основы_1. ndt[Основы УЗК]. Неразрушающий контроль материалов с помощью
 Скачать 4.97 Mb.
|
|
6. Оценка несплошности Влияние несплошности на рабочие характеристики изделия проще оценить когда ее размер (протяженность) известны. Желание оператора точно знать "истинный габарит отражателя" вполне понятно, так как ожидается что методы неразрушающего контроля, такие как ультразвуковой метод, дадут подобную информацию. Однако, учитывая, что на дисплее могут отражаться только эхо-сигналы, т.е. время и амплитуда части звуковой волны, вернувшейся от отражателя, зачастую очень трудно, а в некоторых случая и невозможно с достаточной надежностью узнать истинный размер отражателя. Фактически амплитуда эхо-сигнала играет решающую роль при оценке несплошности во время ручного ультразвукового контроля. 6.1 Метод сканирования При ультразвуковой оценке возможно достаточно близко подойти к истинному размеру отражателя, если несплошность сравнима с диаметром звукового поля. Тогда она отражает всю энергию воздействия, Рис. 42. С помощью сканирования границ несплошности может быть получена сравнительно надежная информация об ее протяженности. Оператор обычно наблюдает за высотой эхо-сигналов. Позиция преобразователя на поверхности объекта контроля, при которой уровень эхо снижается ровно наполовину, сигнализирует о том, что несплошность лишь наполовину охватывается звуковым лучом, Рис. 43а. Это означает, что акустическая ось проходит точно по границе объекта. Позиция преобразователя отмечается и оператор определяет дальнейшие граничные точки, пока контур несплошности не сформируется объединением всех точек вместе, Рис. 43б. ложная глубина истинная глубина толщина объекта истинное положение очевидное положение 21 Рис. 42 Большое отражение в звуковом луче Рис. 43а Прямой преобразователь на границе отражателя позиция датчика с амплиту дой эхо в 50% позиции "полувеличины" расслаивание Рис. 43б Условный вид сверху на отражатель Определение границ отражателя становится тем точнее, чем меньше диаметр звукового луча. Поэтому, при точном определении границ рефлектора, рекомендуется выбирать преобразователь с фокусным расстоянием равным расстоянию до отражателя. Наиболее подходят преобразователи с диаметром луча 1-3мм на глубине наибольшей чувствительности. 6.2 Оценка малых несплошностей: АРД метод Отражатель, который полностью находится внутри звукового луча, рассматривается как малый. Если такой отражатель оценивать методом сканирования, тогда будет получен не его размер, а диаметр звукового луча. Поэтому метод сканирования в данном случае неприемлем. Ранее мы упоминали о том, что амплитуда эхо будет тем больше, чем большая область отражателя покрывается лучом. Данное наблюдение может быть использовано для оценки малых несплошностей - высота их эхо-сигнала возрастает с увеличением их площади, рис. 44. 22 Рис. 59 Отражатели различной площади и их эхо-сигналы В оптимальных условиях, т.е. когда отверстия имеют плоское дно и расположены на одинаковой глубине, выполняется следующий закон: Высота эхо-сигнала пропорциональна площади отражателя или Высота эхо-сигнала пропорциональна квадрату диаметра Например: отверстие с плоским дном с диаметром 2 мм имеет эхо-сигнал в 4 раза больше, чем такое же с диаметром 1 мм. Однако, если сравнивать сигналы от отверстий на разной глубине, тогда необходимо учитывать дополнительную зависимость эхо от расстояния, рис. 45. Рис. 45 Отражатели на различных глубинах и их эхо-сигналы 23 При точном контроле плоскодонных отверстий на различной глубине можно ввести простой закон, по крайней мере, в дальней зоне звукового луча: Высота эхо-сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния до отражателя Данное правило неприемлемо для ближней зоны звукового луча! В этом случае, практика показывает, что высота эхо в пределах фокуса достигает максимальной амплитуды и понижается вновь на меньших расстояниях, рис. 46. высота эхо-сигнала [%] звуковой путь [мм] СТАЛЬ Рис. 46 Кривая зависимости амплитуды от дистанции с дисковым отражателем диаметром 2мм. Если подобные кривые наложить на масштабные шкалы, тогда, имеется возможность сравнить эхо от неизвестных и известных отражателей, т.е. высоту эхо- сигнала от несплошности и от известного плоскодонного отражателя. Несплошность на рис. 47 отражает звуковые волны аналогично диску с диаметром 4мм. Вследствие того, что мы можем оценить только звук, отраженный от несплошности, то, естественно, нельзя рассматривать диаметр 4мм как ее "истинный размер". Поэтому, мы относимся к нему, как к эквиваленту отражателя или как к эквивалентному размеру отражателя. Эквивалентный размер отражателя соответствует истинному размеру донное эхо Рис. 47 Оценка несплошности (F) используя типовые кривые. несплошности только в идеальном случае, т.