Основы ультразвукового контроля. Конспект лекций. Конспект лекций Бехер С. А., Кочетков А. С. Новосибирск, 2013 1 Содержание 1 Основные понятия акустики 3

• Название: Конспект лекций Бехер С. А., Кочетков А. С. Новосибирск, 2013 1 Содержание 1 Основные понятия акустики 3
• Анкор: Основы ультразвукового контроля. Конспект лекций
• Дата: 11.05.2023
• Размер: 1.85 Mb.
• Имя файла: Основы ультразвукового контроля. Конспект лекций.docx
• Тип: Конспект; #1123614
• страница: 3 из 5

Рис. 3.9 - Параметры ПЭП, используемые для настройки дефектоскопа

Время ПЭП (рис. 3.9) - это время задержки волны, связанное с распространением волны в призме и протекторе ПЭП. Время ПЭП напрямую влияет на точность определения координат дефектов. Время ПЭП компенсируют при настройке на стандартном образце СО-3 или СО-3Р по боковой цилиндрической поверхности.

Угол ввода (рис. 3.9) - это угол между нормалью к поверхности и линией, соединяющей центр ненаправленного (округлого отражателя) с точкой выхода луча в положении максимальной амплитуды эхо-сигнала от ненаправленного отражателя. Угол ввода указывается в маркировке преобразователя и проверяется при настройке на

30

стандартном образце СО-2 или СО-3Р по боковому цилиндрическому отверстию диаметром 6 мм на глубине 44 мм. Угол ввод приблизительно равен углу наклона акустической оси, но всегда меньше его.

4 МЕТОДЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

Совокупность приёмов реализации контроля правомерно назвать методом. Методы ультразвукового контроля допустимо разбить на несколько групп, выбранных по единому признаку. К методам прохождения можно отнести методы, основанные на регистрации волн, прошедших в изделии через дефект. Признаком дефекта в этом случае служит уменьшение амплитуды прошедшей волны на приемнике. Как правило, в методах прохождения отсутствует возможность определения глубины залегания дефекта.




п

И - источник УЗ волн; П - приемник УЗ волн; ОК - объект контроля.

Рис.4.1 - Иллюстрация метода прохождения.

Методы отражения, напротив, основаны на регистрации волн отраженных от дефекта, при этом происходит увеличение амплитуды сигнала воспринимаемого приемником. Этот принцип, положен в основу наиболее популярных методов ультразвукового контроля, поскольку позволяет определять координаты дефекта, и допускает использование одного совмещенного преобразователя.

31



ИП - источник-приемник УЗ волн (совмещенный преобразователь).

Рис.4.2 - Иллюстрация метода прохождения

Сигналы, вырабатываемые и принимаемые дефектоскопом отображаются на его экране в виде А - развертки. В данном типе развертки по оси У откладывается амплитуда сигнала (в дБ), по оси X - время прохождения волны до отражателя (в мкс). Сигналы, формируемые при реализации метода отражения и прохождения на А-развертке, представлены на рис.4.3.

Электрический сигнал, вырабатываемый дефектоскопом для возбуждения ультразвуковой волны, называется зондирующим импульсом. Его наличие в начале развертки объясняет появление мертвой зоны - области вблизи поверхности ввода ультразвуковой волны, дефекты в которой не выявляются.

пьезопластина




ЗИ - зондирующий импульс; ЭИ - эхо-импульс; СИ - строб-импульс; ДИ - донный

импульс.

Рис.4.3 - Формирование А-развертки в общем случае

32

Результат формирования эхо-импульсов - это волны, пришедшие на приемный ПЭП, отразившись от дефектов, конструктивных отражателей (галтелей, отверстий и т.д.). Сигнал, отраженный от дна изделия называется донный импульс. Для выделения интервала времени, в котором дефектоскоп анализирует амплитуду эхо- импульсов по критериям эхо-метода и зеркально-теневого метода (ЗТМ) служит строб-импульс.

На рисунке 4.4 изображены схемы реализации методов прохождения: теневого и зеркально-теневого (ЗТМ), в первом излучатель и приемник находятся на противоположных сторонах, во втором излучатель и приемник находятся на одной поверхности.



Рис.4.4 - Формирование А-развертки для теневого и зеркально-теневого метода на бездефектном участке

В ЗТМ возможно использовать прямые и наклонные ПЭП, необходимым при этом является условие отражения излученного сигнала от донной поверхности на приемник. В случае отсутствия дефектов пришедшая на приемник излученная волна формирует донный импульс, который превышает пороговый уровень.

33



Теневой ЗТМ ЗТМ

Рис.4.5 - Формирование А-развертки для теневого и зеркально-теневого метода на дефектном участке

Появление дефекта на пути излученной волны значительно ослабляет ее, поэтому при формировании донного сигнала происходит уменьшение его амплитуды. Изменение донного сигнала ниже порогового уровня свидетельствует о наличии дефекта.

