Способ, основанный на применении

стандартных образцов пред­приятия (СОП)

 

Его использование рекомендуют в следующих случаях:

 

- при контроле большой серии изделий, однотипных по акустическим свойствам (в том числе, геомет­рическим размерам, состоянию поверхности ввода УЗ колебаний и однородных по затуханию;

 

- при контроле изделий с большой кривизной (радиус кривиз­ны выпуклой поверхности R_нар < 75 мм; радиус кривизны внутренней поверхности R_вн < 150 мм);

 

- при контроле тонкостенных изделий (обычно, при толщине стен­ки менее 20 мм);

 

- при контроле изделий со сложной конфигурацией, если стен­ки изделия или его конструктивных элементов изменяют форму сво­бодного звукового пучка.

Способ АРД-диаграмм

 

Может применяться как основной в большинстве случаев контроля изделий простой геометрической фор­мы. Особенно целесообразен в следующих случаях:

 

- при контроле крупногабаритных или толстостенных изделий;

 

- при контроле изделий с участками, разнородными по затуханию. Способ АРД-диаграмм экономически более выгоден, поскольку не требует затрат на изготовление и аттестацию стандартных образ­цов предприятия.

 

 Не допускается применение способа АРД-диаграмм в случаях:

 

- неполного прилегания контактной поверхности преобразователя к контактной поверхности объекта контроля (например, цилиндрическая поковка с наружным диаметром 150 мм и менее);

 

- ограничения для свободного распространения УЗ пучка, связанные либо с малой толщиной объекта (например, при контроле сварных соединений толщиной менее 20 мм), либо с влиянием боковых стенок (например, при контроле с торца детали, имеющей большую длину).

 

Не рекомендуют применять способ АРД-диаграмм для оценки размеров несплошностей, расположенных в пределах ближней зоны ПЭП.

 

В современных микропроцессорных дефектоскопах способ АРД-диаграмм может быть реализован путем включе­ния в функциональную схему дефектоскопа специального АРД-блока, позволяющего для заданных ПЭП и акустических параметров материала производить автоматический расчет эквивалентного размера несплошности. При этом АРД – кривая для заданного размера отражателя отображается на дисплее дефектоскопа.

 

Способ DAC (DAC – дистанционно-амплитудная коррекция)

 При этом способе линия, показывающая зависимость амплитуды эхосигнала от расстояния до отражателя, отображается на дисплее дефектоскопа. Этот способ не получил распространения в России, однако широко применяется при проведении УЗК по американским (ASME Code) и европейским (EN) документам. Линию DAC можно построить для отражателей любого вида, однако чаще всего ее строят для боковых цилиндров и плоскодонных отражателей.

 

Расчетный способ

 

Основан на применении формул расчета акустического тракта. Может применяться в тех случаях, когда отсут­ствуют СОП и АРД-диаграммы, а также при необходимости пересчета эквивалентных размеров по одному из видов отражателей (например, по плоскодонному отверстию) в эквивалентные размеры по другому виду отражателя (например, по цилиндрическому отверстию).

 

 Способ стандартных образцов предприятия

Для настройки чувствительности подбирают СОП, подходящий для контролируемого изделия.

Стандартные образцы предприятия (СОП) получили широкое рас­пространение для настройки глубиномера и (или) чувствительности дефектоскопа. СОП воспроизводят акустические свойства материала, конфигурацию, а также форму и шероховатость поверхности контро­лируемых изделий.

В СОП выполняют искусственные отражатели, расположенные на различных глубинах и имитирующие естественные дефекты изделий. Основные типы искусственных отражателей, применяемых в УЗ де­фектоскопии, показаны на рис. 6.60. Конкретные типы СОП и области их применения определяются стандартами и другими методическими документами, регламентирующими проведение УЗ контроля.

Наибольшее распространение получили СОП с искусственными несплошностями в виде плоскодонных дисковых отражателей (ПДО), ориентированных перпендикулярно УЗ лучу, и цилиндрических отверс­тий (ЦО), образующая которых направлена перпендикулярно УЗ лучу. Можно условно разбить СОП с ПДО на четыре типа.

