В соответствии с некоторыми руко­водствами (например, СНиП 111-18-75) выявление внутренних дефектов рассмат­риваемых сварных соединений рекомен­дуется проводить либо радиационными, либо ультразвуковыми методами. Однако радиационными методами не удается вы­явить наиболее опасные дефекты типа трещин, несплавлений и непроваров в корне шва, поэтому наиболее объектив­ным методом контроля тавровых, нахле­сточных и угловых соединений является ультразвуковой.

Контроль тавровых и угловых со­единений плоских элементов. При кон­троле тавровых швов с К-образной раз­делкой или без нее, но с полным проплав­лением кромок возможно применение трех схем (рис. 5.15, а): из положений преобразователя I, II и III [7]. В зависимо­сти от доступа к шву контроль ведут на­клонными, а также прямыми или раздель­но-совмещенными преобразователями. Наиболее эффективной является схема ввода УЗК через основной металл прива­риваемого листа или стойки (положение преобразователя 1), так как она позволяет выявить все виды внутренних дефектов в угловых швах при минимальном уровне ложных сигналов.

При контроле тавровых соединений из положения преобразователя I УЗ-лучи идут вдоль гипотенузы шва, поэтому по­явление ложных сигналов от неровностей валика маловероятно. Появление ложных сигналов может быть обусловлено только отражением от грубых неровностей на наружной поверхности плоскости основ­ного элемента, встречающимся весьма редко и связанным с повреждением ос­новного металла.

При прозвучивании угловых соеди­нений по схеме I (рис. 5.15, б) ложные эхосигналы могут появляться при отраже­ния УЗ-лучей от неровностей верхнего валика шва или от угла А элемента конст­рукции. Эти сигналы можно легко селек­тировать по времени, а также "прощупать" (пальпировать).

В тех случаях, когда затруднен дос­туп со стороны стойки, т. е. невозможно проведение контроля по схеме I, прозву - чивание выполняют из положений преоб­разователей II и III. Преобразователи пе­ремещают по наружной поверхности ос­новного элемента (полки). Неудобство таких схем контроля в том, что дефекто - скопист не видит всего сварного шва при больших размерах полки.

Возможно возникновение ложных сигналов от донной поверхности полки, вне сварного шва со стойкой при контроле из положения преобразователя III. Такие ложные сигналы могут появиться при большой толщине основного элемента и широкой диаграмме направленности пре-

Рис. 5.15. Схема контроля двусторонних швов соединений: а - тавровых, б - угловых

образователя. В работе [321] указано, что контроль по схеме III стандартным пря­мым преобразователем возможен, если отношение толщины основного элемента к сумме толщины примыкающего элемента и размеров катетов шва, прилегающих к основному металлу, меньше двух. Прак­тически контроль целесообразен, если сумма катетов шва, прилегающих к ос­новному металлу, не меньше половины его толщины. В этом случае контролиру­ется зона шва, равная толщине примы­кающего элемента.

Контроль по схеме II обеспечивает выявление пор, шлаковых включений, несплавлений и трещин, ориентированных перпендикулярно УЗ-лучам. Однако кон­троль по такой схеме осложняется необ­ходимостью правильной ориентировки преобразователя относительно соединения и появлением ложных сигналов от по­верхности противоположного валика шва (например, В на рис. 5.15, б), причем ам­плитуда этого ложного сигнала выше, чем эхосигналов от дефектов. Разделение по­лезных и ложных сигналов производится по времени прохождения ультразвука.

Выявить непровар в центре двусто­роннего шва (С) при контроле по схеме II практически невозможно, так как УЗ-лучи испытывают от него зеркальное отраже­ние и не попадают на совмещенный пре­образователь. Этот опасный дефект при доступе для контроля только с наружной поверхности полки обнаруживается по схеме III с помощью РС-преобразователя или двух жестко соединенных наклонных преобразователей, включенных по раз­дельной схеме [106]. При толщине полки более 15 ... 20 мм можно применять пря­мой преобразователь. В угловых соедине­ниях при доступе только со стороны вер­тикального листа такой непровар также можно обнаружить при использовании прямого или РС-преобразователя III.

Одним из основных условий, обеспе­чивающих наиболее вероятное выявление дефектов по сечению шва по схеме I, яв­ляется правильный выбор угла ввода УЗ - луча в контролируемое соединение. Целе­сообразно использовать преобразователи с такими углами ввода а и стрелой п, при которых обеспечивается контроль нижней части шва прямым, а верхней - однократ­но отраженным лучом (см. рис. 5.2). Это возможно, если центральный луч преобра­зователя при расположении его вплотную к шву проходит через середину шва или выше ее (при толщинах шва менее 10 мм допускается прохождение центрального луча ниже середины сечения шва не более чем на 1 мм). При контроле нижней части шва таврового и углового соединений (см. рис. 5.15) это условие выполняется, когда:

а! > arctg 2(К1 +п)/Н,

, , (5.10)

оц > arctg (b + 2п)/Н.

