Рис. 1. Метод контроля качества сварных швов из нержавеющей стали: сборка двойной 2D-матрицы в режиме TRL.

В процессе разработки норм, стандартов и методов появились возможности использования фазированной ультразвуковой дефектоскопии (ФАЭД) вместо рентгенографии для контроля аустенитных сварных швов. Впервые широко примененная на атомных электростанциях почти 15 лет назад, технология с использованием двойных (2D) матричных датчиков распространилась на нефтегазовую и другие отрасли промышленности, где требуется быстрая, надежная и безопасная проверка аустенитных сварных швов с высоким затуханием.
Новейшие портативные фазированные антенные решетки оснащены мощным встроенным программным обеспечением, позволяющим быстро и эффективно настраивать, развертывать и интерпретировать двумерные матричные сканирования без необходимости импорта файлов законов фокусировки, созданных с помощью внешних калькуляторов или систем дистанционного управления, используя передовое программное обеспечение для ПК.
Сегодня технологии контроля, основанные на двумерных матричных преобразователях, обеспечивают превосходные возможности для обнаружения кольцевых и осевых дефектов в сварных швах из нержавеющей стали и разнородных металлов. Стандартизированная двумерная матричная конфигурация позволяет эффективно охватывать область контроля сварных швов из нержавеющей стали и обнаруживать как плоские, так и объемные дефекты.
Процедуры ультразвукового контроля обычно включают в себя использование двух массивов двумерных матриц, размещенных на сменных клиновидных компонентах, контуры которых соответствуют внешнему диаметру исследуемого компонента. Используются низкие частоты – 1,5 МГц для сварных швов из разнородных металлов и других материалов, снижающих затухание, от 2 до 3,5 МГц для однородных подложек и сварных швов из кованой нержавеющей стали.
Двойная конфигурация приема/передачи (T/R) обеспечивает следующие преимущества: отсутствие «мертвой зоны» вблизи поверхности, устранение «фантомных эхо-сигналов», вызванных внутренними отражениями в клине, и, в конечном итоге, лучшую чувствительность и отношение сигнал/шум (коэффициент шума) благодаря свертке лучей T и R.
Рассмотрим метод ультразвукового контроля PA для управления процессом сварки аустенитной нержавеющей стали.
При проведении производственного контроля вместо РТ контроль должен охватывать объем сварного шва и всю толщину стенки зоны термического воздействия. В большинстве случаев защитный слой от припоя будет на месте. При сварке углеродистой стали рекомендуется использовать сдвиговые волны для ультразвуковой обработки контролируемого объема с обеих сторон, при этом последняя половина волны обычно используется для получения зеркальных отражений от дефектов на фаске сварного шва.
На более низких частотах аналогичный метод сдвиговых волн можно использовать для проверки проксимального скоса сварных швов из нержавеющей стали, но он ненадежен для проверки сварных швов из аустенитной стали. Кроме того, для так называемых сварных швов CRA на внутреннем диаметре трубы из углеродистой стали имеется коррозионностойкое легирующее покрытие, и последняя половина проволочного перемычки поперечной балки не может быть эффективно использована.
Рассмотрим методы обнаружения образцов с использованием портативного ультразвукового прибора и программного обеспечения, как показано на рисунке 1.
Двойные двумерные матричные преобразователи, генерирующие преломленные P-волны под углом от 30 до 85 градусов, могут использоваться для полного охвата объема. Для стенок толщиной от 15 до 50 мм подходящими считаются частоты от 1,5 до 2,25 МГц в зависимости от затухания подложки.
Оптимизация угла клина и конфигурации элементов массива зондов позволяет эффективно получать широкий диапазон сканирований углов преломления без сопутствующих боковых лепестков (рис. 2). Площадь, занимаемая клиновидным узлом в плоскости падения, минимизируется, что позволяет расположить точку выхода луча как можно ближе к сварному шву.
Рабочие характеристики стандартной двухканальной антенной решетки 10 x 3 с частотой 2,25 МГц в режиме TRL были оценены на сварном шве пластины из нержавеющей стали 304 толщиной 25 мм. Испытательные образцы имели типичный V-образный наклон и состояние поверхности «как после сварки», а также содержали реальные и хорошо задокументированные дефекты сварного шва, параллельные сварному шву.
Рис. 3. Объединенные данные фазированной антенной решетки для стандартной двухдиапазонной антенной решетки 10 x 3 (TRL) с частотой 2,25 МГц на сварном шве пластины из нержавеющей стали 304.
