Способ ультразвукового контроля стыковых сварных соединений с подкладкой Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области акустических методов неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии стыковых сварных соединений с подкладкой, выполненных из сталей как аустенитного, так и перлитного классово

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет исключения из зоны регистрации эхо-импульса, отраженного подкладкой, а для аустенитных соединений также за счет снижения уррвня шума благодаря оп- т мизации угла ввода.

На фиг. 1 представлена схема про- з учивания сварного шва стандартно- г| образца, имитирующего контролируе мЈе стыковое сварное соединение; на . 2 - электронно-лучевая трубка ({ЭЛТ) дефектоскопа при прозвучивании кЬнтролируемого стыкового сварного соединения; на фиг. 3 - зависимости среднего значения амплитуд структурных шумов относительно контрольного уровня при перемещении преобразователя вдоль шва от угла -и пересече- пучка однократно отраженных УЗ колебаний с кромкой разделки аустенитного сварного соединения на частотах: а) 1,25 МГц, б) 1,9 МГц, в) 2,5 МГц.

Способ УЗ контроля стыковых свар- к|ых соединений заключается в следу- к)щем.

5

0

5

0

5

На поверхности соединения устанавливают наклонный УЗ преобразователь и осуществляют сканирование в двух зонах, ограниченных со стороны сварного шва линиями, отстоящими от его оси на расстояниях S1 и. S-. Преобразователем принимают отраженные соединением эхо-импульсы и регистрируют их в двух интервалах времени. При сканировании в зоне, ограниченной линией, отстоящей от оси шва на расстоянии S1f интервал времени, в котором осуществляют регистрацию, устанавливают между однократно отраженным эхо-импульсом от отражателя в валике усиления сварного шва стандартного образца и однократно отраженным эхо-импульсом от отражателя в средней части сечения сварного шва на глубине h стандартного образца.

При сканировании в зоне, ограниченной линией, отстоящей от оси шва на расстоянии 3„, интервал времени, в котором осуществляют регистрацию, устанавливают между двукратно отраженным эхо-импульсом от отражателя в корне сварного шва стандартного образца и двукратно отраженным эхо- импульсом от отражателя в средней части сечения сварного шва на глубине h стандартного образца. Угол Ј0 ввода поперечных УЗ колебаний в материал контролируемого соединения и значения параметров h, S1, S, выбирают из условий

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение достоверности контроля вследствие исключения из зоны регистрации принятых эхо-импульсов отражений от подкладки. Определенным образом выбирают угол α₀ ввода поперечных ультразвуковых колебаний преобразователя 1 и глубину H залегания среднего отражателя 11 в сварном шве 3 стандартного образца 2. Принимают эхо-импульсы, однократно отраженные поверхностью образца 2, средним отражателем 11 и отражателем 9 в валике 5 усиления шва 3, и с их помощью выделяют первый интервал времени регистрации эхо-импульсов. Принимают эхо-импульсы, двукратно отраженные поверхностями образца 2, средним отражателем 11 и отражателем 10 в корне 6 шва 3, и с их помощью выделяют второй интервал времени регистрации эхо-импульсов. Сканируют преобразователем 1 изделие, регистрируют эхо-импульсы в первом и втором интервалах времени, измеряют их параметры и по ним определяют дефектность соединения. При сканировании перемещение точки ввода ограничивается линиями, местоположение которых определяется геометрическими параметрами объекта контроля и шириной используемого пучка колебаний. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

н i± ;}$2iЈ i-2- h 7/

Zsino

I 7 2

-H + i H - D +

L + 1 + m +

d . D + 2HsincL

S + m + -яr-s

i 2

S2 4 + 1 +

D + 4Hsin rfj 5cos d0

Н - толщина основного металла соединения;

ef - ширина корня сварного шва на границе с подкладкой;

m - ширина зоны неровностей на 5 поверхности основного металла соединения, примыкающей к корню сварного шва;

2(L i ilc°Sf{ 1

(L + D

.

- эффективная ширина пучка излучаемых поперечных УЗ ко- лебаний в плоскости падения;

- половина ширины валика усиления сварного шва;

- ширина зоны неровностей на поверхности основного металла соединения, примыкающей к валику усиления сварного шва.

Угол о(0 ввода при регистрации эхо импульсов в первом интервале времени при сканировании в зоне, ограниченной линией, отстоящей от оси шва на расстоянии S1 , выбирают из условия

65 (e +o(u 7/ 35°,

где о(ц- угол разделки кромки сварного шва.

Параметры регистрированных эхо- импульсов измеряют и определяют с их помощью дефектность контролируемого сварного соединения.

