Kiểm tra siêu âm mối hàn, phương pháp và công nghệ kiểm tra

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Thực tế không có ngành nào mà không thực hiện hàn. Phần lớn các cấu trúc kim loại được gắn kết và liên kết với nhau bằng các đường hàn. Tất nhiên, chất lượng của loại công trình này trong tương lai không chỉ phụ thuộc vào độ tin cậy của tòa nhà, cấu trúc, máy móc hoặc bất kỳ đơn vị nào đang được lắp dựng, mà còn phụ thuộc vào sự an toàn của những người bằng cách nào đó sẽ tương tác với các cấu trúc này. Do đó, để đảm bảo mức độ thực hiện thích hợp của các hoạt động như vậy, việc kiểm tra siêu âm các mối hàn được sử dụng, nhờ đó có thể phát hiện sự hiện diện hoặc không có các khuyết tật khác nhau ở mối nối của các sản phẩm kim loại. Phương pháp điều khiển nâng cao này sẽ được thảo luận trong bài viết của chúng tôi.

Lịch sử xuất hiện

Phát hiện lỗ hổng bằng siêu âm được phát triển vào những năm 30. Tuy nhiên, thiết bị thực sự hoạt động đầu tiên chỉ ra đời vào năm 1945 nhờ Sperry Products. Trong hai thập kỷ tiếp theo, công nghệ điều khiển mới nhất đã được toàn thế giới công nhận và số lượng nhà sản xuất thiết bị như vậy đã tăng lên đáng kể.

Siêu âmMáy dò lỗ hổng, giá ngày nay bắt đầu từ 100.000 -130.000 nghìn rúp, ban đầu chứa các ống chân không. Những thiết bị như vậy rất cồng kềnh và nặng nề. Họ đã làm việc hoàn toàn từ nguồn điện xoay chiều. Nhưng đã đến những năm 60, với sự ra đời của các mạch bán dẫn, máy dò lỗ hổng đã giảm đáng kể về kích thước và có thể hoạt động bằng pin, điều này cuối cùng giúp bạn có thể sử dụng thiết bị ngay cả trong điều kiện hiện trường.

Bước vào thực tế kỹ thuật số

Trong giai đoạn đầu, các thiết bị được mô tả sử dụng xử lý tín hiệu tương tự, do đó, giống như nhiều thiết bị tương tự khác, chúng có thể bị trôi vào thời điểm hiệu chuẩn. Nhưng vào năm 1984, Panametrics đã tung ra máy dò khuyết tật kỹ thuật số cầm tay đầu tiên có tên là EPOCH 2002. Kể từ thời điểm đó, các đơn vị kỹ thuật số đã trở thành thiết bị có độ tin cậy cao, lý tưởng cung cấp độ ổn định đo lường và hiệu chuẩn cần thiết. Máy dò khuyết tật bằng sóng siêu âm, giá cả phụ thuộc trực tiếp vào đặc tính kỹ thuật và thương hiệu của nhà sản xuất, cũng nhận được chức năng ghi dữ liệu và khả năng truyền kết quả đọc sang máy tính cá nhân.

Trong môi trường ngày nay, ngày càng có nhiều sự quan tâm đến các hệ thống mảng theo từng giai đoạn, sử dụng công nghệ phức tạp dựa trên các phần tử áp điện đa phần tử để tạo ra chùm tia định hướng và tạo ra hình ảnh mặt cắt ngang tương tự như hình ảnh siêu âm y tế.

Hình cầuứng dụng

Phương pháp điều khiển siêu âm được sử dụng trong bất kỳ ngành công nghiệp nào. Việc sử dụng nó cho thấy rằng nó có thể được sử dụng hiệu quả như nhau để kiểm tra hầu hết các loại mối hàn trong xây dựng, có độ dày kim loại cơ bản được hàn lớn hơn 4 mm. Ngoài ra, phương pháp này còn được sử dụng tích cực để kiểm tra các mối nối của đường ống dẫn khí và dầu, các hệ thống thủy lực và nước khác nhau. Và trong các trường hợp như kiểm tra các đường nối dày có được do kết quả của quá trình hàn điện cực, phát hiện khuyết tật bằng siêu âm là phương pháp kiểm tra duy nhất được chấp nhận.

