Ultralydsdetektering af fejl

Ultralydsfejldetektion er en metode foreslået af S. Ya. Sokolov i 1928 og baseret på undersøgelsen af udbredelsen af ultralydsvibrationer med en frekvens på 0,5 - 25 MHz i kontrollerede produkter ved hjælp af specialudstyr - en ultralydstransducer og en fejldetektor [1 ] : 125 . Det er en af de mest almindelige ikke -destruktive testmetoder .

Sådan virker det

Lydbølger ændrer ikke bevægelsesbanen i et homogent materiale. Refleksionen af akustiske bølger sker fra grænsefladen mellem medier med forskellige specifikke akustiske modstande . Jo mere de akustiske impedanser er forskellige, jo større del af lydbølgerne reflekteres fra grænsefladen mellem medierne. Da indeslutninger i et metal normalt indeholder en gas (blanding af gasser), der stammer fra svejseprocessen, støbning osv. Og de når ikke at gå udenfor, når metallet størkner, har gasblandingen fem størrelsesordener lavere specifik akustisk modstand end selve metallet, så vil refleksionen være næsten fuldstændig.

Opløsningen af en akustisk undersøgelse, det vil sige evnen til at detektere små defekter adskilt fra hinanden, bestemmes af lydbølgelængden , som igen afhænger af frekvensen af input af akustiske vibrationer. Jo højere frekvens, jo kortere bølgelængde. Effekten opstår på grund af det faktum, at når størrelsen af forhindringen er mindre end en fjerdedel af bølgelængden, forekommer refleksionen af oscillationer praktisk talt ikke, men deres diffraktion dominerer . Derfor har frekvensen af ultralyd som regel en tendens til at stige. På den anden side, med en stigning i frekvensen af svingninger, øges deres dæmpning hurtigt , hvilket reducerer det mulige kontrolområde. Frekvenser i området fra 0,5 til 10 MHz blev et praktisk kompromis.

Excitation og modtagelse af ultralyd

Der er flere metoder til excitation af ultralydsbølger i objektet, der undersøges. Den mest almindelige er brugen af den piezoelektriske effekt . I dette tilfælde produceres ultralydsstråling ved hjælp af en transducer , som konverterer elektriske vibrationer til akustiske vibrationer gennem den omvendte piezoelektriske effekt . Efter at have passeret gennem et kontrolleret miljø falder ultralydsvibrationer på transducerens modtagende piezoelektriske plade og på grund af den direkte piezoelektriske effekt bliver de igen elektriske, som registreres af målekredsløbene. Afhængigt af design og tilslutning kan transducerens piezoelektriske plader kun fungere som udsender af ultralydsvibrationer eller kun som modtager eller kombinere begge funktioner.

Den elektromagnetiske akustiske ( EMA ) metode anvendes også, baseret på påføring af stærke vekslende magnetiske felter på metallet. Effektiviteten af denne metode er meget lavere end den piezoelektriske metode, men den kan arbejde gennem en luftspalte og stiller ikke særlige krav til overfladens kvalitet.

Klassifikation af forskningsmetoder

De eksisterende akustiske metoder til ikke-destruktiv testning er opdelt i to store grupper - aktive og passive.

Aktiv

Aktive kontrolmetoder indebærer udsendelse og modtagelse af akustiske bølger.

Refleksioner

Ekkometoden eller ekko - pulsmetoden er den mest almindelige: Transduceren genererer svingninger (det vil sige fungerer som en generator), og den modtager også ekkosignaler reflekteret fra defekter (modtager). Denne metode er blevet udbredt på grund af dens enkelhed, da der kun kræves en transducer til testning, og med manuel kontrol er der derfor ikke behov for specielle enheder til dens fiksering (som f.eks. i diffraktionstidsmetoden) og justering af akustiske akser ved brug af to omformere. Derudover er dette en af de få metoder til ultralydsfejldetektion, der gør det muligt nøjagtigt at bestemme koordinaterne for defekten, såsom dybden af forekomsten og positionen i det objekt, der undersøges (i forhold til transduceren).
Spejl eller ekko -spejl metode - to transducere bruges på den ene side af delen: de genererede vibrationer reflekteres fra defekten mod modtageren. I praksis bruges den til at søge efter defekter placeret vinkelret på testoverfladen, såsom revner.

