Teste ultrassônico de juntas soldadas, métodos e tecnologia de teste

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Não existe praticamente nenhuma indústria onde não se faça soldagem. A grande maioria das estruturas metálicas são montadas e interligadas por meio de costuras de soldagem. Claro que a qualidade deste tipo de trabalho no futuro depende não só da fiabilidade do edifício, estrutura, máquina ou qualquer unidade a ser erguida, mas também da segurança das pessoas que de alguma forma irão interagir com estas estruturas. Portanto, para garantir o nível adequado de desempenho de tais operações, são utilizados testes ultrassônicos de soldas, graças aos quais é possível detectar a presença ou ausência de vários defeitos na junção de produtos metálicos. Este método de controle avançado será discutido em nosso artigo.

Histórico de ocorrência

A detecção ultrassônica de falhas como tal foi desenvolvida nos anos 30. No entanto, o primeiro dispositivo realmente funcional nasceu apenas em 1945, graças à Sperry Products. Nas duas décadas seguintes, a mais recente tecnologia de controle ganhou reconhecimento mundial e o número de fabricantes desses equipamentos aumentou drasticamente.

UltrassônicoO detector de falhas, cujo preço hoje começa em 100.000 -130.000 mil rublos, continha inicialmente tubos de vácuo. Tais dispositivos eram volumosos e pesados. Eles trabalharam exclusivamente a partir de fontes de alimentação AC. Mas já na década de 60, com o advento dos circuitos semicondutores, os detectores de falhas foram significativamente reduzidos em tamanho e passaram a funcionar com baterias, o que acabou possibilitando o uso dos dispositivos mesmo em condições de campo.

Entre na realidade digital

Nos estágios iniciais, os instrumentos descritos usavam processamento de sinal analógico, devido ao qual, como muitos outros dispositivos semelhantes, estavam sujeitos a desvios no momento da calibração. Mas já em 1984, a Panametrics lançou o primeiro detector de falhas digital portátil chamado EPOCH 2002. A partir desse momento, as unidades digitais tornaram-se equipamentos altamente confiáveis, fornecendo idealmente a calibração necessária e a estabilidade de medição. O detector de falhas ultrassônico, cujo preço depende diretamente de suas características técnicas e da marca do fabricante, também recebeu uma função de registro de dados e a capacidade de transferir leituras para um computador pessoal.

No ambiente atual, há cada vez mais interesse em sistemas Phased Array, que usam tecnologia sofisticada baseada em elementos piezoelétricos de vários elementos para gerar feixes direcionais e criar imagens transversais semelhantes às imagens de ultrassom médico.

Esferaaplicações

Método de controle ultrassônico é usado em qualquer indústria. Seu uso mostrou que pode ser usado com a mesma eficácia para testar quase todos os tipos de juntas soldadas na construção, que possuem uma espessura de metal base soldada superior a 4 milímetros. Além disso, o método é usado ativamente para verificar as juntas de oleodutos e gasodutos, vários sistemas hidráulicos e hídricos. E em casos como a inspeção de costuras grossas obtidas como resultado de soldagem por eletroescória, a detecção ultrassônica de falhas é o único método aceitável de inspeção.

A decisão final sobre se uma peça ou solda está apta para serviço é feita com base em três indicadores fundamentais (critérios) - amplitude, coordenadas, dimensões condicionais.

Em geral, o exame ultrassônico é exatamente o método mais frutífero em termos de imagem no processo de estudo da costura (detalhe).

Motivos da demanda

O método descrito de inspeção por ultrassom é bom, pois possui uma sensibilidade e confiabilidade muito maior das indicações no processo de detecção de defeitos na forma de trincas, menor custo e alta segurança no processo de uso em comparação com métodos clássicos de inspeção radiográfica. Até o momento, o teste ultrassônico de juntas soldadas é usado em 70-80% dos casos de inspeção.

