Наиболее широкое распространение получил метод отражения, или эхометод (рис. 4). Преобразователь 1 возбуждает в объекте контроля 2 ультразвуковой импульс. Он отражается от нижней поверхности объекта или дефекта 3 и принимается тем же (или другим) преобразователем. Генератор электрических импульсов 6 синхронизирован с генератором развертки 7 электронно-лучевой трубки 5. Отраженные сигналы усиливаются в 4 и вызывают появление на линии развертки пиков. На рисунке 4, а показаны посылаемый в изделие сигнал 8, эхосигнал от дефекта 9 и донный сигнал 10. Информативными параметрами в этом случае являются амплитуда и время прихода импульсов.

Рисунок 4 – Схема импульсного ультразвукового дефектоскопа:

а – контроль поковки прямым преобразователем, б – контроль сварного шва наклонным преобразователем

Эхометод очень широко применяют для дефектоскопии металлических заготовок и сварных соединений (рис. 4, б), контроля структуры металлов, измерения толщины труб и сосудов. Значительно реже используют метод прохождения. Им дефектоскопируют изделия простой формы (листы), оценивают прочность бетона, дерева и других материалов, в которых прочность коррелирует со скоростью ультразвука.

Средством возбуждения и приема ультразвуковых волн, как правило, служат пьезоцреобразователи. Учитывая сильное отражение ультразвука от тончайших воздушных зазоров, для передачи волн от пьезопреобразователя к изделию используют жидкостный контакт. Для возбуждения волн звукового диапазона кроме пьезо-преобразователей применяют ударное воздействие, а для приема – микрофоны.

Из многочисленных направлений развития акустических методов контроля назовем разработку бесконтактных преобразователей: лазерных возбудителей и приемников, электромагнитно-акустических преобразователей, основанных на возбуждении колебаний поверхности объекта внешним электромагнитным полем. Это открывает возможность повышения производительности при автоматическом контроле.

Ряд работ направлен на отстройку от шумов, главным образом связанных с отражением упругих волн от структурных неоднородностей, например границ кристаллов в поликристаллическом материале. Осваивается применение специфических типов упругих волн в твердом теле: поверхностных волн, волн в пластинах и стержнях. Это существенно расширяет область изделий, доступных контролю. Разработка средств высокоточного измерения скорости ультразвуковых волн открывает возможности измерения внутренних напряжений в твердых телах по изменению скорости или затухания.

Разрабатывают новые способы обработки информации, где очень перспективна вычислительная ультразвуковая голография. Например, используя пьезопреобразователи так, как показано на рисунке 4, сканируют большой участок (порядка 200×200 мм) поверхности объекта контроля. Получаемую при этом информацию направляют в память ЭВМ. Дальнейшую обработку всей информации, полученной на большом участке сканирования, выполняют на ЭВМ, используя те же алгоритмы, которые реализуются в оптической голографии при наложении световых пучков. Благодаря этому удается значительно точнее представить форму и размеры выявляемых дефектов и более обоснованно судить об их потенциальной опасности.

1.9 НК проникающими веществами

Неразрушающий контроль проникающими веществами основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов ОК. Его делят на методы капиллярные и течеискания. Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении в полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, скипидара), хорошо смачивающей материал объекты. Их применяют для обнаружения слабо видимых невооруженным глазом поверхностных дефектов.

Методы, течеискания используют для выявления только сквозных дефектов в перегородках. В полость дефекта пробное вещество проникает либо под действием разности давлений, либо под действием капиллярных сил, однако в последнем случае нанесение и индикацию пробных веществ выполняют по разные стороны перегородки.

2 Классификация физических методов неразрушающего контроля сварных соединений. Метрологическое обеспечение средств контроля

При проведении мониторинга технического состояния (ТС) изделий, одной из наиболее актуальных является задача объективного своевременного обнаружения дефектов различной природы и организация контроля за развитием дефектов из-за старения элементов при эксплуатации. Одним из путей предотвращения нежелательных последствий от эксплуатации изделий с дефектами является систематичное использование методов НК. Дефектом, согласно нормативно-технической документации (НДТ) (ГОСТ 17-102), называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям. Однако в практике применения средств неразрушающего контроля нет полного соответствия понятия "дефект" определению по ГОСТ. Обычно под дефектом понимают отклонение параметра от требований проектно-конструкторской документации, выявленное средствами неразрушающего контроля.

