает следующие операции: подготовку поверхностей перед контролем и очистку их от загрязнений, окалины, следов шлака после сварки; подготовку суспензии, заключающуюся в интенсивном перемешивании магнитного порошка с транспортируемой жидкостью; намагничивание контролируемого изделия; нанесение суспензии или порошка на поверхность контролируемого изделия; осмотр поверхности изделия и выявление мест, покрытых отложениями порошка; размагничивание.

Метод отличается высокой чувствительностью к тонким и мелким трещинам, простотой выполнения, оперативностью и наглядностью результатов.

Чувствительность магнитопорошкового метода зависит от ряда факторов: размера частиц порошка и способа его нанесения, напряженности приложенного намагничивающего поля, рода приложенного тока (переменный или постоянный), формы, размерам глубины залегания дефектов, а также от их ориентации относительно поверхности изделия и направления намагничивания, состояния и формы поверхностей, способа намагничивания.

При контроле магнитными методами наиболее уверенно выявляются плоскостные дефекты: трещины, непровары и несплавления , наибольший размер которых ориентирован под прямым или близким к нему углом относительно направления магнитного потока. Дефекты округлой формы (поры, шлаковые включения, раковины) не могут создавать достаточного потока рассеяния и, как правило, при контроле обнаруживаются удовлетворительно.

Дефектоскопы для магнитопорошкового метода контроля включают источники тока, устройства для подвода тока к детали, устройства для полюсного намагничивания (соленоиды, электромагниты), устройства для нанесения на контролируемую деталь порошка или суспензии, измерители тока (или напряженности поля).

Стационарные универсальные дефектоскопы (УМДЭ-2500, ХМД-10П, МД-5 и др.) широко распространены на предприятиях с крупносерийным выпуском разнотипных деталей. На таких установках можно контролировать детали различной конфигурации с производительностью от десятков до многих сотен деталей в час.

Из группы переносных и передвижных дефектоскопов серийно выпускаются дефектоскопы ПМД-70 и МД-50П. Переносной магнитный дефектоскоп ПМД-70 предназначен для магнитного контроля сварных швов в полевых условиях. Передвижной дефектоскоп МД-50П применяется для контроля крупногабаритных массивных изделий по участкам.

Магнитографический метод. Сущность этого метода (рис. 52) заключается в намагничивании контролируемого участка сварного шва и околошовной зоны с одновременной записью магнитного поля на магнитную ленту и последующем считывании полученной информации с нее специальными устройствами магнитографических дефектоскопов.

Технология магнитографического контроля включает следующие операции: очистку контролируемых соединений от шлака, налипших брызг металла и различных загрязнений;

наложение на шов отрезка размагниченной магнитной ленты и ее прижим эластичной резиновой лентой;

намагничивание контролируемого изделия при оптимальных режимах в зависимости от типа намагничивающего устройства, толщины сварного шва и его магнитных свойств;

расшифровку результатов контроля, для чего магнитную ленту устанавливают в считывающее устройство дефектоскопа и по сигналам на экранах дефектоскопа выявляют дефекты.

Магнитографический метод в основном применяют для контроля стыковых швов, выполненных сваркой плавлением, и в первую очередь при дефектоскопии швов магистральных трубопроводов. Этим методом можно контролировать сварные изделия и конструкции толщиной до 20—25 мм.

Чувствительность магнитографического контроля примерно такая же, как и магнитопорошкового. Она зависит от размеров, формы, глубины и ориентации дефектов, параметров считывающей головки дефектоскопа и типа магнитной ленты. Магнитографией наиболее уверенно выявляются плоскостные дефекты (трещины, непровары, несплавления ), а также протяженные дефекты в виде цепочек шлака, преимущественно ориентированные поперек направления магнитного потока. Значительно хуже выявляются округлые дефекты (поры, шлаковые включения). Практикой установлено, что этим методом уверенно обнаруживаются внутренние плоскостные дефекты, когда их вертикальный размер составляет 8—10% толщины сварного шва.

На чувствительность магнитографического метода сильно влияют высота и форма усиления шва, а также состояние его поверхности. При снятом усилении шва максимальная чувствительность контроля к указанным дефектам достигает 5%. Округлые внутренние дефекты обнаруживаются, когда их размер по высоте не меньше 20% толщины изделия.

Для записи магнитных полей при магнитографическом контроле применяют магнитную лепту. Лента выполняется на триацетатной или лавсановой основе с нанесением на нее мельчайших ферромагнитных частиц. В настоящее время серийно выпускаются ленты типа МК-1 (на триацетатной основе) и МК-2 (на лавсановой основе) шириной 35 мм. Лента МК-2 обладает более высокими физико-механическими свойствами, чем лента МК-1, и может применяться при температурах окружающего воздуха от +70 до —70°С ; лента МК-1 при температурах ниже -30°С теряет эластичность.

Считывание результатов контроля с магнитной ленты производится магнитографическими дефектоскопами. Промышленностью выпускаются дефектоскопы., имеющие два вида индикации: импульсную и телевизионную. При импульсной индикации на экране электронно-лучевой трубки возникают импульсы, амплитуда которых характеризует величину дефекта в вертикальном направлении, а при видеоиндикации магнитный потенциальный рельеф полей рассеяния от дефектов переносится на экран ЭЛТ в виде телевизионного изображения магнитограммы отдельных участков шва.

Известны дефектоскопы типа МД-9 с импульсной индикацией и МД-11 с видимым изображением. Наиболее совершенные дефектоскопы МДУ-2У, МД-10ИМ и МГК-1 имеют двойную индикацию.