Рис. 6.60. Искусственные отражатели, используемые в СОП для УЗК:

а, е - плоскодонное отверстие; б - плоскость;

 в, ж - отверстие со сферическим дном;

г, з - цилиндрическое отверстие (боковое); д - паз с плоским дном;

 и - сегмент;  к - угловой плоский отражатель (зарубка);

л - угловой цилиндрический отражатель (угловое отверстие);

м - вогнутая внутренняя ци­линдрическая поверхность; н - двугранный угол.

 

Образцы типа А. Предназначены для настройки чувствительнос­ти дефектоскопа и определения эквивалентных размеров дефектов (ЭРД) при работе с прямыми ПЭП. Выполняются в виде ступенчатых блоков, либо в виде фрагментов этих блоков - параллелепипедов, ци­линдров и т. п. (рис. 6.61).

 

Рис. 6. 61. Образцы типа А. а – ступенчатый блок; б – сплошной цилиндр

 

Образцы типа Б. Предназначены для выполнения настройки и определения ЭРД при контроле цилиндрических изделий небольшого диаметра (обычно - равного или менее 150 мм) по образующей. Могут выполняться в виде полуцилиндров, ступенчатых полуцилиндров или цилиндров (рис. 6.62).

 

 

Рис. 6.62. Примеры стандартных образцов предприятия типа Б.

 а - образец для настройки прямых ПЭП и наклонных при хордо­вом прозвучивании: отверстия

1 - для прямых ПЭП; 2 - для наклонных ПЭП с углом ввода 37°- 40° при хордовом прозвучи­вании; б - образец для настройки прямых ПЭП при контроле цилиндрических изделий Æ< 30 мм; в - образец для настройки наклонных ПЭП при прозвучивании вдоль образующей

 

Образцы типа В. Предназначены для выполнения настройки чув­ствительности и определения ЭРД при контроле плоских изделий на­клонными ПЭП. Выполняются в виде призм или параллелепипедов со скошенными торцами (рис. 6.63).

Рис. 6.63. Стандартные образцы предприятия типа В.

 а - призматический; б - скошенный параллелепипед

 

Образцы типа Д. Предназначены для выполнения настройки чув­ствительности и определения ЭРД при контроле зоны сплавления анти­коррозионной наплавки с основным металлом. Искусственные отра­жатели выполняют со стороны наплавки (при контроле со стороны основного металла), либо со стороны основного металла (при контро­ле со стороны наплавки). Выполняются в виде ступенчатых блоков или параллелепипедов (рис.6.64).

 

Рис. 6.64. Стандартные образцы предприятия типа Д.

 а - ступенчатый блок для УЗ контроля со стороны основного металла; б – параллелепипед для УЗ контроля со стороны наплавки. 1 – основной металл; 2 – наплавка

 

Применение искусственных отражателей типа ЦО рассмотрим на примере основного стандартного образца (рис. 6.65), используе­мого при контроле сварных соединений по стандарту Американского общества инженеров-механиков - Коду ASME. Три отверстия в левой части образца используют для настройки глубиномера и чувствитель­ности при контроле прямым ПЭП, а три отверстия в правой части образца - при контроле наклонным ПЭП. Диаметр отверстий выбирают по таблице Кода в зависимости от толщины образца.

Рис. 6.65. Основной стандартный образец по Коду ASME.

1,2 - пропил длиной 50 мм, шириной от 3,2 до 6,4 мм с плоским дном и глубиной 2% Н (Н - толщина образца); 3 – цилиндрические отверстия глубиной 76 мм

 

При работе с наклонными преобразователями в качестве ис­кусственного отражателя для настройки чувствительности при УЗ контроле сварных соединений толщиной менее 20 мм часто используют угловой отражатель - за­рубку (рис. 4.50)

Рис. 4.50. Отражатель типа "зарубка".

Рис. 4.51. Зависимость коэффици­ента " К " от угла падения УЗ луча

на вертикальную стенку зарубки.

 

При небольших толщинах контролируемых изделий отража­тель типа зарубки удобно использовать вместо плоскодонного от­верстия. При этом отношение глубины зарубки h к ее ширине b должно быть 0,5-4, а размеры h и b должны быть больше длины волны ультразвука.

Площадь зарубки s _з, дающей сигнал, равный сигналу от заданного плоскодонного отверстия s _п, определяют по формуле

                                   (4.72)

Значение коэффициента " К " для стали и некоторых преобразо­вателей, полученные экспериментально, можно взять из графика (рис. 4.51).