е. когда несплошность круговая, и расположена строго перпендикулярно акустической оси. На практике подобное никогда не встречается, т.е. истинный размер обычно больше, чем эквивалентный размер отражателя. Какого либо закона вывести здесь невозможно, поскольку высота эхо- сигнала зависит от характеристик дефекта, т.е. геометрии, ориентации по отношению к звуковому лучу, качества поверхности. Например, раковина (газовое включение в форме сферы) с диаметром 2мм. имеет эквивалентный размер отражателя 1 мм; наклонный плоский отражатель 5мм. длины дает, в зависимости от ориентации, эквивалентный размер «0» (не обнаружимый) или, возможно, «2». Эта неуверенность в оценке, однако, компенсируется использованием других возможностей и методов ультразвукового контроля, для более подробного исследования обнаруженной несплошности. Опытный дефектоскопист может, без особых проблем, довольно точно давать информацию относительно несплошности, которую он обнаружил. Сканирование с различных направлений, при оценке формы эхо-сигнала и наблюдение за поведением дисплея при перемещении преобразователя (динамика эхо-сигнала) - вот только несколько методов, которые успешно могут применяться. 24 Хотя неуверенность в оценке параметров обнаруженной несплошности всегда присутствует, данный метод успешно применяется во многих странах благодаря тому, что основан на хорошо известных и доказанных законах звукового поля. Поэтому этот метод объективный - т.е. независимый от применяемого устройства и оператора. Так называемые АРД шкалы (Амплитуда, Расстояние, (эквивалентный) Диаметр) для оценки отражателей могут быть получены от производителя преобразователей для различных их типов и диапазонов калибровки. Однако современная версия АРД шкалы требует некоторых пояснений, т.к. спроектирована при условии соответствия наиболее общим требованиям практического контроля: если назначение (а соответственно и предел разрушения) некоторого объекта известны, тогда ультразвуковой контроль может проводится сперва совместно с разрушающими методами контроля, дабы установить какой размер дефекта является критическим для работоспособности изделия. Естественно, также играют роль местоположение такого дефекта в изделии и частота его появления. Если допустимый размер дефекта определен, тогда этот размер, помноженный на фактор безопасности, также, среди прочих, вносит свой вклад в итоговую оценку несплошности. Теперь для ультразвукового контроля больше будет важна соответствующая амплитудная кривая эхо- сигнала для данного размера, чем остальные факторы. Оператор сканирует объект контроля и должен отмечать лишь показания, превышающие данную кривую регистрации, рис. 48. В результате - только одна кривая необходима для анализа. Учитывая тот факт, что в зависимости от назначения изделия, различается и предел регистрации, становится возможным разместить другой эквивалент размера отражателя на данной кривой. Данное совмещение показано в виде таблицы в правом верхнем углу шкалы: т.е. начиная с установок по умолчанию, дополнительное усиление берется из таблицы, и дает требуемое значение регистрации. Если прибор откалиброван, тогда можно начинать контроль объекта. Рис. 48 АРД шкала для датчика B 4 S Когда сигнал от объекта контроля превышает кривую регистрации, тогда результат должен быть записан и проанализирован. Дальнейшие действия зависят от вида дефекта: брак, ремонт либо дальнейший контроль для точной оценки несплошности (диагностика). На рисунке 49 показан контроль кованной детали. Кривая регистрации соответствует эквивалентному размеру отражателя 3. Обнаруженная несплошность, на глубине 110мм, превышает кривую, значит все параметры отражателя должны быть записаны. Рис. 49 Оценка несплошности с АРД шкалой 25 6.3 Затухание звуковых волн В дополнение к законам, описывающим поведение плоскодонных отражателей внутри звукового луча преобразователя (законы расстояния и размера) должен быть учтен и другой эффект: затухание звука. Затухание в основном обусловлено структурой объекта контроля, однако также строго зависит от частоты и формы волн, излучаемых преобразователем. Когда все эти эффекты известны, они вполне могут быть учтены при оценке несплошности. Несмотря на это, оценка становится более сложной, отнимает больше времени и обеспечивает меньшую достоверность, при этом АРД шкалы должны были бы исполняться с громадной точностью. 6.4 Метод эталонных отражателей Данная неопределенность в анализе дефекта может быть снижена при применении эталонных блоков, изготовленных из такого же как и объект контроля материала, и содержащих искусственные отражатели, чьи эхо-сигналы могут быть непосредственно сравнены с эхо- сигналами от несплошности в объекте. Применение метода эталонных отражателей, на практике, осуществляется двумя различными путями: 6.4.1 Сравнение амплитуд эхо- сигналов Объект контролируется с большой величиной усиления, при котором видны наименьшие определяемые отражатели. Индикация эхо-сигналов выражена в виде пиков, т.