ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ

К методам контроля внутренних дефектов относятся радиационный и ультразвуковой контроль.

Радиационный контроль

Под этим видом контроля понимают неразрушающий контроль, ос­нованный на взаимодействии проникающего ионизирующего излуче­ния с контролируемым объектом (рис. 12.3).

При прохождении через вещество ионизирующего излучения про­исходит его ослабление - поглощение и рассеивание. Степень ослабле­ния зависит от толщины s и плотности р контролируемого материала, а также от интенсивности М и энергии Е самого излучения. Наличие в материале дефектов размером Дхприводит к резкому изменению энер­гии и интенсивности выходного пучка излучения; выходящий пучок несет дефектоскопическую информацию о внутренней структуре конт­ролируемого материата.

Источником излучения могут быть промышленные рентгеновские ап­параты плі г гамма-дефектоскопы, заряженные радиоактивными изотопами.

Существуют три метола радиационного контро, гя - радиографичес­кий, радпоекопическші и радиометрический.

Радиографический контроль основан на фиксации статического изображения внутреннего строения контролируемого объекта при про­свечивании его ионизирующим излучением.

Радиосконический метод основан на получении статического или динамического изображения на экране внутренней! структуры контро­лируемого соединения при его просвечивании ионизирующим излуче­нием.

Радиометрический метод контроля основан на получении инфор­мации о внутренней структуре контролируемого объекта, представлен­ной в цифровой или аналоговой форме.

В промышленности широко распространен радиографический метод, при котором в качестве детектора используется радиографическая плен­ка. В зависимости от вида излучения различают рентгенографию и гам­маграфию. При рентгенографии применяют рентгеновское (так назы­ваемое тормозное) излучение, представляющее собой разновидность электромагнитных колебаний, которые но сравнению с видимым све­том и ультрафиолетовым излучением имеют как общие волновые свой­ства, так и специфические особенности, связанные с их квантовыми свойствами (длина волны рентгеновского излучения 6-10 '* м). Источ­ником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, ко­торая представляет собой стеклянный вакуумный баллон с двумя впа­янными электродами. Рентгеновское излучение генерируется при торможении на аноде потока электронов, испускаемых катодом.

у-излучение (длина волны 10 ‘...10 м) возникает в естественных или искусственных радиоизотопах при их распаде, у-квапты обладают (в зависимости от их энергии) существенно большей проникающей спо­собностью по сравнению с тормозным рентгеновским излучением.

Рентгенографию применяют преимущественно в цеховых условиях и реже в условиях монтажа, когда к контролю качества сварных соединений предъявляются высокие требования по чувствительности. Гаммаграфия доминирует при контроле сварных соединений, расположенных в труд­нодоступных местах конструкции, преимущественно в монтажных ус­ловиях.

Радиографические пленки используют в комбинации е усиливаю­щими металлическими или флуоресцентными экранами. Применение таких экранов приводит к сокращению экспозиций, а их усиливающее действие основано на выбивании излучением из их поверхности элект­ронов, которые эффективно взаимодействуют с радиографической плен­кой. В качестве материалов для таких экранов используют фольгу из

тяжелых металлов (медь, свинец). Эти экраны устанавливаю г либо по­зади. либо впереди радиографическом пленки.

Время экспозиции (просвечивания) зависит от чувствительности ра­диографическом пленки, фокусного расстояния, мощности экспозици­онном дозы, толщины просвечиваемого материала, его состава и опре­деляется опытным путем. От выбора фокусного расстояния зависит производительность контроля и минимальные размеры выявляемого дефекта.

Чувствительность контроля определяют визуально как минималь­ную величину элемента эталона чувствительности, различимую на ра­диографическом снимке. Эталон чувствительности (рис. 12.4) устанав­ливают рядом с просвечиваемым швом.

Размеры дефектов, выявляемых при радиографическом контроле, зависят от его параметров (характеристик источника излучения, радио­графической пленки) и условий проведения. При контроле рентгено­вским излучением выявляемость локальных и протяженных дефектов и производительность контроля зависят от величины напряжения на трубы рентгеновского аппарата.