Верхнюю часть шва этих соединений контролируют однократно отраженным лучом. Угол ввода при этом должен удов­летворять соотношениям

а2 > arctg 2(к + z)/H,

, . (5.11)

а2 > arctg(Ъ + 2z)/H.

Если контроль прямым и однократно отраженным лучами невозможен, то необ­ходимо увеличить угол ввода или в край­нем случае производить контроль одно­кратно и двукратно отраженными лучами.

После нахождения оптимальных уг­лов ввода устанавливают зону перемеще­ния преобразователей Хтт и Хтах, а также соответствующий ей рабочий участок на линии развертки дефектоскопа. При кон­троле верхней и нижней частей шва тав­рового соединения прямым и однократно отраженным лучами преобразователь пе­ремещают в пределах от Хтт до Хтах (рас­стояния измеряют от полки), равных

Для углового соединения эти значе­ния (расстояния измеряют от валика шва) соответственно равны:

*mm = П > Xmax = 2tftg(X2 .

Для более точной и быстрой расшиф­ровки эхосигналов на экране дефектоско­па устанавливается рабочий участок ли­нии развертки. Его удобно определить по СОП, показанному на рис. 5.16. Для этого вначале прямым лучом находят макси­мальный эхосигнал от нижнего отражате­ля типа зарубки или бокового отверстия.

Затем однократно отраженным лучом находят эхосигнал от верхнего отражателя и отмечают положения соответствующих сигналов на экране дефектоскопа. Далее строб-импульс между этими метками пе­ремещают влево на половину его величи­ны, а затем заднюю границу строб-импуль-

Хшп=К + п> Хты=2НЧа-2+К-

Рис. 5.17. Схемы контроля односторонних швов соединений:

a - тавровых; б - угловых

Рис. 5.18. Схемы контроля приварки патрубка к бара - баи-сепаратору

импульса доводят до метки, соответст­вующей эхосигналу от верхнего отражате­ля.

Настройку чувствительности дефек­тоскопа производят по одному из искусст­венных дефектов, например зарубке на рис. 5.16, или по стандартному образцу СО-2 с последующей корректировкой чув­ствительности.

Контроль односторонне сваренных швов тавровых и угловых соединений с V-образной разделкой (или без нее при отсутствии обратной подварки корня шва) ведут прямым и однократно отраженным лучами (рис. 5.17). Выполнение условий полной проверки сварного соединения устанавливают по формулам (5.10) и (5.11). Если швы доступны для контроля, целесообразнее производить контроль со стороны, противоположной корню, из по­ложений I и II, так как при этом улучша­ются условия прозвучивания верхней час­ти шва.

Выбор пределов перемещения Хтт и Х, тх, а также определение соответствую­щего рабочего участка на экране дефекто­скопа тавровых и угловых соединений с V-образной разделкой аналогичны рас­смотренному при контроле этих соедине­ний с К-образной разделкой.

Контроль угловых швов объектов большого диаметра. Примером такого
объекта служит приварка патрубков диа­метром 730 мм с толщиной стенки 90 мм к барабан-сепаратору атомной электростан­ции (рис. 5.18). Требовалось повышение безопасности объекта, а следовательно, увеличение объема контроля этого свар­ного соединения по сравнению с рассмот­ренными ранее методиками. В. Е. Белым и др. разработана методика, предусматри­вающая контроль прямыми и наклонными преобразователями с различными углами ввода. Основные схемы контроля - преоб­разователями с углами ввода 60 и 45° на частоте 2 МГц (рис. 5.18, а... в) [427, докл. ВОЗ]. С учетом повышенной радиа­ционной опасности обзорный контроль выполняется с помощью специального акустического блока по схеме (рис. 5.18,

д) с последующим исследованием обна­руженных дефектов при ручном контроле.

Угловые соединения штуцеров (патрубков) с полным проплавлением являются частным случаем рассмотрен­ных выше угловых сварных соединений. Сложность их контроля обусловлена тем, что сварной шов проходит по линии сплавления двух цилиндрических поверх­ностей: трубы или сосуда большого диа­метра (основного элемента) и перпенди­кулярной к нему трубы малого диаметра (приварного элемента) штуцера или пат-

рубка рис. 5.19. Такие сварные соединения очень распространены в оборудовании тепловых и атомных электростанций, ус­тановках химической промышленности. УЗ-контролю подлежат соединения с пол­ным проплавлением кромок шва. Штуцер после сварки механически обрабатывают изнутри, при этом удаляют неровности поверхности и подкладные кольца.

