Ультразвуковой контроль сварных швов: как работает, что находит и как заказать

Какие стандарты применяют

В России действуют два основных документа на выполнение контроля:

• ГОСТ Р 55724-2013 — национальный стандарт на ультразвуковые методы для стыковых, угловых, нахлёсточных и тавровых соединений с полным проваром. Он перечисляет способы контроля и схемы прозвучивания, требования к средствам и подготовке, но необходимость и объём УЗК, типы и размеры недопустимых дефектов оставляет документации на продукцию.
• ГОСТ Р ИСО 17640-2016 — перевод ISO 17640:2010. Он задаёт технологию ручного контроля швов толщиной от 8 мм при температуре объекта от 0 до 60 °C, уровни контроля и состав протокола.

Нормы приёмки по амплитуде и протяжённости даёт ГОСТ ISO 11666-2024, квалификацию персонала — ГОСТ Р ИСО 9712-2023. Какой набор применять, решает документация на изделие или договор.

Как работает эхо-метод

Преобразователь посылает в металл короткий ультразвуковой импульс и принимает отражения. Если на пути луча есть несплошность, от неё возвращается эхо-сигнал. Дефектоскоп показывает его на А-развёртке: по горизонтали — время (путь звука), по вертикали — амплитуду. По времени прибор считает, где находится отражатель, по амплитуде оператор сравнивает его с опорным уровнем.

ГОСТ Р 55724 кроме эхо-импульсного перечисляет зеркально-теневой, эхо-теневой, эхо-зеркальный, дифракционный и дельта-способы. На практике стыковые швы чаще всего контролируют эхо-импульсным способом наклонным преобразователем — прямым и однократно отражённым лучом.

Положение отражателя считают из пути звука s и угла ввода α. Для прямого луча:

Дефектоскоп делает этот пересчёт сам, но формула полезна, чтобы понимать, где стоять с преобразователем.

Угол ввода, частота и зона сканирования

По ГОСТ Р ИСО 17640 (п. 6.3) угол между лучом и нормалью к донной поверхности при контроле с отражением — от 35° до 70°. Один из углов должен прозвучивать поверхность сплавления под прямым или близким к нему углом. Если по спецификации нужно несколько углов, они должны отличаться не меньше чем на 10°. Частоту выбирают из диапазона 2–5 МГц: при оценке по амплитуде и протяжённости начинают с нижней границы, более высокую берут для лучшего разрешения. Около 1 МГц допускается на больших путях звука и при повышенном затухании.

Объём контроля — шов и основной металл по 10 мм с каждой стороны или ширина ЗТВ, если она больше. Чтобы лучи прошли весь этот объём, преобразователь перемещают по зоне сканирования. Для стыковых швов таблица А.1 стандарта задаёт её ширину через p — проекцию пути однократно отражённого луча: 1,25p.

Пример: стыковой шов листа t = 20 мм, преобразователь с углом ввода 60°. p = 2 · 20 · tg 60° ≈ 69 мм, ширина зоны сканирования 1,25p ≈ 87 мм с каждой стороны шва, в которой работает этот преобразователь. Значит, по обе стороны шва нужна чистая ровная полоса почти в 90 мм — это стоит учесть при сборке, прихватках и окраске. Отражатель на пути s = 30 мм прямым лучом лежит на глубине 30 · cos 60° = 15 мм и в 26 мм от точки выхода.

Настройка по мерам и образцам

По ГОСТ Р 55724 (п. 8.6) основные параметры контроля — частота, чувствительность, точка выхода луча, угол ввода, погрешность глубиномера, мёртвая зона, разрешающая способность, угол раскрытия диаграммы направленности и шаг сканирования. Их настраивают и проверяют по мерам (калибровочным образцам) и настроечным образцам (НО). В качестве мер стандарт допускает СО-2, СО-3 и СО-3Р по ГОСТ 18576, в качестве НО — образцы с плоскодонными отражателями, боковыми цилиндрическими отверстиями, сегментными или угловыми отражателями, а также образцы V1 по ISO 2400 и V2 по ISO 7963.

ГОСТ Р ИСО 17640 (разд. 10) добавляет дисциплину:

Опорный уровень задают одним из четырёх способов: DAC-кривой по боковому отверстию диаметром 3 мм, АРД-диаграммой по плоскодонному отражателю, пазом 1 × 1 мм (толщины 8–15 мм, углы ввода от 70°) или для тандема — плоскодонным отверстием диаметром 6 мм.

