Ручной УЗК. Продукции
 Скачать 2.08 Mb.
|
|
Проверочные вопросы. В каких приборах ультразвукового контроля используется эхо-метод? Какие дефекты обнаруживаются с помощью ультразву- кового дефектоскопа? Какие параметры эхо-сигнала определяются с помощью дефектоскопа? Какой тип изображения применяется в дефектоскопах для ручного контроля? Для чего служит автоматический сигнализатор дефектов? Для чего используется схема временной регулировки чув- ствительности? Какие параметры эхо-сигнала регистрируются в эхо- импульсном толщиномере? Какие регулировки определяют погрешность толщино- мера? Какие объективные факторы сказываются на погреш- ности толщиномера? На какой частоте погрешность толщиномера меньше - на высокой или на низкой? Что такое прямой и обратный пьезоэффект? 58 12. Что такое собственная частота пьезоэлемента? Что такое резонансная частота пьезоэлемента? Что такое рабочая частота пьезоэлемента? Что такое демпфирование пьезоэлемента? Что такое акустическое поле преобразователя? Что такое диаграмма направленности преобразователя? Что называют основным лепестком диаграммы направ- ленности? Назовите типы пьезоэлектрических преобразователей по способу акустического контакта с объектом. Назовите типы преобразователей по конструктивному исполнению. Назовите типы преобразователей по направлению акус- тической оси. Какие преобразователи применяются при ручном контроле? Назовите основные элементы прямого совмещенного преобразователя. Назовите основные элементы наклонного совмещенного преобразователя. Назовите основные элементы прямого раздельно- совмещенного преобразователя. Какие типы стандартных образцов используются в прак- тике ультразвукового контроля?ТЕХНОЛОГИЯ РУЧНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ. Понятие об акустическом тракте. Все методы ультразвукового контроля основаны на общем принципе оценки обнаруженных дефектов, который заклю- чается в сравнении амплитуд сигналов от дефекта с некото- рым опорным (пороговым) сигналом от отражателя извест- ного размера. Выбор способа получения опорного сигнала и его значения основывается на анализе акустического тракта - пути звуковой волны от излучателя к дефекту и от него к приемнику. Целью анализа тракта является оценка степени ослабления зондирующего импульса при распространении. Анализ может проводиться расчетным (теоретическим) или экспериментальным путем. При теоретическом анализе в расчетах учитываются только основные факторы, которые влияют на результирующий сигнал, а модели дефектов представляются в виде отражателей правильной формы (сферы, диск, цилиндр). Влияние же всех факторов можно учесть только при экспериментальных исследованиях. Наиболее существенное влияние на амплитуду эхо-сигнала оказывают следующие факторы: а) рассеивающие свойства отражателя; б) акустические свойства материала контролируемого из- делия; в) геометрические параметры контролируемого изделия; г) электроакустические и геометрические параметры из- лучателя и приемника. Рассеивающие свойства отражателя зависят от его размеров, ориентации (относительно излучателя и приемника), конфи- гурации, шероховатости поверхности, вещества, заполняющего несплошность. Влияние размеров отражателя на рассеяние (отражение) падающей волны зависит от волнового размера отражателя, который определяется отношением линейного размера к длине волны. Условно выделяют три области волновых размеров: длинноволновая (релеевская), где линейный размер отражателя намного меньше длины волны; резонансная, где размер отражателя соизмерим с дли- ной волны;коротковолновая, где размер отражателя намного боль- ше длины волны. В релеевской области амплитуда эхо-сигнала практически не зависит от размера отражателя. В резонансной области отражение носит сложный характер, эта область волновых размеров наименее изучена. В коротковолновой зоне отражатели обладают четко выраженным направленным свойством. По мере увеличения пространственной кривизны отражающей поверхности амплитуда отраженной волны уменьшается. Поэтому в случае перпендикулярного падения волны на отражатель плоской формы (например, диск или плоское дно цилиндрического отверстия) амплитуда эхо-сигнала будет больше, чем амп- литуда отражения от сферы того же диаметра, и пропор- циональна площади плоского отражателя (до определенного предела). Однако в случае бокового падения волны на плоский отражатель часть зеркально отраженных лучей