Ultraschallprüfung von Schweißverbindungen, Methoden und Technologie der Prüfung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Es gibt praktisch keine Branche, in der nicht geschweißt wird. Die überwiegende Mehrheit der Metallkonstruktionen wird durch Schweißnähte montiert und miteinander verbunden. Natürlich hängt die Qualität dieser Art von Arbeit in der Zukunft nicht nur von der Zuverlässigkeit des Gebäudes, der Struktur, der Maschine oder jeder zu errichtenden Einheit ab, sondern auch von der Sicherheit der Menschen, die irgendwie mit diesen Strukturen interagieren werden. Um das ordnungsgemäße Leistungsniveau solcher Vorgänge sicherzustellen, wird daher eine Ultraschallprüfung von Schweißnähten verwendet, dank derer es möglich ist, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein verschiedener Fehler an der Verbindungsstelle von Metallprodukten festzustellen. Diese erweiterte Kontrollmethode wird in unserem Artikel besprochen.

Vorgeschichte

Die Ultraschall-Fehlerprüfung als solche wurde in den 30er Jahren entwickelt. Das erste wirklich funktionierende Gerät wurde jedoch erst 1945 dank Sperry Products geboren. In den nächsten zwei Jahrzehnten erlangte die neueste Steuerungstechnologie weltweite Anerkennung, und die Zahl der Hersteller solcher Geräte stieg dramatisch an.

UltraschallDer Fehlerdetektor, dessen Preis heute bei 100.000 bis 130.000.000 Rubel beginnt, enthielt ursprünglich Vakuumröhren. Solche Geräte waren sperrig und schwer. Sie arbeiteten ausschließlich mit Wechselstrom. Aber bereits in den 60er Jahren, mit dem Aufkommen von Halbleitersch altungen, wurden Fehlersuchgeräte deutlich verkleinert und konnten mit Batterien betrieben werden, was es schließlich ermöglichte, die Geräte auch unter Feldbedingungen einzusetzen.

Schritt in die digitale Realität

In der Anfangsphase verwendeten die beschriebenen Instrumente eine analoge Signalverarbeitung, wodurch sie, wie viele andere ähnliche Geräte, zum Zeitpunkt der Kalibrierung einer Drift ausgesetzt waren. Aber bereits 1984 hat Panametrics das erste tragbare digitale Prüfgerät namens EPOCH 2002 auf den Markt gebracht. Von diesem Moment an sind digitale Geräte zu äußerst zuverlässigen Geräten geworden, die idealerweise die erforderliche Kalibrierung und Messstabilität bieten. Das Ultraschallprüfgerät, dessen Preis direkt von seinen technischen Eigenschaften und der Marke des Herstellers abhängt, erhielt auch eine Datenprotokollierungsfunktion und die Möglichkeit, Messwerte auf einen Personal Computer zu übertragen.

In der heutigen Umgebung besteht ein immer größeres Interesse an Phased-Array-Systemen, die eine ausgeklügelte Technologie basierend auf piezoelektrischen Elementen mit mehreren Elementen verwenden, um gerichtete Strahlen zu erzeugen und Querschnittsbilder zu erstellen, die der medizinischen Ultraschallbildgebung ähneln.

SphäreAnwendungen

Ultraschallkontrollverfahren werden in jeder Branche eingesetzt. Sein Einsatz hat gezeigt, dass damit nahezu alle Arten von Schweißverbindungen im Bauwesen, die eine geschweißte Grundwerkstoffdicke von mehr als 4 Millimetern aufweisen, gleichermaßen gut geprüft werden können. Darüber hinaus wird die Methode aktiv zur Überprüfung der Verbindungen von Gas- und Ölpipelines sowie verschiedener Hydraulik- und Wassersysteme eingesetzt. Und in Fällen wie der Prüfung von dicken Nähten, die durch Elektroschlackeschweißen entstanden sind, ist die Ultraschall-Fehlererkennung die einzig akzeptable Prüfmethode.

Die endgültige Entscheidung, ob ein Teil oder eine Schweißnaht einsatzfähig ist, wird auf der Grundlage von drei grundlegenden Indikatoren (Kriterien) getroffen - Amplitude, Koordinaten, bedingte Abmessungen.

Generell ist die Ultraschallprüfung genau das bildgebendste Verfahren bei der Untersuchung der Naht (Detail).

Nachfragegründe

Das beschriebene Ultraschall-Inspektionsverfahren hat den Vorteil, dass es im Vergleich zu einer viel höheren Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit der Anzeigen bei der Erkennung von Fehlern in Form von Rissen, niedrigeren Kosten und einer hohen Sicherheit im Anwendungsprozess verfügt klassische Methoden der Röntgeninspektion. Bis heute wird die Ultraschallprüfung von Schweißverbindungen in 70-80 % der Inspektionsfälle eingesetzt.

Ultraschallwandler

OhneDer Einsatz dieser Geräte zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung ist einfach undenkbar. Geräte werden verwendet, um Erregung zu erzeugen und Ultraschallschwingungen zu empfangen.

