ТОП 10:

Основы ультразвукового контроля



Основы ультразвукового контроля

Прохождение и отражение ультразвуковых волн,

Коэффициенты прохождения и прозрачности

При прохождении УЗВ через границу раздела двух сред часть волны проходит, а часть – отражается. Для описания прохождения УЗВ через границу двух сред вводится понятие акустический импеданс, характеризующий сопротивление прохождения УЗВ.

Акустический импеданс Z, :

, (4)

где P – акустическое давление;

Vn – скорость колебательного движения;

ρ – плотность материала;

Коэффициент отражения по амплитуде R:

, (5)

где z1 – акустический импеданс первой среды,

z – акустический импеданс второй среды.

Коэффициент прохождения по амплитуде D:

, (6)

На практике используют коэффициенты не по амплитуде, а по энергии:

- доля прошедшей волны определяется по формуле:

(7)

где W0 – падающая энергия,

Wпрош – прошедшая энергия.

- доля отраженной волны определяется по формуле:

, (8)

где W0 – падающая энергия,

Wотр – отраженная энергия.

При наклонном падении УЗВ во втором объекте существует продольные и поперечные волны, и коэффициенты отражения и прохождения определяются по формулам:

- коэффициент отражения :

, (9)

Для прямого ПЭП:

, (10)

Для наклонного ПЭП:

, (11)

- коэффициент прохождения :

, (12)

Для прямого ПЭП:

, (13)

Для наклонного ПЭП:

. (14)

 

Условные линейные размеры дефекта

1) Условная протяжённость определяется вдоль направления развития дефекта и равна расстоянию на объекте контроля между двумя положениями ПЭП, при котором амплитуда сигнала достигает уровня фиксации.

2) Условная ширина и высота определяются одновременно. Условная ширина определяется поперёк развития дефекта и равна расстоянию между положениями ПЭП (при поперечном перемещении ПЭП) при котором амплитуда эхо-сигнала достигает уровня фиксации. Условная высота дефекта рассчитывается как разность показаний глубиномера в положениях ПЭП, при которых амплитуда сигнала достигает уровня фиксации.

Условные угловые размеры

1) Угол индикации определяется путём смещения ПЭП по радиусу, центр которого находится в дефекте относительно положения с максимальной амплитудой и равен углу между положениями ПЭП, в которых амплитуда достигает уровня фиксации.

2) Азимут соответствует углу между линией продольного сканирования и линией разворота ПЭП.

Способы определения условных размеров

Существуют два способа определения условных размеров: абсолютный и относительный.

Абсолютный метод заключается в том, что при определении условных размеров данным способом чувствительность дефектоскопа не изменяется, т.е. остается независимой от эхо-сигнала.

Относительный метод состоит в том, что условные размеры определяются на уровне 6,12,20 дБ, при этом максимальное значение амплитуды доводится до уровня фиксации, а затем чувствительность дефектоскопа увеличивается на 6,12,20 дБ.

Помехи и шумы

Помехами называют сигналы, не меняющие своего положения во времени с момента периодического пуска прибора при неизменных условиях контроля. К шуму относят беспорядочные, непериодические по времени прихода колебания и сигналы, характеризуемые случайностью мгновенных значений параметров. Рассмотрим некоторые виды помех и шумов:

1 Электронные помехи связаны с наличием сигналов от электронной схемы при установке максимального усиления дефектоскопа. Они выглядят в виде случайно-чередующихся сигналов малой амплитуды.

2 Помехи преобразователя связаны со свободным колебанием пьезопластины и переотражением от призмы или протектора. Данные помехи возникают при подключении ПЭП по совмещённой схеме.

Прессованные соединения

Возможно наличие сигналов двух видов:

- сигналы от края соединения возникают из-за наличия высоких напряжений на краю, и как следствие, изменение акустических свойств и наличия мнимой границы раздела;

- сигналы от поверхности сопряжения появляются из-за наличия зон с отличными акустическими свойствами. От зоны сопряжения также будут возникать группы сигналов повторяющих диаграмму направленности ПЭП. Величина диффузного сигнала зависит от степени посадки. Отличным признаком является большая ширина сигналов, и сигнал не изменяет своего положения на экране при продольном перемещении наклонного ПЭП.

