СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Ультразвуковой контроль (УЗК) представляет собой метод неразрушающего контроля, предназначенный для выявления внутренних дефектов в материалах и изделиях. В основе технологии лежит использование ультразвуковых волн частотой от 0,5 до 25 МГц. Обнаружение дефектов осуществляется за счет прохождения звука через материал и его отражения от внутренних неоднородностей и участков с нарушенной сплошностью.

Метод был запатентован в 1928 году для обнаружения дефектов в металлических изделиях с помощью ультразвуковых колебаний. За время применения УЗК стал одним из наиболее распространенных способов неразрушающего контроля в промышленности.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ 

Источник ультразвуковых колебаний — пьезоэлектрический преобразователь, через который сигнал направляется в контролируемый объект. При отсутствии внутренних нарушений ультразвук распространяется по материалу без отражений от его структуры. Отраженный сигнал возникает при встрече волны с границей, на которой акустическое сопротивление изменяется.

Возврат ультразвуковой волны к преобразователю служит признаком наличия внутреннего дефекта. По зарегистрированному сигналу устанавливают местоположение несплошности и оценивают ее размеры. Временной интервал между излучением и приемом импульса используют для определения глубины залегания дефекта. Амплитуда отражения является показателем его величины.

МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ

Для регистрации дефектов и интерпретации результатов ультразвукового контроля используются различные методы.

  • Эхо-импульсный метод основан на работе одного преобразователя. После ввода ультразвука в материал тот же преобразователь принимает сигналы, отраженные от внутренних дефектов.
  • Теневой метод требует установки двух преобразователей с разных сторон контролируемого объекта. Признаком дефекта служит образование акустической тени на участке прохождения ультразвуковой волны.
  • Зеркально-теневой метод объединяет элементы теневого и зеркального контроля. Особенность схемы заключается в расположении преобразователей на одной стороне изделия.
  • Эхо-зеркальный метод предусматривает использование двух датчиков, установленных с одной стороны объекта. Основная область применения — выявление вертикальных трещин.
  • Дельта-методика — фиксация дифрагированных ультразвуковых волн, возникающих при прохождении сигнала через зону дефекта. Рассеянные волны распространяются в разных направлениях, по их характеру оценивают параметры и форму дефекта. Метод требует точной настройки оборудования и сложной интерпретации сигналов, поэтому используется реже остальных. 

Сравнительная таблица методов:

МетодФизическая основаСильные стороныОграничения
Эхо-импульсныйРегистрация отражённых ультразвуковых импульсов от внутренних неоднородностейВысокая чувствительность, точная локализация дефектовЧувствительность к пространственной ориентации дефекта, снижение устойчивости к помехам
ТеневойАнализ ослабления сигнала после прохождения через контролируемый участокСлабая зависимость от ориентации дефекта, стабильная работа при помехахНеобходим доступ с двух сторон, меньшая выявляемость мелких дефектов
Эхо-зеркальный (тандем)Сигнал проходит с отражением от дефекта и противоположной поверхностиЭффективен для вертикально ориентированных дефектов, позволяет оценивать геометриюОграничения по углу отклонения дефекта (порядка до 10°), требует точной настройки схемы
Зеркально-теневойКонтроль по ослаблению отражения от донной поверхности объектаВозможность одностороннего доступа, применим к корневой зоне сварных соединенийНиже чувствительность по сравнению с эхо-методами
Дельта-методикаРегистрация и анализ дифрагированных и рассеянных волн в зоне дефектаПозволяет оценивать объёмные характеристики и форму дефектаВысокая сложность настройки, трудоёмкая интерпретация сигналов, требования к качеству подготовки поверхности

Оптимальный метод контроля подбирается с учетом толщины материала, предполагаемого характера дефектов и условий доступа к зоне обследования. Для получения более полной картины состояния изделия допускается совместное использование нескольких методов.

ДЕФЕКТЫ, ФИКСИРУЕМЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ

К объектам обнаружения при проведении УЗК относятся:

  • продольные, поперечные и вертикально ориентированные трещины;
  • неполностью проплавленные участки и непровары сварных швов;
  • газонаполненные полости и пористость металла;
  • шлак и другие посторонние включения внутри материала;
  • нарушения целостности структуры композитов в виде расслоений и отслоений;
  • участки со слабой адгезией между отдельными слоями.

При использовании акустической микроскопии контролю доступны несплошности размером до десятых долей миллиметра. Размер дефекта, который может быть зарегистрирован оборудованием, определяется частотой ультразвуковых колебаний. Увеличение частоты позволяет повысить разрешающую способность контроля и выявлять более мелкие нарушения структуры материала.

 

ОТРАСЛИ И ОБЪЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

Ультразвуковой контроль востребован в сферах, где требуется оценка технического состояния материалов, узлов и конструкций без их повреждения. В нефтегазовом комплексе с его помощью обследуют сварные соединения трубопроводов и резервуаров. На объектах атомной и тепловой энергетики метод используют при диагностике оборудования, работающего под давлением. В машиностроении УЗК применяют для проверки качества литых и кованых деталей, а в авиационной отрасли — для контроля элементов конструкций с повышенными требованиями к надежности.

Метод также используется при изготовлении и ремонте судовых корпусов, монтаже металлических строительных конструкций и техническом обслуживании железнодорожной инфраструктуры, включая рельсы и колесные пары. Ультразвуковой контроль выполняют как на этапе производства продукции, так и в период дальнейшей эксплуатации оборудования. Проведение обследования не требует остановки работы контролируемого объекта.

ПЛЮСЫ И ОГРАНИЧЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

УЗК ценят за чувствительность к внутренним дефектам — он хорошо «видит» то, что скрыто внутри материала. Часто достаточно доступа только с одной стороны изделия, что упрощает работу на реальных объектах. Метод безопасен для персонала и не создает воздействия на окружающую среду. Оборудование обычно компактное и переносное, его удобно использовать вне лаборатории. Процесс контроля можно автоматизировать, особенно на серийных участках. По затратам метод остается относительно доступным.

Есть и ограничения. В крупнозернистых материалах сигнал сильно искажается, что снижает информативность. Тонкие изделия менее 4 мм также плохо подходят для такого контроля. Сложные по форме детали усложняют прохождение и интерпретацию сигнала, поэтому в таких случаях часто приходится разрабатывать отдельные схемы контроля.

КВАЛИФИКАЦИЯ ПЕРСОНАЛА ДЛЯ УЗК

Ультразвуковой контроль допускается выполнять только при наличии подтверждённой подготовки у специалиста. Обязательным условием выступает прохождение обучения и последующей аттестации по СДАНК-02-2020.

  • Специалисты I и II уровня при первичном оформлении получают удостоверение сроком на 3 года.
  • При повторной аттестации срок действия удостоверения увеличивается до 6 лет.

Подготовка включает акустику, основы материаловедения, изучение нормативных документов и отработку практических навыков работы с ультразвуковым оборудованием.