Tidsdiffraktionsmetode - to transducere bruges på samme side af delen , placeret overfor hinanden. Hvis defekten har skarpe kanter (såsom revner), så diffrakterer oscillationerne i enderne af defekten og reflekteres i alle retninger, også mod modtageren. Fejldetektoren registrerer ankomsttidspunktet for begge impulser ved deres tilstrækkelige amplitude. Både signaler fra defektens øvre og nedre grænser vises samtidigt på fejldetektorens skærm, således at det er muligt nøjagtigt at bestemme den betingede højde af defekten. Metoden er ret universel, den giver mulighed for at udføre ultralydstest på sømme af enhver kompleksitet, men den kræver specielt udstyr til fastgørelse af transducerne samt en fejldetektor, der er i stand til at fungere i denne tilstand. Derudover er de diffrakterede signaler ret svage.
Delta-metoden , en slags spejlmetode, adskiller sig i mekanismen for bølgereflektion fra en defekt og i den måde, signalet modtages på. I diagnostik bruges det til at søge efter specifikt lokaliserede defekter. Denne metode er meget følsom over for vertikalt orienterede revner, som ikke altid kan detekteres ved den sædvanlige ekkometode.

Efterklangsmetoden er baseret på den gradvise dæmpning af signalet i styreobjektet. Ved styring af en to-lags struktur, i tilfælde af en kvalitetsforbindelse af lagene, vil en del af energien fra det første lag gå til det andet, så efterklangen vil være mindre. Ellers vil flere refleksioner fra det første lag blive observeret, den såkaldte skov . Metoden bruges til at kontrollere vedhæftningen af forskellige typer hardfacing, såsom babbitt hardfacing med støbejernsbund. Den største ulempe ved denne metode er detekteringen af ekkosignaler fra grænsefladen mellem to lag ved hjælp af en fejldetektor. Årsagen til disse ekkoer er forskellen i hastighederne af elastiske vibrationer i forbindelsens materialer og deres forskellige specifikke akustiske impedans . For eksempel, ved grænsen af babbitt-stål, forekommer et konstant ekkosignal selv på steder med højkvalitets adhæsion. På grund af nogle produkters designfunktioner er kvalitetskontrol af forbindelsen af materialer ved efterklangsmetoden muligvis ikke mulig netop på grund af tilstedeværelsen af ekkosignaler fra grænsefladen på fejldetektorens skærm.
Akustisk mikroskopi , på grund af den øgede frekvens af input af ultralydsstrålen og brugen af dens fokusering, gør det muligt at detektere defekter, hvis dimensioner ikke overstiger tiendedele af en millimeter. Udbredt anvendelse i industrien er vanskelig på grund af metodens ekstremt lave produktivitet. Denne metode er velegnet til forskningsformål, diagnostik såvel som den radio-elektroniske industri.
Den kohærente metode er i det væsentlige en variation af puls-ekko-metoden. Ud over de to hovedparametre for ekkosignalet, såsom amplitude og ankomsttidspunkt, bruges fasen af ekkosignalet yderligere. Ved hjælp af en sammenhængende metode, eller rettere sagt, flere identiske omformere, der arbejder i fase. Ved brug af specielle transducere, såsom en rejsebølge-transducer eller dens moderne modstykke, en phased array-transducer . Undersøgelser af anvendeligheden af denne metode til virkelige kontrolobjekter er endnu ikke afsluttet. Metoden er på stadiet af videnskabelig forskning.

