Ультразвуковой контроль деталей

Когда слышишь ?ультразвуковой контроль?, многие сразу представляют себе врача с датчиком на животе у беременной. В промышленности, особенно в энергетике, всё куда прозаичнее и жестче. Это не просто ?посветил и увидел?. Это история о том, как поймать трещину в стальной толще, пока она не решила всё за тебя. Частая ошибка — считать, что купил дорогой дефектоскоп, нанял оператора с корочкой — и всё, контроль налажен. На деле, 80% успеха — это понимание, что именно ты ищешь в этой конкретной детали, и как эта деталь жила до тебя.

От теории к практике: где начинается реальный контроль

В теории всё гладко: ультразвуковая волна, отраженный сигнал, амплитуда, эхо. Берёшь ультразвуковой контроль деталей турбинного ротора, например. По паспорту — сталь 25Х1МФ. Но если не знать, что этот ротор отслужил уже три межремонтных срока и прошёл не одну выправку, можно пролететь. Металл ?устаёт?, структура меняется, и скорость ультразвука в нём уже не та, что в эталоне. Первое правило: прежде чем искать дефекты, нужно понять материал. Иногда для этого приходится идти в архив, искать сертификаты, а если их нет — брать образцы для металлографии. Без этого любая цифра на экране — просто цифра.

Помню случай с одним из партнёров, компанией ООО Гуандун Хайен Энергетические Технологии. Они как раз занимаются сложным оборудованием, и их специалисты хорошо это уяснили. Когда мы начинали обсуждать проект по контролю партии теплообменных труб для одной ТЭЦ, их первый вопрос был не ?какой у вас дефектоскоп?, а ?какая история эксплуатации у агрегата, были ли перегревы??. Это правильный подход. Их сайт haienenergy.ru в разделе услуг делает акцент именно на комплексном анализе, а не на продаже самого факта проверки. Это редкость.

И вот тут возникает главная сложность — доступ. Идеальная поверхность для контакта датчика — это лабораторный миф. На практике — это застывшая грязь, ржавчина, старая краска, да ещё и в пространстве, куда не всегда пролезет рука. Приходится комбинировать: где-то использовать иммерсионную среду (специальный гель), где-то — контактные жидкости на основе глицерина, а где-то — идти на компромисс и просто зачищать участок болгаркой, что не всегда допустимо. Это та самая ?кухня?, о которой в методичках не пишут.

Оборудование: друг или просто инструмент?

Много споров вокруг аппаратуры. Есть мастера, которые клянутся старыми аналоговыми приборами типа УД2-70, мол, они ?честнее?. Есть сторонники цифровых многофункциональных комплексов вроде OmniScan или современных российских аналогов. Истина, как всегда, посередине. Цифра даёт запись, картинку, C-сканирование, что бесценно для отчётности и анализа тенденций. Но аналоговый прибор учит ?слушать? сигнал, чувствовать его огибающую. Для первичного обучения, на мой взгляд, аналог незаменим. Потом уже можно переходить на цифру.

Ключевой элемент — конечно, преобразователи (датчики). Прямые, наклонные, двукратные, широкополосные. Подбор угла ввода для поиска трещин в сварном шве — это отдельное искусство. Была история на проверке сварного соединения трубопровода высокого давления. По методике использовали прямой и наклонный датчик под 45°. Прямой показывал незначительные сигналы, похожие на расслоение. Наклонный вроде бы был чист. Но опытный оператор обратил внимание на небольшую перемену в форме основного импульса при сканировании с одной стороны. В итоге обнаружили сеть мелких усталостных трещин, идущих под таким углом, который ?прятал? их от стандартных настроек. Спасло не оборудование, а внимание человека к деталям.

Калибровка — это святое. Но и здесь есть нюанс. Калибруешься на эталонном образце с искусственным дефектом (например, боковым отверстием или надрезом). А в реальной детали дефект может иметь совершенно другую ориентацию и шероховатость поверхности. Сигнал будет отличаться. Поэтому хороший специалист всегда мысленно делает поправку на эту разницу, оценивает не абсолютную амплитуду, а её поведение при перемещении датчика.

Частный случай: контроль роторов и лопаток

Особая песня — роторы турбин и компрессоров. Массивные, ответственные, дорогие. Ультразвуковой контроль здесь часто идёт в паре с магнитопорошковым или капиллярным. Ищем трещины в местах перехода сечений, в галтелях, в посадках дисков. Самое неприятное — это трещины под напрессованными деталями. Их иногда можно обнаружить только в определённый момент, например, при частичной разборке. Или используя низкочастотные датчики, которые ?пробивают? большую толщину, но теряют в разрешающей способности. Это всегда баланс.

Лопатки. Тонкие, с сложным профилем. Чаще всего используется иммерсионный метод, когда деталь и датчик погружены в воду. Это позволяет точно выставлять угол и сканировать по сложной траектории. Но и здесь подводные камни: пузырьки воздуха на поверхности лопатки дают сильные помехи, а разные участки профиля по-разному отражают и рассеивают ультразвук. Приходится создавать отдельные настройки для каждой зоны. Автоматизация такого процесса — дорогое удовольствие, но компании, которые серьёзно занимаются ремонтом, как та же Хайен, идут на это. На их сайте видно, что они ориентируются на долгосрочные контракты по обслуживанию, где такой детальный подход окупается.

Интерпретация: когда эхо обманывает

Самый сложный этап. На экране прыгает сигнал. Это дефект? Или просто неоднородность структуры металла (например, крупное зерно в литой стали)? Или отражение от конструктивного элемента (буртика, канавки), которое ты не учёл? Опыт здесь решает всё. Часто помогает просто знать конструкцию детали наизусть. Или иметь под рукой чертёж.

Ложные сигналы — бич контроля. Например, при проверке сварного шва в толстостенной трубе отражение может дать не трещина, а просто столбовая структура металла шва. Отличить можно по форме сигнала и по тому, как он ведёт себя при изменении угла сканирования. Дефектный сигнал обычно более ?резкий?, а от структурной неоднородности — более ?размазанный?. Но это субъективно. Поэтому всегда нужно искать несколько признаков.

Был у меня личный провал, хороший урок. Контролировали ответственный фланец. Получили сомнительный, но небольшой сигнал в зоне, удалённой от напряжений. Решили, что это включение. Дали добро на эксплуатацию. Через полгода — течь. Оказалось, это была всё-таки мелкая усталостная трещина, которая пошла в рост от вибраций, о которых мы не спросили. После этого я всегда, даже если всё выглядит безопасно, задаю лишний вопрос об условиях работы узла. И рекомендую делать повторный контроль через некоторое время, если есть малейшие сомнения.

Бумажная работа: то, без чего всё зря

Каким бы гениальным ни было обнаружение, без правильной документации оно ничего не стоит. Протокол ультразвукового контроля деталей — это юридический документ. В нём должны быть четко зафиксированы: объект контроля, применяемая методика (ссылка на ГОСТ или ТУ), тип аппаратуры и её настройки, схема сканирования с нанесёнными выявленными показаниями, оценка по критериям приемки и, конечно, подпись и уровень квалификации специалиста (скажем, по ГОСТ Р 56542 или аналогичному).

Многие этим пренебрегают, особенно в срочных ремонтах.