Экзамен узк. Учебное пособие УЗТ. Арц нк ультразвуковая толщинометрия учебные материалы
 Скачать 2.09 Mb.
|
|
4.2. Средства ультразвуковой толщинометрии Для измерения толщины следует применять следующую аппаратуру: 1. Эхо-импульсные УЗ толщиномеры с цифровой индикацией результата изме- рения; 2. УЗ дефектоскопы второй и выше групп по ГОСТ 23 049. Дефектоскопы с блоком цифрового отсчета (БЦО) применяют в диапазоне действия этого блока, а без БЦО – в диапазоне действия задержки развертки; 3. Импортные дефектоскопы и толщиномеры, если они имеют технические па- раметры, аналогичные указанным выше приборам. Современные УЗ толщиномеры и дефектоскопы позволяют: измерять толщину стенки стальных объектов в диапазоне от 0,15 мм до не- скольких метров; измерять скорость УЗ волн в материале; запоминать результаты измерений с последующей их распечаткой или выво- дом на персональную ЭВМ; производить допусковый контроль (прибор сигнализирует о выходе за уста- новленные пределы); производить измерения на поверхностях с кривизной R>3 мм; автоматизировать операции настройки; на малых толщинах (менее 10 мм) получать погрешность измерения менее 0,1 мм; работать на свежезаряженном комплекте батарей до 300 часов. Для измерения толщины следует применять прямые и РС ПЭП с жестким протек- тором, обладающие высокой чувствительностью, низким уровнем шумов в диапазоне частот 2,0 – 10,0 МГц. Для особо точных измерений толщины металла (при толщинах менее 10 мм) могут применяться высокодемпфированные ПЭП с частотой до 20 МГц. Диаметры ПЭП от 5 до 25 мм. Образцы для настройки УЗ толщиномеров Для настройки толщиномеров используют стандартные образцы предприятия (СОП), изготовленные из материалов измеряемого объекта, имеющие толщину, равную номинальной или минимальной толщине объекта, кривизну и шероховатость поверхно- 30 сти соответствующие тем же характеристикам объекта. При измерении толщины труб и гибов с наружным диаметром менее 100 мм, целесообразно выполнять СОП в виде фрагментов этих изделий. Толщина металла образца на точках, по которым производится настройка, должна быть измерена с погрешностью не более +0,01 мм. 4.3. Подготовка к измерению толщины Объект контроля должен быть размечен, точки измерения пронумерованы в соот- ветствии со схемой, указанной в чертежно-технической документации. Разметку следует выполнять так, чтобы она не мешала измерению и на стиралась при осуществлении про- цесса измерения. Например, разметка может быть сделана с помощью маркировочного фломастера. Для измерения толщины основного металла подготавливается площадка 30х30 мм с центром в точке измерения. Для измерения толщины антикоррозионной наплавки гото- вят площадку 50х50 мм. Подготовленная площадка должна быть свободна от загрязне- ний, отслаивающейся окалины и краски. Шероховатость поверхности изделия со сторо- ны ввода УЗ колебаний должна быть не более R a =6,3 мкм по ГОСТ 2789. Допускается проводить измерения по поверхности, покрытой плотной пленкой окиси или тонким ровным слоем краски. Возможность выполнения толщинометрии и точностные характеристики измерения в этих условиях должны быть предварительно ус- тановлены экспериментально проверкой специалистами по контролю. В некоторых слу- чаях выполняется контроль по поверхности без предварительной обработки, однако точ- ностные характеристики при этом ухудшаются. Допускается выполнять измерения сосудов и трубопроводов, наполненных водой или другой жидкостью. При измерении толщины на участках зачистки поверхностных дефектов в месте максимальной глубины выборки для установления ПЭП должна быть подготовлена пло- ская площадка Ф15 мм, параллельная поверхности изделия. В некоторых случаях изме- рение может быть выполнено со стороны, противоположной выборке. Если выборка имеет крутой профиль и обеспечить плоскую площадку для установ- ки ПЭП не представляется возможным, следует измерить толщину в точках вокруг вы- борки. Глубину выборки измеряют микрометрическим либо индикаторным глубиноме- ром. Толщину изделия в месте выборки находят как разницу между минимальной его толщиной в окресности выборки по данным измерений УЗ методом и максимальной глу- биной выборки по результатам измерения глубиномером. Погрешность этого измерения принимается равной погрешности измерения УЗ прибором. Настройку толщиномеров и глубиномеров дефектоскопов выполняют с учетом ре- комендаций и инструкции по эксплуатации конкретного типа прибора. Для настройки глубиномера дефектоскопа иногда могу быть составлены