Hitsiliitosten ultraäänitestaus, testausmenetelmät ja -tekniikka

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Ei ole käytännössä yhtään toimialaa, jolla ei hitsata. Suurin osa metallirakenteista on asennettu ja yhdistetty toisiinsa hitsaussaumoilla. Tietenkin tämän tyyppisen työn laatu tulevaisuudessa ei riipu vain rakennuksen, rakenteen, koneen tai minkä tahansa rakennettavan yksikön luotettavuudesta, vaan myös ihmisten turvallisuudesta, jotka ovat jotenkin vuorovaikutuksessa näiden rakenteiden kanssa. Siksi tällaisten toimintojen asianmukaisen suorituskyvyn varmistamiseksi käytetään hitsien ultraäänitestausta, jonka ansiosta on mahdollista havaita erilaisten vikojen olemassaolo tai puuttuminen metallituotteiden risteyksessä. Tätä edistynyttä ohjausmenetelmää käsitellään artikkelissamme.

Esiintymishistoria

Ultraäänivirheiden havaitseminen sellaisenaan kehitettiin 30-luvulla. Ensimmäinen todella toimiva laite syntyi kuitenkin vasta vuonna 1945 Sperry Productsin ansiosta. Seuraavien kahden vuosikymmenen aikana uusin ohjaustekniikka saavutti maailmanlaajuista tunnustusta, ja tällaisten laitteiden valmistajien määrä kasvoi dramaattisesti.

UltraääniVikailmaisin, jonka hinta alkaa nykyään 100 000 - 130 000 tuhatta ruplaa, sisälsi alun perin tyhjiöputkia. Tällaiset laitteet olivat tilaa vieviä ja raskaita. Ne toimivat yksinomaan AC-virtalähteistä. Mutta jo 60-luvulla puolijohdepiirien myötä vikailmaisimien koko pieneni huomattavasti ja ne pystyivät toimimaan paristoilla, mikä lopulta mahdollisti laitteiden käytön myös kenttäolosuhteissa.

Astu digitaaliseen todellisuuteen

Kuvaillut instrumentit käyttivät alkuvaiheessa analogista signaalinkäsittelyä, minkä vuoksi ne, kuten monet muut vastaavat laitteet, olivat alttiina ryömimiselle kalibrointihetkellä. Mutta jo vuonna 1984 Panametrics toi markkinoille ensimmäisen kannettavan digitaalisen vianilmaisimen nimeltä EPOCH 2002. Siitä hetkestä lähtien digitaalisista yksiköistä on tullut erittäin luotettavia laitteita, jotka tarjoavat ihanteellisesti tarvittavan kalibroinnin ja mittausvakauden. Ultraäänivirheentunnistin, jonka hinta riippuu suoraan sen teknisistä ominaisuuksista ja valmistajan merkistä, sai myös tiedonkeruutoiminnon ja mahdollisuuden siirtää lukemat henkilökohtaiseen tietokoneeseen.

Nykypäivän ympäristössä on yhä enemmän kiinnostusta vaiheistettuihin matriisijärjestelmiin, jotka käyttävät monielementtisiin pietsosähköisiin elementteihin perustuvaa kehittynyttä tekniikkaa suunnattujen säteiden ja poikkileikkauskuvien luomiseen, jotka ovat samanlaisia kuin lääketieteellisen ultraäänikuvauksen.

Pyöräsovellukset

Ultraääniohjausmenetelmää käytetään kaikilla toimialoilla. Sen käyttö on osoittanut, että sillä voidaan yhtä tehokkaasti testata lähes kaikentyyppisiä rakentamisen hitsausliitoksia, joissa hitsatun perusmetallin paksuus on yli 4 millimetriä. Lisäksi menetelmää käytetään aktiivisesti kaasu- ja öljyputkien, erilaisten hydrauli- ja vesijärjestelmien liitoksien tarkistamiseen. Ja esimerkiksi sähkökuonahitsauksen tuloksena saatujen paksujen saumojen tarkastuksessa ultraäänivirheiden havaitseminen on ainoa hyväksyttävä tarkastusmenetelmä.

Lopullinen päätös osan tai hitsin käyttökelpoisuudesta tehdään kolmen perusindikaattorin (kriteerin) perusteella - amplitudi, koordinaatit, ehdolliset mitat.

Yleensä ultraäänitestaus on juuri se menetelmä, joka on kuvantamisen kann alta hedelmällisin sauman tutkimisen yhteydessä (yksityiskohta).

Syyt kysyntään

Kuvattu ultraäänitarkastusmenetelmä on hyvä siinä mielessä, että sillä on paljon suurempi herkkyys ja merkkien luotettavuus halkeamien muodossa olevien vikojen havaitsemisessa, alhaisemmat kustannukset ja korkea käyttöturvallisuus verrattuna klassiset röntgentutkimuksen menetelmät. Tähän mennessä hitsausliitosten ultraäänitestausta on käytetty 70-80 %:ssa tarkastustapauksista.