Walkthroughs

Transmissionsmetoder indebærer overvågning af ændringen i parametrene for ultralydsvibrationer, der har passeret gennem kontrolobjektet, de såkaldte gennemvibrationer. I starten blev kontinuerlig stråling brugt til kontrol, og en ændring i dens amplitude af gennemsvingninger blev betragtet som tilstedeværelsen af en defekt i det kontrollerede objekt, den såkaldte lydskygge. Deraf navnet skyggemetoden . Med tiden blev kontinuerlig stråling erstattet af pulserende stråling, og ud over amplituden blev de faste parametre også suppleret med pulsens fase, spektrum og ankomsttid, og andre transmissionsmetoder dukkede op. Udtrykket skygge mistede sin oprindelige betydning og begyndte at betyde en af overgangsmetoderne. I engelsk litteratur kaldes transmissionsmetoden gennem transmissionsteknik eller gennem transmissionsmetode , hvilket er helt i overensstemmelse med dets russiske navn. Udtrykket skygge bruges ikke i den engelsksprogede litteratur.

Shadow - der anvendes to transducere, som er placeret på begge sider af den del, der undersøges, på samme akustiske akse. I dette tilfælde genererer en af transducerne oscillationer (generator), og den anden modtager dem (modtager). Et tegn på tilstedeværelsen af en defekt vil være et signifikant fald i amplituden af det modtagne signal, eller dets forsvinden (defekten skaber en akustisk skygge).
Mirror-shadow - bruges til at styre dele med to parallelle sider, udviklingen af skyggemetoden: refleksioner fra den modsatte side af delen analyseres. Et tegn på en defekt, som i tilfældet med skyggemetoden, vil være forsvinden af reflekterede vibrationer. Den største fordel ved denne metode, i modsætning til skyggemetoden, er adgang til delen fra den ene side.

Den tidsmæssige skygge er baseret på forsinkelsen af pulsen i tid brugt på afrundingen af defekten. Bruges til at kontrollere beton eller ildfaste mursten.
Multiskyggemetoden ligner skyggemetoden med den undtagelse, at ultralydsbølgen passerer flere gange gennem produktets parallelle overflader.
Med echo-through-metoden bruges to transducere, der er placeret på modsatte sider af testobjektet modsat hinanden. I fravær af en defekt observeres et gennemgangssignal og et signal, der reflekteres to gange fra testobjektets vægge, på fejldetektorens skærm. I nærvær af en gennemskinnelig defekt observeres også reflekteret gennem signaler fra defekten.

Reverb-through-metoden inkluderer elementer fra rumklangsmetoden og multiple shadow-metoden. I kort afstand fra hinanden er der som regel installeret to konvertere på den ene side af produktet - en sender og en modtager. Ultralydsbølger sendt til testobjektet efter flere refleksioner når til sidst modtageren. Fraværet af en defekt gør det muligt at observere stabile reflekterede signaler. I nærvær af en defekt ændres udbredelsen af ultralydsbølger - amplituden og spektret af de modtagne impulser ændres. Metoden bruges til at kontrollere flerlagsstrukturer og polymerkompositmaterialer.
Den velocimetriske metode er baseret på registrering af ændringer i hastigheden af elastiske bølger i defektzonen. Det bruges til at kontrollere flerlagsstrukturer og til produkter fremstillet af polymerkompositmaterialer.

Naturlige vibrationer

De er baseret på excitation af frie eller tvungne svingninger i kontrolobjektet og måling af deres parametre: naturlige frekvenser og tab.

Tvungen vibrationer

Integral
Lokal
Akustisk-topografisk

Gratis vibrationer

Frie svingninger excelleres af en kortvarig påvirkning af kontrolobjektet, hvorefter objektet svinger i fravær af ydre påvirkninger. Kilden til kortvarig eksponering kan være enhver mekanisk påvirkning, såsom en hammer.

Integral
Lokal

Impedans

bøjede bølger
Langsgående bølger
kontakt impedans

Passiv

Passive kontrolmetoder består i at modtage bølger, hvis kilde er selve kontrolobjektet.

Akustisk emission
Vibrationsdiagnostik
Støjdiagnostik

Moderne fejldetektorer måler nøjagtigt den forløbne tid fra udsendelsestidspunktet til modtagelse af et ekkosignal og måler derved afstanden til reflektoren. Dette gør det muligt at opnå en høj stråleopløsning af undersøgelsen. Computeriserede systemer gør det muligt at analysere et stort antal pulser og opnå en tredimensionel visualisering af reflektorer i metal.