Quyết định cuối cùng về việc một bộ phận hoặc một mối hàn có phù hợp để sử dụng hay không được đưa ra dựa trên ba chỉ số cơ bản (tiêu chí) - biên độ, tọa độ, kích thước có điều kiện.

Nói chung, siêu âm kiểm tra chính xác là phương pháp mang lại hiệu quả cao nhất về mặt hình ảnh trong quá trình nghiên cứu đường may (chi tiết).

Lý do cầu

Phương pháp kiểm tra bằng sóng siêu âm được mô tả là tốt ở chỗ nó có độ nhạy và độ tin cậy cao hơn nhiều so với các chỉ báo trong quá trình phát hiện khuyết tật dạng vết nứt, chi phí thấp hơn và độ an toàn cao trong quá trình sử dụng so với phương pháp cổ điển của việc kiểm tra chụp ảnh phóng xạ. Cho đến nay, kiểm tra siêu âm các mối hàn được sử dụng trong 70-80% các trường hợp kiểm tra.

Đầu dò siêu âm

Không cóViệc sử dụng các thiết bị này để kiểm tra siêu âm không phá hủy đơn giản là không thể tưởng tượng được. Các thiết bị được sử dụng để tạo ra kích thích, cũng như nhận rung động của sóng siêu âm.

Các đơn vị khác nhau và được phân loại theo:

• Cách tạo liên hệ với vật phẩm thử nghiệm.
• Phương pháp nối các phần tử áp điện với mạch điện của chính máy dò khuyết tật và sự dịch chuyển của điện cực so với phần tử áp điện.
• Định hướng của âm thanh so với bề mặt.
• Số phần tử piezo (đơn, đôi, đa phần tử).
• Băng thông của các tần số hoạt động (băng hẹp - băng thông dưới một quãng tám, băng rộng - băng thông hơn một quãng tám).

Đo lường đặc điểm của khuyết tật

GOST điều khiển mọi thứ trong thế giới công nghệ và công nghiệp. Kiểm tra siêu âm (GOST 14782-86) cũng không phải là ngoại lệ trong vấn đề này. Tiêu chuẩn quy định rằng các khuyết tật được đo bằng các thông số sau:

• Vùng khuyết điểm tương đương.
• Biên độ tín hiệu tiếng vọng, được xác định có tính đến khoảng cách đến khuyết tật.
• Tọa độ của khuyết tật tại điểm hàn.
• Kích thước thông thường.
• Khoảng cách có điều kiện giữa các khuyết tật.
• Số lượng khuyết tật trong chiều dài đã chọn của mối hàn hoặc mối nối.

Hoạt động phát hiện khuyết tật

Kiểm tra không phá hủy, là siêu âm, có phương pháp sử dụng riêng, trong đó nói rằng thông số đo được chính là biên độ của tín hiệu dội âm thu đượctrực tiếp từ các khiếm khuyết. Để phân biệt tín hiệu tiếng vọng theo biên độ, cái gọi là mức độ nhạy loại bỏ được cố định. Đến lượt nó, điều này được định cấu hình bằng cách sử dụng mẫu tiêu chuẩn doanh nghiệp (SOP).

Sự bắt đầu hoạt động của máy dò khuyết tật đi kèm với sự điều chỉnh của nó. Đối với điều này, độ nhạy từ chối được thiết lập. Sau đó, trong quá trình nghiên cứu siêu âm đang diễn ra, tín hiệu hồi âm thu được từ khiếm khuyết được phát hiện sẽ được so sánh với mức độ từ chối cố định. Nếu biên độ đo được vượt quá mức từ chối, các chuyên gia quyết định rằng một khiếm khuyết như vậy là không thể chấp nhận được. Sau đó, đường may hoặc sản phẩm bị từ chối và gửi đi sửa lại.

