Ультразвуковой дефектоскоп что это такое
Ультразвуковой дефектоскоп: как устроен, какими функциями обладает и как не ошибиться с выбором
Импульсный ультразвуковой дефектоскоп – это прибор, предназначенный для акустического контроля сварных соединений, наплавок, поковок, основного металла, листового, фасонного проката и иных материалов на предмет несплошностей и неоднородностей. Это основная единица аппаратуры для активного метода УЗК – ручного, механизированного и автоматизированного. Именно от дефектоскопа зависит производительность, чувствительность, точность и достоверность контроля. В классическом понимании под ним подразумевается электронный блок, работающий с пьезоэлектрическими преобразователями, сканерами и иными вспомогательными и регистрирующими устройствами.
В учебной литературе принято делить ультразвуковые дефектоскопы на аналоговые и цифровые. Первые сегодня встречаются крайне редко – это морально устаревшая аппаратура. С ней операторам приходилось вручную производить многочисленные расчёты, например, для определения эквивалентной площади дефектов. Прозвучивание и обработка результатов занимала слишком много времени. Тем не менее, среди «ветеранов» отечественной УЗ-дефектоскопии по-прежнему в почёту легендарный УД2-12 («Рыжик»), USK-7S и др. В сегодняшнем мире приборы построены на цифровых технологиях и оснащаются микропроцессором, дисплеем, энергонезависимой памятью. Подробная информация об их технических возможностях доступна ниже, ну а пока – попробуем разобраться с принципиальной архитектурой приборов для акустического НК.
Устройство современных ультразвуковых дефектоскопов
Пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП)
Типы развёрток
В ультразвуковых дефектоскопах с поддержкой фазированных решёток и TOFD встречается также S-скан. Речь идёт о так называемом секторном сканировании, при котором апертуры остаются постоянными, а отклонение луча происходит последовательно под разными углами. Главная особенность S-сканов в том, что они позволяют получить динамическое изображение в режиме реального времени по мере движения преобразователя. Технология очень эффективна для визуализации дефектов, включая беспорядочно ориентированные.
Говоря об ультразвуковых дефектоскопах с поддержкой фазированных решёток, нельзя также не упомянуть про L-скан. Это результат линейного сканирования, когда изображение формируется в виде параллелограмма за счёт пучков, сгенерированных разными активными элементами кристалла. Угол ввода при этом постоянен.
Наконец, существуют ещё Т-сканы, 2D- и 3D-визуализация, мульти-сканы и т.д. Данному вопросу нужно не только посвятить отдельную статью, но и периодически её обновлять, поскольку современные приборы, «обрастая» мощными вычислительными возможностями и цветными дисплеями высокой чёткости, постоянно совершенствуются.
Как выбрать ультразвуковой дефектоскоп
И последнее по данному параграфу. Важно понимать, что ни один ультразвуковой дефектоскоп – не вечен. Поэтому, присматриваясь к той или иной модели, оцените ещё и производителя, который её выпустил. В каком объёме и на каких условиях предоставляется техподдержка? Где находится сервисная служба? Как быстро производится гарантийный и послегарантийный ремонт? Нет ли перебоев с поставкой запчастей? Насколько доступна их стоимость? Занимаются ли аппаратурой данной марки другие сервисные центры? Акустический прибор – та вещь в лаборатории, которая будет применяться едва ли не каждый день. Важно быть готовым к быстрому и качественному устранению поломок и повреждений.
Функционал цифровых ультразвуковых дефектоскопов
Ультразвуковые дефектоскопы с поддержкой фазированных решёток и TOFD умеют много больше этого. В частности, речь идёт о реализации различных фокальных законов (набора переменных параметров канала – мощности, амплитуды, длительности зондирующего импульса, задержки, длительности развёртки и других). Множество инструментов предусмотрено для управления эффективной площадью излучения, его направленностью. В зависимости от типа прибора оператор может использовать 16-, 32-, 64- или даже 128-элементные датчики. Это, а также возможность генерации пучка точно в зоне несплошности многократно повышает производительность и точность контроля.
