Ультразвуковой контроль сварных соединений труб малого диаметра датчиками на фазированных решетках

Преимущества фазированных решёток

Современные методы ультразвукового контроля, как, например, технология фазированных решёток, дают возможность получить надёжный и более наглядный результат контроля, при этом существенно сократив время на его проведение, по сравнению с традиционным ультразвуковым контролем. Всё это достигается за счёт некоторых физических преимуществ преобразователей на фазированных решётках:

• Угловое отклонение и перемещение ультразвукового луча реализуется посредством электронного сканирования, то есть сканируемая область шва контролируется под разными углами без перемещения преобразователя;
• Электронная фокусировка звукового луча в интересующей области для улучшения чувствительности, разрешения и отношения сигнал/шум при контроле;
• Непрерывная запись всех сигналов при сканировании;
• В дополнение к А-скану, на экране ультразвукового дефектоскопа отображаются B-, S-, C-сканы, которые визуализируют результаты контроля в более понятный вид;
• Быстрое перемещение датчика вдоль шва и возможность сканирования несколькими группами одновременно.

Сканирующие устройства для ультразвукового контроля трубопроводов

Для ускорения и упрощения ультразвукового контроля сварных соединений труб малого диаметра удобно использовать Сканер TWN-10, который за счёт особенностей своей цепной конструкции даёт возможность сделать полный контроль сварного шва за один проход. Простая конструкция сканера обеспечивает легкое крепление на объекте контроля без разборки всего сканера, а также быструю смену преобразователей и призм.

Специально для Сканера TWN-10 разработаны низкопрофильные сфокусированные преобразователи на фазированной решетке серии А15 с призмами высотой 12 мм и притёртыми под диаметры от 20 до 114 мм.

Притертые призмы TWN-SA15-N60S-AOD для ФР преобразователей серии А15:

Линейный vs низкопрофильный сфокусированный ФР преобразователь

Почему нужно использовать низкопрофильный сфокусированный преобразователь на фазированной решётке? На рисунках 1 и 2 показаны схемы распространения ультразвукового луча, а на рисунке 3 изображения сканирования дефекта на трубе Ø60х4 мм обычной линейной фазированной решеткой и низкопрофильным физически сфокусированным ФР преобразователем.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Ввиду того, что сканирование ведется в рабочей области звукового поля, результат полученный сфокусированным преобразователем имеет более четкие контуры.

Ультразвуковой контроль труб малого диаметра из углеродистой стали – Сталь 45

Контроль трубы Ø25 мм с толщиной 3.1 мм (материал сталь 45) проводился ультразвуковым дефектоскопом Alfascan I 16:64PR и ФР преобразователем TWN-7.5CCEV35-A15.

Отображение дефектов на A-, S- и С-сканах:

Контроль трубы Ø57 мм с толщиной 5 мм из Стали 45 также проводился ультразвуковым дефектоскопом Alfascan I 16:64PR и датчиком TWN-7.5CCEV35-A15.

Дефект №1

Дефект №2

Дефект №3

Сводная таблица анализа выявленных дефектов:

Ультразвуковой контроль труб малого диаметра из нержавеющей стали

Контроль объектов из нержавеющей стали связан с рядом проблем, вызванных структурными особенностями материала. Ультразвуковая волна быстро рассеивается, а контроль с высоким уровнем усиления не позволяет со 100% уверенностью отличить дефекты среди шума, вызванного структурой металла.

Технология фазированных решеток позволяет упростить задачу и полноценно провести контроль. Это возможно за счет применения фокусировки звуковой энергии в интересующей области шва, визуализации результатов и использования одновременно нескольких углов сканирования.

В нашем эксперименте, контроль проводился на трубах малого диаметра выполненных из разных нержавеющих сталей. Ниже приведена таблица с параметрами труб и применяемым оборудованием.

Результаты контроля:

1. Труба Ø76х6 мм, материал – сталь 316L.

Образец трубы имеет 5 имплантированных дефектов. Соотношение сигнал/шум при контроле области с порами (дефект №3) и шлакового включения (дефект №5) очень низкое, и поэтому такие дефекты нелегко найти и идентифицировать. Плоскостные дефекты в виде трещины (дефект №1), несплавления (дефект №2) и непровара в корне (дефект № 4) определяются уверенно.

Дефект №1

Дефект №2

Дефект №4

2. Труба Ø51х7 мм, материал – сталь 304.

Этот образец трубы имеет 4 имплантированных дефекта. Соотношение сигнал/шум при контроле области с порами (дефект №3) и шлакового включения (дефект №4) очень низкое, и поэтому такие дефекты нелегко найти и идентифицировать. Плоскостные дефекты в виде непровара по корню (дефект №1) и несплавления (дефект №2) определяются уверенно.

Дефект №1

Дефект №2

3. Труба Ø45х9 мм, материал – сталь 347.

Этот образец трубы имеет 4 имплантированных дефекта. Соотношение сигнал/шум при контроле области с порами (дефект №3) очень низкое, и поэтому такие дефекты нелегко найти и идентифицировать. Плоскостные дефекты в виде продольной трещины (дефект №1), несплавления (дефект №2) и области со шлаковым включением (дефект №4) определяются уверенно.

Дефект №1

Дефект №2

Дефект №4

4. Труба Ø28х5 мм, материал – сталь 316.

Этот образец трубы имеет 2 имплантированных дефекта в виде пор диаметром 0.5 мм. Соотношение сигнал/шум при контроле области с порами очень низкое, и поэтому дефекты однозначно идентифицировать не удалось.

Делаем вывод

Из проведенного эксперимента видно, что крупнозернистая структура материала и низкое соотношение сигнал/шум негативно сказываются на способности обнаружения мелких скоплений пор. Шлаковые включения определяются значительно лучше за счет своей формы и геометрии поверхности (более «острые» края). Плоскостные дефекты в виде трещин, непроваров и несплавлений определяются чётко, за счет своей геометрии.

Применение технологии фазированных решёток для ультразвукового контроля с записью результатов сварных швов труб малого диаметра повышает качество и достоверность результатов контроля, упрощает сам процесс и повышает скорость контроля.