е. максимальная индикация достигается аккуратным передвижением преобразователя, и пики эхо-сигналов устанавливаются на определенную высоту регулировкой усиления, например, на 80% высоты экрана (эталонная высота), Рис. 50. Усиление 34dB Рис. 50 Объект контроля с дефектом: эхо на 80% (эталонной высоте) Используя такие же установки, сканируется отражатель в эталонном образце, который приблизительно находится на том же расстоянии, как и несплошность в объекте контроля, рис. 51. усиление 34dB Рис. 51 Эталонный образец: эталонное эхо на 30% Количественным значением для оценки является изменение усиления прибора, которое необходимо для вывода сигнала на эталонную высоту, Рис. 52. 26 усиление 42dB Рис. 52 Эталонный блок: эталонное эхо на эталонной высоте. Результат: Эхо от несплошности на 8dB больше эталонного эхо-сигнала, т.к. усиление прибора было изменено с 34dB на 42dB. Предел регистрации обычно соответствует высоте эхо от эталонного отражателя, чей размер должен быть определен, также как и АРД методом, перед контролем. 6.4.2 Кривая Амплитуда - Расстояния (АРК). Все отражатели в эталонном образце сканируются перед контролем объекта, их максимальные высоты эхо-сигналов отмечаются на шкале и соединяются кривой, Рис. 53. Такая кривая носит название Дистанционно Амплитудной Кривой (DAC), или Кривой Амплитуда – Расстояние (АРК). Когда появляется эхо- сигнал от несплошности, должна быть проведена оценка, превышает ли он АРК. В добавлении к этому производится изменение усиления, с целью определить, на сколько dB сигнал превышает кривую (или считываются цифровые показания, если дефектоскоп имеет функцию сравнения амплитуды эхо-сигнала относительно АРК). Избыточная высота эхо-сигнала является воспроизводимой мерой для оценки несплошности. Позиция Эхо Рис. 53 Эталонный образец с отверстиями и полученные эхо- сигналы. Преимущества данного метода перед методом эталонных отражателей следующие: 1. отсутствие необходимости сравнивать каждый эхо-сигнал с соответствующим эталонным, а сразу оценить по АРК. 2. нет необходимости перемещать эталонные образцы к месту контроля. 3. для определенных приложений записывать АРК нужно только один раз, т.к. она может быть сохранена в памяти. Кривая записанная с отражателей в эталонном объекте, близком к объекту контроля содержит все влияющие факторы : затухание, расстояние, шероховатость, поэтому, соответствующие корректировки более не нужны. 27 В отношении результатов оценки, необходимо понимать, что ряд параметров несплошности (геометрия, ориентация и качество поверхности) не принимаются во внимание так же как и в АРД методе. Поэтому, результат оценки, с использованием метода эталонных отражателей, имеет такую же неопределенность, как и АРД метод. Предпочтение какого-либо из этих двух методов является чисто субъективным. Соответствующие национальные технические требования контроля обычно оговаривают метод контроля, который нужно использовать, чтобы у оператора не было возможности решать это по собственному выбору. В случае, если такие установки жестко не определены, должна быть проанализирована конкретная ситуация, и решено какой метод предпочтительней использовать. Однако, во многих случаях АРД метод может использоваться без всяких проблем, особенно если объект контроля изготовлен из низко легированной стали, имеет простую геометрию, малое затухание звука и приемлемое качество поверхности. Контроль должен проводится стандартным узкополосным преобразователем с частотами от 1МГц до 6МГц, для которого имеется АРД диаграмма или АРД шкала. Новые микропроцессорные приборы обычно поддерживают программно контролируемую запись АРК и работу с функцией выравнивания амплитуды сигналов от одинаковых отражателей на разной глубине. Данные способ известен как временная регулировка чувствительности (ВРЧ), Рис. 54. Регистрационная кривая, соответственно, представляет из себя горизонтальную линию, так что, оценка несплошности может производится визуально и акустически используя контроль установленного порога (сигнализацию дефектов). В то же время для каждого эхо-сигнала, избыточная высота сигнала показывается в dB в добавление к данным для определения расположения несплошности. АРК ВРЧ Рис. 54 АРК от эталонных эхо-сигналов (вверху) и временная регулировка чувствительности (внизу). Естественно, записанные кривые, включая все параметры настройки прибора, могут быть запомнены в памяти. Это гарантирует, что любые последующие задачи контроля могут быть проведены с теми же настройками. При использовании памяти настроек, для оператора доступны все данные, необходимые для проведения контроля в любое время. Рис. 55а Контроль сварного шва с помощью USD 10 |