Einheiten sind unterschiedlich und werden klassifiziert nach:

• So erstellen Sie einen Kontakt mit dem Testobjekt.
• Das Verfahren zum Verbinden piezoelektrischer Elemente mit der elektrischen Sch altung des Fehlerdetektors selbst und die Verschiebung der Elektrode relativ zum piezoelektrischen Element.
• Orientierung der Akustik relativ zur Oberfläche.
• Anzahl der Piezoelemente (Einzel-, Doppel-, Multielement).
• Bandbreite der Betriebsfrequenzen (schmalbandig - weniger als eine Oktave Bandbreite, breitbandig - mehr als eine Oktave Bandbreite).

Messbare Fehlermerkmale

GOST regiert alles in der Welt der Technik und Industrie. Auch die Ultraschallprüfung (GOST 14782-86) ist hier keine Ausnahme. Die Norm legt fest, dass Defekte anhand der folgenden Parameter gemessen werden:

• Äquivalenter Defektbereich.
• Echosignalamplitude, die unter Berücksichtigung der Entfernung zum Defekt ermittelt wird.
• Koordinaten des Fehlers an der Schweißstelle.
• Konventionelle Größen.
• Bedingter Abstand zwischen Defekten.
• Die Anzahl der Fehler in der ausgewählten Länge der Schweißnaht oder Verbindung.

Betrieb des Fehlerdetektors

Die zerstörungsfreie Prüfung, die Ultraschall ist, hat eine eigene Methode, die besagt, dass der wichtigste gemessene Parameter die Amplitude des erh altenen Echosignals istdirekt vom Defekt. Zur Differenzierung von Echosignalen nach Amplitude wird der sogenannte Rejection Sensitivity Level festgelegt. Diese wiederum wird über das Enterprise Standard Template (SOP) konfiguriert.

Mit der Inbetriebnahme des Fehlerprüfgeräts erfolgt dessen Justierung. Dafür wird die Ablehnungsempfindlichkeit eingestellt. Danach wird im Verlauf der laufenden Ultraschalluntersuchungen das erh altene Echosignal des erkannten Defekts mit dem festgelegten Zurückweisungspegel verglichen. Wenn die gemessene Amplitude den Rückweisungspegel überschreitet, entscheiden Experten, dass ein solcher Fehler nicht akzeptabel ist. Dann wird die Naht oder das Produkt zurückgewiesen und zur Überarbeitung geschickt.

Die häufigsten Mängel an geschweißten Oberflächen sind: Bindefehler, unvollständiger Einbrand, Rissbildung, Porosität, Schlackeneinschlüsse. Genau diese Verletzungen werden durch die Fehlererkennung mittels Ultraschall effektiv erkannt.

Ultraschalloptionen

Im Laufe der Zeit hat der Inspektionsprozess mehrere leistungsstarke Methoden zur Untersuchung von Schweißnähten entwickelt. Die Ultraschallprüfung bietet eine ziemlich große Anzahl von Möglichkeiten zur akustischen Untersuchung der betrachteten Metallstrukturen, die beliebtesten sind jedoch:

• Echo-Methode.
• Schatten.
• Spiegel-Schatten-Methode.
• Echospiegel.
• Delta-Verfahren.

Methode Nummer eins

Am häufigsten wird in der Industrie und im Schienenverkehr das Echo-Impuls-Verfahren eingesetzt. Ihm ist es zu verdanken, dass mehr als 90 % aller Defekte diagnostiziert werden, was durch die Registrierung und Analyse fast aller von der Defektoberfläche reflektierten Signale möglich wird.

Diese Methode selbst basiert auf der Sondierung eines Metallprodukts mit Impulsen von Ultraschallschwingungen, gefolgt von deren Registrierung.

Die Vorteile der Methode sind:

- die Möglichkeit des einseitigen Zugriffs auf das Produkt;

- ziemlich hohe Empfindlichkeit gegenüber inneren Defekten;

- die höchste Genauigkeit bei der Bestimmung der Koordinaten des erkannten Fehlers.

Es gibt jedoch auch Nachteile, darunter:

- geringer Widerstand gegen Störungen durch Oberflächenreflektoren;

- starke Abhängigkeit der Signalamplitude vom Ort des Defekts.

Die beschriebene Fehlersuche beinh altet das Senden von Ultraschallimpulsen an das Produkt durch den Finder. Das Antwortsignal wird von ihm oder dem zweiten Sucher empfangen. In diesem Fall kann das Signal sowohl direkt von Defekten als auch von der gegenüberliegenden Oberfläche des Teils, des Produkts (Naht), reflektiert werden.