Угловые сварные соединения пат­рубков контролируют наклонным ПЭП с наружной поверхности. При толщине стенки привариваемого элемента до 60 мм контроль ведут наклонным преобразова­телем со стороны привариваемого элемен­та прямым и однократно отраженным лу­чами, а при толщине стенки приваривае­мого элемента 60 мм и более - только прямым лучом. При толщине стенки ос­новного элемента более 12 мм, а также при приварке штуцера с толщиной стенки более 60 мм контроль выполняют со сто­роны основного элемента.

Угловые швы при приварке патруб­ков внутренним диаметром 300 мм и более с возможностью доступа внутрь патрубка сварной шов обязательно контролируют также с внутренней поверхности патрубка прямым или PC-преобразователем. Реко­мендуется также контроль изнутри на­
клонным ПЭП. Параметры преобразовате­лей выбирают в соответствии с табл. 5.1 и

5.2.

При контроле угловых сварных со­единений с поверхности штуцера о нали­чии несплошностей в сварном шве судят по результатам измерения координат [289]. При толщине стенки штуцера менее 20 мм о наличии несплошностей в шве судят по положению преобразователя от­носительно края валика шва. Для этого при появлении эхосигнала в рабочей зоне развертки следует измерить расстояние X] от точки ввода преобразователя до ближ­ней границы выпуклости шва, если эхо - сигнал на экране расположен вблизи ле­вой границы рабочей зоны развертки, или расстояние Х2, если эхосигнал расположен вблизи правой границы (рис. 5.19, б). Из­меренные значения Xi и Х2 сравнивают с соответствующими данными табл. 5.4. Совпадение измеренных и табличных зна­чений с точностью ± 5 мм свидетельствует о наличии дефекта.

При контроле сварных соединений с толщиной стенки штуцера 20 мм и более измеряют вертикальную и горизонталь­ную координаты Y и X отражателя, по ко­торым определяют его положение в свар­ном соединении.

5.4. Положения преобразователей при контроле угловых сварных соединений штуцеров

Толщина стенки штуцера, мм	Хи	мм, в секторах		^2, ММ,	в секторах
А-В	Б-Г	1-3 и 2-4	А-В	Б-Г	1-3 и 2-4
4,5	7	5	5	17 ...	30	17	.. 30	17 .	. 30
6,0	10	5	7	20 ...	32	20	.. 32	20 .	. 32
9,0	20	15	17	35 ...	50	35	.. 50	35 .	. 50
11, 12	25	20	23	45 ...	60	45	.. 60	45 .	. 60
16	23	15	20	40 ...	60	40	.. 60	40 .	. 60
18	25	17	21	45 ...	60	45	... 60	45 .	. 60

На внутренней поверхности штуцера после механической обработки могут ос­таваться мелкие неровности (риски, впа­дины, бугры), которые могут быть источ­никами ложных сигналов. Признаками неровностей внутренней поверхности штуцера является несоответствие положе­ния эхосигнала на развертке положению преобразователя на поверхности штуцера. Так, если на экране появляется эхосигнал у левой рабочей зоны развертки, а преоб­разователь при этом находится в таком положении, что луч не может попасть в корень шва, то причиной этого являются неровности внутренней поверхности.

При контроле сварных соединений с толщиной стенки штуцера 40 ... 50 мм в центре секторов Б и Г может появляться эхосигнал от двугранного угла внутри трубы. Признаком принадлежности сигна­ла двугранному углу является то, что он находится на экране у левой границы ра­бочей зоны развертки, а преобразователь при этом вплотную придвинут к выпукло­сти шва.

Контроль тавровых и угловых со­единений с неполным проплавлением кромки. Контроль осложняется тем, что происходит отражение от двугранного угла В приварного элемента (рис. 5.20, а),

Рис. 5.20. Возникновение ложных сигналов при контроле угловых (а) и тавровых (б) сварных соединений с неполным проплавлением

 

а также от конца непровара, предусмот­ренного конструкцией шва. Кроме того, на конце непровара часто возникает зашла­ковка А (рис. 5.20, а и б). Дефектом она не является, но вызывает появление довольно большого эхосигнала, который трудно отличить от сигнала от трещины, часто возникающей на конце непровара.

До настоящего времени не нашла удовлетворительного решения проблема контроля угловых швов приварки патруб­ков с неполным проплавлением корня, хотя разработан ряд схем контроля.

