Измерение координат, размеров дефектов и определение их формы

Зафиксированный в процессе поиска отражатель, амплитуда эхо-сигналов от которого превышает контрольный уровень чувствительности, считают дефектом и измеряют его координаты, эквивалентные и условные размеры, определяют геометрическую форму. Измерение координат и размеров дефектов является обязательной операцией; данные измерений используют при оценке допустимости дефекта. Сведения о форме дефекта в соответствии со сложившейся практикой контроля расценивают как дополнительную информацию, вопрос об использовании которой в качестве критерия отбраковки решают в каждом конкретном случае отдельно.

Информативность различных измеряемых характеристик дефектов оценивается степенью их корреляции с действительными размерами дефектов.

Оценка допустимости дефектов

Допустимость дефектов оценивают путем сравнения измеренных значений характеристик дефектов с их предельными (нормативными) значениями.

Основной браковочный критерий - амплитуда эхо-сигнала (эквивалентная площадь). Измеренное значение амплитуды А сравнивают со значением контрольного А_к и браковочного А_бр уровней чувствительности с учетом глубины залегания дефекта. Если А>А_бр, дефект считают недопустимым по амплитуде (бракуют), если А_бр≥А≥А_к - допустимым. Иногда контрольный уровень не используют. В этом случае отбраковывают любой зафиксированный (А≥А_бр) дефект, понятие допустимый дефект здесь не используется. Такая альтернативная система оценки обычно вводится, когда разность размеров недопустимых и допустимых дефектов сопоставима с точностью измерения амплитуды эхо-сигналов и, следовательно, не может быть достоверно зафиксирована. Кроме того, она целесообразна, когда исправление дефектного участка экономически выгоднее, чем наблюдение за допустимыми дефектами в последующей эксплуатации изделия. Примером может служить контроль сварных швов тонкостенных труб (3...5 мм) малого (25...40 мм) диаметра.

Отражатели сА<А_к и с А<А_бр (при отсутствии контрольного уровня) фиксации не подлежат, т.

Окончательную оценку допустимости дефектов с А_бр>А≥А_к проводят по условным протяженности, высоте, площади и числу дефектов на единицу длины (площади, объема) изделия. Если измеренное значение хотя бы одной из этих характеристик превышает предельно допускаемое, дефект считают недопустимым.

Полученные в результате контроля данные измерений и вывод о наличии или отсутствии дефектов нормативного размера фиксируют в отчетном протоколе (заключении). Вывод о качестве изделия записывают в альтернативной форме: соответствует или не соответствует техническим условиям. Протокол входит в паспортную документацию изделия, передаваемую заказчику, который организует наблюдение за развитием допустимых (в изготовлении) дефектов посредством системы эксплуатационного контроля.

Основные параметры контроля

К основным относят параметры, которые обусловливают достоверность результатов УЗ-контроля. Ряд параметров определяется применяемой аппаратурой. В связи с этим из совокупности параметров контроля выделяют параметры аппаратуры. Параметры контроля и аппаратуры, установленные при рассмотрении взаимосвязи отдельных элементов процесса УЗ-дефектоскопии приведены в табл. 1.

 

Таблица 1 - Основные параметры

Параметры контроля	Параметры аппаратуры
Длина волны λ, мм	Частота f, МГц
Чувствительность: реальная, мм предельная Sп, мм^2 эквивалентная Sэ, мм	Чувствительность: условная Ку, мм, дБ эквивалентная Sэ, мм
Направленность поля преобразователя α0, φ0, ^0	Размеры преобразователя а, мм
Угол ввода луча α1, ^0	Угол призмы β, °
Точность измерения координат (точность селектирования) А, %	Погрешность глубиномера (системы селекции) Аг, %
Мертвая зона rmin, мм	Длительность: зондирующего импульса τи, мкс реверберационных шумов из призмы τр, мкс
Плотность сканирования (неравномерность предельной чувствительности) ΔSп, мм^2	Параметры сканирования: шаг Δс, мм угол вращения γ, ° шаг вращения Δв, мм
Стабильность акустического контакта (дисперсия коэффициента прозрачности границы преобразователь - металл)	Дисперсия опорного сигнала , дБ
Разрешающая способность по дальности Δ, мм	Разрешающая способность Тр, мкс
Разрешающая способность по углу φу, мм	—
Длина ультразвукового импульса в металле Δrи, мм	Длительность зондирующего импульса τ, мкс
Минимальный условный размер фиксируемого дефекта ΔХmin, мм	Инерционность индикатора Ти, мкс Скорость сканирования vс, мм/с

Рассмотрим некоторые из основных параметров контроля

Длина λ волны и частота f УЗ-колебаний.