более рациональные методики, чем это указано в инструкции по эксплуатации (это относится например к дефектоскопу УД2-12). Настройку выполняют с использованием СОП. Если возможно, целесообразно настроенный прибор проверить хотя бы в одной точке по кромке контролируемого объ- екта. [13] 4.4. Проведение измерений На каждом из заранее намеченных участков выполняют однократное измерение толщины. Если произошла грубая ошибка, то есть погрешность измерения существенно превысила ожидаемую в данных условиях, то этот результат отбрасывают и выполняют 31 три измерения взамен ошибочного. За результат измерения принимают среднеарифмети- ческое значение. При измерении толщины труб раздельно-совмещенным преобразователем акусти- ческий экран должен быть ориентирован перпендикулярно образующей трубы. При измерении УЗ дефектоскопами следует обеспечить равенство амплитуд изме- ряемых импульсов и идентичность считывания результатов измерений. Измерения толщины антикоррозионных покрытий выполняют УЗ дефектоскопами. При измерении со стороны основного материала используют прямые совмещенные ПЭП с частотой 2 – 6 МГц с жестким протектором. Для измерения антикоррозионных покры- тий номинальной толщиной от 2 до 8 мм со стороны покрытия применяют РС ПЭП с частотой 4 – 6 МГц, имеющие фокусное расстояние от 4 до 10 мм и максимальный раз- мер контактной поверхности 16 мм, а покрытий номинальной толщиной более 8 мм – РС ПЭП с частотой 4 – 5 МГц, имеющие фокусное расстояние от 20 до 30 мм и максималь- ный размер контактной поверхности 30 мм. На площадке, выделенной для измерения толщины, выбирают такое положение ПЭП, при котором эхо-импульс от границы раздела двух металлических сред имеет наи- более гладкую форму и крутой передний фронт. Заведомо недостоверные показания-эхо-импульсы от дефектов вблизи зоны сплав- ления, границ отдельных слоев или проходов, структурные шумы из наплавки – не учи- тывают. При измерении со стороны основного металла толщина покрытия определяется как разность положений эхо-импульсов от дна и зоны сплавления, как показано на рис. 4.2. Рис. 4.2. Схема измерения толщины антикоррозионного покрытия со стороны основного металла: 1 -основной металл, 2 - антикоррозионное покрытие Некоторые особенности имеет измерение остаточной толщины в местах коррози- онных повреждений. Перед измере6нием целесообразно получить сведения о характере ожидаемых коррозионных повреждений внутренней поверхности (например, визуаль- ным осмотром, с помощью оптических приборов, в частности с использованием прибо- ров на основе волоконной оптики или радиографическим контролем) и, по возможности, произвести зачистку поверхности, подвергнутой коррозии. При измерении остаточной толщины изделий в местах пятнистой или язвенной коррозии внутренней поверхности в заранее намеченных местах должны быть выполнены измерения с шагом не более 3 мм. За результат измерения принимают минимальное показание прибора. При измерении ос- таточной толщины изделий толщиной до 20 мм со стороны, противоположной подверг- нутой коррозии, прибор не фиксирует изменения толщины, связанные с наличием оди- ночных язв сферической формы диаметром до 2,5 мм. При отсутствии сведений о характере коррозионных повреждений изделия они мо- гут быть ориентировочно получены при установке ПЭП в заранее намеченном месте из- делия на основе следующих рекомендаций: 32 прибор стабильно показывает значение толщины, равное номинальной тол- щине изделия или близкое к нему – изделие коррозионным повреждениям не подвергну- то; прибор стабильно показывает значение толщины меньше номинальной тол- щины изделия - объект подвергнут равномерной коррозии; прибор показывает номинальное значение толщины, а при дальнейшей пере- становке ПЭП на ограниченном участке – нулевое (или нестабильное) значение и значе- ние меньше номинального – изделие подвергнуто язвенной коррозии (нулевое и неста- бильное показания соответствуют установке ПЭП над скосом язвы). Если результат измерения существенно отличается от ожидаемого и не связан с грубой ошибкой измерения, целесообразно эти участки проконтролировать дефектоско- пом, так как причиной уменьшения показания толщины может быть нарушение сплош- ности металла. Применение дефектоскопа может быть полезным и в других случаях, ко- гда возникает неопределенность в оценке показаний толщиномера. Контроль с целью определения минимального значения проводят дефектоскопом путем непрерывного сканирования. Крайнее левое положение эхо-импульса фиксируется