Các khuyết tật phổ biến nhất của bề mặt hàn là: thiếu kết hợp, xuyên thấu không hoàn toàn, nứt, rỗ, lẫn xỉ. Chính những vi phạm này đã được phát hiện một cách hiệu quả bằng cách phát hiện lỗ hổng bằng sóng siêu âm.

Tùy chọn siêu âm

Theo thời gian, quá trình kiểm tra đã phát triển một số phương pháp mạnh mẽ để kiểm tra mối hàn. Kiểm tra siêu âm cung cấp cho một số lượng lớn các tùy chọn để kiểm tra âm thanh của các cấu trúc kim loại được xem xét, tuy nhiên, phổ biến nhất là:

• Phương pháp Echo.
• Bóng.
• Phương pháp bóng gương.
• Echo Mirror.
• Phương pháp Delta.

Phương pháp số một

Thông thường nhất trong ngành công nghiệp và vận tải đường sắt, phương pháp xung dội âm được sử dụng. Nhờ anh ấy mà hơn 90% tất cả các khuyết tật đều được chẩn đoán, điều này trở nên khả thi do việc đăng ký và phân tích hầu hết các tín hiệu được phản ánh từ bề mặt của khuyết tật.

Bản thân phương pháp này dựa trên âm thanh của một sản phẩm kim loại với các xung dao động siêu âm, sau đó là sự đăng ký của chúng.

Ưu điểm của phương pháp là:

- khả năng truy cập một chiều vào sản phẩm;

- độ nhạy khá cao đối với các khuyết tật bên trong;

- độ chính xác cao nhất trong việc xác định tọa độ của khiếm khuyết được phát hiện.

Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm, bao gồm:

- khả năng chống nhiễu từ các tấm phản xạ bề mặt thấp;

- sự phụ thuộc mạnh mẽ của biên độ tín hiệu vào vị trí của khuyết tật.

Việc phát hiện lỗ hổng được mô tả ngụ ý rằng công cụ tìm kiếm sẽ gửi các xung siêu âm tới sản phẩm. Tín hiệu phản hồi được nhận bởi anh ta hoặc bởi người tìm kiếm thứ hai. Trong trường hợp này, tín hiệu có thể được phản xạ trực tiếp từ các khuyết tật và từ bề mặt đối diện của bộ phận, sản phẩm (đường may).

Phương pháp bóng

Nó dựa trên phân tích chi tiết về biên độ dao động siêu âm truyền từ máy phát đến máy thu. Trong trường hợp chỉ tiêu này giảm, điều này cho thấy có khuyết tật. Trong trường hợp này, kích thước của khuyết tật càng lớn thì biên độ của tín hiệu mà máy thu nhận được càng nhỏ. Để có được thông tin đáng tin cậy, bộ phát và bộ thu phải được đặt đồng trục trên các mặt đối diệnđối tượng đang nghiên cứu. Những nhược điểm của công nghệ này có thể được coi là độ nhạy thấp so với phương pháp tiếng vang và khó định hướng PET (đầu dò áp điện) so với chùm tia trung tâm của mẫu bức xạ. Tuy nhiên, cũng có những ưu điểm, đó là khả năng chống nhiễu cao, sự phụ thuộc thấp của biên độ tín hiệu vào vị trí của khuyết tật và không có vùng chết.

Phương pháp soi gương

Kiểm tra chất lượng siêu âm này được sử dụng phổ biến nhất để kiểm tra các mối nối thép cây hàn. Dấu hiệu chính cho thấy một khuyết tật đã được phát hiện là sự suy yếu của biên độ tín hiệu, được phản xạ từ bề mặt đối diện (thường được gọi là đáy). Ưu điểm chính của phương pháp là phát hiện rõ ràng các khuyết tật khác nhau, trong đó có sự lệch trục của mối hàn. Ngoài ra, phương pháp này được đặc trưng bởi khả năng truy cập một mặt vào đường nối hoặc bộ phận.