Схема прозвучивания включает УЗ преобразователь 1, стандартньй образец 2 со сварным швом 3 и подкладкой 4. Сварной шов 3 включает валик 5 усиления, корень 6 и кромки 7. Позицией 8 обозначена ось шва 3. В валике 5 усиления шва 3 выполнен отражатель 9, в корне 6 шва 3 - отражатель 10, в средней части шва 3 - отражатель 11. Все отражатели 9-11 лежат на оси 8.

o(o 2arctg

-Н + |н4- D1 + (L + 1 + та + |)2

L+1+m+.-D

где Н - толщина основного металла

образца 2;

D - эффективная ширина пучка излучаемых преобразователем 1 поперечных УЗ колебаний в плоскости фиг. 1; L - половина ширины валика 5

усиления шва 3;

1 - ширина зоны неровностей 13 на поверхности основного металла образца 2; m - ширина зоны неровностей 12 на поверхности основного материала образца 2; d - ширина корня 6 шва 3, определяет минимальное значение угла оС0 , при котором осуществляется полное прозвучивание сечения шва- 3 однократно и двукратно отраженными лучами. Если последнее условие не противоречит первому, выбирают 0 35°, если же противоречит - выбирают du по минимальному значению второго условия. При контроле аусте нистых сварных соединений в расчет

На поверхности образца 2 у корня 6 шва 3 имеются неровности 12, а на поверхности образца 2 у валика 5 усиления ива 3 - неровности 13. Позициями 14-17 обозначены точки ввода УЗ колебаний от преобразователя 1 при настройке на отражатели 9 - 11, а позициями 18-21 - соответствующие

им эхо-сигналы на ЭЛТ 22 (фиг. 2). Эхо-сигнал 23 соответствует отражению УЗ колебаний от подкладки 4 при их вводе в точке 17. С помощью строб- импульсов 24 и 25 выделяют первъШ и

5 второй интервалы регистрации на ЭЛТ 22.

Способ УЗ контроля стыковых сварных соединений с подкладкой реализуется следующим образом.

0

Выбирают угол о(0 ввода поперечных УЗ колебаний в материал контролируемого соединения (стандартного образца 2). Условие d 0 35е исключа5 ет трансформацию поперечных УЗ колебаний в продольные при отражениях от поверхностей образца 2 контролируемого соединения. Условие

также принимается условие нахождения угла -у встречи однократно отраженного луча с кромкой 7 разделки шва 3 в диапазоне от 35 до 65°, т.е. поскольку -у Ј0+dk, где о( угол разделки кромки 7 шва 3, то

о + к 35

Данное условие выбрано исходя из результатов экспериментальных исследований различных типоразмеров сварных соединений аустенитного класса для повышения помехоустойчивости контроля.

В качестве примера на фиг. 3

приведены-средние значения М амплитуд шумов относительно контрольного уровня (амгаттуды сигнала от контольного отражателя) в зависимости off угла у старных соединений

элементов тр,убон| ©водов толщиной 31 мм, выйсгляемных из стали Х18Н12Т электродом ЭА 400/10 У с V-образной разделкой кромок (о(к 15°) для различных частот используемых УЗ колебаний: а) 1,25 МГц; б) 1,9МГц; в) 2,5 МГц. Приведенные на фиг. 3 зависимости подтверждают целесообразность условия 65 у 7/ 35° для однократно отраженного луча И соответственного ему условия 145 + 2 J Ъ 115° + 2оСкДЛя Двукратно отраженного луча. Затем выбирают значение глубины h распо- ожения отражателя 11 в шве 3 обраца 2.

Условие

h

2(L + l)cos o{0+ D

рпределяет минимальное значение ве- пичины h, обусловленное распростра- 1 гением в основном металле образца 2 двукратно отраженного луча, и ограничивает его прохождение в валик 2 (усиления шва 3 при наличии на поверности в околошовной зоне неровностей 13 типа усадок, вышлифовок и т.п.

Условие

h Н (d - 2m)cos + D 2sin cte

определяет максимальное значение ве- |личины li, обусловленное распростра- нением в основном металле образца 2 однократно отраженного луча, и ограничивает его прохождение в корень 6 щва 3 при наличии на поверхности в |Околошовной зоне неровностей 12, образованных например при специальной разделке кромок 7 сварного шва 3.

После этого устанавливают УЗ преобра- 0 вв°Да преобразователя 1 за пределами

|зозатель 1 с выбранным углом с/0 ввода поперечных УЗ колебаний на стандартный образец 2 с отражателями 9 и 10 в крайних точках наплавленного металла и отражателем 11 на выбран- , ной глубине h.

Определяют расстояние S, между осью 8 и точкой 14 ввода, при установке в которую акустическая ось преобразователя 1 после однократного отражения пересекается с центром отражателя 1 1 экспериментально или из выражения

45

50

линии, отстоящей от оси 8 на расстоянии S/, регистрируют эхо-сигналы в строб-импульсе 25„ Эхо-сигнал 23, вызванный отражением УЗ колебаний от подкладки 4, не входит в строб- импульсы 24 и 25, следовательно, в них могут быть зарегистрированы только дефекты, отражающие УЗ колебания аналогично отражателям 9-11. Для прозвучивания всего сечения сварного шва 3 прозвучивание необходимо проводить с двух сторон.

