СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ СТЫКОВЫХ СВАРНЫХ ШВОВ
METHOD OF ULTRASOUND CONTROL OVER BUTT-WELDED SEAMS

Изобретение относится к области ультразвукового контроля качества сварных швов, в частности к контролю тонких сварных швов с ограниченной шириной поверхности ввода ультразвуковых колебаний вдоль швов, и может найти широкое применение в машиностроении и других отраслях промышленности.
Известен способ ультразвукового сканирования для получения информации о качестве сварного шва по всей его толщине [1], включающий преобразование электрических сигналов в акустическую энергию и обратно акустической энергии в электрические сигналы, электронное сканирование ультразвукового луча с помощью фазированных решеток по толщине сварного шва, прием отраженных ультразвуковых сигналов от дефектов и преобразование их в электрические, по которым формируется изображение внутренних дефектов сварного шва по всей его толщине, осуществляется компьютерный анализ выявленных дефектов, определяется их величина и положение дефектов в сварном шве по трем координатам.
Однако способ обладает рядом недостатков:
- для реализации способа требуется сложная, дорогостоящая дефектоскопическая аппаратура и оборудование;
- для реализации способа и для работы с аппаратурой требуются высококвалифицированные специалисты;
- фазированные решетки для реализации способа не могут использоваться при ограничении по ширине поверхностей ввода-приема ультразвуковых колебаний вдоль сварного шва;
- способ не обеспечивает качества ультразвукового контроля тонких сварных швов.
Известен также способ ультразвукового контроля [2] для определения диаметра сферических и цилиндрических дефектов с помощью сдвиговых ультразвуковых волн, заключающийся в том, что излучают ультразвуковую волну в направлении дефекта, принимают и анализируют отраженный от него сигнал, измеряют интервал времени Δt между импульсом, отраженным от дефекта, и импульсом, полученным за счет сгибания дефекта ультразвуковой волной при ее двукратной трансформации на поверхности дефекта, и диаметр дефекта определяют по формуле
где  - отношение скорости рэлеевской волны к скорости сдвиговой волны;
Δt - временной интервал между импульсами.
Указанный способ для определения диаметра сферических и цилиндрических дефектов по сравнению с предыдущим способом для получения информации о качестве сварного шва по всей его толщине имеет явное преимущество в том, что не зависит от толщины контролируемого шва, не требует дорогостоящей дефектоскопической аппаратуры, прост в настройке аппаратуры.
Однако способ имеет и свои недостатки:
- предназначен только для определения диаметра (величины выявляемых сферических и цилиндрических дефектов;
- не определяет глубины залегания выявленных дефектов в сварных швах относительно поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний;
- не определяет минимальных расстояний между дефектами (типа пор) в их цепочках по толщине сварного шва.
Несмотря на имеющиеся недостатки, способ для определения диаметра сферических и цилиндрических дефектов является наиболее близким по своей реализации аналогом предлагаемого изобретения и поэтому принимается за прототип.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа ультразвукового контроля сварных швов малой толщины при ограниченной ширине поверхностей ввода акустических колебаний вдоль них, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в
- ультразвуковом контроле сварных швов по всей их толщине;
- определении глубины залегания выявляемых дефектов;
- определении минимального расстояния между двумя соседними дефектами в их цепочке по глубине.
Этот технический результат достигается тем, что
- измеряется расстояние от дефекта до источника излучения ультразвуковых колебаний в направлении дефекта:
определяется глубина залегания выявленных дефектов относительно поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний по формуле
n
где h - определяемая глубина залегания дефектов в толщине сварного шва относительно поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний;
n
L - измеренное расстояние между дефектами и источником излучения ультразвуковых колебаний (точкой ввода этих колебаний);
α - угол ввода ультразвуковых колебаний в контролируемый объект;
n - натуральное число, обозначающее порядковый номер дефекта;
- определяется минимальное расстояние между выявленными дефектами в их цепочке по толщине сварного шва по формуле:
где: ℓ - определяемое расстояние между соседними обнаруженными дефектами в цепочке пор по толщине сварного шва;
n-1
L - измеренное расстояние между дефектами и источником излучения ультразвуковых колебаний (точкой ввода этих колебаний);
n
d - диаметр наибольшего из двух соседних дефектов.
