дефектоскоп ультразвуковой для чего нужен
Ультразвуковая дефектоскопия как инструмент качества
Что такое ультразвуковая дефектоскопия и для чего она нужна. Эхо-импульсный, эхо-зеркальный и теневой методы. Достоинства и недостатки ультразвуковой дефектоскопии.
Содержание статьи
Что такое ультразвуковая дефектоскопия?
Ультразвуковая дефектоскопия представляет собой совокупность методов неразрушающего контроля, использующих для нахождения дефектов в изделиях ультразвуковые волны. Полученные данные затем анализируются, выясняется форма дефектов, размер, глубина залегания и другие характеристики.
Позволяет надёжно и эффективно проверять качество стального литья, сварных соединений, литых заготовок. Применяется при изготовлении и эксплуатации железнодорожных рельс, частей авиационных двигателей, трубопроводов в атомных реакторах и контроля иных ответственных изделий. Самый совершенный инструмент диагностики — дефектоскоп на фазированных решетках.
Ультразвуковые преобразователи к содержанию
В промышленности металлы, как правило, проверяют ультразвуком с частотой в диапазоне от 0,5 МГц до 10 МГц. В определённых случаях сварные швы обследуют волнами, имеющими частоту до 20 МГц. Благодаря этому можно выявлять дефекты весьма небольшого размера. Объекты значительной толщины, в частности отливки, поковки, сварные соединения, сделанные электрошлаковой сваркой, а также металлы крупнозернистого строения, например, чугун и некоторые виды стали проверяют ультразвуком с низкими частотами.
Пьезоэлектрическими преобразователями называются приборы, которые возбуждают и принимают ультразвуковые волны.
Совмещённые преобразователи имеют в своём составе пьезоэлемент, который может в один момент времени испускать ультразвук, а в следующий принимать.
В раздельно-совмещенных аппаратах один пьезоэлемент является источником ультразвуковых волн, а другой их улавливает.
В раздельных пьезоэлемент служит либо генератором, либо приёмником ультразвука.
В контактных преобразователях ультразвуковые волны излучаются в исследуемый объект через тонкую прослойку жидкости.
В иммерсионном устройстве его поверхность и изделие разделены слоем жидкости, во много раз превышающим длину волны. Для этого образец помещают в иммерсионную ванну, применяют струю воды и т.д.
В контактно-иммерсионном преобразователе имеется специальная ванна с эластичной мембраной, контактирующей с проверяемым изделием.
В бесконтактных установках ультразвуковые колебания возбуждаются с помощью различных физических эффектов через воздушный промежуток. Их чувствительность уступает преобразователям других типов в десятки тысяч раз.
Способы контроля с помощью ультразвука к содержанию
Эхо-импульсный способ самый широко распространённый и простой. Преобразователь излучает зондирующие сигналы и сам же регистрирует отражённые дефектами эхо-сигналы.
По временному интервалу между посылаемыми сигналами и эхо можно узнать, где и на какой глубине находится дефект, а по амплитуде сигнала – каковы его размеры. К достоинствам данного способа следует отнести:
К достоинствам данного способа следует отнести:
Основные его недостатки это:
Эхо-зеркальный метод нуждается в двух преобразователях. Их располагают по одну сторону проверяемого изделия так, чтобы один прибор мог улавливать сигнал излучаемый другим. В приёмник поступает ультразвук, отражённый от дефекта и от донной поверхности.
К недостаткам следует отнести необходимость менять через определённые промежутки времени расстояние между преобразователями.
Теневой метод требует доступа преобразователей к проверяемому изделию с двух сторон, причём устройства обязаны находиться на одной акустической оси. О присутствии в объекте дефекта судят по серьёзному снижению амплитуды принимаемого сигнала либо его полному исчезновению. Основные достоинства подобного метода это: хорошая помехоустойчивость и низкая зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта.
Преимущества и недостатки ультразвуковой дефектоскопии к содержанию
Ультразвуковой контроль в промышленности используется с 50 годов прошлого века. В то время инструментами для диагностики сварных соединений и обнаружения других дефектов на трубопроводах служили ламповые дефектоскопы и УЗК преобразователи на основе пьезокерамических элементов. За прошедшие более чем 60 лет накоплен богатый опыт применения ультразвукового контроля, появились новые цифровые дефектоскопы и новые методы неразрушающего контроля.