Phương pháp phản chiếu tiếng vang

Cách hiệu quả nhất để phát hiện các khuyết tật dọc. Việc kiểm tra được thực hiện bằng cách sử dụng hai đầu dò, được di chuyển dọc theo bề mặt gần đường nối ở một bên của nó. Đồng thời, chuyển động của chúng được thực hiện theo cách để một đầu dò khắc phục tín hiệu phát ra từ một đầu dò khác và phản xạ hai lần từ khiếm khuyết hiện có.

Ưu điểm chính của phương pháp: nó có thể được sử dụng để đánh giá hình dạng của các khuyết tật, kích thước vượt quá 3 mm và sai lệch trong mặt phẳng thẳng đứng hơn 10 độ. Điều quan trọng nhất -sử dụng các đầu dò có cùng độ nhạy. Phiên bản kiểm tra siêu âm này được sử dụng tích cực để kiểm tra các sản phẩm có thành dày và mối hàn của chúng.

Phương pháp Delta

Kiểm tra siêu âm được chỉ định đối với các mối hàn sử dụng năng lượng siêu âm do khuyết tật bức xạ lại. Sóng ngang tới khuyết tật bị phản xạ một phần đặc biệt, một phần biến đổi thành sóng dọc, và cũng bức xạ lại sóng nhiễu xạ. Kết quả là, các sóng PET yêu cầu được thu lại. Nhược điểm của phương pháp này có thể được coi là làm sạch đường nối, độ phức tạp khá cao của việc giải mã các tín hiệu nhận được trong quá trình điều khiển các mối hàn có độ dày lên đến 15 mm.

Ưu điểm của sóng siêu âm và sự tinh tế trong ứng dụng của nó

Kiểm tra các mối hàn bằng cách sử dụng âm thanh tần số cao, thực chất là kiểm tra không phá hủy, bởi vì phương pháp này không có khả năng gây ra bất kỳ thiệt hại nào cho phần được khảo sát của sản phẩm, nhưng đồng thời xác định khá chính xác sự hiện diện của các khuyết tật. Ngoài ra, cần đặc biệt chú ý đến chi phí thấp của công việc được thực hiện và tốc độ thực hiện cao của chúng. Điều quan trọng nữa là phương pháp phải an toàn tuyệt đối với sức khỏe con người. Tất cả các nghiên cứu về kim loại và mối hàn dựa trên sóng siêu âm được thực hiện trong dải tần từ 0,5 MHz đến 10 MHz. Trong một số trường hợp, có thể thực hiện công việc bằng sóng siêu âm với tần số 20 MHz.

Phân tích mối hàn bằng siêu âm nhất thiết phải đi kèm với toàn bộ phức hợpcác biện pháp chuẩn bị, chẳng hạn như làm sạch đường nối hoặc bề mặt đang nghiên cứu, bôi chất lỏng tiếp xúc cụ thể lên khu vực được kiểm soát (gel chuyên dụng, glycerin, dầu máy). Tất cả điều này được thực hiện để đảm bảo tiếp xúc âm thanh ổn định thích hợp, cuối cùng cung cấp hình ảnh cần thiết trên thiết bị.

Không sử dụng được và nhược điểm

Kiểm tra siêu âm hoàn toàn không hợp lý khi sử dụng để kiểm tra các mối hàn của kim loại có cấu trúc hạt thô (ví dụ, gang hoặc mối hàn Austenit có độ dày hơn 60 mm). Và tất cả bởi vì trong những trường hợp như vậy, có sự phân tán đủ lớn và độ suy giảm mạnh của sóng siêu âm.

Cũng không thể xác định rõ ràng đầy đủ đặc điểm của khuyết tật được phát hiện (bao gồm vonfram, bao gồm xỉ, v.v.).