Что УЗК находит и чего не находит

УЗК хорошо выявляет плоские дефекты — трещины, несплавления, непровары, — если луч встречает их под углом, близким к прямому. Отсюда требование прозвучивать поверхность сплавления перпендикулярно. Плоские дефекты, перпендикулярные поверхности и не выходящие на неё, ГОСТ Р ИСО 17640 (п. 12.3) называет трудными для одного наклонного преобразователя: для них нужна специальная технология, описанная в письменной процедуре; дополнительный контроль методом тандем стандарт относит к вопросам для согласования.

Ограничения метода:

• Размер и тип дефекта не измеряются напрямую. ГОСТ Р 55724 определение реальных размеров, типа и формы несплошностей не регламентирует — оператор получает амплитуду и условную протяжённость.
• Толщина и материал. Ручной контроль по ГОСТ Р ИСО 17640 — от 8 мм и для металлов с низким затуханием. Крупнозернистые и аустенитные стали требуют отдельных методик.
• Основной металл. Перед контролем шва околошовную зону проверяют прямым преобразователем: расслоения мешают наклонному лучу (разд. 9).
• Поверхностные дефекты надёжнее видит ВИК и методы контроля поверхности; сравнение методов — в статье «Дефекты сварных швов».

Уровни контроля, ФАР и TOFD

ГОСТ Р ИСО 17640 вводит четыре уровня контроля — A, B, C, D. От A к C вероятность обнаружения растёт за счёт числа углов ввода, сканирований и обработки валика; D — особые случаи по письменной процедуре. Рекомендуемая связь с уровнями качества по ISO 5817 (таблица 5): уровень контроля A — для качества C и D, B — для качества B, C — по соглашению. Пример из таблицы А.1: для стыкового шва 15–40 мм на уровнях B и C нужны два угла ввода, а на уровне C добавляется сканирование прямым преобразователем по шву — для этого поверхность валика должна отвечать требованиям разд. 8, и может потребоваться его снятие.

Фазированные решётки (ФАР, PAUT) — многоэлементный преобразователь, у которого угол луча задаётся электронно; секторное изображение сечения называют S-сканом. ГОСТ ISO 13588-2022 распространяет автоматизированный контроль ФАР на швы от 6 мм из низколегированной и мелкозернистой стали и тоже вводит уровни A–D; для уровня C нужно не меньше двух схем, одна из которых — S-скан или TOFD.

TOFD — дифракционно-временной метод: пара преобразователей по обе стороны шва принимает сигналы, дифрагированные на краях дефекта. По ГОСТ ISO 10863-2022 он применяется в полу- и полностью автоматизированном режиме к швам от 6 мм, преимущественно из низколегированной стали.

Когда заказывать и что указать

УЗК заказывают, когда документация требует контроля внутренних дефектов: стыковые швы несущих конструкций, сосуды и трубопроводы, швы с полным проплавлением. Для угловых швов без полного провара метод по ГОСТ Р 55724 не предназначен. ГОСТ Р ИСО 17640 (п. 5.1) перечисляет, что согласовать до контроля, — на этой основе удобно писать заявку:

• документ на контроль (ГОСТ Р 55724-2013 или ГОСТ Р ИСО 17640-2016, для ФАР и TOFD — ГОСТ ISO 13588 или 10863);
• уровень контроля (A–D) и уровень приёмки (например, по ГОСТ ISO 11666-2024);
• способ задания опорного уровня и способ оценки дефектов;
• объём: какие швы, какая доля длины, нужно ли искать поперечные дефекты;
• этап: до или после термообработки, контроль основного металла;
• требования к квалификации персонала (ГОСТ Р ИСО 9712-2023) и к протоколу.

Протокол по ГОСТ Р ИСО 17640 (разд. 13) должен содержать данные объекта, прибор и преобразователи с фактическим углом ввода, образцы, контактную жидкость, уровень контроля, схему и зону сканирования, настройку чувствительности, координаты, амплитуду и протяжённость каждого дефекта и результат оценки. Как согласовать контроль в договоре на сварку, — в статье «Как заказать сварку металлоконструкций».
</content>
</invoke>