Дефектоскопы ультразвукового контроля
В двадцатых годах прошлого столетия российский ученый Сергей Соколов разработал метод исследования поверхностей с помощью ультразвукового метода. Сегодня он активно используется в таком приборе как ультразвуковой дефектоскоп. Этот электронный прибор посылает, затем принимает ультразвуковые волны, и впоследствии показывает состав, изменения, материалов и веществ. По принципу исследования дефектоскопом делятся на: эхо-метод, резонансный и теневой.
С их помощью сегодня легко обнаруживаются дефекты в материалах на месте сварного шва, пайки, склейки и пр. Свободно производится исследование объекта, например, для проверки на однородность.
Принцип работы ультразвукового дефектоскопа
При включении прибора центральный процессор (ЦП) запускает в работу основные узлы дефектоскопа. Включается генератор синхронизирующих импульсов, они, поступая к различным блокам готовят их к началу работы.
Генератор импульсов возбуждения подает импульс на пьезоэлемент, он в свою очередь посылает колебания в сторону исследуемого объекта, создавая ультразвуковую волну. Узел ПЭП 2 работает как приемник принимая импульс, получаемый от пьезоэлемента. Приемник приняв сигнал преобразовывает его в электрический и направляет в усилитель (ПУТ). Отсюда он поступает к (АЦП) или к амплитудно-цифровому преобразователю, где импульс преобразуется с электрического сигнала определенной величины в цифровой код. Теперь показатели можно увидеть в виде цифр на дисплее.
В приборе имеется (ПЗУ) или постоянно — запоминающее устройство, здесь сохраняются основные настройки прибора.
В ОЗУ оперативно — запоминающее устройстве обрабатывается информация поступающая при измерениях и контроле, также здесь сберегаются все текущие показатели. Происходит постоянный обмен данными между ОЗУ и ЦП.
Способы проведения дефектоскопии
Он является наиболее распространенным, позволяет точно определять наличие и формы глубинных и поверхностных дефектов. Применяется для исследования металла толщиной от 4 мм и более.
Принцип работы заключается в следующем: на исследуемый объект излучаются ультразвуковые волны, дефектные части объекта отражают сигналы с отличающейся амплитудой от нормального. Ключевым для анализа является отличие в силе получаемого сигнала и времени. Таким образом можно получить сведения об исследуемом объекте и повреждениях.
К достоинствам данного метода можно отнести возможность определения точных размеров и данных поврежденных участков. Недостаток в невысокой помехоустойчивости.
Применяется при обследовании сварных швов небольшого размера.
При этом методе от излучателя исходят ультразвуковые волны с одной стороны, а с другой расположен приемник, который принимает их и показывает значение сигнала. При исследовании материала, волны без изменений с постоянной амплитудой попадают к приемнику и это отражает индикатор, если на пути встречается дефектное место, тогда часть сигнала отражается, а соответственно изменяется амплитуда. Такие скачки неизменно отразит индикатор. Плюсы у данного метода: высокая помехоустойчивость, слабая зависимость амплитуды от величины дефекта. К недостаткам можно отнести: нужен доступ с обеих сторон к исследуемому объекту, также непросто точно определить место положение дефекта.
Еще один метод, он используется для исследования размеров металла, обнаружения зон коррозии с односторонним доступом к изделию, проверяется им на целостность и биметалл.
Основан он на принципе резонанса, когда происходит накладывание волн и увеличение, что вызывает изменение амплитуды сигнала. Приемник фиксирует разницу, благодаря резонансу. При попадании волны на дефектное место уровень сигнала изменяется и показывает на приборе, что в данном месте имеется дефект. Преимущества этого метода: потребность доступа с одной стороны. Недостаток в слабой чувствительности, у теневого метода она лучше.
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».
Дефектоскоп: как работают разные типы приборов и где их применяют
Контроль качества производства и строительства должен осуществляться на каждом этапе. Иногда проверить работу объекта нужно уже в процессе эксплуатации. Прибор, который помогает проводить подобного рода экспертизу неразрушающим методом, называется дефектоскоп. Видов дефектоскопов существует огромное множество. Отличаются они по принципу работы и назначению. Изучите самые популярные методы дефектоскопии и полезные рекомендации по выбору устройства, чтобы не ошибиться при выборе и быстро освоить работу.