пройдет в стороне от приемника, в результате амплитуда принятого сигнала уменьшится и может быть меньше, чем отражение от сферы. Естественные отражатели (дефекты) в изделии имеют ряд отличий от идеальных, которые рассматривались выше. Чаще всего они имеют неправильную форму, их поверхность не плоская и часто имеет большую шероховатость. Естественные отражатели иногда бывают проницаемы для ультразвука. В стали это наблюдается редко, т. к. сталь имеет большое акустическое сопротивление и, например, оксидные включения в стали имеют коэффициент отражения близкий к единице. Однако в легких сплавах разница волновых сопротивлений уже не будет столь большой, и амплитуды отражений от несплошностей одного размера, заполненных в одном случае воздухом, а в другом - оксидами, будут различаться. В некоторых случаях трещины, заполненные воздухом, могут быть настолько тонкими (или даже смыкаться под действием механических напряжений), что они будут частично пропускать ультразвук, в результате чего эхо-сигнал уменьшается. Шероховатость естественного отражателя начинает умень- шать амплитуду отражения тогда, когда ее величина превы- шает 0,1 длины волны. Если в зоне дефекта плотность вещества и скорость звука изменяется не скачкообразно, а постепенно, т. е. отсутствует четко выраженная граница раздела, отражения волны не происходит. Такой дефект обнаружить эхо-импульсным методом нельзя (например, губчатая структура металла в отливках). Неровности правильной формы на поверхности изделия (риски после обточки) небольшой глубины могут вызвать неожиданно сильное отражение. Технология ультразвукового эхо-импульсного контроля. Технологический процесс ультразвукового контроля включает в себя следующие последовательно выполняемые операции: оценка дефектоскопичности (контролепригодности) изделия; подготовка изделия к контролю; проверка технического состояния дефектоскопа; настройка дефектоскопа на рабочие режимы; поиск и обнаружение дефекта; определение местоположения и оценка размера дефекта; оформление результатов контроля. Оценка дефектоскопичности изделия. Под дефектоскопичностью изделия понимают совокупность его свойств, которые определяют возможность проведения контроля с заданной достоверностью. На дефектоскопичность влияют размеры изделия, кривизна поверхности, толщина стенок, структура материала, наличие доступа и др. Изделие считается дефектоскопичным (пригодным к контролю), если: центральный луч хотя бы один раз проходит через все точки контролируемого объема; подлежащий обнаружению дефект независимо от его положения в контролируемом объеме выявляется на фоне шумов с запасом не менее б дБ (с двухкратным запасом). Первый критерий связан только с геометрическими характеристиками изделия, второй - с его акустическими свойствами. Поверхность изделия в зоне прохождения ультразвуковых волн должна быть по возможности плоской (иметь большой радиус кривизны). На ней не должно быть выступов, проточек, отверстий, приваренных элементов. Ширина зоны сканиро- вания должна быть достаточной для перемещения преобразо- вателя по заданной траектории. При оценке дефектоскопичности по второму критерию изделие считается пригодным к контролю, если длина волны намного превышает размер структурного зерна, а ослабление эхо-сигнала за счет затухания при максимальном расстоянии до дефекта не должно превышать б дБ. Первое условие регламентирует размер зерен материала изделия при выбранной частоте колебаний. Крупнозернистая (по отношению к длине волны) структура с хаотичным расположением зерен вызывает интенсивное рассеяние ультразвуковых волн на границах зерен (структурная реверберация). Это приводит к высокому уровню акустических (реверберационных) помех и большому затуханию звука. По этой причине затруднен контроль литых поковок, швов электрошлаковой сварки и сварки, выполненной аустенит- ными электродами. Уровень структурных помех и затухание снижаются при разрушении литой структуры в процессе обработки материала давлением!, например, при ковке, прокатке, прессовании профилей и т.д. Главным фактором является процесс измельчения крупных зерен литого состояния. Для практики контроля можно сделать следующие выводы: Рассеяние в материале изделия быстро увеличивается с увеличением размера зерна или с уменьшением длины волны, в случаях, когда размеры зерна состав- ляют порядка 0,1 длины волны или несколько больше. В сложных структурах за размер зерна следует прини- мать размер самого крупного элемента структуры. Литая структура имеет более сильное затухание звука, чем деформированная, даже при одинаковых размерах зерна. 