Transdutores ultrassônicos

SemO uso desses dispositivos para testes ultrassônicos não destrutivos é simplesmente impensável. Os dispositivos são usados para gerar excitação, bem como receber vibrações de ultrassom.

As unidades são diferentes e são classificadas por:

• A maneira de criar um contato com o item de teste.
• O método de conexão de elementos piezoelétricos ao circuito elétrico do próprio detector de defeitos e o deslocamento do eletrodo em relação ao elemento piezoelétrico.
• Orientação da acústica em relação à superfície.
• Número de elementos piezoelétricos (single, double, multi-element).
• Largura de banda das frequências de operação (banda estreita - largura de banda inferior a uma oitava, banda larga - largura de banda superior a uma oitava).

Características mensuráveis dos defeitos

GOST governa tudo no mundo da tecnologia e da indústria. O teste ultrassônico (GOST 14782-86) também não é exceção neste assunto. A norma especifica que os defeitos são medidos pelos seguintes parâmetros:

• Área equivalente do defeito.
• Amplitude do sinal de eco, que é determinada levando em consideração a distância até o defeito.
• Coordenadas do defeito no ponto de soldagem.
• Tamanhos convencionais.
• Distância condicional entre defeitos.
• O número de defeitos no comprimento selecionado da solda ou junta.

Operação do detector de falhas

Os ensaios não destrutivos, que são ultrassônicos, possuem um método próprio de uso, que afirma que o principal parâmetro medido é a amplitude do sinal de eco obtidodiretamente do defeito. Para diferenciar os sinais de eco por amplitude, o chamado nível de sensibilidade de rejeição é fixado. Isso, por sua vez, é configurado usando o modelo padrão empresarial (SOP).

O início da operação do detector de defeitos é acompanhado de seu ajuste. Para isso, a sensibilidade de rejeição é definida. Depois disso, no processo de estudos de ultrassom em andamento, o sinal de eco obtido do defeito detectado é comparado com o nível de rejeição fixo. Se a amplitude medida exceder o nível de rejeição, os especialistas decidem que tal defeito é inaceitável. Em seguida, a costura ou produto é rejeitado e enviado para revisão.

Os defeitos mais comuns das superfícies soldadas são: f alta de fusão, penetração incompleta, trincas, porosidade, inclusões de escória. São essas violações que são efetivamente detectadas pela detecção de falhas usando ultrassom.

Opções ultrassônicas

Com o tempo, o processo de inspeção desenvolveu vários métodos poderosos para examinar soldas. O teste ultrassônico fornece um número bastante grande de opções para exame acústico das estruturas metálicas consideradas, no entanto, as mais populares são:

• Método de eco.
• Sombra.
• Método da sombra do espelho.
• Echo Mirror.
• Método delta.

Método número um

Na indústria e transporte ferroviário, o método eco-pulse é usado com mais frequência. É graças a ele que mais de 90% de todos os defeitos são diagnosticados, o que se torna possível devido ao registro e análise de quase todos os sinais refletidos na superfície do defeito.

Este método em si é baseado na sondagem de um produto metálico com pulsos de vibrações ultrassônicas, seguido de seu registro.

As vantagens do método são:

- possibilidade de acesso unidirecional ao produto;

- sensibilidade bastante alta a defeitos internos;

- a maior precisão na determinação das coordenadas do defeito detectado.

No entanto, também existem desvantagens, incluindo:

- baixa resistência à interferência de refletores de superfície;

- forte dependência da amplitude do sinal na localização do defeito.

A detecção de defeitos descrita implica o envio de pulsos ultrassônicos ao produto pelo localizador. O sinal de resposta é recebido por ele ou pelo segundo buscador. Neste caso, o sinal pode ser refletido tanto diretamente dos defeitos quanto da superfície oposta da peça, produto (costura).