Структурные помехи

Контролируемые металлические материалы имеют поликристаллическое строение (зерна). При этом каждое зерно имеет свою ориентацию и различные акустические свойства в разных направлениях. В результате при падении волны на границу раздела зерен происходит явление преломления и отражения, и часть волны возвращается обратно на ПЭП.

В наибольшей степени структурные помехи проявляются, если диаметр зерна становиться равным или больше длины волны. Чем больше диаметр зерна, тем больше структурных помех и меньше прозвучиваемость.

Эхо-метод

Эхо-метод ультразвуковой дефектоскопии основан на излучении в контролируемое изделие коротких зондиру­ющих импульсов и регистрации эхо-сигнала, отраженно­го от дефекта. Временной интервал между зондирующим и эхо импульсами пропорционален глубине залегания дефекта, а амплитуда, в определенных пределах, — отра­жающей способности (размеру) дефекта.

Рисунок 1.14 – Эхо-метод

Зона контроля устанавливается между зондирующим и донным импульсами, при этом различают настройку дефектоскопа от поверхности (рисунок 1.15) – донный сигнал устанавливается в конец экрана, а зона контроля – между зондирующим и донным сигналом, не захватывая последний, и по слоям (рисунок 1.16) – на экране отображается только контролируемый слой объекта, зондирующий и донный сигналы выводятся за пределы экрана. Настройку по слоям выполняют для повышения достоверности контроля путем вывода с экрана ложных неинформативных сигналов.

При появлении эхо-сигнала в зоне контроля выше середины экрана или уровня фиксации устанавливается браковочная чувствительность, если сигнал превышает уровень фиксации - изделие бракуется.

 

Зеркально-теневой метод

Зеркально-теневой метод (далее ЗТМ) основан на анализе амплитуды донного (отражённого от зеркальной поверхности) сигнала (рисунок 1.17).

 

Выявление дефекта заключается в ослаблении донного сигнала. Оценкой допустимости дефекта служит коэффициент дефектности, Кд:

(23)

где Ад - амплитуда донного сигнала при наличии дефекта,

А0 - амплитуда донного сигнала при отсутствии дефекта.

Значение коэффициента дефектности варьируется от 0 до 1, при Кд = 0 – дефект считается сильно развитым и полностью перекрывает дно, Кд = 1 – дефект отсутствует.

Особенности контроля:

1. В ближней зоне с увеличением глубины залегания дефекта коэффициент дефектности не изменяется, а с увеличением глубины залегания дефекта в дальней зоне – увеличивается;

2. ЗТМ позволяет выявлять дефекты следующих видов: расслоение за счёт ослабления волны, дифракция на краю трещины и берегах трещины. При этом эффективно выявляются дефекты длиной более 15 мм.

3. Наличие ослабления сигнала, не связанного с дефектом, приводит к ложной перебраковке. Как экспертный метод используется при контроле в эмерсионной ванне. Контроль контактным способом либо используется для оценки структурного состояния материала, либо как дополнительный для эхо-метода

Настройка чувствительности выполняется либо на контролируемом объекте на бездефектном участке, либо на СОП, имеющего среднее, либо ниже среднего, значение затухания УЗВ.

Преимущество зеркально-теневой метода состоит в том, что он позволяет выявлять дефекты любой ориентации и места, включая мёртвую зону.

К недостаткам данного метода относятся:

1. выявление только развитых дефектов (по сравнению с эхо методом);

2. невозможно определить глубину залегания дефекта;

3. влияние на результат контроля параллельности поверхностей;

4. наличие диффузной зеркальной поверхности и уменьшения амплитуды вследствие рассеяния на ней;

5. влияние структурных неоднородностей (например, сварные соединения);

6. влияние посторонних факторов на акустический контакт (наличие грязи, выбоин, вмятины, выпуклости и др.).

Критерии оценки качества.

Критерии оценки качества выполняются путем определения коэффициента дефектности. Рассчитывается двумя способами:

1. Kq.отн =Aq/Ao

Aq – амплитуда донного (прошедшего для теневого метода) сигнала при наличии дефекта.

Ао – амплитуда донного (прошедшего) сигнала при отсутствии дефекта.

2. Kq.дб=Nq-No

Nq- амплитуда донного сигнала в (дБ) при наличии дефекта.

N=20lg(A1/A2)

Nо – амплитуда данного сигнала в (дБ)при отсутствии дефекта

A2- амплитуда зондирующего импульса.

A1- амплитуда донного сигнала.

