Контроль качества сварных соединений

РТ-3, РТ-4 – для алюминиевых сплавов и черных металлов небольшой толщины;

РТ-5 – для выявления незначительных дефектов. Ориентировочный выбор радиографической пленки целесообразно

проводить по номограммам (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Номограмма для выбора пленки:

I– РТ-5, РТ-4; II – РТ-1, РТ-3; III – РТ-2

3.Определение оптимальных режимов просвечивания вклю-

чает в себя: схему просвечивания, фокусное расстояние, экспозицию. Схемы контроля стыковых (ГОСТ 7412–82) представлены на рис. 4.13. При выборе схемы просвечивания необходимо помнить, что непровары и трещины могут быть выявлены в том случае, если плос-

кости их раскрытия близки к направлению просвечивания (0–10 °), а раскрытие их не менее 0,05 мм.

После выбора схемы просвечивания усиливают длину фокусного расстояния и время экспозиции. Фокусное расстояние рассчитывают в зависимости от схемы просвечивания, толщины металла и размеров контролируемого участка сварного соединения в соответствии с рекомендуемыми ГОСТ 7512–82. На практике при рентгенографии фокусное расстояние при свободном доступе к контролируемому объекту устанавливают в пределах 500–1000 мм. Время экспозиции (выдержка) при использовании рентгеновского излучения прямо пропорционально квадрату фокусного расстояния иобратно пропорциональночувствительностирент-

81

расположение выявленных внутренних дефектов. Кассеты и пленки маркируют втомже порядке, что исоответствующие участки контроля.

5.Просвечивание объекта. После выполнения перечисленных операций и обеспечения безопасных условий работы приступают к просвечиванию изделия. Источник излучения устанавливают таким образом, чтобы во время просвечивания он не мог вибрировать или сдвинуться с места, иначе изображение на пленке окажется размытым. По истечении времени просвечивания кассеты с пленкой снимают и экспонированную пленку подвергают фотообработке.

6.Фотообработкаснимковвключаетвсебяследующиеоперации:

– проявление;

– промежуточная промывка;

– фиксирование;

– промывка;

– сушка пленки.

7.Расшифровка снимков. Задача расшифровщика состоит в выявлении дефектов, установлении их видов и размеров.

При измерении размеров изображения дефектов до 1,5 мм применяют измерительные лупы; свыше 1,5 мм – прозрачную линейку.

При расшифровке дефектов необходимо отличать дефекты, вызванные плохим качеством пленки или неправильным обращением с нею

впроцессе фотообработки, от дефектов контролируемого материала. Оценка качества изделия проводится по одному снимку, если он

отвечает следующим требованиям:

–на рентгенограмме должно быть четко видно изображение сварного соединения с усилением шва по всей длине снимка;

–на снимке не должно быть пятен, царапин, отпечатков пальцев, подтековотплохой промывкипленки и неправильного обращения с ней;

–на снимке должны быть четко видны изображения эталонов.

В противном случае просвечивание проводят повторно.

8. Оформление результатов контроля. Результаты контроля за-

писывают, используя сокращенные обозначения дефектов: Т – трещина, Н – непровар, П – поры, Ш – шлаковые включения, В – вольфрамовые включения, ПД – подрез, СМ – смещение кромок, Р – разностенность, О – ослабление корня шва.

83

5. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Ультразвуковая дефектоскопия − это один из методов акустического неразрушающего контроля. Ультразвуковая дефектоскопия использует механические колебания упругой среды, частота которых лежит за порогом слышимости человеческого уха, т.е. выше 20 кГц.

Метод ультразвукового контроля основан на исследовании процесса распространения упругих колебаний с частотой 0,5−10 МГц

вконтролируемом изделии.

Спомощью ультразвукового контроля можно обнаружить внутренние микроскопические дефекты литья, сварки, поковки, структурные превращения в металлах, определить глубину их залегания, измерить их геометрические размеры.

К преимуществам ультразвукового контроля относятся:

–высокая чувствительность контроля, позволяющая выявить мелкие дефекты;

–большая разрешающая способность, позволяющая обнаруживать дефекты в крупных изделиях;

–практически мгновенная индикация дефектов, обеспечивающая автоматизацию контроля;

–возможность контроля при одностороннем доступе к изделию;

–простота и высокая производительность метода;

–возможность контроля изделий из различных материалов (металла, сплавов, пластмасс, композитов и т.п.);

–безопасность работы оператора.

К недостаткам ультразвукового контроля следует отнести:

–необходимость разработки специальных методик контроля отдельных типов деталей;

–требования высокой чистоты поверхности контролируемых изделий;

–наличие «мертвых зон», снижающих эффективность контроля.

5.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

Процесс распространения ультразвука в пространстве является волновым. Распространение упругой волны сопровождается образованием зон, вкоторых частицы находятсяводинаковом колебательном состоянии.

84

Граница, отделяющая колеблющиеся частицы среды от частиц, еще не начавших колебаться, называется фронтом волны. Линия, указывающая направление распространение волны, называется лучом.

Длина волны λ − это расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися одинаковым образом (в одинаковой фазе).

Колебания распространяются всреде сопределенной скоростью C. Частотой ультразвука f называют число волн, проходящих через

данную точку пространства в каждую секунду.

Длина волны λ связана со скоростью распространения C и частотой колебаний f соотношением λ = C f .

Скорость распространения волны определяется физическими свойствами среды, поэтому изменение длины ультразвуковой волны в любой среде может быть достигнуто только путем изменения частоты колебаний. Скорость распространения волн в различных материалах приведена в табл. 5.1.

Длина волны влияет на чувствительность ультразвукового контроля и может меняться с изменением частоты: чем больше частота, тем меньше длина волны и выше чувствительность ультразвукового контроля.

