การทดสอบอัลตราโซนิกของรอยต่อ วิธีการและเทคโนโลยีการทดสอบ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ในทางปฏิบัติไม่มีอุตสาหกรรมใดที่ไม่มีการเชื่อม โครงสร้างโลหะส่วนใหญ่ติดตั้งและเชื่อมต่อกันโดยใช้ตะเข็บเชื่อม แน่นอนว่าคุณภาพของงานประเภทนี้ในอนาคตไม่ได้ขึ้นอยู่กับความน่าเชื่อถือของอาคาร โครงสร้าง เครื่องจักร หรือหน่วยงานใดๆ ที่ถูกสร้างขึ้นเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับความปลอดภัยของผู้คนที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างเหล่านี้ด้วย ดังนั้น เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานดังกล่าวมีระดับที่เหมาะสม การทดสอบรอยเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกจึงถูกนำมาใช้ ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับว่ามีหรือไม่มีข้อบกพร่องต่างๆ ที่จุดเชื่อมต่อของผลิตภัณฑ์โลหะ วิธีการควบคุมขั้นสูงนี้จะกล่าวถึงในบทความของเรา

ประวัติการเกิด

อัลตราโซนิกการตรวจจับข้อบกพร่องดังกล่าวได้รับการพัฒนาในยุค 30 อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกถือกำเนิดขึ้นในปี 1945 ต้องขอบคุณ Sperry Products ในอีกสองทศวรรษข้างหน้า เทคโนโลยีการควบคุมล่าสุดได้รับการยอมรับจากทั่วโลก และจำนวนผู้ผลิตอุปกรณ์ดังกล่าวก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก

อัลตราโซนิกเครื่องตรวจจับข้อบกพร่องราคาซึ่งวันนี้เริ่มต้นจาก 100,000 -130,000 รูเบิลในขั้นต้นมีหลอดสุญญากาศ อุปกรณ์ดังกล่าวมีขนาดใหญ่และหนัก พวกเขาทำงานเฉพาะจากแหล่งพลังงานกระแสสลับ แต่แล้วในทศวรรษที่ 60 ด้วยการถือกำเนิดของวงจรเซมิคอนดักเตอร์ เครื่องตรวจจับข้อบกพร่องมีขนาดเล็กลงอย่างเห็นได้ชัดและสามารถใช้แบตเตอรี่ได้ ซึ่งทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวใช้งานได้แม้ในสภาพภาคสนามในที่สุด

ก้าวสู่ความเป็นจริงดิจิทัล

ในช่วงแรก เครื่องมือที่อธิบายไว้ใช้การประมวลผลสัญญาณแอนะล็อก เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้อาจมีการเบี่ยงเบนในขณะที่ทำการปรับเทียบ เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน แต่แล้วในปี 1984 Panametrics ได้เปิดตัวเครื่องตรวจจับข้อบกพร่องดิจิทัลแบบพกพาเครื่องแรกที่เรียกว่า EPOCH 2002 นับจากนั้นเป็นต้นมา หน่วยดิจิทัลได้กลายเป็นอุปกรณ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง ซึ่งให้ความเสถียรในการสอบเทียบและการวัดที่จำเป็นอย่างยิ่ง เครื่องตรวจจับข้อบกพร่องอัลตราโซนิกซึ่งราคาขึ้นอยู่กับลักษณะทางเทคนิคและแบรนด์ของผู้ผลิตโดยตรง ยังได้รับฟังก์ชันบันทึกข้อมูลและความสามารถในการถ่ายโอนการอ่านไปยังคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล

เยน

ทรงกลมแอปพลิเคชั่น

วิธีควบคุมอัลตราโซนิกใช้ในอุตสาหกรรมใดก็ได้ การใช้งานแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ทดสอบรอยเชื่อมในการก่อสร้างได้เกือบทุกประเภทที่มีความหนาของโลหะฐานเชื่อมมากกว่า 4 มิลลิเมตร นอกจากนี้ยังใช้วิธีการนี้ในการตรวจสอบข้อต่อของท่อส่งก๊าซและน้ำมัน ระบบไฮดรอลิกและน้ำต่างๆ และในกรณีเช่นการตรวจสอบตะเข็บหนาที่เกิดจากการเชื่อมด้วยไฟฟ้า การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นวิธีเดียวที่ยอมรับได้ของการตรวจสอบ

การตัดสินใจขั้นสุดท้ายว่าชิ้นส่วนหรือรอยเชื่อมนั้นเหมาะสมสำหรับการบริการหรือไม่นั้นทำขึ้นโดยใช้ตัวชี้วัดพื้นฐานสามตัว (เกณฑ์) - แอมพลิจูด พิกัด มิติตามเงื่อนไข