Местоположение дефектов в сечении сварного соединения определяют по соотношениям, учитывающим глубину залегания дефекта у, определяемую на экране ЭЛТ дефектоскопа, и расстояние х от осевой линии соединения до точки ввода, измеренное линейкой.

х П

w + m -

+ 2Hsino (0

Определяют расстояние S 4 между осью 8 и точкой 36 ввода, при установке в которую акустическая ось преобразователя 1 после двукратного отражения пересекается с центром отражателя 11 экспериментально или из выражения

S, L + 1

4Hsino(, 2совУ

0

5

0

5

Устанавливают преобразователь 1 в точку 14 и наблюдают на ЭЛТ 22 эхо-сигнал 18 отражателя И. Совмещают левый фронт строб-импульса 24 с левым фронтом эхо-сигнала 18. Устанавливают преобразователь 1 в точку 15 и наблюдают на ЭЛТ 22 эхо-сигнал 19 от отражателя 9, Совмещают правый фронт строб-импульса 24 с правым фронтом эхо-сигнала 19. Устанавливают преобразователь 1 з точку 1 6 и наблюдают на ЭЛТ 22 эхо- сигнал 20 от отражателя 11. Совмещают левый фронт строб-импульса 25 с левым фронтом эхо-сигнала 20. Устанавливают преобразователь 1 в точку 17 и наблюдают на ЭЛТ 22 эхо- сигнал 21 от отражателя 10. Совмещают правый фронт строб-импульса 25 с правым фронтом эхо-сигнала 21 . После установки строб-импульсов 24 и 25 сканируют преобразователем 1 контролируемое изделие (не показано) . I

При перемещении точки ввода преобразователя 1 между линиями, отстоящими от оск 8 на расстоянии S, S-, регистрируют эхо-сигналы в строб- импульсе 24, При перемещении точки

вв°Да преобразователя 1 за пределами

линии, отстоящей от оси 8 на расстоянии S/, регистрируют эхо-сигналы в строб-импульсе 25„ Эхо-сигнал 23, вызванный отражением УЗ колебаний от подкладки 4, не входит в строб- импульсы 24 и 25, следовательно, в них могут быть зарегистрированы только дефекты, отражающие УЗ колебания аналогично отражателям 9-11. Для прозвучивания всего сечения сварного шва 3 прозвучивание необходимо проводить с двух сторон.

Местоположение дефектов в сечении сварного соединения определяют по соотношениям, учитывающим глубину залегания дефекта у, определяемую на экране ЭЛТ дефектоскопа, и расстояние х от осевой линии соединения до точки ввода, измеренное линейкой.

Формула изобретения

(d + 2m) + D2(L + l)cosoC0+ D

-2ii5 j; h Tsin-j-

0 } 2arctg

-H -fa г- D2 + (L + 1 + m + J)

o(,

S, + m + LjJHsinaf.. 1 Ј2coso 0

D + 4HsiWe

де H - толщина основного материала соединения;

d - ширина корня сварного шва на границе с подкладкой;

m - ширина зоны неровностей на поверхности основного металла соединения, пр мыкаю- щей к корню сварного шва;

D - эффективная ширина пучка излучаемых поперечных ультразвуковых колебаний в плоскости падения;

L - половина ширины валика усиления сварного шва;

1 - ширина зоны неровностей по поверхности основного металрегистрацию принятых эхо-импульсов осуществляют в первом интервале времени, установленном по однократно

отраженным эхо-импульсам от отражателей в валике усиления и средней части сечения сварного шва на глубине h стандартного образца, и во втором интервале времени, установленном

IQ по двухкратно отраженным эхо-импульсам от отражателей в корне и средней части сечения сварного шва на глубине h стандартного образца, перемещение преобразователя -при регистрации

J5 эхо-импульсов в первом интервале времени со стороны сварного шва ограничивают линией, отстоящей от его оси на расстоянии S , перемещение преобразователя при регистрации эхо2Q импульсов во втором интервале времени со стороны сварного шва ограничивают линией, отстоящей от его оси на расстоянии S, а угол ввода поперечных ультразвуковых колебаний в 25 материал контролируемого соединения и значения параметров h, S, бирают из условий

St выL + 1+m + n-P

ла соединения, примыкающей к валику усиления сварного шва0

65 /о + ,

35е

где о(к- угол разделки кромки сварного шва.

1548749Ik

/

Фиг. г

SO 70 30 НО 130 150Г,гр& 50 70 9ЕГ ПО 130 150Т,фо9

Редактор В. Данко

2 -ii -S -S

-ю -п -16

-7S 18

я, 1 дБ

-г

-а -6 8 -ТО

-11

-VI

-16 ,

gs

-г

-4 -5 -S

-ю

-12 -

-1В ,,

Я ТО 90 ПО 130 ISO Г, град

Фиг.З

Составитель В. Гондаревский , Техред М.Ходанич Корректор М.Пожо

Ч

25

-г

-4 -5 -S

-ю

-12 -

-1В ,,