или (Aq/Ao) при переводе KqотносительноKq Дб.

При стабильном акустическом контактеKq=0,5.

Если Kqотн<0,5-брак. Это соответствует KqДб.=6дБ.

Если KqДб.>6дБ-брак.

 

 

Расчет параметров контроля

Проведение контроля

Для контроля цилиндрической части шкворня используем 00ПЭП. Контроль выполняем с торца шкворня по круговой траектории по внешнему периметру. Зона контроля составляет 180 мм. Контроль выполняется путем установки ПЭП в 20-25 точках по внешнему периметру(рисунок 2.18). Поверхность сканирования предварительно смазывается маслом.

Рисунок 2.18- Круговое сканирование

Для контроля хвостовика шкворня 00ПЭП (первый дефект) также устанавливают на внешний периметр торца. Зона контроля составляет 85мм.

Контроль также производят по схеме, представленной на рисунке 2.18.

Для контроля галтельного перехода с помощью 400ПЭП выполняют разметку ОК: На расстоянии 105 мм от галтельного перехода провести линию белой краской по окружности. Контроль заключается в продольно-поперечном сканировании (от белой линии вправо влево на 50 мм, Lск=100мм; шаг сканирования – hcк=5…10 мм) (рисунок 2.19). Поверхность сканирования предварительно смазывают маслом.

Рисунок 2.19- Продольно поперечное сканирование

Оценка качества

При появлении в зоне контроля одиночного сигнала выше середины экрана выполняют оценку качества. Для этого определяют максимум амплитуды эхо-сигнала и превышение ее уровня фиксации при установке браковочной чувствительности. Если сигнал выше браковочной чувствительности, изделии считается непригодным к эксплуатации.

Оценка координат отражателя выполняют для установления местоположения дефекта и возможного наличия отражений от конструктивных элементов изделия.В ряде случаев необходимо измерять условные размеры и условные расстояния между допустимыми дефектами , а также их количество в одном изделии.

Оформление результатов контроля

Результаты контроля изделия фиксируются в журнале и в заключении (протоколе) по контролю. Содержание этих документов может быть не вполне идентичным, но итоговое решение одинаковым. Вывод о качестве необходимо записать в альтернативной форме: соответствует или нет изделие техническим требованиям. Дефектные места в изделии должны быть отмечены красной краской и помещены в изоляторы брака.

По результатам контроля партии однотипных изделий делается общая запись в журнале и составляется общее заключение. В нем должны быть указаны номера или маркировка всех проверенных изделий, помечены и собраны в отдельном месте бракованные изделия.

Все названные документы по результатам контроля подписывает специалист второго или третьего уровня квалификации, ответственный за контроль. Дефектограмма (эскиз изделия, на котором изображены обнаруженные дефекты) в случае необходимости должна прилагаться к записи в журнале и заключению по контролю.

Заключение по результатам контроля содержит следующие сведения:

1. о контролируемом изделии (название, тип, номер, материал);

2. о средствах и способе контроля(тип и номер дефектоскопа, преобразователя, метод и схема контроля, частота, уровень фиксации);

3. о результатах контроля; если в изделии имеются допустимые дефекты, то в журнале (а при необходимости и в заключении) указывают их характеристики, в том числе полученные другими методами;

4. общее заключение о качестве;

5. о лицах, выполнивших контроль, и ответственном за контроль.

Если это оговорено условиями поставки, копии заключения по результатам контроля с описанием дефектов и дефектограммы передаются организации, эксплуатирующей изделие, для дальнейшего наблюдения за дефектами.

 

 

Подготовка к контролю

1. Провести подготовку аппаратуры: внешний осмотр на отсутствие повреждений, проверка работоспособности.

2. Подготовка ОК. Очистить ОК от загрязнения, вмятин, выбоин, заусенцев в зоне контроля. Осмотреть ОК на видимые трещины, при их наличии объект бракуется.

3. Выполнить разметку конусной части на расстоянии 95мм, 145 мм и 195мм от галтельного перехода.

 

Подготовка оборудования

Подготовка оборудования заключается в проверке его целостности: отсутствие механических повреждений, влияющих на работоспособность прибора; наличие и прочность крепления органов управления, чёткость фиксации их положения, плавность вращения ручек органов настройки; чистота соединительных разъёмов.

