Иммерсионный ультразвуковой контроль. Особенности применения.

Ультразвуковой метод занимает особое место в неразрушающем контроле. Один из первых и наиболее распространенный, он позволяет выявлять как поверхностные, так и внутренние дефекты разных типов, проводить толщинометрию и структуроскопию.

Проблема, с которой сталкиваются специалисты в промышленном ультразвуковом контроле (УЗК) - это обеспечение надежного акустического контакта преобразователя с объектом контроля. Ведь от качества акустического контакта напрямую зависит амплитуда сигналов, которые принимает преобразователь. А в большинстве методик УЗК именно амплитуда сигналов является основным информационным параметром, который используется для оценки выявленных дефектов.

Одной из методик, позволяющей обеспечить практически идеальный акустический контакт является использование иммерсионного метода контроля. При иммерсионном УЗК, объект контроля погружают в иммерсионную ванну, заполненную водой или другой жидкостью хорошо проводящей ультразвук, а преобразователь (или группу преобразователей) перемещают параллельно поверхности сканирования объекта контроля, не прикасаясь к нему. Таким образом, заполнение жидкостью окружающего пространства между объектом и преобразователями позволяет выполнять контроль безконтактным способом. Если объект слишком масштабный, то используют локальную иммерсионную ванну, которую прижимают к поверхности сканирования, а жидкость постоянно подается в нее под давлением, чтобы скомпенсировать утечку в местах контакта стенок ванны с объектом контроля. Привлекательный, на первый взляд, вариант с частичным погружение объекта контроля в иммерсионную ванну на практике используется редко. В этом случае, из-за близкого расположения поверхности жидкости к преобразователям сложно избежать попадания на них отраженных от поверхности ультразвуковых волн, что искажает (маскирует, ..) ....

Далее рассмотрим преимущества, недостатки и особенности использования иммерсионного УЗК.

Преимущества:

Хороший акустический контакт даже на объектах с плохим состоянием поверхности сканирования.
Акустический контакт не зависит от скорости сканирования.
Поскольку контроль безконтактный, то износ преобразователей отсутствует, что увеличивает экономическую эффективность метода.
Один и тот же преобразователь может использоваться для контроля под любым углом ввода только за счет настройки его наклона к поверхности сканирования.
Благодаря большой разнице между скоростями звука в иммерсионной жидкости и объекте контроля (намного большей, чем в случае использования призм), небольшими настройками угла наклона ПЭП можно получить любой угол ввода ультразвука.

Недостатки:

Иммерсионный вариант УЗК имеет большие ограничения по максимально допустимой частоте прозвучивания из-за значительной иммерсионной задержки (время распространения ультразвуковой волны между преобразователем и поверхностью сканирования).
Большая технологическая сложность – необходимость обустройства иммерсионной ванны, более высокие требования к точности позиционирования преобразователей.

Особенности:

Необходимо выбирать иммерсионную задержку таким образом, чтобы кратные отражения от поверхности сканирования не попадали в зону контроля.
Необходимо выбирать частоту прозвучивания таким образом, чтобы избежать акустических фантомов.

Примеры применения:

В OKOndt Group есть много примеров реализации систем с использованием технологии иммерсионного контроля как с полным погружением объекта контроля в иммерсионную жидкость, так и с локальными иммерсионными ваннами. Одной из отраслей, где активно используется иммерсионный УЗК,- это контроль железнодорожных осей, а также цельнокатаных колес и бандажей. Этот контроль должен отвечать требованиям таких документов как: ISO 5948, AARM-101, AARM-107/M-208, EN 13261, EN 13262. В целом, требования в этой нормативной документации, отражают схожие подходы к контролю колес и осей – прозвучивание в осевом и радиальном направлениях продольными волнами. Но есть и определенные отличия. Например, AARM-101 регламентирует контроль осей в радиальном направлении преобразователями с частотой от 1 до 5 МГц круглой формы диаметром от 0,5 до 1 дюйма или квадратных со стороной 1 дюйм, а ISO 5948 – с частотой от 2 до 5 МГц без указания формы и размеров пьезоэлемента. Также AARM-101 регламентирует контроль осей в продольном направлении преобразователями с частотой от 1 до 2,25 МГц круглой формы диаметром от 0,75 до 1 дюйма или квадратных со стороной 1 дюйм, а тот же ISO 5948 – вообще не регламентирует такого контроля.

Для выполнения требований упомянутых документов OKOndt Group разработал ряд Установок, примерами которых могут послужить:

Установка ультразвукового иммерсионного контроля железнодорожных осей «OS-4».
Установка ультразвукового иммерсионного контроля железнодорожных колес и бандажей YUG.
Установка ультразвукового иммерсионного контроля железнодорожных бандажей «KB-13».

В OS-4 используются преобразователи частотой 2 МГц и круглым пьезоэлементом ⌀20 мм для продольного прозвучивания и частотой 2 МГц и круглым пьезоэлементом ⌀18 мм – для радиального контроля.

Настройки «YUG» и «KB-13» подобны друг другу и используют преобразователи частотой 5 МГц для контроля обода и диска колеса, и 4 МГц – для контроля ступицы.

Для реализации требований, упомянутых стандартами в отношении мертвых зон, были разработаны специальные преобразователи с повышенной разрешающей способностью, позволяющие выявлять минимальные регламентированные дефекты на глубине от 10 мм.

Траектория сканирования каждого из преобразователей выбирается таким образом, чтобы обеспечить непрерывность зоны контроля и обнаружения дефектов и контрольных отражателей с неравномерностью чувствительности в пределах ±1 дБ. Это дает возможность высокоточной оценки выявленных несплошностей без «перебраковки», что повышает экономический эффект использования наших систем.

Рассмотренные особенности, высокие производительность и надежность Установок ультразвукового контроля железнодорожных осей и колес дали OKOndt Group возможность занять достойное место на международном рынке средств неразрушающего контроля.