Ультразвуковой контроль (УЗК)

Физические основы метода 
 

В основе ультразвукового контроля лежит свойство упругих волн распространяться в упругих средах и отражаться от границ раздела сред. Когда ультразвуковая волна в среде встречает на своём пути изменение акустического сопротивления — будь то граница с другим материалом, полость, трещина или инородное включение, — часть её энергии отражается обратно к источнику. Именно этот отражённый сигнал, называемый эхо-сигналом, который несёт информацию о внутренней структуре объекта.

Скорость распространения ультразвука постоянна для конкретного материала, что позволяет, замерив время между излучением импульса и приёмом отражения, точно рассчитать расстояние до дефекта.

 

Принцип, на котором основан ультразвуковой неразрушающий контроль, давно и прочно вошёл в нашу жизнь через медицину. Когда врач водит датчиком по телу пациента, он видит на экране изображение органов.

В промышленности работает та же физика, только вместо диагностики человека она служит для обследования промышленных объектов — трубопроводов, сварных швов, литых изделий и прочих конструкций.
 

Фиксируемые результаты и решаемые задачи
 

Главный результат классического УЗК — это не изображение дефекта, а А-скан — график, где по горизонтали отложено время (глубина), а по вертикали — амплитуда принятого сигнала. Дефектоскопист фиксирует следующие параметры: наличие сигнала в определённой временной позиции, координаты и амплитуду.

Одной из решаемых задач является измерение толщины стенок. УЗК позволяет с высокой точностью определять остаточную толщину металла в трубах, ёмкостях, корпусах судов и технологических аппаратов. Это ключевой метод для мониторинга износа, коррозии и эрозии, особенно в нефтегазовой, химической и энергетической отраслях, где истончение стенки может привести к аварии.

Выявление внутренних дефектов в материалах и сварных соединениях — центральная задача. Метод помогает обнаруживать такие дефекты, как поры, шлаковые и неметаллические включения, непровары и, что наиболее важно, — трещины. Возможность поиска трещин делает УЗК незаменимым при контроле ответственных конструкций: сварных швов мостов, крановых путей, корпусов реакторов, роторов турбин и элементов летательных аппаратов.

Критическое ограничение метода заключается в том, что по этим данным невозможно однозначно определить тип дефекта. Одинаковый эхо-сигнал может быть порождён газовой полостью, шлаковым включением, трещиной или даже сложной геометрией изделия. Прибор регистрирует акустическую тень, но не раскрывает её природу.

Современные ультразвуковые технологии вперёд от классического одномерного графика А-скана. Сегодня используются способы воспроизведения изображения, которые переводят сигнал в ультразвуковое зрение. Вместо осциллограмм теперь пользователь может видеть целые сечения внутренней структуры объекта. Это стало возможным благодаря системам с фазированными решётками (Phased Array), где один датчик сканирует лучом материал, что позволяет строить наглядные изображения в реальном времени. 
 

Необходимое оборудование
 

Проведение контроля требует специального набора оборудования. Центром системы является ультразвуковой дефектоскоп — электронный прибор, генерирующий зондирующие импульсы, усиливающий принятые эхо-сигналы и отображающий их на экране.

Ультразвуковой дефектоскоп УСД-60

Непосредственно с объектом контактирует пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП, датчик), который преобразует электрические колебания в ультразвуковые и обратно. Для эффективной передачи энергии ультразвука в материал необходима контактная среда (специальный гель, масло, вода), устраняющая воздушный зазор.

Достоверность измерений обеспечивается предварительной настройкой и поверкой аппаратуры с помощью стандартных образцов предприятия (СОП) с искусственными отражателями.

СОП-2

СОП-3