Fordele

Ultralydstestning ødelægger eller beskadiger ikke testprøven, hvilket er dens største fordel. Det er muligt at udføre kontrol af produkter fra forskellige materialer, både metaller og ikke-metaller. Derudover kan vi fremhæve den høje hastighed af forskning til lave omkostninger og fare for mennesker (sammenlignet med røntgenfejldetektion) og den høje mobilitet af ultralydsfejldetektoren.

Ulemper

Brugen af piezoelektriske transducere kræver forberedelse af overfladen til at indføre ultralyd i metallet, især skabelsen af en overfladeruhed af mindst klasse 5, i tilfælde af svejsede samlinger , også ruhedsretningen (vinkelret på sømmen) . På grund af luftens høje akustiske modstand kan den mindste luftspalte blive en uoverstigelig barriere for ultralydsvibrationer. For at eliminere luftgabet påføres kontaktvæsker såsom vand, olie, glycerin foreløbigt på det kontrollerede område af produktet . Ved kontrol af lodrette eller stærkt skrå overflader er det nødvendigt at bruge tykke koblinger for at forhindre deres hurtige afstrømning.

For at teste produkter med en ydre diameter på mindre end 200 mm er det nødvendigt at bruge transducere med en krumningsradius af sålen R svarende til 0,9-1,1R af radius af det kontrollerede objekt, de såkaldte overlappede transducere, som i denne form er uegnede til at teste produkter med flade overflader. For at styre en cylindrisk smedning er det f.eks. nødvendigt at flytte transduceren i to indbyrdes vinkelrette retninger, hvilket indebærer brugen af to jord-ind-transducere - en for hver af retningerne.

Som regel kan ultralydsfejldetektion ikke besvare spørgsmålet om de faktiske dimensioner af defekten, kun om dens reflektionsevne i retning af modtageren. Disse værdier korrelerer, men ikke for alle typer defekter. Derudover er nogle defekter næsten umulige at opdage ved ultralydsmetode på grund af deres natur, form eller placering i testobjektet.

Det er næsten umuligt at udføre pålidelig ultralydstestning af metaller med en grovkornet struktur, såsom støbejern eller austenitiske svejsninger (tykkelse over 60 mm) [2] [3] på grund af stor spredning og høj dæmpning af ultralyd. Derudover er det svært at kontrollere små dele eller dele med en kompleks form. Ultralydstestning af svejsede samlinger lavet af uens stål (for eksempel austenitiske stål med perlitiske stål) er også vanskelig på grund af den ekstreme heterogenitet af svejsemetallet og basismetallet.

Ansøgning

Det bruges til at søge efter materialefejl (porer, hårlinjer, forskellige indeslutninger, heterogen struktur osv.) og til at kontrollere kvaliteten af arbejdet - svejsning , lodning , limning osv. Ultralydstest er en obligatorisk procedure i fremstilling og drift af mange kritiske produkter, såsom dele til flymotorer, rørledninger til atomreaktorer eller jernbanespor.

Ultralydstest af svejsninger

Svejste sømme er det mest udbredte anvendelsesområde for ultralydsdetektering. Dette opnås på grund af ultralydsenhedens mobilitet, høj testydelse, nøjagtighed, følsomhed over for indre (volumetriske - porer, metalliske og ikke-metalliske indeslutninger; plan - mangel på gennemtrængning, revner) såvel som eksternt, dvs. overfladefejl ved svejsninger .

Mange afdelingsdokumenter indebærer obligatorisk ultralydstest af svejsninger, eller et alternativt valg af ultralyds- eller strålingstestning eller test ved begge metoder.

Hoveddokumentet i Rusland til ultralydstestning af svejsninger er GOST R 55724-2013, som fuldt ud beskriver metoderne til test af stød-, tee-, lap- og filetsvejsninger lavet ved forskellige svejsemetoder. Den beskriver også detaljeret kalibreringsprøverne (målingerne) СО-2 (СО-2А) og СО-3 og de tuningprøver, der er nødvendige for at opsætte fejldetektoren, såvel som deres parametre for deres fremstilling.

