вап. Лекции по УК новые. Курс лекций по ультразвуковому контролю материалов и изделий разработал Специалист iii уровня по ук, к т. н
 Скачать 2.27 Mb.
|
|
IV.10. Контроль точеных изделий наклонным преобразователем Схема контроля галтельного сопряжения показана на рисунке IV.13. а) верно б) неверно Рис. IV.13 Наиболее вероятные зоны дефектообразования – в галтельных переходах. По- этому ультразвуковой контроль логично проводить послойно, игнорируя разверткой и стробом зону, прилегающую к ПЭП. Причем галтель следует контролировать с элемен- та, меньшего по диаметру. В противном случае сигнал от трещины в галтели маскиру- ется в системном сигнале от дуги перехода и от кромки (если разница между диаметра- ми небольшая). Рекомендуется использовать ПЭП с минимальным углом ввода. При использо- вании непритертых ПЭП настройку развертки, строба и чувствительности рекоменду- ется производить по следующей технологии (рис. IV.14; глубиномер и ВРЧ можно не применять): а) установить ПЭП на СО-2 на облучение контрольного отверстия со стороны глубины 44 мм. б) диаметр малой ступени поделить на 45 с округлением до целого; в) на полученное число поделить ширину экрана и органами регулировки раз- вертки разместить зонд на левом краю экрана, а эхо от отверстия – на уровне первой доли (вся ширина экрана будет соответствовать диаметру малой ступени); г) застробировать эхосигнал; д) на аттенюаторе ввести ослабление, необходимое для размещения вершины эха в пределах экрана; органами плавной регулировки довести ее до верхней горизон- тали; е) уменьшить ослабление на аттенюаторе на величину, заданную нормативом (обычно 6 дБ); ж) выделить стробом зону правой части экрана, соответствующую материалу возле галтели; з) органами регулировки развертки развернуть строб на ширину экрана. При использовании притертых ПЭП настройку производят по специальному об- разцу предприятия в виде контролируемого элемента с калиброванным надпилом. 100 IV.11. Особенности контроля тела заклепок прямым преобразователем. Схема контроля заклепки показана на рисунке IV.14. ПЭП а) б) Рис. IV.14 При контроле тела заклепки ярко выражен краевой эффект: боковые лучи пучка, отражаясь от цилиндрической поверхности стержня, падают на сферическую поверх- ность противоположной головки несколько позже, чем осевой. При этом благодаря осесимметричной форме изделия они фокусируются. Отраженный сигнал претерпевает те же явления. В результате на экране дефектоскопа правее реального донного образу- ется дополнительный мощный сигнал, названный "ложным донным". Этот сигнал, как правило, значительно крупнее первого донного как по амплитуде, так и по протяжен- ности, так как, во-первых, образуется сложением амплитуд осесимметричных боковых лучей; во-вторых, его организуют совокупно все боковые лучи, получающие отражение от цилиндра на той или иной высоте, и таким образом его протяженность определяется степенью запаздывания сигнала, идущего по краевому лучу. Используя эхо-зеркальный метод и принимая во внимание ложный донный сиг- нал, нетрудно отличить эксплуатационные дефекты в середине заклепки (рис. IV.15 а и б) от изготовительного дефекта (рис. IV.15-в), возникшего вследствие принудительной ударной посадки заклепки при нарушенной соосности перфораций. Для этого масштаб развертки устанавливают на удвоенную полную высоту заклепки. Как разрывная тре- щина, так и эксплуатационный сдвиг (срез) дают одновременно прямой и зеркальный эхо-сигналы, а также вызывают существенное ослабление ложного донного (рис. 10-г). Уступ, образующийся на стержне заклепки при ее принудительной посадке в несоос- ные отверстия, дает только один эхо-сигнал (прямой или зеркально отраженный) и сла- бое изменение ложного донного (рис. IV.15-д). а) б) в) г) д) Рис. IV.15. Идентификация дефектов в теле заклепки. 101 V. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ. V.1. Контроль гладких изделий поверхностными волнами Рэлея. В начале ХХ века британским ученым и государственным деятелем Джексоном Рэлеем было сделано теоретическое исследование траекторий движения точек поверх- ности твердого материала при прохождении по ней звуковых волн, что является частью его фундаментального труда «Теория акустики». Рэлей утверждал, что траектории ко- лебательного движения точек поверхности имеют форму эллипсов. Действительно, такое отличие от прямолинейных траекторий, присущих поперечным волнам, обуслов- лено отсутствием упругих связей со стороны внешней среды, что приводит к появле- нию продольной составляющей в колебательном движении, и итоговая траектория представляет собой комбинацию упругих деформаций растяжения-сжатия и сдвига. Было установлено, что при прохождении поверхност- ных волн движением в той или иной мере (с ослабле- нием амплитуды колебаний по мере увеличения глу- бины) должен быть охвачен слой, по толщине при- близительно равный длине волны. Позднее это под- твердилось практическими исследованиями. На гладких поверхностях волны Рэлея могут распространяться на весьма большие расстояния (метры). Поэтому их часто используют для контроля крупногабаритных точеных изделий или изделий проката, на предмет выявления дефектов, выходящих на поверхность. В машиностроении, например, ими успешно контролируют ободья железнодорожных колес, обоймы подшипников; фирмой «Уралтехэнер- го» предложен интересный способ контроля состоя- ния гибов труб котлоагрегатов; фирмой «Регионтех- сервис» разработан и зарегистрирован способ контроля шеек хвостовиков грузоподъ- емных крюков. При контроле кольцеобразных изделий волнами Рэлея следует учитывать эф- фект ложного эха из точки, строго диаметрально противоположной ПЭП. Этот эффект (рис. V.2) основан на том, что при отсутствии дефектов путь сигнала по полной окруж- ности с возвратом в ПЭП равен такому пути, как если бы в диаметрально противопо- ложной точке находился отражатель (дефект). Ложное эхо учитывают повторным кон- тролем со смещением ПЭП приблизительно на четверть окружности. Предложенный фирмой «Уралтехэнерго» способ контроля состояния гибов труб котлоагрегатов состоит в следующем (рис. V.3). К сжатой зоне гиба приварена попе- речная планка-волновод. В эту планку запускают сигнал волнами Рэлея. В месте присо- единения поток волн раздваивается: часть продолжает идти по планке, а часть – по окружности сечения гиба. По задержке второго сигнала относительно первого судят о деформации (вытяжке) гиба, а по наличию и амплитуде второго сигнала – об отсут- ствии продольных трещин в гибе. Способ контроля шеек крюков состоит в следующем (рис. V.4). Наклонным ПЭП с углом ввода 40-50 , установленным на цилиндрической по- верхности хвостовика, излучают импульсы поперечных волн. Дистанция между ПЭП и кромкой такова, что акустическая ось проходит по касательной в галтели, частично трансформируясь в поверхностную волну Рэлея. Далее сигнал движется по поверхно- сти шейки до отражения от дефекта, если таковой имеет место. Отразившись от выхода Рис. V.1. Траектория движе- ния точки поверхности при прохождении волны Рэлея 102 несплошности, поверхностные волны возвращаются на галтель, где происходит ди- фракционное веерное соскальзывание поперечных волн. Часть этих волн попадает в ПЭП в виде эхо-сигнала от дефекта. а) б) Рис. V.2 Рис. V.3 Рис. V.4 103 V.2. Контроль длинномерных изделий нормальными волнами Лэмба и Похгаммера (общие сведения) Нормальными волнами, рассчитанными Лэмбом для упругих пластин в 1916 го- ду, называются колебания ультразвуковой частоты, направленно перемещающиеся вдоль упругого листа в виде его растяжения-сжатия (симметричная мода "S") или изги- ба (асимметричная мода "а"). В отличие от