Наиболее часто в трубах встречаются дефекты про­изводственного происхождения: внутренние и наружные плены, волосовины, продольные риски на наружной и внутренней поверхностях, вмятины и бугры, раковины, ужимы, рванины и др. При эксплуатации на трубах мо­жет появиться поверхностная, язвенная и межкристал-S лическая коррозия, усталостные трещины и др. 1

Трубы малых и средних диаметров с небольшой тол-fj щиной стенки контролируют нормальными УЗК, а тол-| стостенные — сдвиговыми. При этом трубы прозвучива-Ц ют по окружности или вдоль образующей контактным либо иммерсионным способом.

Несмотря на то что нормальные волны достаточно хо­рошо изучены теоретически, практическое применение их| вызывает трудности, связанные со способами их возбуж-1 дения в трубчатых конструкциях. |

К сожалению в работах по контролю труб нормальны-1 ми волнами обычно приводятся только общие рассужде - , ния о свойствах и особенностях нормальных волн, выяв-1 ляемости дефектов симметричными и антисимметричны - ■ ми волнами различных порядков, их преимуществах и I недостатках, отмечается выгодность применения опреде - ] ленной формы и порядка нормальных волн для выявле - ] ния некоторых дефектов, причем рекомендуется при этом I углы ввода УЗК в изделие «поддерживать постоянны - > ми» и т. п. Вместе с тем практических советов по воз - ■ буждению в трубе нормальных волн определенной фор - ‘ мы и порядка и способов поддержания углов ввода по­стоянными в этих работах нет. Те же способы и средст - I ва, которые описаны в литературе, вызывают сомнениев. том, что с их помощью в трубах можно возбудить нор­мальные волны.

Так, например, в некоторых работах приводится схе­ма контроля тонкостенных труб нормальными волнами с использованием иммерсионного способа. Для этого ре­комендуют продольные волны направлять на изделие под.. «определенным» углом, благодаря чему они трансформи - , руются в нормальные. Нетрудно видеть, что под каким бы углом ни направлять пучок лучей на поверхность тру - .. бы, в последней нельзя возбудить нормальную волну оп­ределенной формы и тем более определенного порядк£ул1

так как в стенке будут возбуждаться и другие виды ко­лебаний за счет падения отдельных лучей пучка под дру­гими углами.

При контроле толстостенных труб продольными и сдвиговыми волнами остаются в силе соображения и ре­комендации, изложенные в гл. VII (см. «Контроль прут­ков, стержней и проволоки»). Однако ход лучей в теле трубы иной, чем в сплошном прутке. Лучи в сплошном прутке всегда отражаются от вогнутой поверхности, а в трубе — попеременно от выпуклой и вогнутой поверхно­стей, что приводит к распространению большей части УЗК по окружности.

По нашему мнению, разработка методики контроля труб должна быть экспериментальной. Основные этапы методики должны включать разработку устройства, из­лучающего по возможности узкий пучок продольных волн, способ ввода этих волн в поверхность трубы под уг­лом, обеспечивающим наилучшие условия для их распро­странения в стенке и отражения от возможных дефек­тов, способы обеспечения хорошего акустического кон­такта, сканирования при поиске дефектов, механизации и автоматизации контроля. При этом не имеет сущест­венного значения, какие в конечном счете возбуждаются в изделии волны; важно, чтобы с их помощью можно бы­ло уверенно выявить несплошности металла.

Рассмотрим разработанные автором способы для оп­ределения оптимальных углов падения а УЗК при кон-» троле цилиндрических изделий (труб) на наличие про­дольных дефектов. Для сохранения ранее предложенной терминологии и понятий условимся считать углом паде­ния а пучка УЗК на кривую поверхность трубы угол, за­ключенный между центральным лучом пучка и перпенди­куляром к плоскости, касательной к цилиндрической по­верхности в точке ввода. Рассмотрим два случая.