Проведение контроля

1 Контроль цилиндрической части шкворня 0° ПЭП (смотри рисунок 2.15)

1.1 Выполнить настройку №2 дефектоскопа.

1.2 Выполнить настройку ВРЧ:

1.2.1 Смазать рабочую поверхность СОП №1 маслом и установить на него 00ПЭП.

1.2.2 Найти максимум амплитуды эхо-сигнала от засверловки, довести его регулятором усиления до середины экрана

1.2.3 Повторить пункт 1.2.1 для СОП№3.

1.2.4 Найти максимум амплитуды эхо-сигнала и регулятором «Амплитуда ВРЧ» довести сигнал до середины экрана.

1.2.5 Повторить пункт 1.2.1 для СОП№2.

1.2.6 Найти максимум амплитуды эхо-сигнала и регулятором «Форма ВРЧ» довести сигнал до середины экрана.

1.2.7 Записать значение браковочной чувствительности в журнал регистрации.

1.3 На поверхность сканирования следует нанести контактирующую жидкость;

1.4 Установить ПЭП в районе внешнего периметра на торцевую поверхность;

1.5 Установить браковочную чувствительность N0, а затем поисковую чувствительность: Nп=N0-6…8 дБ (42)

1.6 Выполнить сканирование по круговой траектории , установкой ПЭП в 20-25 точках (рисунок 2.19);

1.7 При появлении в ЗК одиночного эхо-сигнала выше середины экрана установить браковочную чувствительность N0 и произвести оценку качества.

2. Контроль цилиндрической части шкворня 0° ПЭП (смотри рисунок 2.13)

2.1 Выполнить настройку №1 дефектоскопа ;

2.2 Повторить пункты 1.2-1.6

3.2 Проведение контроля галтельных переходов шкворня 40° ПЭП (смотри рисунок 2.18)

3.1 Выполнить настройку дефектоскопа №3

3.2 Выполнить настройку ВРЧ по СОП№4, повторив пункт 1.2 (используя плоскодонные засверловки на СОП№; порядок установления смотри на рисунке 2.12)

3.3 Выполнить контроль галтельных переходов вала путем установки ПЭП на конусной части вала на расстоянии 105 мм от галтели, траектория сканирования детали – продольно-поперечная с шагом 5-10 мм, пределы перемещения от ступицы: 65-155 мм

3.4 При появлении в ЗК одиночного эхо-сигнала выше середины экрана установить браковочную чувствительность N0 и произвести оценку качества.

3.4 Оценка качества

1) Определить максимум амплитуды эхо-сигнала и превышение ее уровня фиксации при установке браковочной чувствительности.

2) Если сигнал выше браковочной чувствительности, изделии считается непригодным к эксплуатации.

3) Выполнить оценку координат отрожателя для установления местоположения дефекта и возможного наличия отражений от конструктивных элементов изделия. Записать координаты в журнал контроля

4) В ряде случаев необходимо измерять условные размеры и условные расстояния между допустимыми дефектами , а также их количество в одном изделии

5) Бракованные изделия пометить красной краской и поместить в изолятор брака.

3.5 Оформление результатов контроля

Внести в журнал контроля следующие записи:

- о контролируемом изделии (название, тип, номер, материал);

- о средствах и способе контроля(тип и номер дефектоскопа, преобразователя, метод и схема контроля, частота, уровень фиксации и др.);

- о результатах контроля; если в изделии имеются допустимые дефекты, то в журнале (а при необходимости и в заключении) указывают их характеристики, в том числе полученные другими методами;

- общее заключение о качестве;

- о лицах, выполнивших контроль, и ответственном за контроль.

 

 

 

 

Заключение

 

В курсовой работе рассмотрены основы ультразвукового контроля, произведен расчет параметров контроля (выбраны схемы контроля для ПЭП 0° и ПЭП 40°, определены зона контроля, масштаб развертки, построены типичные осциллограммы от дефектов). Разработана методика контроля типового изделия.

 

Список литературы

 

1 СТП СГУПС 01.01-2000 Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформления, Новосибирск, 2000 41с.;

2 Алешин Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х., Ермолов И.Н., Гурвич А.К. Методы акустического контроля металлов, М., 1989, 456с.

3 Бадалян В.Г., Вопилкин А.Х., Ермолов И.Н. Расчёты в ультразвуковой дефектоскопии, М., 2002, 110 с.

 

Основы ультразвукового контроля







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-06; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.172.213 (0.021 с.)