Ultraäänianturit

IlmanNäiden laitteiden käyttö tuhoamattomiin ultraäänitestauksiin on yksinkertaisesti mahdotonta ajatella. Laitteita käytetään herätteen tuottamiseen sekä ultraäänivärähtelyjen vastaanottamiseen.

Yksiköt ovat erilaisia ja luokitellaan:

• Tapa luoda kontakti testikohteeseen.
• Menetelmä pietsosähköisten elementtien liittämiseksi itse vianilmaisimen sähköpiiriin ja elektrodin siirtyminen pietsosähköiseen elementtiin nähden.
• Akustiikan suuntaus suhteessa pintaan.
• Pietsoelementtien lukumäärä (yksi, kaksi, monielementti).
• Toimintataajuuksien kaistanleveys (kapeakaista - vähemmän kuin yksi oktaavin kaistanleveys, laajakaista - enemmän kuin yksi oktaavin kaistanleveys).

Vikojen mitattavissa olevat ominaisuudet

GOST hallitsee kaikkea tekniikan ja teollisuuden maailmassa. Ultraäänitestaus (GOST 14782-86) ei myöskään ole poikkeus tässä asiassa. Standardi määrittelee, että viat mitataan seuraavilla parametreilla:

• Vastaava vika-alue.
• Kaikusignaalin amplitudi, joka määritetään ottaen huomioon etäisyys vikaan.
• Vian koordinaatit hitsauskohdassa.
• Perinteiset koot.
• Ehdollinen etäisyys vikojen välillä.
• Vikojen määrä valitussa hitsin tai liitoksen pituudessa.

Vianilmaisimen toiminta

Tuhoamattomalla testauksella, joka on ultraääni, on oma käyttötapansa, jonka mukaan tärkein mitattu parametri on saadun kaikusignaalin amplitudisuoraan viasta. Kaikusignaalien erottamiseksi amplitudin mukaan ns. hylkäysherkkyystaso on kiinteä. Tämä puolestaan määritetään yrityksen standardimallin (SOP) avulla.

Vianilmaisimen toiminnan alkaessa sen säätö tapahtuu. Tätä varten asetetaan hylkäysherkkyys. Sen jälkeen käynnissä olevien ultraäänitutkimusten aikana havaitusta viasta saatua kaikusignaalia verrataan kiinteään hylkäystasoon. Jos mitattu amplitudi ylittää hylkäystason, asiantuntijat päättävät, että tällaista vikaa ei voida hyväksyä. Sitten sauma tai tuote hylätään ja lähetetään tarkistettavaksi.

Hitsattujen pintojen yleisimmät viat ovat: sulamisen puute, epätäydellinen tunkeutuminen, halkeilu, huokoisuus, kuonasulkeumat. Juuri nämä rikkomukset havaitaan tehokkaasti virheiden havaitsemisella ultraäänellä.

Ultraääniasetukset

Tarkastusprosessi on ajan mittaan kehittänyt useita tehokkaita menetelmiä hitsien tarkastamiseen. Ultraäänitestaus tarjoaa melko suuren määrän vaihtoehtoja tarkasteltujen metallirakenteiden akustiseen tutkimukseen, mutta suosituimpia ovat:

• Echo-menetelmä.
• Varjo.
• Peilivarjo -menetelmä.
• Echo Mirror.
• Delta-menetelmä.

Menetelmä numero yksi

Teollisuudessa ja rautatieliikenteessä käytetään useimmiten kaikupulssimenetelmää. Hänen ansiostaan yli 90 % kaikista vioista diagnosoidaan, mikä tulee mahdolliseksi melkein kaikkien vian pinn alta heijastuneiden signaalien rekisteröinnin ja analysoinnin ansiosta.

Tämä menetelmä itsessään perustuu metallituotteen luotaukseen ultraäänivärähtelypulsseilla, jota seuraa niiden rekisteröinti.

Menetelmän edut ovat:

- mahdollisuus päästä tuotteeseen yksisuuntaisesti;

- melko korkea herkkyys sisäisille vioille;

- suurin tarkkuus määritettäessä havaitun vian koordinaatit.

On kuitenkin myös haittoja, kuten:

- alhainen kestävyys pintaheijastimien häiriöille;

- signaalin amplitudin voimakas riippuvuus vian sijainnista.

Kuvattu vian havaitseminen tarkoittaa, että etsijä lähettää tuotteelle ultraäänipulsseja. Vastaussignaalin vastaanottaa hän tai toinen etsijä. Tällöin signaali voi heijastua sekä suoraan vioista että osan, tuotteen (sauman) vastakkaiselta pinn alta.