Если резюмировать, то современный ультразвуковой дефектоскоп – мощный инструмент для неразрушающего акустического контроля. Благодаря передовым секторному сканированию, дифракционно-временному методу (вышеупомянутый TOFD), новейшим цифровым технологиям приборостроения УЗК в последнее время всё чаще рассматривается в качестве полноценной альтернативы рентгену. При этом, несмотря на мощный функционал, акустические приборы становятся проще в работе – благодаря сохранению типовых настроек, интерактивным подсказкам, текстовым заметкам и другим полезным «фишкам» ПО.
Обучение работе с ультразвуковым дефектоскопом
«Набивать руку» желательно под присмотром опытного наставника. По мере проведения контроля разных объектов из разных материалов вы станете лучше разбираться в ПО, выработаете «короткие пути» до нужных настроек и функций, привыкнете к цветовой гамме развёрток, научитесь правильно сохранять и обрабатывать результаты.
Для лучшего понимания принципа работы ультразвукового дефектоскопа рекомендуем также побольше читать учебной и научно-технической литературы. В особенности это касается «классики жанра» – трудов В.Г. Щербинского, И.Н. Ермолова, А.К. Гурвича, Е.Ф. Кретова, В.А. Троицкого, В.Ю. Попова, Ю.В. Ланге и других авторитетных авторов. Свои учебные пособия есть в разных институтах и аттестационных центрах. Например, многие специалисты УЗК высоко отзываются о материалах, которые готовят для своих студентов преподаватели Томского политехнического университета, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ПГУПС и т.д.
Помимо книг, пособий и справочников, нужно внимательно изучать руководящую документацию, и в особенности технологические карты, по которым предстоит работать. В грамотно составленной техкарте содержатся подробные указания по настройке ультразвукового дефектоскопа, выбору ПЭП, схемы прозвучивания, измерению характеристик дефектов и т.д. Уверенное знание нормативно-технической документации – это вообще ключ к успеху в профессии дефектоскописта, к слову сказать.
Наконец, если при работе с акустическим приборов возникают какие-либо трудности, вы всегда можете обратиться за советом к старшим товарищам. Сделать это можно на форуме «Дефектоскопист.ру». На нашем сайте зарегистрированы тысячи специалистов УЗК всех квалификационных уровней, I–III, а также преподаватели, представители фирм-производителей аппаратуры, сервисных центров и пр. В разделе «Ультразвуковой контроль» можно получить информацию практически по любым вопросам, связанным с подбором, эксплуатацией, метрологическим и техническим обслуживанием ультразвуковых дефектоскопов.
Где купить ультразвуковой дефектоскоп
Среди приборов для акустического контроля очень жёсткая конкуренция. Чтобы подобрать и приобрести хороший прибор для УЗК, вы можете обратиться к партнёрам форума «Дефектоскопист.ру».
Ультразвуковая дефектоскопия
Содержание
Ультразвукова́я дефектоскопи́я — метод основанный С.Я. Соколовым, позволяющий осуществлять поиск дефектов в материале изделия путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, отраженных от внутренних несплошностей (дефектов), и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и других характеристик с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа. Является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля.
Принцип работы
Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале. Отражение акустических волн происходит от раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела сред. Так как включения в металле часто содержат воздух, имеющий на несколько порядков большее удельное акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически полное.
Разрешающая способность акустического исследования определяется длиной используемой звуковой волны. Это ограничение накладывается тем фактом, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, волна от него практически не отражается. Это определяет использование высокочастотных колебаний — ультразвука. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растет их затухание, что ограничивает доступную глубину контроля. Для контроля металла наиболее часто используются частоты от 0.5 до 10 МГц.