наклонных поперечных акустических коле- баний эти волны имеют способность распространяться по объекту контроля на боль- шие расстояния при сравнительно высоких частотах (например, при частоте 1,0 МГц пробег импульса достигает 1,5 2,0 м.). Волны Лэмба охватывают все сечение листа по высоте; плоскость фронта этих волн ориентирована перпендикулярно (нормально) к поверхностям объекта (чем и обусловлено название), поэтому при их отражении от дискретных несплошностей безразлично, от которой из поверхностей листа развивает- ся дефект. Общий принцип поиска дефектов волнами Лэмба состоит в посылке импульса вдоль листа и приеме его частичного отражения от дискретного дефекта. Такой способ позволяет обнаружить несплошность без протяженного сканирования ПЭП по объекту и оценить расстояние до точки отражения по времени пробега импульса. Отличительной особенностью волн Лэмба является разделение в отношении них понятия "скорость" на две категории: фазовая и групповая. Фазовой скоростью называется быстрота пространственного перемещения опре- деленной фазы колебательного движения частиц. Значение фазовой скорости нелиней- но возрастает при уменьшении угла ввода t исходных объемных колебаний: от скоро- сти поверхностных волн (при t =90 ) до бесконечной величины (при t =0 ). Групповая скорость - это скорость переноса энергии вдоль листа. Она всегда ко- нечна по значению (при t =0 нулевой минимум; при t = III крит - условный максимум, близкий к скорости продольной волны; при t =90 групповая скорость равна скорости поверхностных волн) поэтому в практической дефектоскопии применяется преимуще- ственно эта категория. Как фазовая, так и групповая скорость распространения волн Лэмба C L характе- ризуется дисперсией - зависимостью скорости их распространения от частоты f, угла ввода исходных колебаний t и толщины листа h. Эта зависимость выражена специаль- ными дисперсионными кривыми, рассчитываемыми для каждого материала отдельно. Благодаря дисперсии в одном и том же изделии при разных вариациях частоты f и/или угла ввода могут возникать различные моды волн Лэмба, распространяющиеся с раз- ными скоростями. При одностороннем доступе к объекту для возбуждения волн Лэмба применяют метод наклонного ввода колебаний (метод "клина"), который предъявляет три обяза- тельных условия их формирования: n = 2fhcos t /C t ; (V.1) m min 3fhcos t /C t ; (V.2) 2а 1 > 2htg t cos , (V.3) где n - целое число: количество полуволн на пути hcos t ; t - угол ввода исходных по- перечных колебаний; C t - скорость распространения поперечных колебаний в стали; m min - минимальное потребное число осцилляций в импульсе; 2а 1 - длина пьезопласти- 104 ны; - угол призмы пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП). Только при выпол- нении этих условий в объекте может возникнуть та или иная мода волн Лэмба. Сущность метода возбуждения волн Лэмба состоит в организации синфазного сложения под передней гранью ПЭП падающего и отраженного потоков исходной по- перечной волны. Более подробно вопросы применения волн Лэмба изложены в отдель- ных методиках и в этом курсе не излагаются. Волны Похгаммера представляют собой разновидность волн Лэмба для стерж- ней круглого сечения. V.3. О контроле плоскопараллельных изделий головными волнами (общие сведения) Часто говорят о возможности контроля плоскопараллельных изделий головными волнами. Однако, во-первых, головные волны – это скорее совокупность нескольких типов волн с определенными направлениями, нежели самостоятельный тип. Во-вторых, закон сохранения энергии заставляет задуматься о потерях, связанных с расхождением энергии по многим направлениям. Единственным доверительным случаем применения головных волн в целях контроля представляется тот, при котором они надежно вы- рождаются в лэмбовские, а именно при t = III крит