Schattenmethode

Es basiert auf einer detaillierten Analyse der Amplitude von Ultraschallschwingungen, die vom Sender zum Empfänger übertragen werden. Wenn dieser Indikator abnimmt, weist dies auf das Vorhandensein eines Defekts hin. Je größer in diesem Fall der Defekt selbst ist, desto kleiner ist die Amplitude des vom Empfänger empfangenen Signals. Um zuverlässige Informationen zu erh alten, sollten Sender und Empfänger koaxial auf gegenüberliegenden Seiten platziert werdenUntersuchungsobjekt. Als Nachteile dieser Technologie sind die im Vergleich zum Echoverfahren geringe Empfindlichkeit und die schwierige Ausrichtung von PETs (piezoelektrischen Wandlern) relativ zu den zentralen Strahlen des Strahlungsmusters anzusehen. Es gibt aber auch Vorteile, nämlich hohe Störfestigkeit, geringe Abhängigkeit der Signalamplitude vom Ort des Defekts und das Fehlen einer Totzone.

Spiegel-Schatten-Methode

Diese Ultraschall-Qualitätskontrolle wird am häufigsten verwendet, um geschweißte Verbindungen von Bewehrungsstäben zu inspizieren. Das Hauptzeichen dafür, dass ein Fehler erkannt wurde, ist die Abschwächung der Signalamplitude, die von der gegenüberliegenden Oberfläche (meistens als Boden bezeichnet) reflektiert wird. Der Hauptvorteil des Verfahrens ist die eindeutige Erkennung verschiedener Fehler, deren Versetzung die Schweißwurzel ist. Außerdem zeichnet sich das Verfahren durch die Möglichkeit des einseitigen Zugangs zur Naht bzw. zum Teil aus.

Echospiegelverfahren

Der effektivste Weg, um vertikale Defekte zu erkennen. Die Prüfung erfolgt mit zwei Sonden, die an einer Seite der Nahtnaht entlang der Oberfläche geführt werden. Gleichzeitig wird ihre Bewegung so ausgeführt, dass von einer Sonde das Signal fixiert wird, das von einer anderen Sonde emittiert und zweimal von dem vorhandenen Defekt reflektiert wird.

Der Hauptvorteil der Methode: Sie kann verwendet werden, um die Form von Fehlern zu bewerten, deren Größe 3 mm überschreitet und die in der vertikalen Ebene um mehr als 10 Grad abweichen. Das Wichtigste -Verwenden Sie Sonden mit der gleichen Empfindlichkeit. Diese Version der Ultraschallprüfung wird aktiv verwendet, um dickwandige Produkte und deren Schweißnähte zu prüfen.

Delta-Verfahren

Die vorgeschriebene Ultraschallprüfung von Schweißnähten verwendet Ultraschallenergie, die vom Fehler zurückgestrahlt wird. Die auf den Defekt auftreffende Transversalwelle wird teilweise spiegelnd reflektiert, teilweise in eine Longitudinalwelle umgewandelt und strahlt auch die gebeugte Welle wieder ab. Als Ergebnis werden die erforderlichen PET-Wellen eingefangen. Als Nachteil des Verfahrens kann die Reinigung der Naht angesehen werden, die recht hohe Komplexität der Entschlüsselung der empfangenen Signale bei der Kontrolle von Schweißnähten mit einer Dicke von bis zu 15 Millimetern.

Vorteile des Ultraschalls und Feinheiten seiner Anwendung

Die Untersuchung von Schweißverbindungen mit Hochfrequenzschall ist eigentlich eine zerstörungsfreie Prüfung, da diese Methode nicht in der Lage ist, den untersuchten Abschnitt des Produkts zu beschädigen, aber gleichzeitig ziemlich genau bestimmt das Vorhandensein von Mängeln. Besondere Aufmerksamkeit verdienen auch die geringen Kosten der durchgeführten Arbeiten und ihre hohe Ausführungsgeschwindigkeit. Wichtig ist auch, dass die Methode absolut sicher für die menschliche Gesundheit ist. Alle auf Ultraschall basierenden Untersuchungen von Metallen und Schweißnähten werden im Bereich von 0,5 MHz bis 10 MHz durchgeführt. In einigen Fällen ist es möglich, mit Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 20 MHz zu arbeiten.

Analyse einer Schweißverbindung mittels Ultraschall muss unbedingt von einem ganzen Komplex begleitet werdenVorbereitende Maßnahmen, wie z. B. Reinigen der zu untersuchenden Naht oder Oberfläche, Auftragen spezifischer Kontaktflüssigkeiten auf den kontrollierten Bereich (Spezialgele, Glyzerin, Maschinenöl). All dies wird getan, um einen ordnungsgemäßen stabilen akustischen Kontakt zu gewährleisten, der letztendlich das erforderliche Bild auf dem Gerät liefert.

Unbrauchbar und Nachteile

Ultraschallprüfung ist für die Untersuchung von Schweißverbindungen von Metallen mit grobkörnigem Gefüge (z. B. Gusseisen oder eine austenitische Schweißnaht mit einer Dicke von mehr als 60 Millimetern) völlig unvernünftig. Und das alles, weil in solchen Fällen eine ausreichend große Streuung und starke Dämpfung des Ultraschalls vorliegt.

Außerdem ist es nicht möglich, den detektierten Defekt (Wolframeinschluss, Schlackeneinschluss etc.) eindeutig vollständig zu charakterisieren.