Возбуждение и прием ультразвука
Существует несколько методов возбуждения ультразвуковых волн в исследуемом объекте. Наиболее распространенным является использование пьезоэлектрического эффекта. В этом случае излучение ультразвука производится с помощью преобразователя, который преобразует электрические колебания в акустические с помощью обратного пьезоэлектрического эффекта. Отраженные сигналы попавшие на пьезопластину из-за прямого пьезоэлектрического эффекта преобразуются в электрические, которые и регистрируются измерительными цепями.
Также используются электромагнитно-акустический (ЭМА) метод, основанный на приложении сильных переменных магнитных полей к металлу. КПД этого метода гораздо ниже, чем у пьезоэлектрического, но зато может работать через воздушный зазор и не предъявляет особых требований к качеству поверхности.
Классификация методов исследования
Активные
Активные методы контроля подразумевают под собой излучение и приём акустических волн.
Отражения
Прохождения
Методы прохождения подразумевают под собой наблюдение за изменением параметров ультразвуковых колебаний, прошедших через объект контроля, так называемых сквозных колебаний. Изначально для контроля применялось непрерывное излучение, а изменение его амплитуды сквозных колебаний расценивалось как наличие дефекта в контролируемом объекте, так называемой звуковой тени. Отсюда появилось название теневой метод. Со временем непрерывное излучение сменилось импульсным, а к фиксируемым параметрам помимо амплитуды добавились также фаза, спектр и время прихода импульса и появились другие методы прохождения. Термин теневой потерял свой первоначальный смысл и стал означать один из методов прохождения. В англоязычной литературе метод прохождения называется through transmission technique или through transmission method, что полностью соответствует его российскому названию. Термин теневой в англоязычной литературе не применяется.
Собственных колебаний
Вынужденных колебаний
Свободных колебаний
Импендансные
Пассивные
Пассивные методы контроля заключаются в приёме волн, источником которых является сам объект контроля.
Современные дефектоскопы точно замеряют время, прошедшее от момента излучения до приёма эхо-сигнала, тем самым измеряя расстояние до отражателя. Это позволяет добиться высокого лучевого разрешения исследования. Компьютеризированные системы позволяют провести анализ большого числа импульсов и получить трёхмерную визуализацию отражателей в металле.
Преимущества
Ультразвуковое исследование не разрушает и не повреждает исследуемый образец, что является его главным преимуществом. Возможно проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов. Кроме того можно выделить высокую скорость исследования при низкой стоимости и опасности для человека (по сравнению с рентгеновской дефектоскопией) и высокую мобильность ультразвукового дефектоскопа.
Недостатки
Использование пъезоэлектрических преобразователей требует подготовки поверхности для ввода ультразвука в металл, в частности создания шероховатости поверхности не ниже класса 5, в случае со сварными соединениям ещё и направления шероховатости (перпендикулярно шву). Ввиду большого акустического сопротивления воздуха, малейший воздушный зазор может стать неодолимой преградой для ультразвуковых колебаний. Для устранения воздушного зазора, на контролируемый участок изделия предварительно наносят контактные жидкости, такие как вода, масло, клейстер. При контроле вертикальных или сильно наклоненных поверхностей необходимо применять густые контактные жидкости с целью предотвращения их быстрого стекания.
Как правило ультразвуковая дефектоскопия не может дать ответ на вопрос о реальных размерах дефекта, лишь о его отражательной способности в направлении приемника. Эти величины коррелируют, но не для всех типов дефектов. Кроме того, некоторые дефекты практически невозможно выявить ультразвуковым методом в силу их характера, формы или расположения в объекте контроля.
Практически невозможно производить достоверный ультразвуковой контроль металлов с крупнозернистой структурой, таких как чугун или аустенитный сварной шов (толщиной свыше 60 мм) [1] [2] из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука. Кроме того, затруднителен контроль малых деталей или деталей со сложной формой.
Применение
Применяется для поиска дефектов материала (поры, волосовины, различные включения, неоднородная структура и пр.) и контроля качества проведения работ — сварка, пайка, склейка и пр. Ультразвуковой контроль является обязательной процедурой при изготовлении и эксплуатации многих ответственных изделий, таких как части авиационных двигателей, трубопроводы атомных реакторов или железнодорожные рельсы.