и выполнения условий (V.1)-(V.3). При этом следовало бы уточнить понятия (головные или Лэмба), однако для практиче- ского контроля это принципиального значения не имеет. V.4. О контроле изделий волнами Лява (общие сведения) Подповерхностные поперечные горизонтально поляризованные волны (волны Лява) возбудить пьезометодом крайне сложно. Для этого применяют специальные ЭМАП. Ценность этих волн состоит в том, что, следуя под поверхностью, они в отли- чие от рэлеевских и головных не реагируют на состояние собственно поверхности и не испытывают обусловленные ее близостью интенсивные потери. Поэтому такими вол- нами можно надежно контролировать, например, подголовочные зоны в мостиках за- клепочных или болтовых соединений с частым расположением крепежа, металл под напрессованными деталями и т.п. VI. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ VI.1. Методика определения времени задержки сигнала в призме ПЭП для цифровых дефектоскопов 1.1. Подключить наклонный ПЭП к дефектоскопу в совмещенном режиме. 1.2. В соответствующих опциях ввести в настройки дефектоскопа значение ча- стоты, угла ввода данного ПЭП и скорости поперечных волн в углеродистой стали 3260 м/с. Функцию учета толщины изделия («Толщина, мм» или «Образец, мм») отключить. 1.3. Установить ПЭП на стандартный образец СО-3 или ОСО-3Р, как показано на рисунке VI.1. 1.4. Регулировкой начала и ширины строба захватить сигнал, отраженный от ду- гообразной поверхности образца. 1.5. На приборе активизировать функцию настройки (подбора) времени задерж- ки в призме (опция «Призма, мкс» или «Протектор, mks»). 105 а) б) Рис. VI.1 1.6. Изменяя значение параметра времени задержки t з , добиться показаний коор- динат Y и Х, соответствующих данному углу ввода по таблице III.2. Достигнутое зна- чение времени задержки рекомендуется занести в формуляр данного ПЭП или отметить чертилкой на его корпусе. VI.2. Определение задержки начала развертки для цифровых дефектоскопов Задержка определяется по формуле: Δ нр = 0,5С t × t з (VI.1) где С t – скорость поперечных волн в материале объекта; t з – задержка сигнала в призме ПЭП, мкс (см. раздел VI.1). Для углеродистой стали зависимость Δ нр от t з приведена на рисунке VI.2. Рис. VI.2. 106 VI.3. Диапазон (масштабная ширина развертки) для контроля сварных соединений прямым и однократно отраженным лучом Диапазон развертки определяется по формуле: R = 2h/cosα (VI.2) Для типовых значений угла ввода в углеродистую сталь зависимость R от h при- ведена на рисунке VI.3.К найденному по графику значению R следует прибавить вели- чину Δ нр (см. раздел VI.2). Для контроля только прямым лучом определенный по гра- фику диапазон R следует уменьшать вдвое. Рис. VI.3 107 VI.4. НАСТРОЙКА ГЛУБИНОМЕРА VI.4.1. Аналоговые дефектоскопы (УД2-12) VI.4.1.1. Наклонные ПЭП 1. Перед настройкой глубиномера уточнить положение точки ввода и угол ввода по стандартным образцам СО-3(Р) и СО-2(А) в соответствии с указаниями ГОСТ 14782-86. 2. Отыскать положение максимума амплитуды эхо-сигнала от дугообразной по- верхности образца СО-3 или СО-3Р (см. рисунок VI.1). 3. Ручкой передней панели застробировать эхо-сигнал. 4. Установить режим табло БЦО "mS 00.00" (трехкратное касание сенсора "mS", индикация режима ); 5. Ручкой блока А6 установить на табло БЦО значение, указанное в графе 2 (для СО-3) или в графе 3 (для СО-3Р) таблицы VI.1 соответственно марке контролиру- емой стали. Таблица VI.1. Юстировочные значения времени двойного прохода ультразвука в стандартных образцах СО-3 / СО-3Р. Марка стали Время, S Марка стали Время, S СО-3 СО-3Р СО-3 СО-3Р 1 2 3 1 2 3 Х15Н15ГС 36,87 39,08 10,15,20,25,40,45,50,У1 0,30ХГСА, 33,67 35,81 40ХНМА 35,55 37,68 30ХРА,40ХН, 45Л1 ХН35ВТ,Х12Н22Т3МР 35,17 37,28 Ст3,У7,ХВГ,ХН70ВМ ТЮ, 20Х, 30ХМА, 35ХГСА 33,46 35,46 08Х17Н14М3,1Х18Н9Т 34,81 36,90 12Х1МФ,12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т 34,62 36,70 20Х12ВНМФ 33,18 35,17 20ГСНДМ,ХН77ТЮР, 40Х13 32,80 34,77 6. Установить режим табло БЦО "Y" (касанием сенсора "Х,Y" ввести индикацию режима ). 