Método de sombra

É baseado em uma análise detalhada da amplitude das vibrações ultrassônicas transmitidas do transmissor para o receptor. No caso de haver uma diminuição desse indicador, isso indica a presença de um defeito. Nesse caso, quanto maior o tamanho do próprio defeito, menor a amplitude do sinal recebido pelo receptor. Para obter informações confiáveis, o emissor e o receptor devem ser colocados coaxialmente em lados opostosobjeto em estudo. As desvantagens dessa tecnologia podem ser consideradas a baixa sensibilidade em comparação com o método do eco e a dificuldade de orientação dos PETs (transdutores piezoelétricos) em relação aos feixes centrais do padrão de radiação. No entanto, também há vantagens, que são alta resistência à interferência, baixa dependência da amplitude do sinal na localização do defeito e ausência de zona morta.

Método da sombra do espelho

Este controle de qualidade ultrassônico é mais comumente usado para inspecionar juntas de vergalhões soldados. O principal sinal de que um defeito foi detectado é o enfraquecimento da amplitude do sinal, que é refletido da superfície oposta (mais frequentemente chamada de fundo). A principal vantagem do método é a detecção clara de vários defeitos, cujo deslocamento é a raiz da solda. Além disso, o método é caracterizado pela possibilidade de acesso unilateral à costura ou peça.

Método do espelho de eco

A maneira mais eficaz de detectar defeitos verticais. A verificação é realizada por meio de duas sondas, que são movidas ao longo da superfície perto da costura de um lado dela. Ao mesmo tempo, seu movimento é realizado de forma a fixar por uma sonda o sinal emitido por outra sonda e refletido duas vezes do defeito existente.

A principal vantagem do método: pode ser usado para avaliar a forma de defeitos, cujo tamanho excede 3 mm e que se desviam no plano vertical em mais de 10 graus. O mais importante -use sondas com a mesma sensibilidade. Esta versão do exame ultrassônico é usada ativamente para verificar produtos de paredes espessas e suas soldas.

Método Delta

O teste ultrassônico especificado de soldas usa energia ultrassônica reirradiada pelo defeito. A onda transversal incidente no defeito é parcialmente refletida especularmente, parcialmente transformada em longitudinal, e também re-irradia a onda difratada. Como resultado, as ondas PET necessárias são capturadas. A desvantagem do método pode ser considerada a limpeza da costura, a complexidade bastante alta de decifrar os sinais recebidos durante o controle de juntas soldadas com espessura de até 15 milímetros.

Vantagens do ultrassom e sutilezas de sua aplicação

O exame de juntas soldadas usando som de alta frequência é, de fato, um ensaio não destrutivo, porque esse método não é capaz de causar nenhum dano à seção investigada do produto, mas ao mesmo tempo determina com bastante precisão a presença de defeitos. Também merece atenção especial o baixo custo dos trabalhos realizados e sua alta velocidade de execução. Também é importante que o método seja absolutamente seguro para a saúde humana. Todos os estudos de metais e soldas baseados em ultrassom são realizados na faixa de 0,5 MHz a 10 MHz. Em alguns casos, é possível realizar trabalhos utilizando ondas ultrassônicas com frequência de 20 MHz.

Análise de uma junta soldada por meio de ultrassom deve necessariamente ser acompanhada de todo um complexomedidas preparatórias, como a limpeza da costura ou superfície em estudo, aplicação de líquidos de contato específicos na área controlada (géis especiais, glicerina, óleo de máquina). Tudo isso é feito para garantir um contato acústico estável e adequado, que fornece a imagem necessária no dispositivo.

Inutilizável e desvantagens

Testes ultrassônicos são absolutamente irracionais para examinar juntas de soldagem de metais com uma estrutura de granulação grossa (por exemplo, ferro fundido ou solda austenítica com espessura superior a 60 milímetros). E tudo porque nesses casos há uma dispersão suficientemente grande e forte atenuação do ultrassom.

Também não é possível caracterizar de forma inequívoca o defeito detectado (inclusão de tungstênio, inclusão de escória, etc.).