Ультразвуковой контроль сварных швов
Многие ведомственные документы подразумевают обязательный ультразвуковой контроль сварных швов, либо альтернативный выбор ультразвукового или радиационного контроля, либо контроль обоими методами.
Основным документом в России по ультразвуковому контролю сварных швов является ГОСТ 14782-86, в котором рассмотрены в полном объёме методы контроля стыковых, тавровых, нахлесточных и угловых сварных швов, выполненных различными способами сварки. Также в нём подробно описаны стандартные образцы (эталоны) СО-1, СО-2 (СО-2А), СО-3 и СО-4 и стандартные образцы предприятия, необходимые для настройки дефектоскопа, а также их параметры для их изготовления.
Объёмы контроля и нормы оценки качества сварного соединения устанавливаются различными нормативными документами в соответствии с требованиями прочности к конкретной сварной конструкции. На предприятиях, изготавливающих особо ответственные изделия, а также различными надзорными органами могут выпускаться собственные методические материалы для оценки качества сварных швов. Примером может служить РД РОСЭК-001-96, разработанный Ростехнадзором для оценки качества сварных соединений для грузоподъёмных машин.
Ультразвуковые дефектоскопы: основные виды, производители, рекомендуемые модели
Ультразвуковой дефектоскоп: виды, область применения, принцип работы
Ультразвуковые дефектоскопы представляют собой небольшие, портативные микропроцессорные приборы, генерирующие и отображающие ультразвуковой сигнал, который интерпретируется оператором (дефектоскопист) с помощью программного обеспечения для анализа, определения и классификации дефектов в образцах.
Виды ультразвуковых дефектоскопов
Механические колебания распространяются в упругом «теле» и делятся на:
Дефектоскопы ультразвуковые выпускаются двух видов:
Многоканальный ультразвуковой дефектоскоп отличается от одноканального тем, что позволяет подключить к дефектоскопу сканер с несколькими ультразвуковыми пьезоэлектрическими преобразователями (УЗ ПЭП) и сделать ультразвуковое исследование (УЗК) большей площади материала за один цикл работы и способен регистрировать(документировать) весь процесс контроля.
Область применения
Ультразвуковая дефектоскопия полностью неразрушающий и безопасный метод контроля, поэтому применение ультразвуковых дефектоскопов хорошо зарекомендовало себя в основных производственных, технологических и сервисных отраслях, особенно в области сварных швов для контроля качества сварки и конструкционных металлов.
Ультразвуковые дефектоскопы применяется в сферах:
Ультразвуковой дефектоскоп: принцип работы
В основе принципов работы ультразвукового дефектоскопа лежит ультразвуковой контроль (УЗК), которое использует высокочастотную звуковую энергию для проведения исследований и измерений.
Законы физики, которые регулируют распространение звуковых волн через твердые материалы, используются для обнаружения скрытых трещин, пустот, пористости и других внутренних несплошностей в металлах, композитах, пластмассах и керамике. Высокочастотные звуковые волны отражают от дефектов материала предсказуемым образом, производя отличительные эхо-сигналы, которые отображаются и записываются портативными приборами.
Как осуществляется контроль ультразвуком?
Типичная система ультразвуковой дефектоскопии состоит из нескольких функциональных блоков, таких как генератор, приемник, преобразователь и устройство регистрации и индикации сигналов.
Генератор представляет собой электронное устройство, которое может создавать электрические импульсы. Сигнал по кабелю передаётся на ультразвуковой преобразователь (УЗ ПЭП) и, попадая на пьезоэлемент, преобразуется в механические колебания, т.е. происходит прямое преобразование.
Преимущества ультразвукового контроля и приборов дефектоскопии
Как работает ультразвуковой дефектоскоп для контроля сварных соединений?