фронтом строба АСД. Считывание результата измерения производится после получения устойчивого и достоверного показания. Для цифровых приборов оно характеризуется либо одним зна- чением, либо двумя, изменяющимися в пределах дискретности прибора. В последнем случае записывают более неблагоприятное значение. Проверка настройки прибора по СОП производится периодически, а также после окончания измерений. При оформлении протокола (заключения) результат измерения должен быть представлен в виде х, от н до в ; Р х, мм – результат измерения; н , в , мм – нижний и верхний пределы погрешности измерений; Р – вероятность, с которой погрешность измерения находится в этих границах. Пример: 3,80 мм +0,20 мм, Р=0,972. Наименьшие разряды числовых значений результата измерения и численного пока- зателя точности должны быть одинаковы. 4.5. Некоторые сведения об ошибках измерений При выполнении любых измерений следует помнить, что никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. Различают три вида ошибок: Систематическими называют ошибки, величина которых одинакова во всех изме- рениях, проводимых одним и тем же методом с помощью одних и тех же измерительных приборов. Рассмотрим подробнее причины возникновения систематических ошибок. Окончательную настройку УЗ толщиномера производят по контрольной точке, за- мер в которой выполнен мерительным инструментом. Очевидно, что ошибка измерения при такой настройке не может быть меньше той, которая определяется погрешностью мерительного инструмента. Предположим, что при измерении толщины мерительным инструментом вместо истинного значения 72,21 мм получено значение 72,33 мм. Систе- матическая ошибка в этом случае составляет 0,12 мм. Много это или мало? Прежде всего следует отметить, что чем точнее мы хотим измерить, тем труднее это сделать. Поэтому не следует требовать от измерения большей точности, чем это не- 33 обходимо для решения поставленной задачи. Однако, если мы производим измерение толщины толщиномером с приборной погрешностью 0,1 мм, а учет только одной сис- тематической ошибки дает большее значение, то становится очевидным, что этот резуль- тат может удовлетворить нас в довольно редких случаях. Поэтому измерение толщины в контрольной точке мерительным инструментом должно выполняться особенно тщатель- но. Существует и другая группа систематических ошибок, природа которых известна и величина может быть определена достаточно точно. Такие ошибки могут быть устране- ны путем введения поправок. Примером является измерение толщины изделия из мате- риала со скоростью звука С 1 , если настройка толщиномера производилась по СОП со скоростью звука С 0 =С 1 Задача Контролируют изделие с действительной скоростью звука С д =5850 м/с. Номинальная толщина изделия составляет 140 мм. Настройка толщиномера выполнена по СОП со скоростью С 0 =5920 м/c. Определим погрешность измерения, связанную с систематической ошибкой на- стройки. Решение. Действительное значение толщины изделия д д д H С t Показание толщиномера 0 0 Н С tд Здесь t д – действительное время прохождения ультразвуком толщины изделия (туда и об- ратно). Из выше приведенных уравнений определим действительную толщину: 0 0 0 Сд H Н кН д С где к – поправочный коэффициент. Погрешность измерения, связанная с систематической ошибкой настройки 0 H H H д Для нашего примера Н 0 =141,7 мм, Н=1,7 мм. Случайными называют ошибки, действие которых неодинаково в каждом измере- нии и не может быть учтено. Величина случайных ошибок различна даже для измерений, выполненных одина- ковым образом. Случайные ошибки при измерении толщины возникают из-за: колебания параметров толщиномера (дефектоскопа) и преобразователей в допустимых пределах; неточной установки нуля глубиномера; смещения ПЭП при повторных его установках в точку измерения; колебания толщины прослойки контактной жидкости вследствие неравно- мерного прижима ПЭП к изделию; неточного считывания результата измерения с экрана дефектоскопа; других факторов. В теории измерений показано, что влияние случайной ошибки на результат изме- рения уменьшается с увеличением числа измерений. В практике для получения удовле- творительного значения ошибки при наименьших трудозатратах достаточно выполнить в контролируемой точке 5 (реже 7) измерений. Грубыми называют ошибки (промахи), приводящие к результату, существенно от- личающемуся от ожидаемого в данных условиях. Источником таких ошибок является 34 недостаток внимания оператора. Для исключения промахов нужно соблюдать аккурат- ность