Ультразвуковые волны способны проникать внутрь материалов, не разрушая их, и это свойство используется в специальных высокоточных приборах. В нашей статье мы расскажем, для чего нужен ультразвуковой дефектоскоп, о его устройстве, разновидностях данного типа техники, о принципе действия и порядке применения, а также об особенностях выбора при покупке.

Что это такое?

Ультразвуковой дефектоскоп — это прибор, используемый для выявления скрытых дефектов в металлических или неметаллических изделиях с помощью ультразвукового контроля (УЗК). УЗК — это высокоточный и неинвазивный метод обнаружения дефектов. Он совершенно безопасный и широко применяется в производственной сфере и в разных отраслях услуг. Чаще всего данное устройство используют для выявления:

• поверхностных или внутренних трещин;
• разделений слоев материала (расслоений), возникающих в листовых либо композитных конструкциях;
• включений посторонних материалов, находящихся в основном металле;
• пустот или газовых пор внутри материала;
• любых нарушений сплошности (неоднородности);
• непроваров — когда в сварных швах обнаруживают неполное сплавление металла;
• изменения толщины, которая может быть результатом коррозии или эрозии.

В зависимости от функционала приборы делятся на одноканальные и многоканальные. Первые имеют один преобразователь и подходят для решения практически любых стандартных задач. Они просты и компактны, обладают достаточной точностью в большинстве случаев. Вторые позволяют параллельно пользоваться несколькими преобразователями, что значительно ускоряет процесс, особенно при проверке протяженных участков.

Устройство

Каждый прибор состоит из нескольких основных узлов:

• Преобразователь. Его назначение — излучение и прием ультразвуковых волн (УВ), которые он вначале преобразует из электроэнергии. Затем посылает в исследуемый участок и обнаруживает их отражение.
• Импульсный генератор/приемник. Его функция — посыл высоковольтных импульсов в преобразователь для генерации УВ и прием результата их отражения.
• Дисплейный блок. Он выводит принимаемые преобразователем сигналы на дисплей в нескольких форматах: А-сканы, B-сканы, C-сканы. Они зависят от типа инспекции.
• Запоминающее устройство. Предназначено для сохранения данных инспекций и последующего анализа. Такая информация помогает отслеживать временные изменения, осуществлять учет состояния материалов, обеспечивать постоянный контроль качества.

Помимо этого, в каждом аппарате присутствует система питания, чаще всего дублированная — с возможностью работать от сети и от аккумулятора.

Область применения

Методы неразрушающего контроля и, в частности, УЗК, востребованы во многих областях промышленности, энергетики, производства. Наиболее важным значение ультразвуковых дефектоскопов является в следующих отраслях:

• Строительство. Здесь методы УЗК применяются для проверки качества сварных швов в несущих конструкциях из стали и алюминия.
• Машиностроение. С помощью дефектомеров выявляют внутренние изъяны в композитных синтетических и сотовых материалах.
• Трубопроводы и резервуары. УЗК позволяет проводить диагностику трубопроводов любого назначения: нефти, газа, нефтепродуктов, пара и т. д. Также ультразвуковое оборудование помогает осуществлять профилактику магистралей тепло- и водоснабжения. Независимо от наличия антикоррозийного покрытия ультразвуковому контролю в законодательном порядке подвергают металл стенок и стыки сварных соединений в вертикальных и горизонтальных стальных резервуарах.
• Химическая и атомная отрасли. В этих областях УЗК является одним из главных методов обеспечения безопасности. Он позволяет вовремя определять и устранять опасные участки в трубопроводах и оборудовании АЭС.
• Пожарная безопасность. Применение УЗ дефектоскопов востребовано при установке, пусконаладке, ремонте, техобслуживании систем противопожарного водоснабжения, пожаротушения, противопожарных завес и занавесов, а также при заполнении проемов в противопожарных преградах.

Помимо этого, устройства для выявления неоднородностей широко применяются в ж/д перевозках (контроль состояния рельсов, подвижного состава), металлообработке, энергетике, авиастроении, горнодобывающей сфере, научных исследованиях и т. д.

Принцип работы ультразвукового дефектоскопа

Для обнаружения внутренних изъянов существуют различные методы, базирующиеся на анализе разнообразных показателей, имеющие свои сферы использования.

Теневой метод

При исследовании пользуются 2-мя преобразователями, установленными с разных сторон объекта: один для излучения УЗ волн, другой — для приема. Анализ основан на выяснении разницы амплитуды сигнала на входе и выходе: чем она больше, тем крупнее дефект. Методика обладает отличной помехоустойчивостью и низкой чувствительностью к ориентации пораженных мест. В сравнении с эхо-импульсным способом чувствительность ниже, а для проведения процедуры нужен двусторонний доступ.

Эхо-импульсный метод

Самый распространенный способ, который основывается на изучении отраженных от дефектов ультразвуковых колебаний. Преобразователь посылает в место исследования короткие импульсы, отражающиеся от пораженного участка и возвращающиеся обратно. Расстояние до изъяна определяется по времени прохождения сигнала, а размер — по амплитуде отраженной волны. Метод дает точные координаты и обладает высокой чувствительностью, однако имеет низкую помехоустойчивость и зависит от ориентации повреждения.