Для отстройки от ложных сигналов применительно к сварным соединениям труб с камерами парового котла в ЦНИ - ИТмаш И. Л. Гребенник и др. предложен способ возможно более точного определе­ния местоположения отражателя в свар­ном соединении. Для этого применяют СОП с искусственными дефектами типа плоскодонного отверстия и зарубки, вы­деляющие зону непровара, а также наде­ваемую на экран маску-трафарет с изо­бражением соединения и хода ультразву­ковых лучей в нем (рис. 5.21). Несмотря на удовлетворительные результаты испы­таний, способ не получил широкого рас­пространения, так как дефектоскописту трудно его применять при массовом кон­троле.

В тавровых сварных соединениях часто допускается нормированный по ши­рине непровар. Для определения ширины непровара рекомендуется сравнивать ам­плитуду эхосигнала от него с амплитудой эхосигналов от пазов различной ширины в СОП (рис. 5.22, а). Используют прямые PC и PC-преобразователи на поперечных волнах. Существует также "безэталонный" способ (А. С Кукли), при котором ампли­туду эхосигнала от непровара Ua сравни­вают с амплитудой отражения от донной поверхности полки £/<). Пересчет соотно­шения этих амплитуд в ширину непровара выполняют по расчетным и эксперимен­тальным данным (рис. 5.22, б).

А. К. Гурвич и В. А. Щукин экспери­ментально сравнили три способа измере-

преобразователями частотой 2,5 ... 5 МГц, как правило, со стороны нижнего листа однократно отраженным лучом по совме­щенной схеме (рис. 5.23, а). При такой схеме контроля выявляются трещины, непровары вертикальной кромки и корня шва, а также одиночные дефекты по сече­нию шва.

Угол ввода луча выбирают из соот­ношений [7]:

- при К/К2 < 1 а = 40°;

- при 1 < К/К2 <1,5 а = 50°;

- при К]/К2 > 1,5 а = 65°.

В случае ограниченной протяженно­сти основного листа контроль следует вес­ти преобразователем с максимально возможным углом ввода, определяемым по выражению (линейные размеры в мм)

tgamax=(Xmax+20)/(2^),

где 20 мм - приблизительный размер пре­образователя.

Для обеспечения прозвучивания все­го сечения шва преобразователь переме­щают в следующих пределах:

*mm = 2Hl tga ; - Xmm = 2Я1 *ёа + К •

Рабочий участок развертки, соответ­ствующий найденным пределам переме­щения преобразователя, устанавливают по СОП, показанному на рис. 5.24 в соответ­ствии с порядком, изложенным выше. Чувствительность дефектоскопа настраи­вают по стандартному образцу или стан­

дартному образцу с искусственными де­фектами.

Однако данная схема не гарантирует надежного выявления непровара и не - сплавления у нижней кромки, Это объяс­няется тем, что УЗ-луч, попадая на гори­зонтальный плоский дефект, отражается под тем же углом и не возвращается на преобразователь. Для лучшего обнаруже­ния дефектов, залегающих в зоне кромки нижнего пояса, рекомендуется дополни­тельное прозвучивание со стороны верх­него листа (рис. 5.23, б) преобразователем П с углом ввода 40° с частотой 2,5 ... 5 МГц.

Для контроля нахлесточных соедине­ний целесообразно также применять зер­кально-теневой метод (рис. 5.23, в, г), обеспечивающий уверенное обнаружение горизонтальных дефектов. При отсутствии дефекта УЗ-колебания проходят от излу­чателя через бездефектное место к прием­нику и на экране появляется импульс. Ес­ли в соединении имеется дефект, то ам­плитуда эхосигнала отсутствует или не­значительна. При данной схеме контроля для расстояния X между точками ввода преобразователей должно строго соблю­даться условие

X = 2(Я, +Н2)tga.

Для выполнения данного условия преобразователи закрепляют в держателе, который позволяет им поворачиваться в вертикальной плоскости и обеспечивает тем самым их перемещение на разных уровнях при постоянном X.

Зона перемещения преобразователей, при которой возможно прозвучивание все­го сечения шва, должна быть примерно равной К2 (рис. 5.23, а). При отсутствии дефекта в соединении эхосигнал на экране дефектоскопа будет исчезать только на концах установленной зоны поиска (пере­мещения преобразователя).

Чтобы оценить степень годности из­делия к эксплуатации, изготовляют СОП в соответствии с рис. 5.24, но без искусст­венных дефектов. В нем катет К2 соответ­ствует допустимому размеру катета. Пре­образователь устанавливают на СОП и определяют начало и конец зоны переме­щения на определенном уровне чувстви­тельности. Условно за начало и конец зо­ны перемещения можно принять положе­ния, при которых амплитуда эхосигнала снижается в 2 раза по сравнению с макси­мальной. Если при контроле окажется, что зона перемещения преобразователей на сварной конструкции меньше полученной по образцу, то такое соединение считается бракованным.