Определение оптимального угла а для иммерсионно­го способа контроля (рис. 114, а). В ванну 1, заполнен­ную жидкостью 2, поместим образец (участок) контро­лируемой трубы 3, на внутренней и внешней поверхно-' сти которой имитируем дефекты 6 — продольные надрезы глубиной около 0,1, длиной около 15 и шириной рас­крытия около 0,1 мм. Образец в ванне расположим так, чтобы искусственные дефекты находились вблизи гори­зонтальной плоскости, проходящей через центр цилиндра. В верхней части ванны на расстоянии /<г0 разместим прямой преобразователь 5, укрепленный на горизонталь­

ной рейке 4, обеспечивающей перпендикулярное излуче­ние в жидкость и перемещение преобразователя вдоль рейки. Преобразователь устанавливаем в исходное поло­жение на рейке у нулевой метки, совпадающей с верти­кальной плоскостью, проходящей через ось цилиндра. Для определения оптимального угла а преобразователь подключим к дефектоскопу и, перемещая его вдоль рей­ки вправо, будем наблюдать за экраном ЭЛТ прибора. Так как каждый луч пучка УЗК падает на кривую по­верхность трубы под разйыми углами, увеличивающими-

ся с перемещением преобразователя, то в стенке ее воз­буждаются различные волны: продольные и сдвиговые в начальный момент, сдвиговые, нормальные и поверхно­стные при дальнейшем перемещении преобразователя вправо. При таком прозвучивании концевой (донный) сигнал будет отсутствовать, так как возбужденные в тру­бе волны, распространяясь по окружности, могут отра­зиться только от дефектов в стенке изделия или на ее поверхностях. Наличие нескольких видов волн в трубе благоприятно влияет на результаты контроля: дефекты, не выявленные, например, сдвиговыми волнами, хорошо выявляются нормальными или поверхностными волнами. Как показали эксперименты, при некотором положении преобразователя относительно трубы можно получить такую комбинацию волн в стенке, которая обеспечит наилучшие условия отражения их от заданных дефектов:

это положение (угол) может быть зафиксировано и ре­комендовано при разработке методики контроля.

Определение оптимального угла а падения УЗК для контактного способа контроля. При контактном способе контроля, как правило, применяют угловые преобразова­тели, где УЗК вводят через призму, изготовленную из органического стекла. Физические свойства жидкости и органического стекла, а также скорости распространения в них УЗК различны. Поэтому рассмотренную выше ме­тодику определения оптимального угла в данном случае применить нельзя.

Устройство для определения оптимального угла а при контроле труб контактным методом показано на рис. 114, б. Оно состоит из фигурной призмы 7, изготовлен­ной из органического стекла. Поверхность призмы, при­легающая к трубе, выполнена цилиндрической по форме контролируемого изделия, а противоположная поверх­ность, на которой размещен прямой преобразователь, выполнена плоской с направляющими салазками для пе­ремещения преобразователя. Преобразователь устанав­ливают в исходное положение в направляющие салазки у нулевой метки, совпадающей с вертикальной плоско­стью, проходящей через ось цилиндра. Методика опре­деления оптимального угла а падения УЗК такая же, как и в случае использования жидкой среды. Переме­щая преобразователь вправо от нулевой метки, наблю­дают за экраном ЭЛТ и фиксируют максимальную амп­литуду сигналов от искусственных дефектов. Затем из­меряют угол а по отношению к центральному лучу пучка УЗК.

Для выявления в трубе поперечных дефектов необхо­димо комбинацию волн направить вдоль трубы, как по­казано на рис. 48. При этом оптимальный угол наклона преобразователя относительно образующей цилиндра определяют с помощью преобразователя с изменяемым углом а падения УЗК и контактной поверхностью слегка притертой к поверхности изделия.

Для контроля труб в заводских условиях в СССР разработано несколько установок, обеспечивающих кон­троль труб определенных типоразмеров: ИДЦ-ЗМ, ИДЦ-б, ИДЦ-8, УДТ-4М, «Днепр», «Кристалл-1» и др. В ка­честве электронного блока используют серийные дефек­тоскопы УДМ-1М или ДУК-66. Наиболее универсальной является установка ИДЦ-6, предназначенная для конт­роля труб диаметром 30—114 мм из коррозионностой-

ких и низколегированных сталей со скоростью до 3,2 м мин при одном преобразователе и. до 6 м/мин при двух. На установке ИДЦ-6 надежно выявляют дефекты типа трещин, плен, рисок, закатов и др. Для каждого диамет­ра и толщины стенки трубы существует определенный угол падения УЗК, при котором достигается максималь­ная чувствительность.