Зеркально-теневой метод

В этом случае анализируется амплитуда отраженной волны. В сравнении с теневым способом осуществление исследования легче, т. к. требуется лишь односторонний доступ. Амплитуда отраженного сигнала при наличии изъяна уменьшается. Методика особенно эффективна для обнаружения дефектов в корне шва, а ее применение высоко востребовано при контроле сварных швов на стыках арматуры. Однако чувствительность ее ниже, если сравнивать с эхо-импульсной.

Эхо-зеркальный метод

Чаще всего используется для выявления плоскостных изъянов с вертикальной ориентацией. Здесь также нужны 2 преобразователя. Их размещают, с одной стороны, от сварного шва и передвигают по околошовной зоне. Первый излучает волну, второй — принимает дважды отраженный импульс (от внутреннего повреждения и противоположной стороны изделия). Данный способ позволяет оценить форму неоднородных участков и легко обнаружить вертикальные трещины или расслоения от 3 мм. Однако при отклонении дефектов от вертикали более чем на 10° нужна дополнительная настройка.

Как пользоваться

Эксплуатация ультразвукового дефектоскопа требует проведения определенных подготовительных операций — только в этом случае можно получить достоверный результат.

Настройка

Чтобы настроить прибор нужным образом, используют специальные отражатели определенной формы — с пазами, зарубками либо отверстиями. Для каждого вида проверяемого изделия нормативными документами установлены свои размеры таких образцов. Настройка выполняется в соответствии с полученными от образцовых отражателей эхо-сигналами.

Для выравнивания амплитуды сигналов от расположенных на различной глубине отражателей осуществляется настройка временного регулирования чувствительности. Это помогает избежать затухания колебаний в изделии и обеспечить равномерность контроля по всей площади исследуемого участка.

Подготовка поверхности

Точность результата в огромной степени зависит и от чистоты исследуемого предмета. Его поверхность очищают от загрязнений, пыли или старых покрытий, освобождают от пятен или комков грязи, химических веществ. Если это металл, удаляют окалину, ржавчину, металлические брызги. Чистку делают шлифовальной машинкой или стальной щеткой. После этого наносят на поверхность контактную жидкость (глицерин, гель, трансформаторное масло), которая улучшает проводимость УЗ волн и обеспечивает хороший акустический сигнал. Для получения точного результата шероховатость поверхности должна быть не выше Ra 6,3 (Rz 40).

Проведение диагностики

Если толщина материала не превышает 20 мм, пользуются стандартными настройками. Для более массивных изделий с целью выяснения точных размеров и расположения дефектов используют АРД-диаграммы (амплитуда-расстояние-диаметр). Оператор подбирает нужные настройки и перемещает прибор по исследуемому участку. При этом он двигает излучатель зигзагом с поворотом вокруг оси на 10-15°, что позволяет наилучшим образом выявить изъяны разной формы и размера. Если обнаружено изменение структуры, устройство подает сигнал с отображением на дисплее. В этом случае оператор задерживается и исследует участок более подробно, чтобы собрать полный набор характеристик поврежденного места.

Внимание! Для сбора наиболее точной и полной информации УЗК проводят с применением сразу нескольких методик.

Как выбрать ультразвуковой дефектоскоп

Практически все современные приборы ориентированы на расширенные показатели функциональности и способны выполнять до 99% практических задач. Тем не менее, при подборе нужной модели стоит уточнить следующие параметры устройства:

• Наличие СИ в реестре средств НК и Госреестре.
• Производительность. Для редких стандартных задач подойдет простая модель, для интенсивного использования лучше приобрести аппарат с расширенным функционалом.
• Тип зондирующего импульса. В старых моделях был ударный, в современных — радиоимпульс.
• Частота посыла зондирующих импульсов, диапазон рабочих частот. Первый показатель обычно предлагается в промежутке 50-1000 Гц, второй — от 0,1 до 20 МГц.
• Характеристики развертки: длительность, задержка, интервал их изменения. Чем лучше эти показатели, тем обширнее доступная информация.
• Тип амплитудной коррекции. Для типовых задач достаточно режима ВРЧ, который поддерживают портативные модели. Для более детального исследования лучше подойдут устройства с режимами ВРЧ, АРД, АРК.
• Численность зон контроля. Большинство современных моделей могут проверять одновременно 2 независимые зоны и осуществлять сигнализацию как в звуковом, так и в световом режиме.

Также нужно изучить размер погрешности разных показателей, вместимость памяти, емкость аккумулятора, класс прочности, вес, габариты, пыле и влагозащищенность, а также наличие дополнительных опций. При покупке стоит выбирать надежного производителя (по отзывам, длительности работы, широте ассортимента), предоставляющего гарантийное обслуживание и имеющего хорошую техподдержку.

Заключение

Мы рассказали, как работать ультразвуковым дефектоскопом, как он устроен и по какому принципу действует, об основных методах УЗК. Чтобы получить точное представление о внутреннем состоянии материалов и изделий, нужен современный функциональный прибор. Теперь вы знаете, на что обратить внимание при его покупке. При поиске и выборе не стесняйтесь задавать вопросы — и вам разъяснят все непонятные моменты.