Рабочая частота f_p ультразвуковых колебаний - частота составляющей спектра зондирующего импульса, имеющей максимальную амплитуду, изменяется при замене преобразователя и переключении регулирующих элементов генератора. Иногда при этом также производится переключение частотной полосы приемника дефектоскопа. Искажения спектра зондирующего импульса могут смещать значение частоты, так что частота максимума амплитуды в спектре импульса на выходе усилителя высокой частоты f может отличаться от f_р. В формулах для расчета ослабления амплитуды сигнала используется значение длины волны , соответствующее частоте f.

Для измерения длины волны λ и частоты колебаний f используют две группы способов. Способы первой группы основанына измерении частоты f и последующем вычислении длины волны λ по известному значению скорости с₂ распространения упругой волны в контролируемом металле. Способы второй группы предусматривают измерение длины упругой волны λ и последующий расчет частоты f, если известно значение скорости с₂ в материале, для которого было измерено значение λ.

Чувствительность

В УЗ-контроле различают чувствительность пяти видов: абсолютную, реальную, предельную, условную и эквивалентную. В зависимости от настройки чувствительность дефектоскопа с преобразователем может принимать разные значения. Чувствительность (предельная, условная, эквивалентная), при которой измеряют характеристики выявленных дефектов и по ним оценивают качество объекта, называют чувствительностью оценки. На время поиска дефектов в процессе сканирования чувствительность оценки повышают в 2... 4 раза. Такую чувствительность называют чувствительностью поиска.

Порог электрической чувствительности определяется отношением амплитуд минимального регистрируемого сигнала на входе усилителя U_min (при максимальной чувствительности приемника) к максимальному сигналу U₀, возбуждающему преобразователь, т.е. отношением U_min/U₀. Обобщающей характеристикой порога чувствительности дефектоскопа с преобразователем является абсолютная (максимальная акустическая) чувствительность, равная отношению амплитуды минимального акустического сигнала P_min, который регистрируется дефектоскопом с преобразователем, к максимальной амплитуде акустического зондирующего импульса Р₀, и связанная с электрической чувствительностью зависимостью

где К - двойной коэффициент преобразования; - коэффициент прохождения по энергии границы призма (протектор) - изделие; r₁ — средний путь ультразвука в призме (протекторе) из материала с коэффициентом затухания δ₁.

Абсолютную чувствительность дефектоскопа с конкретным преобразователем можно определить по образцу из материала с известными акустическими характеристиками, в котором выполнен искусственный отражатель. На образце находят положение преобразователя, соответствующее максимальной амплитуде эхо-сигнала от отражателя, и по аттенюатору определяют резерв ΔN (дБ) чувствительности, т. е. число делений аттенюатора, на которое еще можно повысить чувствительность до ее максимального значения или до появления электрических шумов. Абсолютную чувствительность определяют как сумму значений ΔN (дБ) и отношения Р'/Р₀ (дБ), рассчитанного для данного отражателя.

Реальная чувствительность характеризуется минимальными размерами реальных дефектов конкретного типа, выявляемых в конкретном объекте на заданной глубине при определенной настройке аппаратуры. Она может быть определена в результате статистической обработки данных контроля и металлографического исследования большой серии объектов этого вида.

Предельная чувствительность характеризуется минимальными размерами искусственного, оптимального по выявляемости отражателя, который еще уверенно (с вероятностью не менее 0,99) обнаруживается на заданной глубине в конкретном объекте при определенной настройке аппаратуры. В качестве меры предельной чувствительности используют площадь S_a дискового отражателя с зеркально отражающей поверхностью, ориентированной нормально к акустической оси преобразователя.

Эквивалентной площадью (диаметром) называют площадь (диаметр) плоскодонного отверстия, залегающего на той же глубине, что и реальный дефект, и дающей такую же амплитуду эхо-сигнала.

Предельную чувствительность, распространенную на весь объем контролируемого изделия называют уровнем фиксации (контрольным уровнем) или уровнем браковки. Уровень фиксации определяется эквивалентной площадью дефекта, который должен выявляться во всем объеме контролируемого изделия; уровень браковки - эквивалентной площадью дефекта, недопустимою в данном изделии. Уровни фиксации и браковки установлены в нормах контроля данного изделия

Предельную чувствительность дефектоскопа с преобразователем можно непосредственно измерить (или настроить) по испытательному образцу с одним или несколькими эталонными отражателями различного размера в виде отверстий с плоским дном.