n
n-1
n
n-1
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами. На фиг.1 представлена схема ручного сканирования ультразвукового преобразователя вдоль шва, на фиг.2 - схема сканирования преобразователя при автоматизированном ультразвуковом контроле, на фиг.3 - схема, поясняющая принцип работы предлагаемого способа. На фиг.1, фиг.2, фиг.3: 1 - контролируемый сварной шов, 2 - одна свариваемая деталь, 3 - вторая свариваемая деталь, 4 - ультразвуковой преобразователь. На фиг.1: 5 - траектория, описываемая преобразователем 4 по поверхности детали 3, при ручном ультразвуковом контроле. На фиг 2:6 - траектория, описываемая по поверхности детали 3 при автоматизированном ультразвуковом контроле. На фиг.3: 7 - ультразвуковая дефектоскопическая аппаратура, n и n-1 - дефекты, обнаруженные при ультразвуковом контроле, L и L - расстояния соответственно между дефектами n и n-1 с одной стороны и точками ввода ультразвуковых колебаний (волн) с другой стороны, h и h - глубины залегания соответственно дефектов n и n-1, a ℓ - расстояние между двумя соседними дефектами n и n-1.
n-1
n-1
Способ осуществляется следующим образом. Вдоль шва по поверхности сварной детали 3 перемещают преобразователь 4 по схеме 5 ручного сканирования (см. фиг.1) или по схеме 6 автоматизированного сканирования (см. фиг.2) под углом а вводят в деталь 3 ультразвуковые колебания (см. фиг.3), которые проходят через сварной шов 1 и возвращаются обратно только при наличии дефекта. При обнаружении дефекта n-1 определяют его диаметр, например, по его отражательной способности (по величине максимальной амплитуды отраженного от него эхосигнала) или по прототипу изображения. Запоминают диаметр дефекта n-1. Измеряют расстояние L (точки ввода ультразвуковых колебаний в деталь 3) при максимальной амплитуде эхоимпульса от дефекта. Результат измерения записывают в память дефектоскопической аппаратуры 7. Одновременно с записью величины L в дефектоскопической аппаратуре определяют глубину залегания дефекта n-1 в сварном шве по формуле
n-1
Результат вычисления записывают в память дефектоскопической аппаратуры. Если дефект одиночный, запоминают его параметры: величину эквивалентности дефекта (диаметр) и глубину залегания его h. В случае наличия еще одного или цепочки дефектов по глубине определяют диаметр следующего дефекта, запоминают его величину, измеряют расстояние его до источника ультразвуковых колебаний (точки ввода их в деталь 3) при смещении преобразователя к сварному шву 1 по схеме 5 ручного сканирования ультразвукового преобразователя 4 (точки ввода ультразвуковых колебаний в детали 3). В процессе ультразвукового контроля сварного шва 1 при поперечном (поперек шва) перемещении источника ультразвуковых колебаний (преобразователя 4) после выявления последующего дефекта и выполнения операций по определению его параметров: диаметра, расстояния до источника ультразвуковых колебаний, глубины залегания и запоминания их определяют расстояние между соседними дефектами по формуле  по программе, заложенной в компьютеризированную дефектоскопическую аппаратуру 7.
В процессе автоматизированного ультразвукового контроля сварного шва 1 в программу аппаратуры 7 в конце контроля вводят операцию по определению цепочек пор, содержащих их в количестве не менее двух по глубине залегания в каждой цепочке, заключающуюся в том, что объединяются все дефекты со всеми их параметрами, выявленные в процессе контроля на одной и той же координате вдоль сварного шва 1. Затем по формуле
по программе, заложенной в компьютеризированной аппаратуре, определяют кратчайшее расстояние между каждыми двумя соседними по глубине дефектами для каждой выявленной цепочки пор по глубине.
Результаты контроля сварного шва распечатывают на дефектограмме, выполненной в плане сварного шва со стороны поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний и в протоколе результатов контроля, в котором регистрируются одиночные дефекты с их параметрами: величиной диаметра, глубиной залегания, координатами по Х и Y в плоскости поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний и цепочки дефектов, где помимо параметров дефектов регистрируют величину расстояний между соседними дефектами цепочки.
Таким образом, предлагаемый способ ультразвукового контроля сварных швов позволяет не только определить параметры дефектов: их диаметр и глубину залегания по толщине шва, но и расстояние между соседними дефектами в цепочке пор, вытянувшейся по глубине (по толщине сварного шва), что позволяет более объективно произвести разбраковку сварного шва.
Источники информации
1. Шевалдыкин В.Г. и др. Заглянуть в металл. Теперь это просто. // В мире неразрушающего контроля - №1 - 2008 - с.46-53.
2. Авт.св. СССР №615410, кл. G01N, дата публикации 08.06.1978.
3. Авт.св. СССР №1146599, кл. G01N, дата публикации 23.11.1988.
4. Авт.св. СССР №1165981, кл. G01N, дата публикации 02.01.1984.
5. Авт.св. СССР №785743, кл. G01N, дата публикации 15.07.1977.
6. Заявка Великобритании №1572571, кл. G01N, дата публикации 30.07.1988.
7. Патент США №4208916, кл. G01N, дата публикации 24.06.1980.