На рис. 3 показаны изображения объединенных данных PAR для всех углов преломления (от 30° до 85° LW) по всей длине сварного шва. Сбор данных проводился при низком уровне усиления, чтобы избежать насыщения сильно отражающих дефектов. 16-битное разрешение данных позволяет устанавливать соответствующие параметры мягкого усиления для различных типов дефектов. Интерпретацию данных можно упростить, правильно расположив проекционный затвор.
На рисунке 4 показано изображение единичного дефекта, созданное с использованием того же объединенного набора данных. Проверьте результат:
Если вы не хотите снимать пробку перед проверкой, для обнаружения осевых (поперечных) трещин в сварных швах труб можно использовать другой метод контроля: можно использовать одиночный зонд с массивом датчиков в режиме импульсного эхо для «наклона» сварочной пробки. Звуковой луч снизу. Поскольку звуковой луч распространяется в основном в подложке, сдвиговые волны могут надежно обнаруживать дефекты на ближней стороне сварного шва.
В идеале сварные швы следует проверять в четырех направлениях луча (рис. 5) и использовать два симметричных клина для проверки с противоположных направлений: по часовой стрелке и против часовой стрелки. В зависимости от частоты и размера отдельных элементов массива, клиновидную сборку можно оптимизировать для получения углов преломления от 40° до 65° относительно направления оси сканирования. Более 50 лучей попадают на каждую поисковую ячейку. Сложный ультразвуковой прибор с встроенным калькулятором легко справляется с определением наборов законов фокусировки с различными углами наклона, как показано на рис. 6.
Обычно для полного охвата площади проверки используется двухлинейная последовательность проверок. Осевые положения двух линий сканирования определяются исходя из толщины трубы и ширины сварного шва. Первая линия сканирования проходит как можно ближе к краю сварного шва, выявляя дефекты, расположенные у основания шва, а вторая линия сканирования завершает охват зоны термического влияния. Базовая область узла зонда будет оптимизирована таким образом, чтобы точка выхода луча находилась как можно ближе к основанию коронки без значительных внутренних отражений в клине.
Этот метод контроля оказался очень эффективным для обнаружения неправильно направленных осевых дефектов. На рис. 7 показано изображение фазированной антенной решетки, полученное на осевой трещине в сварном шве из нержавеющей стали: дефекты были обнаружены под различными углами наклона, и наблюдалось высокое отношение сигнал/шум.
Рисунок 7: Объединенные данные фазированной антенной решетки для осевых трещин в сварных швах из нержавеющей стали (различные углы и наклоны SW): обычная проекция (слева) и полярная проекция (справа).
Преимущества современных ультразвуковых дефектоскопов в качестве альтернативы рентгенографии продолжают привлекать внимание в нефтегазовой, энергетической, обрабатывающей и других отраслях промышленности, которые полагаются на надежный контроль аустенитных сварных швов. Аналогичным образом, полностью интегрированные ультразвуковые дефектоскопы, мощное программное обеспечение и двухмерные матричные датчики делают эти проверки более экономически эффективными и результативными.
Гай Маес — директор по продажам ультразвуковой диагностики в компании Zetec. Более 25 лет опыта в разработке и внедрении передовых методов ультразвуковой диагностики, оценке компетентности и разработке программного обеспечения. Для получения дополнительной информации звоните по телефону (425) 974-2700 или посетите сайт www.zetec.com.
Раздел «Спонсорский контент» — это специальная платная рубрика, в которой компании отрасли предоставляют качественный, непредвзятый, некоммерческий контент по темам, представляющим интерес для целевой аудитории. Весь спонсорский контент предоставляется рекламными компаниями. Заинтересованы в участии в нашем разделе спонсорского контента? Свяжитесь с вашим местным представителем.
Поскольку проблемы часто выявляются в ходе регуляторных проверок, понимание принципов управления изменениями сейчас как никогда важно. На этом вебинаре обсуждаются общие принципы управления изменениями, его роль как ключевого компонента системы управления качеством (СУК) и его связь с другими ключевыми процессами обеспечения качества, такими как корректирующие/превентивные действия (КПД) и обучение.
Присоединяйтесь к нам, чтобы узнать, как решения в области 3D-метрологии предоставляют независимым дизайнерам и производителям больше контроля и мобильности для удовлетворения их потребностей в измерениях, одновременно расширяя их возможности на 75%. На современном быстро меняющемся рынке вашему бизнесу необходимо использовать передовые технологии для устранения сложностей автоматизации, улучшения рабочих процессов и повышения производительности.
Отправьте запрос на коммерческое предложение (RFP) выбранному вами поставщику и нажмите кнопку, подробно описав свои потребности.