Ультразвуковой контроль сварных стыков газопроводов

Для проверки качества сварных стыков газопроводов применяют физические методы: радиографический и ультразвуковой. Для стальных труб используют оба. Но есть нюанс: ультразвуковой метод контроля сварных стыков стальных газопроводов применяется при условии проведения выборочной проверки не менее 10% стыков радиографическим методом. Соответственно, если использовать ультразвук, лаборатория неразрушающего контроля должна иметь все необходимое оборудование и квалифицированных специалистов, которые могут работать обеими технологиями. Для полиэтиленовых соединений, выполненных сваркой с закладными нагревателями, применяют ультразвук. Ультразвуковой контроль позволяет выявлять непровары, несплавления, трещины, поры, шлаковые включения, расслоения, как одиночные, так и скопления. 

Принцип ультразвукового контроля

Ультразвуковой контроль (УЗ-контроль) металла и сварных соединений производится акустическими волнами с частотой до 20 МГц. Он основан на способности звуковых колебаний проникать в материал и отражаться от поверхности царапин, пустот и других неровностей. Траектория движения звуковых волн в однородной среде остаётся неизменной. Внутренние (подповерхностные) дефекты являются отражателями УЗ-волн.

Рис.1 Развертка на экране дефектоскопа

Искусственно созданная направленная диагностическая волна проникает в проверяемое соединение и в случае обнаружения дефекта отклоняется от своего нормального распространения. Дефектоскопист видит это изменение на экране прибора, что позволяет дать характеристику обнаруженному дефекту (рис.1). По амплитуде и времени прихода эхо-сигналов можно судить о размерах и глубине залегания отражателей.

Немного истории

Для генерации ультразвуковых колебаний используют обратный пьезоэлектрический эффект, когда кристаллы кварца преобразуют электрические импульсы в механические движения, вызывающие ультразвуковые колебания. Эффект открыли в 1880-1881 годах французские ученые Жак и Пьер Кюри.

Рис.2 Пьер Кюри

Кстати, Пьер Кюри (рис.2) является одним из первых исследователей радиоактивности, он открыл радий и полоний, за что получил в 1903 году Нобелевскую премию.

Рис.3 С.Я. Соколов

Идея ультразвуковой дефектоскопии металлов принадлежит советскому ученому Сергею Яковлевичу Соколову (рис.3). С 1926 года он работал заведующим лабораторией радиотехники и руководителем лабораторных работ студентов. В декабре 1927 г. коллективом лаборатории был испытан пьезоэлектрический вибратор с частотой 1 МГц, позволяющий получать мощные ультразвуковые колебания в воде. 2 февраля 1928 г. был оформлен патент С.Я. Соколова на первый дефектоскоп, работающий на непрерывном звуке. А вот первые эхо-импульсные приборы были выпущены в 1943 г. в США и Великобритании. В Советском Союзе импульсный эхо-дефектоскоп был создан в 1948 г.

Ультразвуковой контроль сварных соединений газопроводов

Ультразвуковой контроль сварных соединений газопроводов проводится в соответствии с ГОСТ Р 55724 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые».

Рис.4 Схема эхо-импульсного метода

Для ручного контроля стыковых соединений чаще всего используется эхо-импульсный метод (рис.4). Он основан на отражении ультразвуковых волн от поверхности дефекта и регистрации этих возвратившихся сигналов. Для этого в сварной шов излучается группа ультразвуковых зондирующих импульсов. Прозвучивание наклонными совмещёнными пьезоэлектрическими преобразователями выполняется с обеих сторон относительно оси сварного шва, прямым и отражёнными лучами. При наличии дефекта от него отражается сигнал, который несет информацию о его наличии, удалённости от излучателя и размерах. Размеры и местоположение дефекта оценивают по амплитуде и времени задержки (положению на экране) отраженного эхо-сигнала.

Ультразвуковые дефектоскопы

Основным прибором для УЗ-контроля является ультразвуковой дефектоскоп. Это средство измерения (СИ). К ультразвуковому контролю на опасных производственных объектах (ОПО) допускаются приборы, которые прошли аттестацию, утверждены в качества типа СИ, внесены в Государственный реестр СИ РФ и которые имеют действующее свидетельство о поверке (рис.5).

Рис.5 Свидетельство о поверке дефектоскопа

Ультразвуковой дефектоскоп:

• благодаря обратному пьезоэффекту возбуждает колебания пьезоэлемента в пьезоэлектрическом преобразователе, посылая импульсы требуемой формы и длительности;

• принимает электрические импульсы, возникшие за счет прямого пьезоэффекта в преобразователе под воздействием отраженных сигналов от преобразователя вследствие воздействия;

• преобразует электрические сигналы для оценки и обработки оператором;

• измеряет характеристики эхо-сигналов;

• рассчитывает размеры несплошностей и пространственное положение дефектов.

Рис.6 Ультразвуковой дефектоскоп УД2-70

Ультразвуковой дефектоскоп УД2-70 (рис.6) предназначен для выявления мест нарушений сплошности и однородности различных материалов, сварных соединений, изделий из металлов. Прибор измеряет глубину и координаты залегания дефектов и отношения амплитуд сигналов от дефектов. Дефектоскоп реализует эхо-импульсный, теневой и зеркально-теневой методы неразрушающего контроля.

Рис.7 Ультразвуковой контроль сварного шва

Основным рабочим элементом аппарата является пластина пьезодатчика из кварца или титанита бария, который расположен в щупе. Щуп располагают вдоль швов и медленно перемещают возвратно-поступательными движениями (рис.7). В это время к пластине подводится высокочастотный ток (0,8—2,5 МГц), и она начинает излучать пучки ультразвуковых колебаний. Отраженные волны воспринимаются другим принимающим щупом, который преобразует их в переменный электрический ток, который отклоняет волну на экране с появлением промежуточного пика. Датчик посылает переменные короткие импульсы упругих колебаний разной длительности, разделяя их более продолжительными паузами, что позволяет определить наличие дефекта и глубину его залегания.

Ультразвуковой контроль в сравнении с радиографическим лучше выявляет плоскостные дефекты: трещины, непровары с малым раскрытием, расслоения. Высокая чувствительность к границам раздела позволяет обнаруживать дефекты размером от долей миллиметра.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь