При контроле сварных швов котловых труб решающее значение имеет минимизация времени простоя и использования ресурсов. Для решения этих проблем отрасли требуется быстрая методика объемного неразрушающего контроля (НК). Хотя радиографический контроль (RT) является традиционным методом, он нечувствителен к конкретным плоским дефектам, не имеет немедленной обратной связи со сварщиками и может нарушить параллельную деятельность. Более того, все более строгие правила техники безопасности на рабочем месте усложняют процесс контроля.
Технология ультразвукового контроля с применением фазированной решеткой (PAUT) может стать надежной и эффективной альтернативой радиографии для контроля сварных швов котловых труб. Однако при попытке проведения проверок в герметичной среде внутри котла возникает ряд проблем. Основной проблемой, связанной с котельными трубами, является низкий зазор между трубами. Другая сложность – небольшая толщина стенок труб в сочетании с разнообразием диаметров и наличием приварных заглушек. Для решения перечисленных выше проблем комплексное решение для УЗ-контроля с фазированной решеткой требует как низкопрофильных датчиков и призм PAUT, так и низкопрофильного сканера.
Оборудование для контроля котельных труб
Сканер можно адаптировать к трубам разного диаметра от 0,5 до 4 дюймов NPS (наружный диаметр от 21,4 до 114,3 мм). Следовательно, ручные проверки могут выполняться с более высокой точностью и воспроизводимостью, что повышает вероятность обнаружения (POD). Сканер позволяет проводить односторонний и двусторонний контроль в зависимости от доступа к сварному шву (отводу и т.п.).
Рис . 1. Благодаря зазору 11 мм и энкодеру низкопрофильный сканер позволяет быстро и эффективно контролировать стыковые сварные швы труб малого диаметра.
Преобразователи с фазированной решеткой
Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами сканера с низким зазором, Eddyfi Technologies предлагает специальный набор датчиков и призм . Благодаря частотам в диапазоне от 5 до 10 МГц и вариантам с 16 или 32 элементами сверхтонкие линейные датчики A15 обеспечивают максимальную способность обнаружения. Массивы изогнуты для оптимизации фокусировки на тонких трубках, а клинья предназначены для уменьшения расстояния до центра сварного шва, что позволяет лучше охватить объем исследования. Клинья должны быть адаптированы к кривизне поверхности сканирования и соответствовать соответствующим стандартам (например, ISO 17640).
Рисунок 2: Размеры корпуса низкопрофильных преобразователей PAUT.
Другой метод, используемый для контроля труб котлов, — это Дифракционно-временной метод (TOFD). В методе TOFD пара ультразвуковых датчиков размещается на противоположных сторонах сварного шва, причем один датчик действует как передатчик, а второй — как приемник. При наличии разрыва, такого как трещина, происходит дифракция ультразвуковой звуковой волны от верхнего и нижнего кончиков трещины. Используя измеренное время прохождения импульса, глубину вершин трещин можно рассчитать автоматически с помощью тригонометрического приложения. Когда дело доходит до проверки котловых труб, то же ограничение применяется к датчикам TOFD; поэтому необходимо использовать низкопрофильные датчики TOFD. Датчики LIMBOTOFD представляют собой низкопрофильные датчики TOFD с зазором 10 мм, обеспечивающим легкий доступ между зазорами между трубками. В датчиках LIMBOTOFD используются активные элементы диаметром 3 мм на частоте 10 и 15 МГц, что обеспечивает полный охват типичных сварных швов, встречающихся в котельных трубах. Датчики LIMBOTOFD имеют встроенный клин, который обеспечивает идеальное соединение, подходит для труб различных стандартных диаметров и совместим с описанным ранее низкопрофильным сканером.
Рисунок 3: Размеры датчиков LIMBOTOFD.
Дефектоскопы на фазированной решеткой
Когда дело доходит до контроля труб котлов и контроля тонкостенности в целом, можно следовать стандарту ISO 20601, который определяет применение технологии фазированной решетки к стальным деталям толщиной от 3,2 до 8 миллиметров. Как и в случае со многими сварными швами, объем испытаний должен включать сварной шов и зону термического влияния. При выполнении линейного сканирования, т. е. секторного сканирования для фиксированного положения индекса, необходимо проводить двусторонний контроль. Если оценка несплошностей основана только на амплитуде, отклонение направления луча от нормали к фаске сварного шва не должно превышать 6°.
Для сканирования с записью результатов план сканирования важен и обязателен. Поэтому важно использовать программное обеспечение, которое позволяет визуализировать зону контроля, а также углы относительно фаски сварного шва. И Capture™ , и UV Touch предлагают такую возможность на самом приборе. На следующих изображениях показан план сканирования, предназначенный для контроля котловой трубы толщиной 5 мм с использованием низкопрофильного датчика PAUT 5L16-A15-8X10-2,5-IPEX. Датчик настроен на смещение индекса 7,8 мм, чтобы максимизировать ортогональность балок со скосом на второй опоре. Углы, обозначенные зеленым цветом, показывают лучи, ортогональность которых находится в пределах 6°; это позволяет операторам быстро найти правильное положение датчика вдоль индексной оси. Этот план сканирования также предоставляет информацию о ближнем поле (лучи красного цвета), позволяя инспекторам фокусировать энергию вдоль активной плоскости, чтобы обнаружить более мелкие признаки и посмотреть, можно ли использовать такие методы, как метод полной фокусировки (TFM) и (или) фазовой когерентной визуализации (PCI) с текущей настройкой.
План сканирования также необходим при работе с датчиками LIMODOTOFD, чтобы обеспечить полный охват сварного шва и зоны термического влияния.
Eddyfi Technologies предлагает несколько приборов PAUT, совместимых с контролем труб котлов: Mantis, Gekko и TOPAZ. В то время как Gekko и TOPAZ64 предлагают наибольшие возможности, Mantis является наиболее экономичными решениями, предлагающими возможности работы в нескольких группах для двустороннего контроля PAUT и TOFD.
Результаты контроля котельной трубы
PAUT и TOFD обнаруживают все типы дефектов сварного шва, но лучше подходят для плоских дефектов:
- отсутствие наплавления в корне
- трещины
- сварная корневая трещина
RT лучше подходит для объемных типов дефектов:
- пористость
- включение
На следующих изображениях показано сравнение данных ультразвукового контроля фазированной решетки и данных радиографического контроля.
Эта функция повышает производительность анализа за счет автоматического обнаружения, фильтрации и классификации показаний на основе стандартов до их принятия оператором. Эта функция доступна для стыкового шва, V-образных и X-фасок, а также для контроля, выполняемых с обеих сторон сварного шва.
Требования к качеству сварных соединений в первую очередь касаются материала, процесса сварки и условий эксплуатации. Эти требования определяют уровни тестирования, обычно указанные в ISO 13588. Для оценки показаний используются измерения длины и высоты или длины и амплитуды. Модуль вспомогательного анализа основан на последнем. Операторы принимают решение об уровнях регистрации и оценки, при этом котельные трубы обычно соответствуют стандарту ISO 20601 для коэффициента усиления с коррекцией по времени (TCG), проводимого по боковым отражателям.
Затем вспомогательный анализ пытается классифицировать показания по заранее определенным категориям или типам дефектов (как определено в ISO 6520) на основе их отражательной способности и положения в сварном шве. В случае успеха алгоритм автоматически заполняет таблицу показаний соответствующей классификацией. Если алгоритм не может классифицировать индикацию, он предупреждает оператора о том, что это может быть потенциальный дефект. В конечном итоге оператор сохраняет за собой ответственность за изменение, дополнение, принятие или отклонение результатов. Чтобы упростить этот процесс, рабочий процесс анализа критериев приемки был улучшен и стал более удобным для пользователя.
В следующем видео показан инструмент, применяемый для анализа контроля PAUT котельной трубы.
Заключение
В заключение отметим, что УЗ-технология с фазированной решеткой обеспечивает эффективное обнаружение всех типов дефектов и возможность определения размеров. В отличие от радиографического контроля, УЗ-диагностика с фазированной решеткой не мешает другим видам деятельности. С помощью решения Eddyfi Technologies сварные швы труб котлов можно контролировать с двух сторон менее чем за 1 минуту, при этом диаметр труб составляет от 0,5 до 4 дюймов (NPS).