и тщательность в работе и записи результатов. Иногда можно выявить промах, по- вторив измерение в несколько иных условиях (например, настроить прибор на другую цену деления). Следует иметь в виду, что многократное измерение подряд одной и той же величины не всегда дает возможность установить промах. Для надежного выявления промаха нужно либо повторить измерение спустя некоторое время, когда оператор уже забыл полученные им цифры, либо произвести повторное измерение, начиная с настрой- ки прибора, другим дефектоскопистом, который не знает результатов, полученных пер- вым. Вопросы для самопроверки 1. Почему нужно настраивать толщиномер последовательно несколько раз по образцам малой и большой толщины ? 2. Когда необходимо проверять настройку толщиномера по СОП ? 3. Как называются ошибки, величина которых одинакова во всех измерениях, проводимых одним и тем же методом, с помощью одних и тех же измерительных приборов? 4. От каких факторов зависит максимальная измеряемая толщина? 5. Опишите требования к качеству подготовки поверхности для ультразвуковой толщинометрии. 6. Как должен располагаться акустический экран ПЭП при измерении толщины труб относительно образующей трубы? 7. Как влияет непараллельность поверхностей стенок изделия на возможность и точность измерения толщины ? 8. Как называются ошибки, приводящие к результату, существенно отличающемуся от ожидаемого в данных условиях? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн 2. Акустические методы контроля: Практ. пособие / И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов/ Под ред. И. Н. Су- хорукова. - М.: Высш. шк., 1991. - 283 с. 35 Приложение 1 Значения физических характеристик для некоторых материалов Материал Модуль упруго- сти Е (мн/м 2 ) 10 -3 Плот- ность (кг/м 3 ) 10 -3 Коэффици- ент Пуассо- на Скорость звука (м/с) Удельное волновое со- противление (кг/(м 2 с)) 10 -6 С l C t Алюминий 7,1 2,7 0,34 6260 3080 16,9 Вольфрам 36,2 19,1 0,35 5460 2620 104,2 Углеродистая сталь 20,4 7,8 0,28 5850 3230 45,6 Молибденовая сталь 18,6 8,4 0,28 5320 2950 44,5 Чугун 20,5 8,8 0,27 3500 - 5600 2200 - 3200 29,0 Никель 12,5 8,9 0,31 5630 2960 41,8-49,5 Медь 12,5 8,9 0,35 4700 2260 24,2-41,8 Олово 5,5 7,3 0,39 3320 1670 24,2 Титан 19,8 4,5 - 6000 3500 27,0 Магний 4,1 1,74 0,33 4600 2200 7,82 Полистирол - 1,1 - 2370 1120 2,61 Секло органи- ческое - 1,18 - 2670 1120 3,14 Резина - 0,9 - 1480 - 1,4 Эбонит - 1,3 - 240 - 3,12 Эпоксидная смола - 1,1 - 2600 - 2,86 Фторопласт - 2,2 - 1350 - 3,5 Вода - 0,998 - 1490 - 1,49 Масло транс- фоматорное - 0,9-0,92 - 1380 - 1400 - 1,25-1,27 Спирт - 0,79 - 1200 - 0,92 Воздух - 1,3 10 -3 - 331 - 4,3 10 -4 Водород - 0,9 10 -4 - 1248 - 1,1 10 -4 36 Приложение 2 РД 34.17.418 (И 23 СД-80) 5. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ТОЛЩИНОМЕТРИЯ 5.1. Ультразвуковая толщинометрия производится в целях определения минимальной толщины стенки гиба, в том числе и в местах выборок, если таковые производились. 5.2. Ультразвуковая толщинометрия гибов осуществляется ультразвуковыми толщи- номерами "Кварц-6", "Кварц-14", "ТИЦ-3" и другими согласно Инструкции по эксплуа- тации приборов с точностью измерения: ±0,15 мм для толщины до 10 мм; ±0,3 мм - до 25 мм; ±0,6 мм - более 25 мм. Допускается выполнение толщинометрии приборами УДМ-1м и УДМ-3 согласно ре- комендуемому в приложении 4 методу. Измерения толщины производятся после подготовки поверхности согласно п.6.16 на- стоящей Инструкции. 5.3. Перед проведением толщинометрии приборы должны быть подготовлены к рабо- те: настроены по заводской инструкции по эксплуатации прибора и проверены на испы- тательном образце, применяемом для УЗД гибов данного типоразмера (рис.2). 5.4. Измерение толщины стенки гиба производится на растянутой части по всей длине гиба. В условиях ТЭС (монтажа, входного контроля) дополнительно проводятся измерения толщины стенки на обеих нейтралях на участках длиной 100-150 мм шириной 30-50 мм в местах измерения овальности и на одном из прямых участков вблизи гиба по периметру на кольце шириной 30-50 мм. 5.5. Для соединительных трубопроводов в пределах котла, турбины и станционных трубопроводов значение утонения стенки определяется по формуле 100% мин S S B S , где S - номинальная толщина стенки трубы; S мин - минимальная толщина стенки трубы в месте гиба на растянутой стороне. Утонение стенки гибов для труб, выполненных с отклонениями от номинальных раз- меров по толщине, не должно превышать значений, указанных в ОСТ 108.030.40-79. |