โดยทั่วไป การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นวิธีที่ได้ผลมากที่สุดในแง่ของการถ่ายภาพในกระบวนการศึกษาตะเข็บ (รายละเอียด)

เหตุผลของความต้องการ

วิธีการตรวจสอบที่อธิบายโดยใช้อัลตราซาวนด์นั้นดีตรงที่มีความไวและความน่าเชื่อถือของตัวบ่งชี้ที่สูงกว่ามากในกระบวนการตรวจจับข้อบกพร่องในรูปแบบของรอยแตกร้าว ต้นทุนที่ต่ำกว่าและความปลอดภัยสูงในกระบวนการใช้งานเมื่อเทียบกับ วิธีการตรวจด้วยรังสีแบบคลาสสิก จนถึงปัจจุบัน การทดสอบอัลตราโซนิกของรอยต่อรอยถูกใช้ใน 70-80% ของกรณีการตรวจสอบ

อัลตราโซนิกทรานสดิวเซอร์

ไม่มีการใช้อุปกรณ์เหล่านี้สำหรับการทดสอบอัลตราโซนิกแบบไม่ทำลายล้างเป็นเรื่องที่คิดไม่ถึง อุปกรณ์ต่างๆ ถูกใช้เพื่อสร้างแรงกระตุ้น และรับการสั่นสะเทือนของอัลตราซาวนด์

หน่วยต่างกันและจำแนกตาม:

• วิธีสร้างการติดต่อกับรายการทดสอบ
• วิธีการเชื่อมต่อองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกกับวงจรไฟฟ้าของตัวตรวจจับข้อบกพร่องและความคลาดเคลื่อนของอิเล็กโทรดที่สัมพันธ์กับองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก
• การวางแนวอะคูสติกที่สัมพันธ์กับพื้นผิว
• จำนวนองค์ประกอบเพียโซ (เดี่ยว คู่ หลายองค์ประกอบ)
• แบนด์วิดท์ของความถี่ในการทำงาน (แบนด์วิดท์ - แบนด์วิดท์น้อยกว่า 1 อ็อกเทฟ, ไวด์แบนด์ - แบนด์วิดธ์มากกว่าหนึ่งอ็อกเทฟ)

ลักษณะที่วัดได้ของข้อบกพร่อง

GOST ครองทุกอย่างในโลกของเทคโนโลยีและอุตสาหกรรม การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (GOST 14782-86) ก็ไม่มีข้อยกเว้นในเรื่องนี้เช่นกัน มาตรฐานระบุว่าข้อบกพร่องจะถูกวัดโดยพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• พื้นที่จุดบกพร่องเทียบเท่า
• แอมพลิจูดของสัญญาณ Echo ซึ่งพิจารณาจากระยะห่างของจุดบกพร่อง
• พิกัดจุดเชื่อม
• ขนาดปกติ.
• ระยะห่างตามเงื่อนไขระหว่างข้อบกพร่อง
• จำนวนข้อบกพร่องในความยาวของรอยเชื่อมหรือข้อต่อที่เลือก

การทำงานของตัวตรวจจับข้อบกพร่อง

การทดสอบแบบไม่ทำลายซึ่งเป็นอัลตราโซนิกมีวิธีการใช้งานของตัวเองซึ่งระบุว่าพารามิเตอร์ที่วัดได้หลักคือแอมพลิจูดของสัญญาณสะท้อนที่ได้รับจากข้อบกพร่องโดยตรง เพื่อแยกความแตกต่างของสัญญาณสะท้อนตามแอมพลิจูด ระดับความไวในการปฏิเสธจะได้รับการแก้ไข ในทางกลับกัน สิ่งนี้ได้รับการกำหนดค่าโดยใช้เทมเพลตมาตรฐานขององค์กร (SOP)

การเริ่มต้นการทำงานของเครื่องตรวจจับข้อบกพร่องนั้นมาพร้อมกับการปรับ สำหรับสิ่งนี้ ความไวในการปฏิเสธถูกตั้งค่าไว้ หลังจากนั้น ในกระบวนการศึกษาอัลตราซาวนด์อย่างต่อเนื่อง สัญญาณสะท้อนที่ได้รับจากข้อบกพร่องที่ตรวจพบจะถูกเปรียบเทียบกับระดับการปฏิเสธคงที่ หากแอมพลิจูดที่วัดได้เกินระดับการปฏิเสธ ผู้เชี่ยวชาญตัดสินใจว่าข้อบกพร่องดังกล่าวไม่เป็นที่ยอมรับ จากนั้นตะเข็บหรือผลิตภัณฑ์จะถูกปฏิเสธและส่งไปแก้ไข

