Поиск и обнаружение дефектов

Схема поиска (схема контроля) должна обеспечивать получение максимального эхо-сигнала от дефекта заданного минимального размера при контроле методами отражения или максимальное ослабление прошедшего сигнала при контроле методами прохождения; получение информации, достаточной для оценки дефектов по действующим нормативам; прозвучивание всего объема изделия; технологичность контроля, т.е. возможность реализации методики простыми средствами при наименьших затратах. Выполнение этих требований определяется в первую очередь обоснованным выбором типа и длины (частоты) УЗ-волны, направлений прозвучивания, схемы сканирования.

При выборе типа и длины волны следует руководствоваться следующим практическим опытом контроля с использованием волн различных типов.

Продольными волнами контролируют в основном изделия правильной геометрической формы - листы, поковки, обечайки сосудов и трубы. Продольными волнами уверенно обнаруживают плоскостные дефекты, ориентированные параллельно поверхности изделия, расслоения проката, раскатанные газовые пузыри, отслоения покрытий от основного металла, непровары и непроклеи плоских протяженных и достаточно толстостенных деталей. Благодаря меньшему по сравнению с поперечными волнами затуханию и большей длине волны, продольные волны успешно используют при контроле крупнозернистых материалов, в том числе наплавленного металла сварных соединений аустенитного класса. Малое затухание, отсутствие потерь в акустической задержке обусловливают максимальную глубину прозвучивания. Поэтому особо крупные изделия толщиной 1м и более контролируют нормальными совмещенными преобразователями. Наибольшая по сравнению с волнами других типов скорость ограничивает возможности контроля тонкостенных изделий прямыми преобразователями.

Минимальная толщина контролируемого изделия, определяемая акустической мертвой зоной и расположением донных сигналов на временной развертке ЭЛТ, составляет для отечественных серийных дефектоскопов и преобразователей около 20 мм. Изделия меньшей толщины успешно контролируются РС-преобра-зователями продольных волн благодаря принципиальному отсутствию мертвой зоны при разделении излучателя и приемника. Так, серийными PC-преобразователями на частоте 5 МГц можно выявлять расслоения в листах толщиной от 5 мм.

При контроле поперечными волнами благодаря стабильной прозрачности контактного слоя в большом диапазоне углов падения предъявляют менее жесткие требования к геометрии изделия, чем при контроле продольными волнами. Возможность ввода поперечных волн наклонно в широком диапазоне углов (α=35...80° для пары плексиглас - сталь), являясь важным преимуществом контроля поперечными волнами, позволяет решить большой класс задач контроля, связанных с неопределенностью ориентации дефектов.

В общем случае плоскость дефекта непараллельна контактной поверхности изделия, а форма и ориентация дефектов случайны. Поэтому сформулированное ниже условие оптимизации направлений прозвучивания может быть реализовано с помощью наклонно падающих поперечных волн. Кроме того, решается задача обеспечения полноты прозвучивания контролируемого объекта, поскольку, варьируя угол ввода, можно прозвучить каждый элемент объема.

При выборе длины волны, определяющей рабочую частоту прозвучивания, следует стремиться обеспечить выполнение условия , при котором наблюдается направленное отражение от дефекта минимального размера . Чем больше волновой размер дефекта, тем интенсивнее отраженный сигнал.

С точки зрения выявляемости дефектов предпочтительней поперечные волны, длина которых примерно в 2 раза меньше длины продольных. Однако это справедливо для случая контроля издлий небольшой толщины. с мелкозернистой структурой, когда можно пренебречь затуханием УЗ-колебаний. Если влияние затухания значительно (большая толщина, крупное зерно), возможности поперечных и продольных волн по выявлению дефектов выравниваются, поскольку коэффициент затухания поперечных волн больше, чем продольных.

Направления прозвучивания выбирают, исходя прежде всего из соображений обеспечения надежного обнаружения характерных для данного изделия реальных дефектов. Для этого на основании анализа чертежей и технологии изготовления с определенной вероятностью устанавливают преимущественные координаты, ориентацию, размеры, форму дефгктов, которые могут образоваться в готовом изделии. Такой анализ позволяет выявить слабые места конструкции, на которые при контроле следует обратить особое внимание. Например, в сварных сосудах это места пересечений продольных и кольцевых швов, подверженных знакопеременным нагрузкам; в цилиндрических поковках, роторах - центральная зона с концентрацией неметаллических включени й; в изделиях с плакирующим слоем - зона сплавления основного и наплавленного металла с возможными отслоениями. Для некоторых дефектов преимущественные координаты и ориентация полностью определяются конструкцией изделия. Например, глубина залегания непровара корня сварного шва с симметричной X-образной разделкой кромок всегда составляет половину толщины, а угол наклона в вертикальной плоскости несплавления по кромкам сварного соединения равен углу скоса кромок

Основные направления прозвучивания, обеспечивающие максимальный сигнал от дефекта, выбирают с учетом выявленной преимущественной ориентации типичных для данного изделия плоскостных дефектов. Присутствие их в схеме контроля обязательно.

В зависимости от числа типов потенциально возможных дефектов можно выбрать несколько основных направлений прозвучивания. Например, при контроле Х-образного сварного соединения с углом скоса кромок, равным 30°, для которого характерно наличие несплавления по наклонным кромкам и вертикально ориентированного непровара корня шва, следует применять наклонный преобразователь с углом ввода а = 60° и систему тандем.

Для обнаружения различно ориентированных случайных дефектов и с целью получения дополнительной информации о характере дефектов в схему контроля вводят дополнительные направления прозвучивания, как можно более далеко отстоящие от основного. На практике это достигается иногда без увеличения числа преобразователей путем прозвучивания прямым и отраженным лучами, с противоположных сторон контролируемого сечения, с нескольких поверхностей изделий, поворотом преобразователя вокруг эпицентров излучения й отражения.

С целью обеспечения полного прозвучивания контролируемого изделия выбранные по указанным выше критериям преобразователи перемещают по поверхности изделия, последовательно сканируя каждую точку контролируемого объема с основных и дополнительных направлений. Траектория, шаг и скорость сканирования определяются геометрией изделия, формой контролируемого объема, фактической плотностью распределения дефектов и фактической объемной формой поля излучения преобразователя. При ручном контроле скорость сканирования, ограниченная физиологическими возможностями дефектоскописта, составляет 0,2...0,5 м/с.

Учитывая фактор нестабильности акустического контакта, помехи, ложные сигналы, поиск осуществляют при завышенной по сравнению с минимально необходимой для фиксации дефектов чувствительностью. Окончательный контроль следует проводить после термообработки изделия, повышающей выявляемость дефектов в результате измельчения структуры металла.

Указания о параметрах схемы контроля включаются в технологическую карту контроля данного узла, которая является рабочим документом дефектоскописта.