Лабораторна робота № 5 «Ультразвуковий метод контролю зварних з’єднань»

1 Мета і завдання лабораторного заняття:

Метою лабораторного заняття є вивчення роботи приладів для ультразвукового контролю якості зварених з’єднань, набуття студентами практичних навиків виявлення внутрішніх дефектів зварних швів за допомогою сучасних ультразвукових дефектоскопів і оцінення якості зварених з'єднань.

Студент повинен ЗНАТИ:

- види дефектів зварених з'єднань і принципи їх утворення;

- властивості ультразвукових коливань;

- суть п’єзоелектричного ефекту;

- види п’єзощупів і їх призначення;

- фізичні заходи і параметри ультразвукового контролю;

- способи ультразвукового контролю зварних з’єднань;

- будову, призначення і принцип роботи ультразвукових дефектоскопів;

- заходи з техніки безпеки при проведенні контролю.

ВМІТИ:

- під'єднати прилади до мережі і перевірити справність їх роботи;

- підібрати п’єзошукач залежно від товщини зварного з’єднання і способу ультразвукового контролю;

- провести контроль зварених з’єднань різних типів;

- охарактеризувати виявлені дефекти, вид і розмір дефекту, глибина залягання, тощо;

- зробити висновок про якість звареного шва і звареного з’єднання в цілому;

2 Основні теоретичні положення

Ультразвукові коливання являють собою пружні коливання частин матеріального середовища з частот, яка вища, ніж верхня межа слухового сприйняття, тобто від і вище. Вони здатні проникати в метал на великі глибини і відбиватися від межі поділу при переході із одного середовища в інше.

За допомогою ультразвуку можна визначити без руйнування такі дефекти зварювання: тріщини, порожнини, раковини, шлакові включення, пори, не провари. Схема ультразвукової дефектоскопії зварного з’єднання представлена на рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 – Схема ультразвукової дефектоскопії зварного з’єднання

На рис. 5.1 представлена принципова схема ультразвукового контролю ехоімпульсним методом з суміщеною схемою включення. Для виявлення дефекту ультразвукові колива­ння створюються шукачем, який сприймає імпульси струму від генератора. При зустрічі з дефектом хвилі відбиваються від нього і знову попадають на пластинку шукача у момент перерви між черговими імпульсами і перетворяться в електричні коливання, що поступають на підсилювач. Останні після посилення подаються на електронно променеву трубку, яка служить індикатором отриманих сигналів. По вигляду відхилення променя на екрані електронної трубки судять про характер дефектів.

Вузькі напрямлені пучки ультразвукових коливань отримують за допомогою п'єзоелектричних пластинок, кварцу або титану барію. Якщо до такої пластинки підвести змінний струм великої частоти , то завдяки п’єзоелектричному ефекту пластинка перетворюється у випромінювач пучка коливань, спрямованого під прямим кутом до її більших граней. Ця пластинка при потраплянні до неї пучка пружних коливань із довкілля стає приймачем і перетворює коливання у змінну електричну напругу відповідної частоти, при наявності дефектів відбитий пучок потрапляє на приймальну пластину і спричиняє появу ЕРС, яку подають через підсилювач на електроди електронно-променевої трубки і промінь на екрані осцилографа відхиляється.

Найбільше застосування для контролю зварних швів отримав імпульсний спосіб ультразвукової дефектоскопії, суть якого полягає в наступному. П’єзовипромінювач посилає ко­роткі імпульси пружних коливань (тривалістю 0,5-1 мкс), розділені тривалішими паузами (1-5мкс). Якщо на шляху пучка коливань зустрічаються дефекти зварки, що порушують безперервність акустичного середовища, то відбиті сигнали потрапляють в приймальний пристрій і викликають відхилення променя на екрані осцилографа.

Вимірюючи час від моменту посилки імпульсу до прийому сигналу можна визначити не тільки наявність дефектів, але і глибину їх залягання.

Для забезпечення доброго акустичного контакту між робочою поверхнею призматичного щупа та поверхнею металу, наносять тонкий шар рідко мастила. Як рідке мастило використовують турбінне або машинне масло, а також гліцерин.

Для контролю якості зварних з'єднань у цій роботі використовують ультразвукові імпульсні дефектоскопи, які зроблені за імпульсною схемою, дає змогу проводити контроль за способом відбиття і способом наскрізного прозвучання. Дефектоскоп має ультразвуковий еталон часу - глибиномір, який дозволяє безпосередньо відчувати глибину залягання дефектів або товщину виробу.

До комплекту дефектоскопу входить широкий асортимент п'єзоелектричних щупів (робоча частота ) мають захисне сталеве денце, яке запобігає стиранню п’єзо пластинок при переміщенні п’єзощупа нерівною поверхнею виробу. За допомогою плоских щупів не вдається контролювати вертикальні тріщини. Для цього використовують призматичні щупи (шукачі). Вони розраховані на робочу частоту 2,5 МГц і мають заломлені кути 30°, 40° і 50° рисунок 5.2.

а – прямий, б – похилий (призматичний), в – роздільно-суміщений (PC); 1 – корпус, 2 – демпфер, 3 – п’єзопластина, 4 – захисне денце (протектор), 5 – призма, 6 – струмопідвід, 7 – акустичний екран.

Рисунок 5.2 – Конструкції шукачів