Далее под дефектом будем понимать физическое проявление изменения характеристик объекта контроля с параметрами, превышающими нормативные требования.

По стадии появления пороков в цепочке технологических операций различают дефекты подготовки (и сборки) изделий под сварку и сварочные дефекты. Дефекты подготовки и сборки часто приводят к появлению собственно сварочных дефектов, поэтому подготовку изделий к сварке необходимо особо тщательно контролировать.

Сварочные дефекты-несплошности различают по их типам и видам. Кроме несплошностей в сварных соединениях могут иметь место макро- и микронеоднородности и другие несовершенства структуры.

Тип дефекта может быть определен практически любым методом контроля, кроме радиоволнового и электрического методов.

Стандарты на неразрушающие методы контроля относят к одной из трех групп.

– Стандарты общего назначения

– Стандарты на средства контроля

– Стандарты на методики контроля различных видов продукции определенными методами, например, применительно к сварным соединениям Стандартизация методов НК изложена в ГОСТ 14782–86.

Методы НК разделяют на группы, называемые видами, объединенные общностью физических признаков. Характер взаимодействия поля или вещества с объектом контроля ОК должен быть таким, чтобы контролируемый признак объекта вызывал определенные изменения физического поля или состояния вещества. Например, чтобы наличие несплошности вызывало изменение прошедшего через нее излучения или проникновение в нее пробного вещества.

Первичный информативный параметр – конкретный параметр поля или вещества (амплитуда поля, время его распространения, количество вещества и т.д.), изменение которого используют для характеристики контролируемого объекта.

Способ получения первичной информации – конкретный тип датчика или вещества, которые используют для измерения и фиксации упомянутого информационного параметра [1].

Рассмотрим методы НК, применяемые непосредственно для контроля сварных соединений.

2.1 Магнитный вид НК

Магнитный вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. Как правило, его применяют для контроля объектов из ферромагнитных материалов. Свойства, которые требуется контролировать (химический состав, структура, наличие несплошностей и др.), обычно связаны с параметрами процесса намагничивания и петлей гистерезиса.

При намагничивании объекта контроля, вблизи поверхности которого имеется несплошность (дефект), в области дефекта происходит резкое пространственное изменение напряженности магнитного поля, возникает поле рассеяния (рис. 3.3). Изменение напряженности магнитного поля, точнее градиента напряженности, используют как первичный информативный параметр для выявления дефектов.

2.2. Вихретоковый вид НК

Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Его применяют только для контроля объектов из электропроводящих материалов. Вихревые токи возбуждаются в объекте преобразователем в виде индуктивной катушки, питаемой переменным или импульсным током. Приемным преобразователем (измерителем) служит та же или другая катушка.

Контроль вихревыми токами можно выполнять без непосредственного механического контакта преобразователей с объектом, что позволяет вести контроль при взаимном перемещении преобразователя и объекта с большой скоростью.

2.3 Тепловой вид НК

Тепловой вид неразрушающего контроля основан на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов. Он применим к объектам из любых материалов. Измеряемым информативным параметром служит температура или тепловой поток.

Таким способом выявляют участки с плохой теплопроводностью в многослойных панелях. Неплотное прилегание слоев и дефекты обнаруживают как участки повышенного или пониженного нагрева поверхности панели. Измерения температур или тепловых потоков выполняют контактным или бесконтактным способом. В последнем случае передача теплоты происходит в основном за счет радиации, т. е. излучения электромагнитных волн в инфракрасной или видимой части спектра в зависимости от температуры тела. Наиболее эффективным средством бесконтактного наблюдения, регистрации температурных полей и тепловых потоков является сканирующий тепловизор.

2.4 Оптический вид НК

Оптический вид неразрушающего контроля основан на наблюдении или регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с ОК. Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта.

