CC BY
273
УДК 621.791
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ
Д. А. Кочергин1, Е. В.Линдт Научный руководитель - В. В. Богданов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрены преимущества и недостатки ультразвукового контроля сварных соединений, используемых в ракетно-космической отрасли. Необходимость применения ультразвука по сравнению с радиографическим методом контроля.
Ключевые слова: ультразвуковой контроль, неразрушающий контроль, сварные соединения, дефекты.
THE ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF ULTRASONIC INSPECTION
D. A. Kochergin1, Е. V. Lindt Scientific Supervisor - V. V. Bogdanov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
This article discusses the advantages and disadvantages of ultrasonic testing of welded joints used in the aerospace industry. The need of ultrasound application compared to the radiographie method of control.
Keywords: ultrasonic testing, non-destructive testing, welded joints, defects.
Наука об ультразвуке сравнительно молодая. Первые лабораторные работы по исследованию ультразвука были проведены великим русским ученым-физиком П. Н. Лебедевым в конце XIX, а затем ультразвуком занимались многие видные ученые.
Ультразвук представляет собой волнообразно распространяющееся колебательное движение частиц среды. Ультразвук имеет некоторые особенности по сравнению со звуками слышимого диапазона. В ультразвуковом диапазоне сравнительно легко получить направленное излучение; он хорошо поддается фокусировке, в результате чего повышается интенсивность ультразвуковых колебаний. При распространении в газах, жидкостях и твердых телах ультразвук порождает интересные явления, многие из которых нашли практическое применение в различных областях науки и техники.
Так, ультразвуковые колебания применяют в неразрушающем контроле. Профессор С. Я. Соколов использовал свойство распространения ультразвука в ряде материалов и предложил в 1928 году новый метод обнаружения дефектов, залегающих в толще металла. Ультразвуковой метод скоро получил признание в нашей стране и за рубежом. Это объясняется более высокой чувствительностью по раскрытию на 5 порядков, достоверностью в 2-2,5 раза обнаружения дефектов, более высокой оперативностью в 15-20 раз и производительностью в 2-4 раза, меньшей стоимостью в 2-6 раз и безопасностью в работе по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.
В настоящее время на предприятиях космической отрасли созданы и достаточно эффективно работают системы обеспечения качества выпускаемой продукции. К одним из главных свойств, которые характеризуют качество любых изделий, относятся их надежность и безопасность. Исключительно важную роль в обеспечении требуемого уровня этих свойств играют методы неразрушающего контроля. Использование неразрушающего контроля и технической диагностики приобретает все большее значение, особенно при производстве и эксплуатации дорогостоящих и наукоемких объектов, к которым относятся изделия ракетно-космической техники (РКТ). Вполне очевидно, что недостаточность контроля или его недостоверность могут приводить к значительным экономическим поте-
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
рям, а в ряде случаев к серьезным авариям и экологическим катастрофам. Ультразвуковой контроль наиболее распространенный физический метод неразрушающего контроля. По сравнению с другими методами ультразвуковой контроль имеет следующие преимущества: высокую чувствительность и производительность, возможность контроля при одностороннем доступе, относительно низкую стоимость оборудования, безопасность. Недостатками ультразвукового контроля являются: сложная расшифровка дефектов, ограниченное применение для металлов с крупным зерном, сложность контроля изделий толщиной от 4 до 10 мм (при толщине до 4 мм ультразвуковой контроль практически не применяется), необходимость разработки специальных методик (технологических инструкций, технологических карт) при дефектоскопии изделий различных типов.
Ультразвуковой контроль сварных конструкций проводят в целях выявления: трещин, непрова-ров, пор и шлаковых включений в сварных швах; трещин и расслоений в околошовных зонах и основном металле. Контролируются листовые и трубчатые элементы конструкций толщиной 4-60 мм. При этом могут быть проконтролированы: сварные соединения (стыковые соединения, выполненные с остающейся подкладкой (кольцом) или без нее; угловые и тавровые соединения, выполненные с полным проплавлением свариваемых кромок; тавровые соединения без разделки кромок и с К-образной разделкой кромок, выполненные с конструктивным непроваром; нахлесточные сварные соединения); клепаные соединения (исключая тела заклепок); болтовые соединения; элементы, выполненные из листового проката. Допускается проведение ультразвукового контроля указанных выше соединений, один из соединяемых элементов которых получен прокаткой, а другой является литой, штампованной или кованой деталью. В этом случае ультразвуковой контроль соединения проводят со стороны элемента, полученного прокаткой. Ультразвуком не могут быть проконтролированы: соединения, в которых оба соединяемых элемента литые, штампованные или кованые; угловые наклонные (отклонения от перпендикулярности превышают 10°) сварные соединения трубчатых элементов друг с другом или с другими элементами (прокатом, литыми, штампованными или коваными деталями).
Контроль выполняется эхо-методом наклонными и прямыми совмещенными преобразователями контактным способом. Преобразователи перемещают по поверхности конструкций вручную.
Ультразвуковой метод применяют в основном для выявления внутренних дефектов, но может быть использован и для выявления поверхностных дефектов. Важнейшим преимуществом ультразвукового контроля является высокая вероятность выявления наиболее опасных плоскостных дефектов (см. рисунок). Экспериментальным путем установлено, что производительность ультразвукового контроля в среднем в 3-10 раз выше радиографического [1]. Кроме того, себестоимость ультразвукового контроля в 4-8 раз ниже.
Статистическая выявляемость плоскостных дефектов в сварных соединениях ультразвуковой дефектоскопией (УЗД) и радиографией (Рг) (К - общее количество дефектов; Кв - количество выявленных дефектов)
При ультразвуковом контроле сварных соединений толщиной 40 мм и более установить тип дефекта с достаточно высокой вероятностью («0,95) можно, определив коэффициент формы дефекта. При контроле сварных соединений меньшей толщины с большой точностью (за исключением ряда случаев) установить тип дефекта не представляется возможным. Поэтому радиографический
контроль может быть рекомендован в ряде случаев в качестве дополнительного метода к ультразвуковому контролю. Так как ультразвуковой контроль не требует двухстороннего доступа к сварным швам, что особенно важно при контроле конструкций во время эксплуатации машин, возможен контроль практически всех встречающихся сварных соединений (более 95 % общей протяженности швов) [2; 3].
Ультразвуковой контроль является наиболее востребованным физическим методом неразру-шающего контроля сварных соединений конструкций. Однако необходимо учесть, что его применение связано со сложной расшифровкой результатов контроля, а методики контроля различных типов соединений существенно различаются. Кроме того, сварные соединения ответственных изделий имеют особенности, осложняющие их ультразвуковой контроль: незначительные толщины и наличие конструктивных непроваров.
Библиографические ссылки
1. Коновалов Н. Н. Оценка показателей достоверности ультразвукового контроля сварных соединений // Дефектоскопия. 2003. № 9. С. 4-8.
2. Сыркин М. М. Повышение достоверности автоматизированного ультразвукового контроля // Дефектоскопия. 2003. № 2. С. 11-23.
3. Кочергин Д. А., Тюдешев В. С. Теоретические основы генерации бесконтактных ультразвуковых колебаний электронным лучом в твердых телах. // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы XI Междунар. науч-практ. конф., посвящ. 55-летию Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та (6-10 апреля 2015, г. Красноярск) : в 2 т. Т. 1 / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 256-259.
© Кочергин Д. А., Линдт Е. В., 2016