Коэффициент выявляемости ЗТМ - показывает, на сколько децибел (во сколько раз) снижается амплитуда донного над дефектом относительно амплитуды донного на бездефектном участке.

_г А донного над дефектом

¹ А донного на бездефектном участке

При использовании методов прохождения необходимо учитывать множество причин ложного срабатывания дефектов, наиболее весомые из них это:

- отсутствие акустического контакта между ПЭП и поверхностью;

- не параллельность поверхности ввода и донной поверхности;

- изменение толщины изделия;

- состояние донной поверхности;

- затухание.

Методы отражения считаются более совершенными и подходящими для различных

34

задач диагностики. Поэтому эхо-метод используется практически в 90% случаях




Рис.4.6 - Формирование А-развертки эхо-метода на бездефектном и дефектном

участке

Коэффициент выявляемости эхо-метода - показывает, на сколько децибел (во сколько раз) амплитуда эхо-импульса от дефекта превышает амплитуду эхо-импульса от эталонного отражателя.

А эхо — импульса от дефекта

^д А эхо — импульса от эталонного отражателя

На амплитуду эхо-сигнала от дефекта и соответственно на возможность его выявления влияет затухание в материале ОК, акустический контакт, а так же размер, форма и ориентация дефекта.

При сравнении зеркально-теневого метода и эхо-метода можно выделить ряд

35

особенностей составляющих, как достоинства, так и ограничения каждого из них. Поэтому при использовании их совместно значительно повышается эффективность и достоверность контроля. Зеркально-теневой метод позволяет выявить дефекты независимо от их формы и ориентации по всей толщине изделия, а при потере акустического контакта сигнализирует об этом исчезновением донного сигнала. Эхо- метод в отличие от ЗТМ позволяет определить глубину залегания отражателя и оценить его форму и ориентацию. Минимально выявляемый размер дефекта при применении эхо-метода ограничивается длиной волны.

5 ИЗМЕРЯЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕФЕКТОВ

После выявления дефекта дефектоскопист должен принять решения о браковке либо годности изделия к дальнейшей эксплуатации. Для обоснованного вынесения этого решения необходимо определить измеряемые характеристики дефекта и сопоставить их с указанными в нормативной документации значениями. В большинстве случаев в качестве критерия браковки используют одну или несколько измеряемых характеристик, выступая в этом качестве, их допустимо называть главными измеряемыми характеристиками.

Совокупность всех измеряемых характеристик дефекта сведена в Таблице 6.1 Таблица 6.1 - Измеряемые характеристики дефекта

Координаты дефекта	Глубина залегания дефекта , У, мм Расстояние до дефекта по поверхности ввода, X, мм Расстояние до дефекта по лучу, Я, мм
Амплитудные характеристики	Амплитуда, У, дБ Коэффициент выявляемости, Кд, дБ Эквивалентная площадь, 3Э, мм2
Условные размеры	Условная граница дефекта Условная ширина, ЛХ, мм Условная протяженность, ЛЯ, мм Условная высота, Л У, мм
Форма дефекта	Коэффициент формы дефекта, Кд Компактный и протяженный Округлый и плоскостной

36

5.1 Координаты дефекта

Для определения координат дефекта, дефектоскоп использует измерение времени

между моментом генерации зондирующего импульса и моментом прихода эхо-импульса (Т_эхо), как следствие отражения от дефекта. Расстояния до дефекта по лучу (Я) вычисляется как отрезок линии совпадающей с акустической осью и соединяющий центр отражателя с точкой выхода луча, поэтому время затраченное волной при преодолении призмы ПЭП в прямом и обратном направлении, так называемое - время задержки в

призме (2Т_ПЭП) необходимо исключить.

Расстояние до дефекта по лучу можно рассчитать по формуле:

„ * (Тэхо “ 2 • Тпэп)

, где с - скорость волны в материале ОК, м/с

Для нахождения глубины залегания и расстояния до дефекта по поверхности ввода необходимо воспользоваться значением угла ввода (а) :

V = Я- сов(а) = ^С • ^{(Тэхо 2} • ^Тпэп ) • сов(а)

¿4



У - глубина залегания дефекта; X - расстояние до дефекта по поверхности ввода; Я - расстояние до дефекта по лучу.

Рис.6.1 - Определение координат дефекта

37

При вычислении X и У, могут возникнуть некоторые погрешности связанные в первую очередь с определением скорости волны в изделии, угла ввода (а) и времени задержки в призме, поскольку значения этих параметров определяются оператором при настройке дефектоскопа. Расчет координат дефекта так же может быть не достоверным, если использовать ошибочное определение точки выхода луча или за максимальный эхо- сигнал принять сигнал, полученный от дефекта боковым лучом (рис 6.2).