ข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดของพื้นผิวเชื่อมคือ: ขาดการหลอมรวม, การเจาะที่ไม่สมบูรณ์, การแตกร้าว, ความพรุน, การรวมตัวของตะกรัน การละเมิดเหล่านี้ถูกตรวจพบอย่างมีประสิทธิภาพโดยการตรวจจับข้อบกพร่องโดยใช้อัลตราซาวนด์

ตัวเลือกอัลตราโซนิก

เมื่อเวลาผ่านไป กระบวนการตรวจสอบได้พัฒนาวิธีการตรวจสอบรอยเชื่อมที่มีประสิทธิภาพหลายวิธี การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงมีตัวเลือกจำนวนมากพอสมควรสำหรับการตรวจสอบอะคูสติกของโครงสร้างโลหะที่พิจารณา อย่างไรก็ตาม การทดสอบที่นิยมที่สุดคือ:

• วิธีก้อง
• เงา
• วิธีกระจกเงา
• กระจกสะท้อน.
• วิธีเดลต้า

วิธีแรก

ส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมและการขนส่งทางรถไฟ ใช้วิธี echo-pulseต้องขอบคุณเขาที่มากกว่า 90% ของข้อบกพร่องทั้งหมดได้รับการวินิจฉัย ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากการลงทะเบียนและการวิเคราะห์สัญญาณเกือบทั้งหมดที่สะท้อนจากพื้นผิวของข้อบกพร่อง

วิธีนี้ใช้เสียงของผลิตภัณฑ์โลหะที่มีการสั่นของคลื่นเสียงความถี่สูงตามด้วยการลงทะเบียน

ข้อดีของวิธีนี้คือ:

- ความเป็นไปได้ของการเข้าถึงผลิตภัณฑ์ทางเดียว

- ค่อนข้างไวต่อข้อบกพร่องภายใน

- ความแม่นยำสูงสุดในการกำหนดพิกัดของข้อบกพร่องที่ตรวจพบ

แต่ก็มีข้อเสียเช่น:

- ต้านทานการรบกวนต่ำจากตัวสะท้อนแสงพื้นผิว

- การพึ่งพาแอมพลิจูดของสัญญาณอย่างมากบนตำแหน่งของข้อบกพร่อง

การตรวจจับข้อบกพร่องที่อธิบายหมายถึงการส่งพัลส์อัลตราโซนิกไปยังผลิตภัณฑ์โดยตัวค้นหา เขาหรือผู้ค้นหาที่สองได้รับสัญญาณตอบสนอง ในกรณีนี้ สัญญาณสามารถสะท้อนได้ทั้งโดยตรงจากข้อบกพร่องและจากพื้นผิวตรงข้ามของผลิตภัณฑ์ (ตะเข็บ)

วิธีเงา

ขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์โดยละเอียดของแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกที่ส่งจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับ ในกรณีที่ตัวบ่งชี้นี้ลดลงแสดงว่ามีข้อบกพร่อง ในกรณีนี้ ยิ่งขนาดของข้อบกพร่องใหญ่ขึ้นเท่าใด แอมพลิจูดของสัญญาณที่เครื่องรับก็จะได้รับก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น เพื่อให้ได้ข้อมูลที่เชื่อถือได้ ควรวางตัวส่งและตัวรับที่อยู่ตรงข้ามกันวัตถุที่อยู่ระหว่างการศึกษา ข้อเสียของเทคโนโลยีนี้ถือได้ว่าเป็นความไวต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการสะท้อนและความยากลำบากในการปรับทิศทาง PET (ตัวแปลงสัญญาณแบบเพียโซอิเล็กทริก) เมื่อเทียบกับลำแสงกลางของรูปแบบการแผ่รังสี อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อดีซึ่งมีความต้านทานสูงต่อการรบกวน การพึ่งพาแอมพลิจูดของสัญญาณที่ตำแหน่งของข้อบกพร่องต่ำ และไม่มีโซนตาย

วิธีกระจกเงา

การควบคุมคุณภาพด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงนี้มักใช้เพื่อตรวจสอบข้อต่อเหล็กเส้นที่เชื่อม สัญญาณหลักที่ตรวจพบข้อบกพร่องคือแอมพลิจูดของสัญญาณอ่อนลงซึ่งสะท้อนจากพื้นผิวตรงข้าม (ส่วนใหญ่มักเรียกว่าด้านล่าง) ข้อได้เปรียบหลักของวิธีนี้คือการตรวจจับจุดบกพร่องต่างๆ อย่างชัดเจน ความคลาดเคลื่อนคือรากของรอยเชื่อม นอกจากนี้ วิธีการนี้ยังมีลักษณะเฉพาะโดยการเข้าถึงตะเข็บหรือบางส่วนได้เพียงด้านเดียว