Для эталонирования предельной чувствительности по фокусирующей поверхности применяют АРД-диаграммы, связывающие эквивалентную площадь выявленного дефекта (предельную чувствительность), условный коэффициент выявляемости дефекта относительно фокусирующей поверхности и глубину расположения искомого дефекта. Рабочую АРД-диаграмму строят для конкретных материала, частоты упругих колебаний, размеров преобразователя и угла ввода луча.

Для эталонирования предельной чувствительности по цилиндрическому отражателю удобно использовать расчетные SKH-диаграммы, связывающие эквивалентную площадь выявляемого дефекта S (предельную чувствительность), условней коэффициент выявляемости дефекта К_д относительно цилиндрического отражателя и глубину Н расположения искомого дефекта.

Условная чувствительность характеризуется размерами и максимальной глубиной залегания выявляемых искусственных отражателей, принятых в качестве эталонных и выполненных в образце из материала с определенными акустическими свойствами.

Реальная и предельная чувствительности определяют чувствительность метода в целом, а условная - только чувствительность дефектоскопа с преобразователем. Реальная и предельная чувствительности при контроле конкретных объектов могут быть воспроизведены по условной, если частота упругих колебаний, диаграмма направленности, средний путь ультразвука в призме и материал призмы преобразователя соответствуют частоте, диаграмме, пути и материалу при которых определена заданная условная чувствительность.

Для эталонирования условной чувствительности К_у дефектоскопа с аттенюатором, проградуированным в децибелах, применяют образцы СО-2, СО-1 по ГОСТ 14782-86. При отсутствии в дефектоскопе аттенюатора условную чувствительность эталонируют по стандартному образцу СО-1.

Значения условной чувствительности, измеренные по различным образцам, могут быть сопоставлены экспериментально.

Чувствительность приемного тракта определяется значением амплитуды входного электрического сигнала, при котором амплитуда сигнала на индикаторе дефектоскопа достигает стандартного уровня А_с. За А_с обычно принимается половина экрана дефектоскопа. Чувствительность приемника регулируется, и ее наибольшее значение, соответствующее минимальному регистрируемому значению входного сигнала U_min, достигается при положениях регуляторов, соответствующих максимальному усилению. Если при этом возникают электрические шумы, то положение регуляторов должно быть таким, чтобы уровень шумов был не выше половины стандартного уровня.

Амплитудная характеристика приемника дефектоскопа определяет изменение амплитуды сигнала на экране дефектоскопа в зависимости от изменения амплитуды входного сигнала на приемнике. Ее важнейший показатель - динамический диапазон, определяемый областью изменений амплитуды входного сигнала, при которой зависимость выходного сигнала от входного прямо пропорциональна. В высокочастотных дефектоскопах с линейным усилителем динамический диапазон составляет не менее 20 дБ.

Порог электрической чувствительности (максимальная электрическая чувствительность) определяют отношением амплитуд минимального регистрируемого электрического сигнала на входе усилителя U_min (при максимальной чувствительности приемника) к максимальному сигналу возбудителя преобразователя U₀, т.е. отношением U_min/U₀. Эта величина характеризует чувствительность дефектоскопа как электронного прибора без преобразователя, который при измерениях этого параметра заменяется эквивалентной электрической схемой.

Порог акустической чувствительности (максимальная акустическая чувствительность или абсолютная чувствительность) дефектоскопа с преобразователем равен отношению минимального регистрируемого акустического сигнала Р_min к максимальному излучаемому в изделие акустическому сигналу Р₀. Он связан с максимальной электрической чувствительностью зависимостями:

для контактного нормального преобразователя с двойным коэффициентом преобразования К

для преобразователя с линией задержки длиной r₁, с затуханием δ₁

где D — коэффициент прохождения по энергии границы задержка-изделие.

В лучших дефектоскопах Р_min/Р₀ достигает 115 дБ, а в дефектоскопах с излучением сложных сигналов и их корреляционной обработкой - 145 дБ.

Проверка абсолютной чувствительности выполняется следующим образом. Все некалиброванные ручки, регулирующие чувствительность, устанавливают в положение, соответствующее максимуму чувствительности Рассчитывают значение Р'/Р₀ для одного из искусственных отражателей по справочным таблицам. На образце с выбранным искусственным отражателем находят положение преобразователя, соответствующее максимуму амплитуды эхо-сигнала, и по аттенюатору определяют запас (резерв) R_m чувствительности дефектоскопа, т.е. число делений аттенюатора, на которое еще можно повысить чувствительность до ее максимального значения или до появления электрических шумов высотою А₀/2 Суммой значений Р'/Р₀ и R_m (дБ) определяют искомый параметр - отношение амплитуды минимального акустического сигнала Р_min, который регистрируется дефектоскопом, к максимальной амплитуде зондирующего импульса Р₀.