Радиографический контроль хорошо выявляет одиночные дефекты локальной формы (газовые, шлаковые и вольфрамовые включения), цепочки пор. Выявляемость внутренних трещин связана совпадением падающего луча излучения с плоскостью расположения трещины внут­ри металла.

Большое значение имеет правильно выбранная схема контроля свар­ного соединения, которая определяется его конструкцией.

Объем контроля в судостроении определяется правилами контроля (техническими условиями на изготовление) в зависимости от катего­рии конструкции. Так, для сварных конструкции из сталей с пределом текучести до 500 МПа:

I категория - 20% протяженности шва;

П категория - 5% протяженности шва;

111 категория - 2% протяженности шва.

После проявления пленки производится се оценка по 3-балльиоГг шкале. Критерии оценки балльности приведены в соответствующей тех­нической документации (правилах контроля, правилах Регистра и т. д.). Они устанавливают допустимое наличие различного типа дефектов. Наи­меньшее количество дефектов допускается при оценке по баллу 3, Так, при сварке стыковых швов низколегированными материалами отдель­ные округлые газовые и шлаковые включения размером 1,0...2,0 мм (в завпсимості г от толщины) допускаются в количестве не более одного на 100 мм длины шва. Не допускаются цепочки включений округлой и про­долговатой формы, непровары и трещины. Последние два вида дефектов не допускаются и при оценке снимков баллами 2 и 1. Выявленные недо­пустимые дефекты должны удаляться (газовой строжкой либо механичес­ким путем) с последующей заваркой с контролем отремонтированных участков.

Ультразвуковой метод контроля сварных соединений

Метод этот основан на исследовании распространения упругих ко­лебании с частотой 0,5...25 МГц в контролируемых изделиях. Различа­ют три основных метода но признаю’ обнаружения дефекта: теневой, зеркально-теневой и эхо-метод.

При теневом методе (рис. 12.5, а) дефект обнаруживают по умень­шению интенсивности (амплитуды) ультразвуковой волны, прошедшей через изделия от излучающего (И) искателя к приемному (П). Этот метод предполагает двухсторонний доступ к контролируемому изделию.

При зеркально-теневом методе (рис. 12.5. б) дефект обнаруживают по уменьшению интенсивности (амплитуды) отраженной от противо­положной поверхности изделия ультразвуковой волны. Эту поверх­ность, зеркально отражающую волну, называют донной, а импульс, от нее отраженный, - донным импульсом.

При эхо-методе дефект обнаруживается эхо-импульсом, отраженным от него. При любом методе контроля возможно использование двух ис­кателей, один из которых выполняет функции излучения, а другой при­ема. Такая схема включения искателей называется раздельной (рис. 12.5, в). В то же время при эхо-методе (как и при зеркально-тене­вом) возможно применение одного искателя (ИГІ), включенного по со­вмещенной схеме, при которой один и тот же искатель выполняет функции излучения зондирующих импульсов и приема эхо-сигналов (рис. 12.5, г).

Для возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний исполь­зуют электроакустические преобразователи в виде пластин из пьезо­акустических материалов: кварца, цпркопата, титапата свинца, титана - та бария и др. Толщину излучающей і тластииы подбирают в зависимости

Рис. 12.5. Разі кши. іііоо m ультразвукового кои і роля'

п геїІСИШІ. б - ll'pK, UI>HI, lli. К :)()-11'10Д p. D.ie. lt. lll. lM IICKilVC. ICM.

/ таї-мсго. і с пжчсшгнным ИСКЛІІ'.ІСМ

от частоты излучающего генератора. Схема наиболее часто применяе­мого наклонного совмещенного искателя приведена на рис. 12.6.

При контактном способе зазор между і шучающей плоскостью искате­ля и поверхностью изделия заполняют контактирующей средой, в качестве которой применяются минеральные масла, солидол, вода, спирт, техничес­кий глицерин.

Иммерсионный контроль ведется нри погружении контролируемо­го изделия в контактную среду; при этом толщина слоя контактируе - мой среды составляет более половины длины волнового пакета ультра­звукового импульса, т. е. в этом случае исключается влияние толщины слоя контактируемой жидкости на интенсивность вводимой в изделие волны.