При озвучивании прямым лучом дефект не Озвучивание дефекта

выявляется боковым лучом

Рис.6.2 - Иллюстрация одной из причин появления погрешности определения координат

5.2 Амплитудные характеристики

Величина дефекта в тех случаях, когда она не превышает ширины диаграммы направленности, во многом определяет амплитуду эхо-сигнала. По этой причине амплитудные характеристики часто используются в качестве критериев браковки изделия.

Амплитуда (И) - это превышение эхо-импульсом порогового уровня дефектоскопа.

Коэффициент выявляемости (Кд) - это отношение амплитуд эхо-импульсов дефекта и эталонного отражателя. Коэффициент выявляемости может выражаться как в безразмерных относительных единицах, так и в децибелах. В качестве эталонного используется ненаправленный отражатель - это засверловка диаметром 6 мм.

38



Рис.6.3 - Определение амплитуды и коэффициента выявляемости

Положительный коэффициент выявляемости выраженный в децибелах указывает на превышение величины сигнала от дефекта над сигналом от эталонного отражателя, отрицательный, напротив, говорит о том, что сигнал от дефекта меньше, чем сигнал от эталонного отражателя.

Величина отраженного сигнала зависит не только от величины дефекта, но и от ориентации его по направлению к оси диаграммы направленности.

39



Рис.6.4 - Связь амплитуды и коэффициента выявляемости с формой дефекта

Характеристика дефекта, объединяющая в себе два параметра, а именно амплитуду дефекта и глубину его залегания именуется эквивалентной площадью дефекта.

Эквивалентная площадь - это площадь идеального отражателя (плоскодонный диск перпендикулярный акустической оси) глубина залегания и амплитуда сигнала которого, совпадают по величине с глубиной залегания и амплитудой сигнала от дефекта (рис.6.5).

40





Амплитуда



Рис.6.5 - Определение эквивалентной площади дефекта

АРД диаграмма

Б_Э = 5 мм



2

1

Расстояние

Амплитуда эхо- импульса от дефекта В_Э = 4 мм

Стандартный образец для построения АРД

ИП



Рис.6.6 - Построение АРД - диаграммы

Для определения эквивалентной площади дефектов и настройки на предельную чувствительность используют АРД - диаграммы и 8КН - диаграммы. АРД - диаграмма связывает между собой Амплитуду - Расстояние - Диаметр эквивалентный (рис 6.6).

41

Эквивалентный диаметр это диаметр идеального отражателя. 8КН - диаграмма связывает параметры Эквивалентная площадь - Коэффициент выявляемости - Глубина.

5.3 Условные размеры

Измерение дефекта при помощи ультразвуковых методов контроля можно произвести с ограниченной точностью, поэтому определение высоты, ширины и протяженности дефекта носит условный характер.Границы условного размера дефекта определяют по пересечению порога амплитудой эхо-сигнала (рис.6.7).



Рис.6.7 - Определение условных размеров

Условная ширина (ИХ) - расстояние между условными границами в плоскости падения волны.

Условная протяженность (ИГ) - расстояние между условными границами перпендикулярно плоскости падения волны.

Условная высота (ИН) - разность показаний глубиномера на условных границах.

ИН = тах(Я1, Н2, Н3, Н4) - тт(Я1, Н2, Н3, Н4)

42



Рис.6.8 - Измерение условной ширины и протяженности дефекта

Условный размер дефекта можно представить, как сумму реального размера и ширины пучка на той высоте, где он расположен. При измерении дефектов одинакового реального размера, но расположенных на разных высотах, условные размеры дефектов будут отличаться.



43

Определение условных размеров дефекта можно провести двумя способами: абсолютным и относительным. В каждом из способов заложен определенный порядок действий.

Для абсолютного:

1. - Найти положение максимальной амплитуды эхо-импульса;

2. - Установить на дефектоскопе чувствительность Оценки (Браковки);

3. - Определить условные размеры по граничным положениям ПЭП;

Для относительного:

1. - Найти положение максимальной амплитуды эхо-импульса;

2. - Усилением довести амплитуду до порога;

3. - Увеличить усиление на заданное количество дБ (6... 12);

4. - Определить условные размеры по граничным положениям ПЭП;



Рис.6.10 - Иллюстрация относительного способа измерения

5.4 Форма дефекта

Дефекты по форме могут значительно различаться друг от друга. Для задач ультразвукового контроля все разнообразие форм дефекта можно классифицировать на несколько групп. Дефекты могут быть компактными и протяженными, округлыми и плоскостными.

Для отнесения дефекта к округлым или плоскостным, используют коэффициент формы дефекта (К_Ф). Его определяют как отношение двух сигналов направленных с разных сторон на дефект. В случае округлого дефекта эти сигналы приблизительно равны, поэтому коэффициент формы стремится к единице. Для плоскостного дефекта

44

один из сигналов всегда будет значительно меньше другого.