7. Ручкой потенциометра "Y" блока А5 установить показание табло БЦО, ука- занное в графе 2 табл. 3 (для СО-3) или табл. 4 (для СО-3Р) соответственно уточненно- му значению угла ввода ПЭП. 8. Установить режим табло БЦО "Х" (касанием сенсора "Х,Y" ввести индикацию режима ). 9. Ручкой потенциометра "Х" блока А5 установить показание БЦО, указанное в таблице III.2 соответственно уточненному значению угла ввода ПЭП. VI.4.1.2. Прямые ПЭП 1. Установить ПЭП на главную рабочую поверхность СО-2 или СО-3Р вне зоны отверстий и дугообразной формы противоположной поверхности. 2. Ручкой передней панели застробировать первый донный сигнал. 3. Установить режим табло БЦО "mS 00.00" (трехкратное касание сенсора "mS", индикация режима ); 108 4. Ручкой блока А6 установить на табло БЦО значение «20.00». 5. Установить режим табло БЦО "Н". 6. Ручкой потенциометра "Н" блока А5 установить показание табло БЦО «59.00». VI.4.2. Цифровые дефектоскопы VI.4.2.1. Наклонные ПЭП 1. Перед настройкой глубиномера уточнить положение точки ввода, угол ввода по стандартным образцам СО-3(Р) и СО-2(А) в соответствии с указаниями ГОСТ 14782-86, а также время двойного прохода сигнала по призме ПЭП (методика опреде- ления отдельно представлена на стенде). 2. По таблице VI.2 определить скорость поперечных волн для контролируемого материала. 3. В настройках кроме прочего установить следующие параметры, определяю- щие работу глубиномера: «Угол ввода» - уточненное значение угла ввода ПЭП в °; «Скорость УЗК» - значение скорости поперечных волн в контролируемом мате- риале в м/с; «Призма» или «Протектор» - время двойного прохода сигнала по призме ПЭП в мкс; «Толщина» или «Образец» - номинальная толщина контролируемого изделия в мм; если толщина неизвестна или изделие не плоскопараллельное, то «0». VI.4.2.2. Прямые ПЭП 1. Перед настройкой глубиномера уточнить время двойного прохода сигнала по протектору совмещенного ПЭП или призмам раздельно-совмещенного ПЭП (методика определения отдельно представлена на стенде). 2. По таблице VI.2 определить скорость продольных волн для контролируемого материала. 3. В настройках кроме прочего установить следующие параметры, определяю- щие работу глубиномера: «Угол ввода» - 0°; «Скорость УЗК» - значение скорости продольных волн в контролируемом мате- риале в м/с; «Призма» или «Протектор» - время двойного прохода сигнала по протектору совмещенного ПЭП или призмам раздельно-совмещенного ПЭП в мкс; «Толщина» или «Образец» - «0». Таблица VI.2.Значения скорости звука в материалах при температуре 0°С Материал Скорость распространения звуковых волн, м/с продольных поперечных поверхностных 1 2 3 4 Алюминий 6360 3130 2900 Бериллий 12800 8710 7870 Бронза 3500÷3800 2300÷2500 2100÷2300 Вольфрам 5320 2700 2650 Дюралюминий 6250÷6350 3000÷3200 2800÷3000 109 1 2 3 4 Железо чистое 5910 3230 3000 Золото 3240 1200 1120 Латунь 4430 2120 1950 Медь 4720 2440 2260 Молибден 6290 3350 3110 Никель 5630 2960 2640 Олово 3320 1670 1560 Свинец 2160 850 790 Серебро 3600 1590 1480 Сталь коррозионно- стойкая 5660÷6140 3120÷3250 3100 Сталь углеродистая 5900÷5940 3220÷3260 3000÷3030 Титан 6100 3130 2910 Цинк 4170 2410 2220 Чугун 3500÷5600 2200÷3200 Не формируются Бетон 2100÷5200 Не формируются Резина сырая 1480 Резина вулканизир. 1500÷2300 Стекло оконное 5700 3400 3100 Стекло органиче- ское 2650÷2750 1120÷1130 1050 Текстолит 2630 Не формируются Фторопласт 1350 Фарфор 5300÷5350 3500÷3700 Не формируются Эбонит 2400 Не формируются Эпоксидная смола твердая 2500÷2800 Вода 1490 Глицерин 1923 Масло трансформа- торное 1380÷1400 Спирт этиловый 1180 Воздух 331 |