4.3атухание можно уменьшить за счет перехода на более низкие частоты (увеличить длину волны), но этот путь имеет смысл только в том случае, когда размеры 63 наименьших дефектов, которые должны быть выявлены, будут больше размера зерна. Подготовка изделия к контролю. При всех методах контроля для одинаковой оценки от- ражений от дефектов желательно иметь одинаковое качество поверхности. При прямом контакте, когда преобразователь прижимается к поверхности изделия через тонкий слой жидкости, наиболее негативное влияние оказывают различ- ные твердые частицы, которые меняют толщину контактного слоя и, соответственно, его проницаемость. Непрочно держащиеся частицы окалин или краски могут образовать воздушные зазоры, которые препятствуют прохождению звука в изделие. В зависимости от исходного состояния поверхности исполь- зуют разные способы ее подготовки к контролю (зачистки), например, с помощью стальной щетки, скребка, наждачной бумаги, пескоструйной обработки и пр. Не рекомендуется использовать для зачистки поверхности шлифовальные круги, т. к. после них на поверхности остаются ямки, которые приводят к нестабильному акустическому контакту. Однородные и прочно держащиеся покрытия, в т. ч. слои краски, создают помехи контролю не всегда, а нередко контроль по ним бывает лучше, чем по неравномерно зачищенной поверхности. При обычных частотах контроля (1-5 МГц) высокая чистота поверхности не требуется, т. к. микронеровности высотой примерно 0,1 мм и менее уже не оказывают существенного влияния на чувствительность. Напротив, шлифованные плоскости поверхности часто бывает неудобно контролировать, т. к. преобразователь "присасывается" к ним и плохо скользит. Более того, эхо-сигнал достигает своего максимального значения довольно медленно, т. к. происходит медленное выдавливание жидкости из зазора между преобразователем и изделием. Обычно высота неровностей поверхности регламентируется в пределах 10-40 мкм. Шероховатости, превышающие 0,1 длины волны, заметно ухудшают акустический контакт и уменьшают звуковое давление в направлении акустической оси. Сильно шероховатые поверхности действуют на падающую волну, 64 как матовое стекло на свет, - луч рассеивается во все стороны.Важным моментом в подготовке изделия к контролю является выбор контактной жидкости. Она должна обладать хорошей смачиваемостью, оптимальной вязкостью и однородностью, не вызывать коррозии и быть пожаробезопасной. Выбор контактной жидкости определяется геометрией изделия, его пространственным положением, внешними условиями. При контроле с помощью контактных преобразователей наиболее широкое применение нашли минеральные масла, которые более полно отвечают перечисленным выше требованиям. На гладких горизонтальных поверхностях лучше всего использовать жидкотекучее масло (машинное, трансформа- торное). На изделиях с большой кривизной поверхности, на наклонных и вертикальных плоскостях, при контроле в поточном положении рекомендуется применять масла с повышенной вязкостью (солидол, тавот) или водорастворимые клеи, пасты. Основные параметры контроля. Ультразвуковой контроль, как и всякий технологический процесс, характеризуется совокупностью физических величин - параметров. К основным параметрам контроля относятся те, которые обуславливают достоверность контроля. ГОСТ 14782-86 определяет следующие основные параметры контроля: длина волны или частота ультразвуковых колебаний; чувствительность; положение точки выхода луча (стрела преобразо- вателя); угол ввода ультразвукового луча в металл; погрешность глубиномера (погрешность измерения координат); мертвая зона; разрешающая способность по дальности и (или) фронту; характеристики электроакустического преобразователя; длительность импульса дефектоскопа. Вследствие различий в опыте и личном восприятии термин "параметры контроля" вызывает у разных специалистов несколько разные представления, хотя в целом рас- сматриваются одни и те же характеристики. Например, 65 5 5-1245 предлагается рассматривать раздельно параметры контроля и параметры аппаратуры как характеристики отдельных элементов технологического процесса ультразвукового контроля качества. Рассматриваемые с этой точки зрения параметры контроля и аппаратуры приведены в табл. 1. |