Для контроля сварных соединений с помощью дефектоскопии используются поперечные и продольные ультразвуковые волны. Скорость ультразвуковых волн зависит от свойств материала или среды, в которых они распространяются.Ультразвуковая волна несет определенное количество энергии вдоль направления ее распространения, которое характеризуется интенсивностью ультразвука. Чем длиннее ультразвуковая волна распространяется, тем меньше интенсивность. Длина пути, пройденного волной, может быть измерена величиной коэффициента затухания.
Таким образом, высокочастотный генератор прибора посылает импульс пьезоэлектрическому элементу, который выдает ультразвуковые колебания, отражающиеся от дефекта, или противоположной поверхности, падает на другой пьезоэлектрический элемент, который подвергается воздействию этих колебаний и посылает электрический импульс на вход прибора. После обработки полученного сигнала информация отображается на экране устройства и оператор благодаря ультразвуковому дефектоскопу может сделать вывод о качестве сварного шва.
Типы проводимых испытаний
Контроль с помощью прямых преобразователей (П111, П112)
Испытания с прямым лучом обычно используются для обнаружения трещин или расслоений, параллельных поверхности испытуемого элемента, а также пустот и пористости, таких как пластины, стержни, части ковки, отливки и т. д.
Как и все другие методы ультразвуковой дефектоскопии, контроль с помощью прямых преобразователей использует основной принцип, согласно которому волна, проходящая через среду, будет продолжать распространяться до тех пор, пока она не рассеется или не отразится от границы с другим материалом (или от поверхности), таким как воздух или разрыв, создаваемый трещиной или аналогичным разрывом.
В этом типе дефектоскопии оператор обеспечивает плотный акустический контакт преобразователя с образцом и идентифицирует сигнал, возвращающийся с дальней стенки, а также любые фиксированные отражения, происходящие из геометрических структур, таких как канавки или фланцы.
Контроль с помощью наклонных преобразователей (П121, П122)
Хотя методы прямого луча могут быть очень эффективными при поиске дефектов, они часто не эффективны при тестировании сварных швов, где несплошности обычно не ориентированы параллельно поверхности детали. Комбинация геометрии сварного шва, ориентация дефектов и наличие шва требуют осмотра со стороны сварного шва с использованием наклонного преобразователя.
Эти испытания на сегодняшний день являются наиболее часто используемым методом ультразвуковой дефектоскопии. Наклонные УЗ ПЭП (П121-5-70) состоят из призмы и пьезоэлемента, которые встроены в один корпус. Они используют принцип преломления и преобразования звуковых волн на границе для получения преломленных сдвиговых или продольных волн в образце.
Дефекты, которые точно фиксирует ультразвуковой дефектоскоп
Одним из наиболее распространенных методов выявления дефектов является ультразвуковой контроль, при котором звуковые волны, распространяемые через материал, используются для идентификации таких дефектов. Ультразвук ведет себя предсказуемо при взаимодействии с поверхностями и внутренними дефектами.
Наиболее распространенными несплошностями, которые может выявить ультразвуковой дефектоскоп являются:
Основные производители и популярные модели дефектоскопов
На Российском рынке существует большой выбор приборов ультразвукового контроля, которые различаются между собой как по параметрам, функциональным возможностям так и по цене. В таблице представлены характеристики некоторых популярных моделей ультразвуковых дефектоскопов.
Ультразвуковой дефектоскоп: цена, доставка
В каталоге нашего интернет-магазина представлен большой модельный ряд ультразвуковых дефектоскопов, которые вы можете купить по самым выгодным ценам. Наши менеджеры всегда готовы проконсультировать Вас по каждой модели прибора и помочь подобрать модель, наиболее подходящую под ваши задачи.
Любой дефектоскоп можно легко купить, оформив заказ на сайте или позвонив по телефонам, указанным в разделе контакты. Доставка приборов осуществляется прямо в ваш офис, курьером по городу (из рук в руки), транспортными компаниями в любой регион России. Так же Вы можете купить дефектоскоп обратившись непосредственно к нам в офис, где представлены все образцы продукции.