При использовании вместо зарубки углового цилиндрического отражателя (вертикального отверстия) его диаметр 2 b при площади зарубки s _з от 2 до 10 мм² рассчитывают по эмпирической формуле

                                         (4.73)

где s _з – площадь зарубки в мм².

Существуют и другие типы СОП и искусственных отражателей, предназначенные для настрой­ки чувствительности при контроле тонкостенных труб, тонких сварных швов, подповерхностного слоя сварных соединений (например, про­пил на рис. 6.65) и другие, конструируемые в зависимости от контро­лируемого изделия, а также типа, ориентации и места расположения несплошностей, подлежащих обнаружению.

 

Общими требованиями, предъявляемыми к стандартным образ­цам предприятия, являются:

- однотипность акустических свойств (затухания, скорости УЗ колебаний) образца и изделия. Они однотипны по затуханию, если средняя амплитуда донных сигналов в контролируемых изделиях ниже донных сигналов в СОП не более чем на 2 дБ (при равных толщинах), или превышает их не более чем на 4 дБ. Они однотипны по скорости, если скорости отличаются не более чем на ± 3% (к СОП для толщинометрии по скорости предъявляются более жесткие требования);

 

- отсутствие в материале СОП естественных несплошностей, вы­являемых при поисковой чувствительности, заданной для данного ма­териала;

 

- поверхности ввода звука СОП и изделия должны быть обрабо­таны одинаковым способом и иметь одинаковую шероховатость;

 

- в СОП, используемых для оценки эквивалентных размеров де­фектов, выполняют на каждой глубине ряд отверстий разного разме­ра. При этом площади торцов ближайших по размеру отверстий долж­ны отличаться не менее чем в два раза;

 

- расстояния между отражателями, а также отражателей от бо­ковых стенок должны быть такими, чтобы исключить их взаимное не­предусмотренное влияние друг на друга;

 

- каждый образец должен иметь маркировку с регистрационным номером и паспорт, куда заносятся результаты аттестации и поверок.

 

Другие требования к СОП (глубины отражателей, допуски на изготовление отражателей и т.д.) задаются конкретной нормативно-технической документацией на контроль.

 

Настройка чувствительности заключается в том, что на дисплее де­фектоскопа получают эхоимпульс от искусственного отражателя заданного размера на расстоянии (глубине), соот­ветствующей минимальной амплитуде эхосигнала для данной толщины (индекс _max), и устанавливают высоту этого эхоимпульса на заданном уровне. Размер искусственного отражателя обычно соответствует браковочному уровню (индекс _б) чувствительности. Показание аттенюатора, соответствующее данной настройке - A _{б max}. Далее производят настройку на отражатели того же размера, расположенные на других расстояниях (глубинах) в пределах диапазона контроля. Показания аттенюатора A _{б i} для каждой расстояния (глубины) записывают. Настройку контрольного уровня в каждой точке A _{к i} производят путем увеличения чувствительности A _{б i} на 6 дБ.

Контроль изделия производят на поисковом уровне чувствительности A _{п max}, который устанавливают путем увеличения чувствительности A _{б max} на 12 дБ.

При обнаружении несплошности отыскивают максимум эхоимпульса и устанавливают его на за­данную высоту на экране дефектоскопа. По показанию аттенюато­ра A _д и по глубине расположения несплошности путем сравнения с соответ­ствующим A _{к i} определяют, подлежит обнаруженная несплошность регистрации или нет. Для оценки эквивалентного размера дефекта в СОП на глубине залегания дефекта находят искусственный отражатель, дающий эхоимпульс такой же высоты. Его размер и яв­ляется эквивалентным размером дефекта.

Если используют режим работы дефектоскопа с ВРЧ, то систему ВРЧ настраивают на браковочный уровень чувствительности. Контрольный уровень устанавливают путем увеличения чувствительности на 6 дБ, а поисковый – на 12 дБ. Поиск несплошностей осуществляют на поисковом уровне. В случае работы с ВРЧ можно обойтись и без переключений аттенюатора. Для этого следует установить браковочный уровень на 80 % высоты экрана, тогда контрольный уровень будет находиться на 40%, а поисковый – на 20% высоты экрана.

