Ультразвуковой контроль сварочных швов

Когда слышишь про ультразвуковой контроль сварочных швов, многие сразу думают о простой проверке 'есть трещина или нет'. Но на деле это скорее как диалог с металлом – нужно улавливать нюансы эхо-сигналов, которые рассказывают целую историю о качестве соединения. В портовых кранах или нефтехимическом оборудовании, где мы работаем с ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье, один пропущенный дефект может обернуться многомиллионными убытками.

Почему УЗК – это не просто 'проверка'

Начну с банального: ультразвук не показывает дефект как на рентгене. Это интерпретация пиков на экране, где опыт решает всё. Помню, на контроле сварных соединений для судовых насосов коллега принял сигнал от границы зерна в нержавейке за несплошность – распорядился вырезать секцию. А при вскрытии оказалось, что это просто анизотропная структура металла. Теперь всегда делаю дополнительные замеры под разными углами.

Особенно сложно с разнородными материалами. Например, при сварке высокохромистого чугуна с легированной сталью акустическое сопротивление меняется скачкообразно. Стандартные настройки дефектоскопа тут не работают – приходится подбирать частоту вручную, иногда до 8-10 МГц поднимаем. Кстати, на сайте https://www.xszgsteel.ru есть технические требования по таким комбинированным узлам, но в реальности всегда появляются нюансы, не прописанные в документации.

Самое коварное – ложные сигналы от внутренних напряжений. В металлургическом оборудовании после термообработки швы иногда 'звучат' как будто там сплошные поры. А раскрой покажет идеальную структуру. Поэтому мы ввели обязательную фиксацию терморежимов сварки – теперь сопоставляем данные УЗК с температурными графиками.

Оборудование: между теорией и практикой

Современные дефектоскопы вроде УД2-70 или импортные Analogic с цветными экранами – это конечно удобно. Но иногда их 'умные' фильтры скрывают важные артефакты. Для ответственных швов в портовой технике мы часто переключаемся в ручной режим с аналоговой визуализацией. Старые специалисты называют это 'слышать металл', и в этом есть доля правды.

Калибровка на эталонных образцах – отдельная история. Для углеродистых сталей всё предсказуемо, а вот с жаропрочными сталями возникают сюрпризы. На одном из объектов для печного оборудования получили стабильный сигнал от искусственного дефекта на образце, а в реальном шве аналогичный размер несплошности 'прощался'. Оказалось, термоциклирование меняет акустические свойства. Теперь для каждого типа материалов делаем калибровочные образцы из той же партии.

Щупы – больная тема. Производители рекомендуют менять пьезоэлементы каждые 2-3 месяца, но при ежедневной работе в цехах с дорожно-строительной техникой они выходят из строя быстрее. Особенно страдают призмы наклонных преобразователей – микросколы меняют угол ввода ультразвука. Пришлось закупить микроскоп для контроля состояния наконечников.

Типичные ошибки при контроле

Самое опасное – чрезмерная уверенность. Когда неделю проверяешь однотипные швы на металлоконструкциях для лесозаготовительной техники, рука сама выставляет настройки 'по памяти'. Как-то пропустили сетку трещин в зоне термического влияния – дефектоскоп был настроен на обнаружение пор, а для трещин нужен был другой угол. Теперь каждые 2 часа делаем контрольный замер на тестовом образце.

Пренебрежение подготовкой поверхности – классика. Кажется, что достаточно зачистить шов лепестковым кругом. Но для УЗК важна не только чистота, но и кривизна. При контроле цилиндрических элементов для судовых насосов без точного контакта преобразователя теряется до 40% чувствительности. Используем специальные контактные жидкости с заданной вязкостью, но и это не панацея – при температуре ниже -5°C их свойства меняются.

Ещё одна ошибка – игнорирование материала основы. Сварной шов на углеродистой стали и на износостойком чугуне – это два разных мира. В чугунных отливках для нефтехимической аппаратуры часто встречаются включения графита, которые дают хаотичные эхо-сигналы. Сначала пытались фильтровать по амплитуде, но потеряли несколько реальных дефектов. Теперь для таких случаев составляем карты неоднородности базового металла.

Случаи из практики

На одном из объектов для портовых кранов была серия разрушений траверс. Стандартный УЗК не показывал критичных дефектов. Только когда стали проверять швы при нагрузке (динамический контроль), обнаружили микроподвижность в зоне сплавления. Оказалось, конструкторы не учли циклические нагрузки – шов был прочным, но не выдерживал усталостных напряжений. После этого внедрили выборочный контроль под нагрузкой для всех ответственных конструкций.

Интересный случай был с теплообменником для металлургического оборудования. При приемочном контроле обнаружили нехарактерные сигналы в районе гиба – то появлялись, то исчезали. Разрешили пуск под ответственность заказчика. Через 3 месяца – течь по шву. При вскрытии увидели 'усадочную раковину', которая при некоторых температурах плотно закрывалась термическими напряжениями. Теперь любые нестабильные сигналы трактуем как брак.

С компанией ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье работаем над адаптацией методов контроля для биметаллических переходов. Их продукция для нефтехимии часто сочетает коррозионно-стойкие и прочностные стали – зона сплавления требует особого подхода. Разработали методику с двумя преобразователями с разных сторон, но до идеала еще далеко – акустические неоднородности вносят слишком много помех.

Что не пишут в инструкциях

Температура оператора влияет на результаты. Не шучу – после кофе или в стрессовом состоянии рука сильнее прижимает преобразователь, меняется скорость сканирования. Проводили слепой тест: один и тот же шов проверяли 5 специалистов в разном состоянии. Расхождение в оценке дефектности достигло 15%. Теперь критичные швы проверяем дублирующим контролем.

Сезонные изменения тоже вносят коррективы. Летом при высокой влажности контактная жидкость ведет себя иначе, зимой сказывается обезвоживание организма оператора (влияет на концентрацию). Заметили, что с 11 до 13 часов стабильно повышается количество ложных срабатываний – возможно, сказывается усталость. Пересмотрели графики контроля с учетом человеческого фактора.

Цифровая запись эхосигналов – палка о двух концах. С одной стороны, можно перепроверить, с другой – теряется 'ощущение' контроля. Как-то разбирали спорный случай с представителем заказчика: по записи сигнал был на пределе detectability, а оператор в протоколе написал 'несплошность'. При повторном контроле оказалось, что это было отражение от конструктивного элемента. Теперь в спорных случаях всегда делаем контрольный разрез – дорого, но надежно.

Перспективы и ограничения метода

Фазированные решетки (PAUT) конечно расширяют возможности, но не отменяют необходимости понимать физику процесса. Видел, как молодые специалисты полностью доверяют цветным картам дефектов, не анализируя raw-данные. Это опасно – алгоритмы интерполяции иногда 'сглаживают' критичные аномалии.

Для автоматизированного контроля в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье внедряют роботизированные сканеры. Но пока для сложных геометрий (например, соединения в судовых насосах) живой оператор дает лучшую повторяемость. Робот не может 'почувствовать' неровность поверхности и адаптировать давление преобразователя.

Главное ограничение УЗК – это всё же человеческий фактор. Можно иметь самое современное оборудование, но без накопленного опыта расшифровки сигналов эффективность контроля падает в разы. Мы ведем базу типичных дефектов для каждого типа продукции – с эхограммами, макроснимками и условиями возникновения. Это лучше любых алгоритмов искусственного интеллекта.