Что такое дефектоскоп и для чего он нужен?
В зависимости от цели дефектоскопии и области его применения, кардинально меняется методика выявления повреждений и брака, на которой основывается работа того или иного дефектоскопа.
 |  |  |  |
| УД2-140 | УДЗ-204 | Пеленг-415 | DIO 1000 LF |
Зачем нужна дефектоскопия?
Дефектоскопия – мероприятия, которые направлены на выявление всевозможных отклонений от проекта и нормативов во время производства или эксплуатации объекта. Дефектоскопия помогает обнаружить неисправность задолго до того, как она даст о себе знать. Таким образом, можно предотвратить поломки механизмов, разрушение конструкций и аварии на производстве. Дефектоскоп – прибор, предназначенный для проверки и выявления дефектов на поверхности или в теле всевозможных изделий. Дефекты могут быть самыми разнообразными. Одни приборы нужны для обнаружения следов коррозии, другие – для поиска полостей, утончения, несоответствия размеров и прочих физико-механических изъянов, а третьи могут определить дефекты на уровне молекулярного строения – найти изменения структуры тела, его химического состава.
В каких отраслях применяется дефектоскопия?
Дефектоскоп относят к классу приборов под общим названием «средства неразрушающего контроля». В процессе производства изделия часто поддаются всевозможным проверкам. Некоторые детали подвергают испытаниям в лабораториях, где определяют их запас прочности, способность противостоять всевозможным нагрузкам и воздействиям. Недостаток такой методики в том, что она проводится выборочно и не гарантирует 100% качество всей продукции.
Неразрушающий контроль, к которому относят и проверку дефектоскопом, позволяет оценить состояние конкретного изделия или элемента конструкции на месте и без проведения испытаний. Инструмент незаменим в таких отраслях: строительство; машиностроение; производство металлопроката; энергетика; научно-исследовательские работы; химия; горная промышленность.
Дефектоскопом проверяют качество соединения (особенно важно это для сварки трубопроводов высокого давления), состояние конструкции в строительстве (металлической, железобетонной), степень износа механизма, наличие повреждения детали. Практически во всех отраслях промышленности, где важно контролировать состояние и соответствие нормам твердых элементов, применяют разные дефектоскопы. Классификация дефектоскопов по методу проверки.
В зависимости от метода проверки, выделяют такие типы дефектоскопов: акустические; вихретоковые; электролитические; искровые; магнитно-порошковые; рентгеновские аппараты; капиллярный; импедансный и другие. Панель управления УЗ дефектоскопа Сравнивать их сложно, они настолько разные по строению, работе и даже внешнему виду, что объединяет их только назначение. Выделить какой-то из приборов и уверенно сказать, что он лучший, универсальный и заменит все остальные невозможно. Поэтому при выборе важно не принимать опрометчивых решений и не покупать первую попавшуюся модель.
Принцип действия каждого типа дефектоскопов
Самые популярные дефектоскопы, которыми можно проводить экспертизу неразрушающим методом: ультразвуковой (акустический), магнитный и вихретоковый. Они компактны, мобильны и просты в эксплуатации и понимании принципа. Другие используются не так широко, но каждый прочно занимает свою нишу среди других средств дефектоскопии.
Акустический – работа ультразвука
Акустический дефектоскоп – понятие, объединяющее в себе схожие по общему принципу приборы неразрушающего контроля. Основывается акустическая дефектоскопия на свойствах звуковой волны. Из школьного курса физики известно, что основные параметры волны не изменяются при движении в однородной среде. Однако, если на пути волны возникает новая среда, частота и длина ее изменяются.
Чем выше частота звука, тем точнее результат, поэтому из всего диапазона применяют ультразвуковые волны. Ультразвуковой дефектоскоп излучает звуковые волны, которые проходят сквозь проверяемый объект. Если присутствуют полости, вкрапления других материалов или прочие дефекты, ультразвуковая волна обязательно укажет на них изменением параметров.