Ультразвуковая установка ИДЦ-8 предназначена для автоматизированного контроля холоднокатаных котель­ных труб диаметром 25—42 мм с толщиной стенки до 7,5 мм. С ее помощью надежно выявляют различные де­фекты по всей толщине стенки труб. Контролируемую трубу перемещают в ванне, заполненной водой, со ско­ростью 1 м/с. Вокруг трубы вращается преобразователь со скоростью до 3000 об/мин. Информация, получаемая при контроле, передается к регистрирующему прибору. Сканирование поверхности трубы производится по спи­рали с малым шагом. Перед контролем трубу смачива­ют водой и очищают от загрязнений, что позволяет пре­дотвратить проникновение пузырьков воздуха в ванну через входной сальник. В установке использованы два дефектоскопа УДМ-1М. Электронно-акустический тракт настраивают по образцу с искусственным дефектом, ими­тирующим дефект, подлежащий выявлению.

Установка УДТ-4М предназначена для контроля тон­костенных труб диаметром 4—20 мм нормальными вол­нами. При этом выявляют дефекты глубиной 3—5 % от толщины стенки трубы. Особенностью установки являет­ся самоцентрирующийся преобразователь, обеспечива­ющий слежение за смещениями трубы и получение раз­личных углов ввода УЗК-

Установка «Кристалл-1» служит для контроля вели­чины зерна в тонкостенных ребристых и гладких трубах малого диаметра из коррозионностойких сталей в цехо­вых условиях. Контроль проводят иммерсионным спосо­бом. Принцип работы прибора основан на зависимости затухания нормальных волн от структуры поликристал - лических металлов. Результаты контроля записываются на ленте самописца. Производительность контроля 0,8 м/мин.

Автоматизированная ультразвуковая установка «Спи­раль» предназначена для контроля металлических труб диаметром 5—20 мм с отношением толщины стенки к диаметру 0,15 и менее. Контроль осуществляют иммер­сионным способом с использованием поверхностных, нор 224
мальных и сдвиговых волн. Труба движется поступа­тельно с вращением в ванне между двумя преобразова­телями. Один из них служит для выявления продольных дефектов, другой — поперечных. Скорость вращения и подачи трубы плавно регулируется в пределах от 50 до 1000 об/мин и от 0,2 до 5 м/мин соответственно. В уста­новке применены преобразователи с фокусировкой ульт­развукового пучка, что позволяет уверенно выявлять де­фекты размером около 3 мм в поперечнике.

Установки ИДЦ-ЗМ, ИДЦ-6, «Днепр», ИДЦ-8М ус­пешно применяют на ряде предприятий. Сочетание ульт­развукового контроля труб с другими методами нераз­рушающего контроля позволяет значительно повысить качество изделий. Этому способствует также создание на заводах цехов-лабораторий автоматических систем контроля (АСК), в которых проводятся исследования и опытно-экспериментальные работы по внедрению новой аппаратуры, ремонту и модернизации приборов, находя­щихся в эксплуатации, а также подготовка работников для обслуживания дефектоскопической аппаратуры.

Аналогичные установки имеются и за рубежом

[3].

В последнее время появились разработки по приме­нению ультразвука для решения специфических задач. Так, например, в работе Н. В. Химченко, А. Т. Лисина и др. [44, с. 67—68] приведены данные о методике ультра­звукового контроля качества крепления труб к трубным решетками с помощью устройства, представляющего сис­тему телескопических трубок, внутри которых размещены раздельно-совмещенные преобразователи. Контроль про­водят с внутренней поверхности труб на частоте 5,0 МГц. В работе Я. Ф. Аникеева, М. А. Михайленко, И. В. Свис­тунова [44, с. 17—18] приводятся данные о контроле ка­чества биметаллических труб (сталь-f медь) диаметром 22—55 мм, толщиной стенки от 1 до 6 мм на наличие рас­слоений. Для этого применяют полуавтоматическую ус­тановку УДТ-8, снабженную дефектоскопами УДМ-1М и преобразователями, скомпонованными в акустическую головку, охватывающую контролируемую трубу. Ско­рость контроля 1,2—3,0 м/мин. В работе И. Л. Гребен­ника [44, с. 18—20] приведены результаты исследований по контролю биметаллических труб большого диамет­ра и т. д.

Несмотря. на тенденцию к механизации и автоматиза­ции процессов ультразвукового контроля труб на заво-

15 Б. И. Выборнов

дах, существует еще немало объектов, на которых кон­троль не может быть автоматизирован (например, кон­троль крупногабаритных труб, труб, находящихся в эксплуатации и работающих в условиях повышенных ста­тических и динамических нагрузок, высоких температур, агрессивных сред и т. п.). В этих случаях контроль про­водят контактным способом с применением портативных приборов и различных устройств, облегчающих прове­дение ручного контроля.