 

Устройство АРД – диаграммы

В отечественной УЗ дефектоскопии широко распространено со­поставление размеров выявляемых несплошностей (дефектов) с раз­мерами плоского диска, ориентированного перпендикулярно акусти­ческому лучу.

 

Эквивалентным размером (диаметром или площа­дью) дефекта называют размер искусственного круглого плос­кодонного отражателя, расположенного в образце с одинако­выми акустическими свойствами перпендикулярно акустичес­кой оси на том же расстоянии, что и дефект, который дает эхоимпульс такой же амплитуды.

Для расчета амплитуды эхо-сигнала от дефекта в широком диапазоне расстояний и размеров дефектов применяют АРД-диаграммы.

АРД-диаграммой называют семейство кривых, устанавливающих зависимость между ампли­тудой ( А ) эхо-сигнала от дискового отражателя, ориентиро­ванного перпендикулярно акустической оси ПЭП и отражаю­щего 100% падающей на него УЗ энергии, расстоянием ( Р ) от излучателя до отражателя и размером - площадью или диаметром ( Д ) отражателя.

Существуют обобщенные (нормированные) и рабочие АРД-диаграммы. В обобщенных АРД - диаграммах (рис. 4.48) по горизон­тальной оси отложено расстояние между отражателем (дефектом) и излучателем (ПЭП), отнесенное к величине ближней зоны ПЭП (r/ r _б). По вертикальной оси отложено отношение U / U ₀ в отрицательных де­цибелах. На диаграмму нанесена группа кривых, показывающих за­висимость U / U ₀ от расстояния. Каждой кривой соответствует опреде­ленный размер (диаметр) отражателя, отнесенный к диаметру пьезоэлемента. Обобщенные АРД-диаграммы используются для построения рабочих АРД-диаграмм.

Рабочие АРД-диаграммы (рис. 4.49) строят для конкретных раз­меров, частоты и угла ввода ПЭП, используя следующие способы:

- построение на основе обобщенных АРД-диаграмм;

- экспериментальным путем на основе измерений амплитуд эхо-сигналов от искусственных отражателей в образцах;

- расчетным путем с применением уравнений акустического тракта.

 По горизонтальной оси рабочей АРД-диаграммы отложено рас­стояние между отражателем и точкой ввода центрального УЗ луча в контролируемое изделие. Для наклонных ПЭП это соответствует расстоянию по лучу. На некоторых рабочих АРД - диа­граммах для наклонных ПЭП по горизонтальной оси приводится рас­стояние по вертикальной координате (по глубине) или по горизон­тальной координате. Вместо последнего расстояния иногда приводят "укороченную проекцию" - расстояние от передней грани ПЭП до про­екции отражателя на поверхность контроля. По вертикальной оси от­ложено отношение U / U ₀ в дБ. Каждой кривой соответствует опреде­ленный размер (диаметр или площадь) отражателя. Верхняя кривая соответствует бесконечной плоскости - донной поверхности, расположенной перпендикулярно центральному УЗ лучу.

Рис. 4.48. Обобщенная АРД – диаграмма.

Рис. 4.49. Рабочая АРД – диаграмма для преобразователя WB 45-2.

 

Метод АРД-диаграмм широко используют как в отечествен­ной, так и в зарубежной практике. Так, в Германии для обозначения этого метода используют аббревиатуру AVG-диаграммы. В отечест­венной литературе указывают на принципиальное отличие в постро­ении АРД - и AVG - диаграмм: АРД-диаграммы построены по макси­муму отраженного сигнала, а AVG-диаграммы получены эксперимен­тально из условия соосного расположения преобразователя и искусственного отражателя. Кроме того, если в отечественных АРД - диаграммах по горизонтальной шкале отложено расстояние в линейных единицах, то в AVG-диаграммах эта шкала построена в логарифми­ческих единицах. Тем не менее, сущность и основные правила при­менения этих методов являются общими, поэтому в дальнейшем текс­те данной книги будет применяться термин АРД - диаграмма, в том числе и к зарубежным диаграммам.

С использова­нием АРД-диаграмм решают три основные задачи:

1 - настройка чувствительности дефектоскопа;

2 - определение эквивалентных размеров обнаруженных дефектов.

3 - оценка коэффициента затухания УЗ волн;