При поиске дефектов совмещенный искатель зигзагообразно переме­щают вдоль контролируемого шва (рис. 12.7). К основным параметрам ультразвукового контроля (УЗК) относятся; выбор схемы прозвучива - ния, чувствительность контроля, тип искателя (совмещенный или ра. з -

дельный), угол ввода, частота ультразвука, мертвая зона, частота следо­вания импульсов, скорость п шаг перемещения искателя (сканирование).

К

Рис, І2.7. І Іролпучивапме ('парных соединений прямым (<•/), одпокрстю <л раженным (и), двукратно отраженным («) и многократно оі раженным (/) дулом

Признаком обнаружения дефекта при УЗК является прием эхо-сиг­нала, амплитуда которого превышает заданный уровень от отражателя (дефекта), расположенного в металле шва. Для получения необходи­мой информации о выявляемых дефектах используют следующие из­меряемые характеристики дефекта: максимальную амплитуду эхо-сиг­нала от дефекта, координаты расположения дефекта в шве, условные размеры дефекта и их количество на принятой длине шва.

Чувствительность метода предполагает способность выявлять задан­ные дефекты определенного вида при данной настройке аппаратуры и принятой методике поиска.

Признаками наличия дефектов при УЗК являются:

• превышение амплитуды отраженного сигнала при заданном уров­не фиксации (при эхо-методе):

• ослабление амплитуды прошедшего сигнала ниже заданного уровня (при теневом методе):

• ослабление амплитуды сигнала, отраженного от противополож­ной грани изделия (донного сигнала) или от какого-либо экрана (при зеркально-теисвом методе).

Все указанные параметры определяются на экране катодной трубки прибора.

Существующие в настоящее время приборы УЗК позволяют измерять параметры, косвенно характеризующие местоположение и размеры дефек­тов по амплитуде отраженного или прошедшего сигнала, расстояния вдоль ультразвукового луча от точки ввода до отражающей поверхности дефек­та (последняя характеристика действительна при эхо-методе).

Для оценки конкретных размеров дефекта (эквивалентной его площа­ди) в зависимости от величины коэффиш іента за тухания ультразвука в дан­ном материале, диаметра отражал еля и амплитуды сигнала существуют так называемые АРД-диаграммы. Эквивалентная плоишь может в определен­ной мере характеризовать предельный (наименыш ні) размер мелких дефек­тов. Крупные дефекты характеризуют их так называемая условная протя­женность /. условная ширина Ат и условная высота А// (рис. 12.8).

Условная протяженность характеризует размеры дефекта вдоль шва (в плане), а условные ширина и высота - размеры дефекта в сечении шва. Величину условной протяженности измеряют длиной зоны пере­мещения искателя вдоль шва, в пределах которого воспринимается эхо- сигнал от выявленного дефекта на экране катодной трубки прибора. Пе­ремещая искатель нормально к шву, измеряют величину условной ширины дефекта, а величину условной высоты вычисляют по разнице интервалов времени между зондирующим и эхо-импульсом при край­них положениях искателя, между которыми измеряли условную шири­ну Л. г. Допустимые дефекты, выявленные при УЗК, определяются со­ответствующими правилами контроля, а их характер, величина и количество диктуются ответственностью данной конструкции и усло­виями ее эксплуатации.

Ультразвуковая дефектоскопия широко применяется для сварных соединений разного рода конструкций из низкоуглеродистых и низко­легированных сталей в толщинах вплоть до 500 мм. Очень часто, для контроля особо ответственных конструкций (корпуса подводных ло­док), одновременно с этим с [[особом применяется рентгеногаммагра- фпя, что объясняется необходимостью полного выявления дефектов сварных швов.

Считается, что высокая степень достоверности ультразвуковой де­фектоскопии может быть достигнута путем автоматизации всего про­цесса контроля. В этом случае, наряду с механизацией сканирования, установки для контроля фиксируют его результаты с их автоматизиро­ванной оценкой.