Ультразвуковой контроль сварных соединений трубопроводов из аустенитных сталей диаметром 108-400 мм с толщиной стенки 5-20 мм

Ультразвуковой контроль сварных соединений из аустенитных сталей имеет ряд особенностей, связанных с невозможностью контроля сечения сварного шва поперечными волнами по причине полного рассеивания ультразвука на границе зерен никеля (на экране дефектоскопа фиксируется только шумовая составляющая при отсутствии полезного эхо-сигнала). 

Наибольшую проблему при контроле представляет именно сварной шов. Материал трубы, в подавляющем большинстве случаев, при производстве проходит термический процесс нормализации, при котором зерно никеля уменьшается в размерах и не представляет никакой сложности для контроля поперечными волнами (исключение могут составлять специальные сплавы с высоким содержанием никеля, типа Paralloy, Inconel, Incoloy). 

Во всяком случае необходимо производить проверку акустических параметров для каждой партии материала. Контроль самого сварного шва возможен только продольными волнами ввиду их способности проникать в крупнозернистые структуры незначительно подвергаясь рассеиванию.

Зачастую при решении данной задачи производители и инспекционные компании прибегают к контролю с использованием матричных (DMA / Dual-matrix array) преобразователей на фазированных решётках. DMA датчики состоят из двух преобразователей на фазированной решетке, подключенных к одному разъему, и способны генерировать продольные звуковые волны приема-передачи (TRL). 

Данные преобразователи в самом деле идеально походят для контроля крупнозернистых, аустенитных и коррозионностойких сплавов, а также сварных соединений разнородных металлов. Наша компания обладает данной технологией и производит собственные DMA преобразователи.

Однако известно, что использование DMA датчиков приводит к существенному удорожанию самой технологии контроля.

И далее, опираясь на наш практический опыт, мы рассмотрим схему контроля сварных соединений из нержавеющих сталей толщиной до 20-25 мм с использованием стандартных ФР преобразователей, при которой линия сплавления и зона термического влияния контролируется поперечными волнами, а материал сварного шва – продольными. 

Контроль продольными волнами имеет худшую разрешающую способность по сравнению с контролем поперечными волнами из-за большей длины волны, но его применение является вынужденной мерой ввиду причин, перечисленных выше. Кроме того, контроль продольными волнами может производиться только прямым лучом, так как при отражении происходит трансформация большей части энергии продольной волны в поперечную волну.

На рисунке ниже представлена схема контроля сварного соединения датчиками продольной (синий цвет) и поперечной (красный цвет) волнами. Сектор сканирования продольными волнами распространяется до угла 80°. 

Для контроля сварного соединения в подповерхностной зоне может использоваться раздельно-совмещенный датчик для излучения головных продольных волн (Creeping Wave). 

Комплект оборудования для решения задачи

Применение сканера TWN-14 на демонстрационном объекте