Varjomenetelmä

Se perustuu lähettimestä vastaanottimeen välittyvien ultraäänivärähtelyjen amplitudin yksityiskohtaiseen analyysiin. Jos tämä indikaattori laskee, tämä osoittaa vian olemassaolon. Tässä tapauksessa mitä suurempi itse vian koko on, sitä pienempi on vastaanottimen vastaanottaman signaalin amplitudi. Luotettavan tiedon saamiseksi lähetin ja vastaanotin tulee sijoittaa koaksiaalisesti vastakkaisille puolilletutkittava kohde. Tämän tekniikan haittoina voidaan pitää alhaista herkkyyttä kaikumenetelmään verrattuna ja vaikeutta orientoida PET:itä (pietsosähköisiä muuntimia) suhteessa säteilykuvion keskisäteisiin. On kuitenkin myös etuja, joita ovat korkea kestävyys häiriöille, signaalin amplitudin alhainen riippuvuus vian sijainnista ja kuolleen alueen puuttuminen.

Peilivarjomenetelmä

Tätä ultraäänilaadunvalvontaa käytetään yleisimmin hitsattujen raudoitusliitosten tarkastamiseen. Pääasiallinen merkki siitä, että vika on havaittu, on signaalin amplitudin heikkeneminen, joka heijastuu vastakkaisesta pinnasta (jota useimmiten kutsutaan pohjaksi). Menetelmän tärkein etu on erilaisten vikojen selkeä havaitseminen, joiden sijoittuminen on hitsin juuri. Lisäksi menetelmälle on ominaista mahdollisuus päästä yksipuolisesti saumaan tai osaan.

Kaikupeilimenetelmä

Tehokkain tapa havaita pystysuuntaiset viat. Tarkastus suoritetaan kahdella anturilla, jotka siirretään pitkin pintaa lähellä saumaa sen toisella puolella. Samalla niiden liike suoritetaan siten, että se kiinnittää yhden anturin signaalin, joka on lähetetty toisesta anturin ja heijastuu kahdesti olemassa olevasta viasta.

Menetelmän tärkein etu: sillä voidaan arvioida vikojen muotoa, joiden koko on yli 3 mm ja jotka poikkeavat pystytasossa yli 10 astetta. Tärkein -käytä antureita, joilla on sama herkkyys. Tätä ultraäänitutkimuksen versiota käytetään aktiivisesti paksuseinäisten tuotteiden ja niiden hitsien tarkistamiseen.

Delta-menetelmä

Määritellyssä hitsisaumojen ultraäänitestauksessa käytetään vian uudelleensäteilyttämää ultraäänienergiaa. Vikaan tuleva poikittaisa alto heijastuu osittain peilimäisesti, muuttuu osittain pitkittäiseksi ja myös säteilee uudelleen taipuneen aallon. Tämän seurauksena vaaditut PET-aallot siepataan. Menetelmän haittapuolena voidaan pitää sauman puhdistamista, vastaanotettujen signaalien salauksen melko suurta monimutkaisuutta 15 millimetrin paksuisten hitsausliitosten ohjauksen aikana.

Ultraäänen edut ja sen käytön hienoudet

Hitsisaumojen tutkiminen korkeataajuisella äänellä on itse asiassa ainetta rikkomatonta testausta, koska tällä menetelmällä ei pystytä aiheuttamaan vaurioita tuotteen tutkittavalle osalle, mutta samalla se määrittää melko tarkasti vikojen läsnäolo. Erityistä huomiota ansaitsee myös suoritetun työn alhaiset kustannukset ja niiden nopea suoritus. On myös tärkeää, että menetelmä on täysin turvallinen ihmisten terveydelle. Kaikki ultraääneen perustuvat metallien ja hitsien tutkimukset suoritetaan 0,5 MHz - 10 MHz alueella. Joissakin tapauksissa on mahdollista suorittaa töitä ultraäänia altojen avulla, joiden taajuus on 20 MHz.

Hitsiliitoksen ultraäänianalyysiin on välttämättä liitettävä kokonaisuusvalmistelevat toimenpiteet, kuten sauman tai tutkittavan pinnan puhdistus, erityisten kosketusnesteiden levittäminen valvotulle alueelle (erikoisgeelit, glyseriini, koneöljy). Kaikki tämä tehdään oikean vakaan akustisen kosketuksen varmistamiseksi, mikä lopulta antaa tarvittavan kuvan laitteesta.

Käyttökelvoton ja haitat

Ultraäänitestausta on ehdottoman järjetöntä käyttää karkearakeisten metallien hitsausliitosten tutkimiseen (esimerkiksi valurauta tai austeniittiset hitsit, joiden paksuus on yli 60 millimetriä). Ja kaikki siksi, että tällaisissa tapauksissa ultraäänen hajonta ja voimakas vaimennus on riittävän suuri.

Ei myöskään ole mahdollista yksiselitteisesti ja täysin luonnehtia havaittua vikaa (volframisulkeuma, kuonasulkeuma jne.).