Вбесконечном (неограниченном) объеме могут возникать волны двух типов: продольные и поперечные (рис. 5.1).

Впродольной волне (волне сжатия) частицы среды колеблются

вдоль направления распространения волны (рис. 5.1, а). При этом в среде возникают и распространяются деформации сжатия. Продольные волны распространяются во всех видах сред: твердой, жидкой и газообразной.

85

Для металлов существует соотношение между скоростями распространения продольной и поперечной волн:

Cl ≈ 0,55Ct.

В твердых телах кроме продольных и поперечных волн могут быть возбуждены и распространяться волны других типов.

Вдоль свободной поверхности твердого тела могут распространяться поверхностные волны (рис. 5.1, в) − волны Рэлея. Они являются комбинацией продольных и поперечных колебаний, распространяемых вдоль свободной поверхности твердого тела. В поверхностной волне колебания частиц среды происходят по эллиптической траектории, при этом большая ось эллипса перпендикулярна поверхности. Скорость поверхностной волны в металлах составляет CR = 0,93Ct, а глубина распространения в среду составляет длину волны λ . Применение этих волн эффективно для обнаружения дефектов на поверхности (рисок, задиров, трещин и т.п.).

Если среда ограничена двумя поверхностями, расстояние между которыми соизмеримо с длиной волны, то в полученной пластине распространяются нормальные волны (волны Лэмба). В плакирующих слоях биметаллических листов могут распространяться поверхностные волны с горизонтальной поляризацией (волны Лява).

Пространство, в котором распространяются ультразвуковые волны, называется ультразвуковым (акустическим) полем. Поле в жидкостях и газах можно описать с помощью смещения частиц из положения равновесия, колебательной скорости этих частиц и акустического давления, создаваемого скоростью. В твердых телах акустическое поле имеет более сложный вид и описывается с помощью напряжений и деформаций.

По мере распространения ультразвуковой волны ее интенсивность падает. Ослабление интенсивности сферических волн связано с расхождением и затуханием колебаний, а плоских волн только с затуханием.

Снижение интенсивности ультразвука вследствие его затухания происходит по экспоненциальному закону

Jr = J0 exp (−2δr ) ,

где J r − интенсивность ультразвука на расстоянии r от места, где интенсивность равна J0 ; δ − коэффициент затухания, см–1 . Коэффициент за-

87

тухания складывается из коэффициентов поглощения δ п и рассеяния δ р, т.е. δ = δ п + δ р. При поглощении звуковая волна переходит в тепловую вследствие эффектов внутреннего трения неидеальных упругих свойств материала и других факторов. При рассеянии энергия волны остается звуковой, но уходит в сторону от направления распространения волны

врезультате отражений от неоднородностей среды.

Вгазах и жидкостях без примесей твердых частиц затухание целиком определяется поглощением. Затухание ультразвука в металлах определяется рассеянием волны в поликристаллической структуре, связанным с анизотропией кристаллов. Коэффициент затухания в металлах сильно зависит от соотношения среднего размера зерна Dз и длины волны ультразвука (рис. 5.2). Для дефектоскопии обычно применяют час-

с прием сигналов, рассеянных на кристаллах.

Рис. 5.2. Зависимостькоэффициентазатуханиязвукаотсоотношения длиныволныλ исреднегодиаметразернаDз металла: I − зона рэлеевского рассеяния; II − зонапоглощениязасчеттеплопроводности; III − зонадиффузионногорассеяния; IV − зонапоглощениязасчет вязкости(неупругогогистерезиса)

Зависимость коэффициента затухания от величины зерна используют для измерения величины зерна. При этом принимают диапазон длин волн от λ = (3…4) Dз до λ = (10…15) Dз. Коэффициенты затухания могут изменяться в зависимости от технологии сварки и режимов термической обработки. В сварных соединениях коэффициент затухания

88

максимален в зоне термического влияния и возрастает с увеличением частоты ультразвука.

Для ультразвуковых волн характерны все известные волновые явления – преломления, отражения, дифракции, интерференции, реверберации.

При попадании ультразвуковой волны на поверхность раздела двух сред в общем случае часть энергии проходит во вторую среду, а часть отражается в первую.

Если волна падает перпендикулярно к границе раздела двух сред, то проходящая и отраженная волны будут такого же типа, как и падающая. Распределение энергии между отраженной волной и падающей определяется соотношением удельных акустических сопротивлений сред.

При падении ультразвуковой волны на границе раздела сред под некоторым углом β волна из первой среды проходит во вторую без искажения только в том случае, если вторая среда аналогична первой по акустическим свойствам. В любых других случаях происходит отражение, преломление и трансформация (расщепление) волны.

В общем случае в полубезграничной твердой среде возникают еще четыре волны (рис. 5.3, а): две отраженные (продольная и поперечная, скорость которых соответственно Cl1 и Ct1) идве преломленные во второй среде (продольнаяипоперечная, скоростькоторыхсоответственноCl2 иCt2).

Углы отражения и преломления волн связаны с углом падения законом синусов (закон Снеллиуса):

sin β = sin βl = sin βt = sin αl = sin αt ,

где Cl1 и Ct1 − скорость распространения продольной и поперечной волн в первой среде; Cl2 и Ct2 − скорость распространения продольной и поперечной волн во второй среде; β − угол падения; β l и β t − углы отражения продольной и поперечной волн; αl и αt − углы преломления продольной и поперечной волн.

Углы, при которых исчезают те или иные типы волн в процессе преломления и отражения ультразвука, называются критическими.

По мере увеличения угла падения β (рис. 5.3, б), начиная с некоторого значения β кр1 (первый критический угол), исчезает преломленная продольная волна Cl2 (α l = 90°).

89