Ультразвуковой контроль сварных соединений

Ультразвуковой контроль сварных соединений арматуры железобетонных конструкций

Схема контроля стыков арматуры зеркально-теневым методом
Рис. 1. Схема контроля стыков арматуры зеркально-теневым методом: 1 — наклонные ПЭП;
2 — сварное соединение; 3 — скоба-накладка; Г и П — кабели излучающего и приемного ПЭП соответственно

Долговечности и эксплуатационной безопасности зданий и сооружений из монолитного и сборного железобетона уделялось и уделяется серьезное внимание. В результате исследований, проведенных в МВТУ им. Н.Э. Баумана и НИИЖБ в 1970-80 гг., разработана и внедрена технология ультразвуковой контроль качества сварных соединений арматуры железобетонных конструкций [1]. Она базируется на теневом и зеркально-теневом методах, в данном случае отличающихся высокой помехоустойчивостью, простотой и оперативностью [2].

Основной характеристикой качества соединения служит изменение амплитуды Азт, дБ, прошедшего через сварной шов ультразвукового сигнала. Зеркально-теневым методом осуществляется контроль стыковых соединений стержней, выполненных на стальных скобах-накладках или подкладках (рис. 1).

Схема сканирования стыкового соединения
Рис. 2. Схема сканирования стыкового соединения

При этом используются наклонные пьезопреобразователи (ПЭП) с углами ввода 50 и 60° на частоту 2,5 — 1.8 МГц, которые устанавливаются в механическое устройство, обеспечивающее:

  • возможность установки расстояния между точками ввода пучка ПЭП с учетом диаметра сваренных стержней;
  • установку ПЭП на контролируемое соединение так, что плоскости падения ультразвуковой волны совпадают с плоскостью оси стержней;
  • постоянное, независимое от оператора, прижатие ПЭП к стержням;
  • возможность дискретного перемещения всей системы вдоль и вокруг стержня.
Схема механического устройства системы МАСКА
Рис. 3. Схема механического устройства системы МАСКА: 1 — жесткая направляющая; 2 — точки выхода луча; 3 — подвижная направляющая; 4 — система магнитного прижатия принимающего ПЭП; 5 — вертикальная направляющая; 6 — система магнитного прижатия излучающего ПЭП; 7 — винт-фиксатор; 8 — фиксаторы; 9 -высокочастотный кабель; 10 — коммутатор; 11 — высокочастотный кабель к прибору с разъемами

Информация о качестве изделия обеспечивается в процессе контроля. Признаком обнаружения дефекта является ослабление ΔА амплитуды Азт сигнала в дефектном месте относительно амплитуды А0 опорного сигнала, измеренной в бездефектном месте в зоне шва или на основном материале, т. е. ΔА = А0 — Азт. Измерения амплитуд Азт проводится в трех точках (рис. 2) при перемещении системы искателей в одной плоскости. В крайних положениях (позиции 1-1 и 3-3) один из ПЭП следует помещать вплотную к сварному шву, а в среднем положении (позиция 2-2) искатели следует располагать симметрично шву. Сканирование выполняется с шагом, равным шагу профиля арматуры. При среднем значении ΔА ≥ 6 отр. дБ соединение подлежит ремонту.

С введением ГОСТ 23858-79 ультразвуковой метод контроля сварных соединений заменил разрушающие выборочные механические испытания сварных соединений арматуры железобетонных конструкций. Серийный выпуск специализированных приборов АРМС-МГ4, Арматура-1, Арматура-2, обучение и аттестация операторов-дефектоскопистов способствовали широкому применению этого метода НК при строительстве зданий и сооружений.

Из-за большого разнообразия типов и размеров соединений в целях широкого применения неразрушающего контроля в жилищном строительстве были унифицированы средства контроля, создана единая методика контроля разных типов соединений, разработана и изготовлена более совершенная механико-акустическая система контроля арматуры (МАСКА) с магнитным прижатием ПЭП (рис. 3). которая успешно применяется и в настоящее время.

Акустическая схема системы МАСКА
Рис. 4. Акустическая схема системы МАСКА

К сожалению, с развалом СССР объем применения методов неразрушающего контроля в строительстве резко снизился. Это вызвано отсутствием эффективной системы инспекции качества и стремлением к снижению стоимости строительства даже в ущерб качеству. Тем не менее, в МГТУ им. Н. Э. Баумана продолжалось развитие метода ультразвукового контроля в целях автоматизации измерений с документированием результатов контроля. Введение в акустическую систему МАСКА дополнительного прямого ПЭП (рис. 4), позволяющего принимать дифрагированные сигналы, упростило процесс контроля. Величина Адmin прошедшего сигнала измеряется при настройке излучающего ПЭП на дефект по уровню АΔ дифракционного сигнала от вершины дефекта, а принимающего ПЭП — по уровню АтΔ дифрагированного сигнала от корня дефекта, фиксируя в этом положении наклонные ПЭП. При сравнении с уровнем А0 опорного сигнала определяется ΔА=А0дmin, т. е. критерий оценки остается прежним, но число замеров Ад уменьшается. Кроме того, измеряя и фиксируя в памяти прибора уровни дифракционных сигналов АΔ и АтΔ, можно точнее определить местоположение дефекта и его тип [3]. Использование многоканального дефектоскопа позволит автоматизировать процессы настройки и измерений, используя простой алгоритм оценки результатов измерений (табл. 1), что, в свою очередь, повысит оперативность оценки.

Табл. 1. Алгоритм оценки результатов измерений
АΔΔА↑Дефект
АΔ≈0ΔА↑Нарушение контакта
АΔ≈0ΔА↓Хорошее качество

Реализация изложенных принципов ультразвукового контроля сварных соединений арматуры повысит эксплуатационную надежность строительных конструкций.

Литература
1. Гурвич А. К. Зеркально-теневой метод ультразвуковой дефектоскопии. -М.: Машиностроение, 1970. — 34 с.
2. ГОСТ 23858-79. Соединения сварные стыковые и тавровые арматуры железобетонных конструкций. Ультразвуковые методы контроля качества. — М.: Изд-во стандартов, 1980.
3. Белый B.E., Баранов В. Ю., Вощанов А. К. и др. Пути повышения безопасности трубопроводов АЭС. — Сварочное производство. 2003. № 10. С. 39-41.