Ультразвуковые дефектоскопы, работающие по принципу эхо-метода, являются наиболее распространенными и доступными. УЗ-волна проникает в объект, если дефектов не обнаружено, отражения не происходит, соответственно, прибор ничего не улавливает и не регистрирует. Если же возникло отражение УЗ, это указывает на наличие изъяна. Генератор ультразвука является так же и приемником, что очень удобно и облегчает проведение дефектоскопии.
 |  |  |  |
| УСД-60Н | УД2В-П46 | УСД-46 | УСД-60 |
Зеркальный метод похож на эхо, но используется два устройства – приемник и передатчик. Преимущество такого метода в том, что оба устройства находятся по одну сторону от объекта, что облегчает процесс установки, настройки и произведения замеров.
Отдельно выделяют методы анализа ультразвука, который прошел через объект насквозь. Используют понятие «звуковая тень». Если внутри объекта присутствует дефект, он способствует резкому затуханию колебаний, то есть, создает тень. На этом принципе основывается теневой метод ультразвуковой дефектоскопии, когда генератор и приемник колебаний располагаются на одной акустической оси с разных сторон.
Недостатки такого прибора в том, что предъявляются строгие требования к размерам, конфигурации и даже степени шероховатости поверхности проверяемого элемента, что делает устройство не совсем универсальным.
Вихретоковый – магнитные поля и вихревые токи
Французский физик Жан Фуко посвятил не один год изучению вихревых токов (токов Фуко), которые возникают в проводниках при создании в непосредственной близости к ним переменного магнитного поля. Основываясь на том, что при наличии в теле дефекта, эти самые вихревые токи создают свое – вторичное магнитное поле, осуществляют дефектоскопию вихретоковые устройства.
Вихретоковый дефектоскоп создает исходное переменное магнитное поле, а вот вторичное поле, которое и дает возможность выявить и проанализировать недостаток в объекте, возникает в результате электромагнитной индукции. Дефектоскоп улавливает вторичное поле, регистрирует его параметры и делает вывод о виде и качестве дефекта.
Производительность этого прибора высокая, проверка осуществляется довольно быстро. Однако вихревые токи могут возникать исключительно в тех материалах, которые являются проводниками, поэтому область применения такого девайса значительно уже его аналогов.
Магнитнопорошковый – наглядная картина
Еще один распространенный метод дефектоскопии – магнитно-порошковый. Он применяется для оценки сварных соединений, качества защитного слоя, надежности трубопроводов и так далее. Особо ценят это метод для проверки сложных по форме элементов и труднодоступных для других приборов участков.
Принцип работы магнитного дефектоскопа основан на физических свойствах ферромагнитных материалов. Они имеют способность намагничиваться. При помощи постоянных магнитов или специальных устройств, которые могут создавать продольное или циркулярное магнитное поле.
После воздействия на участок объекта магнитом, на него сухим или мокрым способом наносят так называемый реагент – магнитный порошок. Под действием магнитного поля, которое возникло в результате намагничивания, порошок соединяется в цепочки, структурируется и образует на поверхности четкий рисунок в виде изогнутых линий.
Зная его особенности и основные параметры, при помощи магнитного дефектоскопа можно определить, в каком месте располагается дефект. Как правило, непосредственно над изъяном (трещиной или полостью) наблюдается ярко выраженное скопление порошка. Для определения характеристик дефекта, полученную картинку сверяют с эталоном.
Остальные виды и их принцип действия
Методы дефектоскопии совершенствуются с каждым годом. Появляются новые методики, другие постепенно изживают себя. Многие дефектоскопы имеют довольно узкоспециализированное назначение и применяются только в определенных отраслях промышленности.
Принцип работы феррозондового дефектоскопа основывается на оценке импульсов, возникающих при движении устройства вдоль объекта. Применяется в металлургии, при производстве металлопроката и диагностики сварных соединений.
Радиационный дефектоскоп облучает объект рентгеновскими лучами, альфа-, бета-, гамма-излучением или нейтронами. В результате получают подробный снимок элемента со всеми присутствующими дефектами и неоднородностями. Метод дорогой, но очень информативный.
Капиллярный дефектоскоп выявляет поверхностные трещины и несплошности в результате воздействия на объект специальным проявляющим веществом. Оценка результата производится визуальным методом. Применяется капиллярная дефектоскопия по большей части в машиностроении, авиации, судостроении.
В энергетике для анализа работы и выявления несовершенства элементов, находящихся под высоким напряжением, применяют электронно-оптический дефектоскоп. Он способен уловить малейшие изменения коронных и поверхностно-частичных разрядов, что дает возможность оценить работу оборудования без его остановки – дистанционно.