Использование гибких световодов, лазеров, оптической голографии, телевизионной техники резко расширило область применения оптических методов, повысило точность измерения.

2.5 Радиационный вид НК

Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с ОК. В последнее время находят применение потоки позитронов, по степени поглощения которых определяют участки объекта, обедненные или обогащенные электронами.

Наиболее широко используют для контроля рентгеновское и гамма-излучения. Их можно использовать для контроля объектов из самых различных материалов, подбирая благоприятный частотный диапазон. Напомним, что эти виды излучения являются электромагнитными волнами.

2.6 Акустический вид НК

Акустический вид неразрушающего контроля основан на регистрации параметров упругих волн, возникающих или возбуждаемых, в объекте. Чаще всего используют упругие волны ультразвукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 кГц), этот метод называют ультразвуковым. В отличие от всех ранее рассмотренных методов здесь применяют и регистрируют не электромагнитные, а упругие волны, параметры которых тесно связаны с такими свойствами материалов, как упругость, плотность, анизотропия (неравномерность свойств по различным направлениям) и др.

Акустические свойства твердых материалов и воздуха настолько сильно отличаются, что акустические волны отражаются от тончайших зазоров (трещин, непроваров) шириной 10^-6...10^-4 мм. Этот вид контроля применим ко всем материалам, достаточно хорошо проводящим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бетону и т.д.

2.7 НК проникающими веществами

Неразрушающий контроль проникающими веществами основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов ОК. Их применяют для обнаружения слабо видимых невооруженным глазом поверхностных дефектов.

Проведя анализ статистических данных Относительной выявляемости дефектов сварки различными методами можно говорить о том что, например, для выявления Поверхностных дефектов сварки целесообразно применять Метод Проникающими Веществами (с капиллярным взаимодействием с ОК), для Неметаллических дефектов, раковин и непроваров в корне шва – Рентгеновское Просвечивание, а непроваров по скосам – Ультразвуковой метод НК.

Нормативной базой метрологического обеспечения являются стандарты Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ). В состав ГСИ наряду с государственными входят отраслевые стандарты, технические условия и другие нормативно-технические документы.

Метрологическое обеспечение средств НК охватывает стадии: обоснования предложений па разработку новых средств; опытно-конструкторской разработки (ОКР) средств; постановки на производство; производства средств; эксплуатации и ремонта.

Применение Д. в процессе производства и эксплуатации изделий даёт большой экономический эффект за счёт сокращения времени, затрачиваемого на обработку заготовок с внутренними дефектами, экономии металла и др. Кроме того, Д. играет значительную роль в предотвращении разрушений конструкций, способствуя увеличению их надёжности и долговечности.

Отметим также задачу выбора метода (инструментов) или комплекса методов неразрушающего контроля (НК) для проведения диагностики технического состояния как отдельных элементов, так и их совокупности с учетом технико-экономических показателей. Инженерная практика выдвигает ряд требований, которым должны удовлетворять методы, прежде всего, например, возможность визуализации дефектов, высокая выявляемоесть дефектов, чувствительность приборов, компактность и практичность оборудования. Для различных работ применяются как отдельные методы НК, так и их комбинации (комплекты).

Однако, несмотря на значительные успехи в развитии методов НК и применяемые меры по контролю ТС различных деталей и изделий, отдельные дефекты остаются не выявленными и становятся причинами и результатами аварийных ситуаций и больших катастроф. Так, методы и средства НК, применяемые на стадиях производства и предэксплуатационного контроля, далеки от совершенства и в результате их применения не выявляется значительное число дефектов технологической природы.

В данной работе были рассмотрены роль и место методов НК для обеспечения надежности и долговечности изделий, а также рассматрены модели и способы комплексирования различных по своей природе и затратам ресурсов методов НК.

3 Стандартизация неразрушающего контроля

В зависимости от требований к объектам стандартизации стандарты подразделяют на категории: государственные (ГОСТ); отраслевые (ОСТ); предприятий (СТП).

Государственные стандарты утверждают Госстандарт и Госстрой (по закрепленной за последним номенклатуре). Эти стандарты обязательны для всех министерств и ведомств, предприятий, организаций и учреждений.