Omfanget af kontrol og standarder for vurdering af kvaliteten af en svejset samling er fastlagt af forskellige regulatoriske dokumenter i overensstemmelse med styrkekravene for en bestemt svejset struktur. Virksomheder, der fremstiller særligt kritiske produkter, samt forskellige tilsynsmyndigheder, kan fremstille deres egne metodiske materialer til vurdering af kvaliteten af svejsninger [4] . Et eksempel er RD ROSEK-001-96, udviklet af det russiske ekspertfirma til højrisikoobjekter " RosEK ", og godkendt af Rostekhnadzor til at vurdere kvaliteten af svejsede samlinger til løftemaskiner.

Normativ-teknisk dokumentation

GOST R 55724-2013 Ikke-destruktiv test. Forbindelser er svejset. Ultralydsmetoder.
GOST 24507-80 Ikke-destruktiv test. Smedegods af jernholdige og ikke-jernholdige metaller. Metoder til ultralydsdetektering af fejl.
GOST 22727-88 Valset ark. Metoder til ultralydskontrol.
GOST 21120-75 Stænger og emner af rund og rektangulær sektion. Metoder til ultralydsdetektering af fejl.
RD ROSEK-001-96 Løftemaskiner. Metalkonstruktioner. Ultralydskontrol. Grundlæggende bestemmelser.
OP 501 TsD-97 Strømudstyr. Trykbeholdere. Rørledninger af damp, vand.
PNAE G-7-010-89 Udstyr og rørledninger til atomkraftværker. Svejste samlinger og overlæg. Kontrolregler.
PNAE G-10-032-92 Regler for kontrol af svejsede samlinger af elementer i lokalisering af sikkerhedssystemer i atomkraftværker.
PNAE G-7-032-91 Ensartede metoder til inspektion af basismaterialer i halvfabrikata, svejsede samlinger og overfladebelægning af udstyr og rørledninger i atomkraftværker. Ultralydskontrol. Del IV. Eftersyn af svejsede samlinger af austenitisk stål.

Se også

Noter

↑ V. N. Volchenko , A. K. Gurvich, A. N. Mayorov, L. A. Kashuba, E. L. Makarov, M. Kh. Khusanov. Svejsekvalitetskontrol / Udg. V. N. Volchenko. — Lærebog for ingeniøruniversiteter. - M . : Mashinostroenie, 1975. - 328 s. - 40.000 eksemplarer.
↑ PNAE G-7-032-91 Ultralydstest. Del IV. Eftersyn af svejsede samlinger af austenitisk stål. Punkt 1.4.
↑ Klyuev V.V. Ikke-destruktiv testning. Bind 3.: Håndbog. I 7 bøger / Udg. Klyueva V.V. - M .: Mashinostroenie, 2004.
↑ Nogle "smertefulde" problemer med ultralydstestning med traditionelle metoder // I en verden af ikke-destruktiv testning", 2013 - nr. 2 (60)

Litteratur

Shraiber D.S. Ultralydsfejldetektion //M.: Metallurgi. - 1965. - T. 392. - S. 29.
Gurvich A. K., Ermolov I. N. Ultralydsdetektering af svejsede sømme - Kiev: Tekhnika, 1972, 460 s.
Vybornov B. I. Ultralydsfejldetektion - M .: Metallurgy, 1985.
Shcherbinsky V. G., Pavros S. K., Gurvich A. K. Ultralydsfejldetektion: i går, i dag, i morgen // I en verden af ikke-destruktiv testning. - 2002. - nej. 4. - S. 18.
Yermolov IN Præstationer inden for teoretiske spørgsmål om ultralydsfejldetektion, opgaver og udsigter // Defektoskopi. - 2004. - nej. 10. - S. 13-48.
Kretov EF Ultralydsfejldetektion i kraftteknik. - 3. udgave, revideret og supplerende. - Skt. Petersborg: SVEN, 2011, 312 s., ISBN 978-5-91161-014-2
Markov A. A., Shpagin D. A. Ultralydsfejldetektion af skinner, - Ed. 2., rettet. og yderligere - Skt. Petersborg: Uddannelse - Kultur, 2013, 283 s., ISBN 5-88857-104-0