วิธีสะท้อนเสียงสะท้อน

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการตรวจจับจุดบกพร่องในแนวตั้ง การตรวจสอบดำเนินการโดยใช้โพรบสองตัวซึ่งเคลื่อนไปตามพื้นผิวใกล้กับตะเข็บด้านหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน การเคลื่อนไหวของพวกเขาจะดำเนินการในลักษณะที่จะแก้ไขโดยโพรบหนึ่งสัญญาณที่ปล่อยออกมาจากโพรบอื่น และสะท้อนสองครั้งจากข้อบกพร่องที่มีอยู่

ข้อดีหลักของวิธีนี้: สามารถใช้เพื่อประเมินรูปร่างของข้อบกพร่องซึ่งมีขนาดเกิน 3 มม. และเบี่ยงเบนในระนาบแนวตั้งมากกว่า 10 องศา ที่สำคัญที่สุด -ใช้โพรบที่มีความไวเท่ากัน การตรวจด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงรุ่นนี้ใช้สำหรับตรวจสอบผลิตภัณฑ์ที่มีผนังหนาและรอยเชื่อม

วิธีเดลต้า

การทดสอบการเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงที่ระบุใช้พลังงานอัลตราโซนิกที่ฉายรังสีซ้ำโดยจุดบกพร่อง การตกกระทบของคลื่นตามขวางบนจุดบกพร่องนั้นสะท้อนให้เห็นเป็นบางส่วน แปลงเป็นบางส่วนเป็นคลื่นตามยาว และยังแผ่คลื่นที่กระจายออกไปอีกครั้ง เป็นผลให้จับคลื่น PET ที่ต้องการ ข้อเสียของวิธีการนี้ถือได้ว่าเป็นการทำความสะอาดรอยต่อ ความซับซ้อนค่อนข้างสูงในการถอดรหัสสัญญาณที่ได้รับระหว่างการควบคุมรอยเชื่อมที่มีความหนาสูงสุด 15 มิลลิเมตร

ข้อดีของอัลตราซาวนด์และรายละเอียดปลีกย่อยของแอปพลิเคชัน

การตรวจสอบรอยเชื่อมโดยใช้เสียงความถี่สูงอันที่จริงแล้วเป็นการทดสอบแบบไม่ทำลายล้าง เพราะวิธีนี้ไม่สามารถสร้างความเสียหายให้กับส่วนที่ตรวจสอบของผลิตภัณฑ์ได้ แต่ในขณะเดียวกันก็กำหนดได้อย่างแม่นยำ การปรากฏตัวของข้อบกพร่อง นอกจากนี้ ความเอาใจใส่เป็นพิเศษสมควรได้รับต้นทุนที่ต่ำของงานที่ทำและความเร็วในการดำเนินการที่สูง สิ่งสำคัญคือวิธีการนี้ปลอดภัยต่อสุขภาพของมนุษย์อย่างแน่นอน การศึกษาโลหะและรอยเชื่อมทั้งหมดโดยใช้อัลตราซาวนด์จะดำเนินการในช่วงตั้งแต่ 0.5 MHz ถึง 10 MHz ในบางกรณี เป็นไปได้ที่จะทำงานโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่มีความถี่ 20 MHz.

การวิเคราะห์รอยเชื่อมด้วยอัลตราซาวนด์จำเป็นต้องมีทั้งคอมเพล็กซ์มาตรการเตรียมการ เช่น การทำความสะอาดรอยต่อหรือพื้นผิวภายใต้การศึกษา การใช้ของเหลวสัมผัสที่เฉพาะเจาะจงกับพื้นที่ควบคุม (เจลวัตถุประสงค์พิเศษ กลีเซอรีน น้ำมันเครื่อง) ทั้งหมดนี้ทำขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสัมผัสทางเสียงที่เสถียร ซึ่งจะทำให้ได้ภาพที่จำเป็นในอุปกรณ์ในที่สุด

ใช้ไม่ได้และเสียเปรียบ

การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงนั้นไม่สมเหตุสมผลอย่างยิ่งที่จะใช้ในการตรวจสอบรอยเชื่อมของโลหะที่มีโครงสร้างเป็นเม็ดหยาบ (เช่น เหล็กหล่อหรือรอยเชื่อมออสเทนนิติกที่มีความหนามากกว่า 60 มม.) และทั้งหมดเป็นเพราะในกรณีเช่นนี้ มีการกระจายตัวที่เพียงพอและการลดทอนของอัลตราซาวนด์อย่างแรง

ยังไม่สามารถระบุลักษณะเฉพาะของข้อบกพร่องที่ตรวจพบได้อย่างชัดเจน (การรวมทังสเตน การรวมตะกรัน ฯลฯ)