книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

б) получение максимальной информации о дефекте, точное измерение амплитуды и временных интервалов между зонди­ рующим импульсом и эхо-сигналом от дефекта;

в) селектирование эхо-сигналов из любого заданного вре­ менного интервала и автоматическую сигнализацию (звуковую, световую) о их наличии;

г) выравнивание чувствительности дефектоскопа по всей зо­ не контроля для компенсации затухания ультразвука в металле.

Дефектоскопы делятся на аналоговые и процессорные. В со­ став последних входит процессор (компьютер) для управления и цифровой обработки информации, содержащейся в сигнале.

Принцип работы аналогового дефектоскопа поясняется структурной схемой, приведенной на рис. 4.1. К основным узлам функциональной схемы дефектоскопа относятся: генератор зон­ дирующих радиоимпульсов; синхронизатор; усилитель; схема автоматического сигнализатора дефектов; глубиномер, включая генератор стробирующих импульсов; генератор напряжения раз­ вертки; электронно-лучевая трубка; блок питания.

Генератор синхронизирующих импульсов (ГСИ) вырабаты­ вает последовательность импульсов, которые-синхронно запус­ кают генератор зондирующих импульсов, глубиномер и генера­ тор напряжения развертки. В качестве ГСИ чаще всего исполь­ зуют автоколебательный блокинг-генератор, который выраба­ тывает импульсы отрицательной полярности амплитудой до 400 В, или триггер. Частота следования синхроимпульсов обыч­ но регулируется в пределах 200... 1000 Гц. Выбор частоты посы­ лок зондирующих импульсов определяется задачами контроля, размерами и геометрической формой объекта контроля. Малая частота посылок ограничивает скорость контроля,, особенно в автоматизированных установках, но в этом случае незначителен уровень шумов, возникающих при объемной реверберации в объекте контроля. При повышении частоты посылок надеж­ ность обнаружения дефектов возрастает, яркость свечения эк­ рана ЭЛТ увеличивается. Однако возникает опасность попада­ ния на рабочий участок экрана дефектоскопа многократно отра­ зившихся от стенок объекта контроля сигналов от предыдущего зондирующего импульса. Рекомендуемая частота посылок при ручном контроле сварных швов 600...800 Гц.

Генератор зондирующих радиоимпульсов (ГЗИ) предназна­ чен для получения короткого импульса высокочастотных элек­ трических колебаний, которые используются для возбуждения

пьезопреобразователей. Основными элементами ГЗИ являются колебательный контур, включающий пьезоэлемент, и электрон­ ная схема {ключ), обеспечивающая генерацию коротких им­ пульсов.

Рис. 4.1. С труктурн ая схема У З-дефектоскопа

Частота высокочастотных колебаний, заполняющих импульс, является основной характеристикой дефектоскопа. Она определя­ ется параметрами колебательного контура и выбирается в зави­ симости от величины затухания ультразвука в контролируемом материале.

Отраженные от дефекта импульсы упругих колебаний попа­ дают на пьезопластину и за счет прямого пьезоэффекта преобра­ зовываются в ней в электрические сигналы. Приемноусилитель­ ный тракт дефектоскопа служит для усиления этих сигналов и содержит предусилитель, измеритель амплитуд сигналов (атте­ нюатор), усилитель высокой частоты, детектор и видеоусилитель. Предусилитель обеспечивает электрическое согласование усйли-

тельного тракта с приемным преобразователем. Входное сопро­ тивление предусилителя должно быть согласовано с выходным сопротивлением преобразователя. Он содержит ограничитель амплитуды, предохраняющий усилитель от воздействия мощного зондирующего импульса, когда преобразователь включен по со­ вмещенной схеме. При этом сигналы небольшой амплитуды практически не искажаются.

Вдефектоскопе предусмотрен специальный переключатель, с помощью которого усилитель может быть непосредственно под­ ключен к ГЗИ (при работе по совмещенной схеме) или отключен от него (при раздельной схеме).

Для измерения отношений сигналов на входе усилителя вы­ сокой частоты имеется калиброванный делитель напряжения - аттенюатор, в котором на переднюю панель выведены програ­ дуированные регуляторы с диапазоном измерения 80... 110 дБ.

Впоследнее время разработаны автоматические измерители амплитуды с цифровым выходом.

Вбольшинстве дефектоскопов аттенюатор проградуирован в отрицательных децибелах, т.е. численная величина отсчета в де­ цибелах пропорциональна вводимому с помощью аттенюатора коэффициенту усиления. При этом максимальному сигналу соот­ ветствует минимальный отсчет в децибелах. В ряде приборов отечественного производства по конструктивным причинам атте­ нюатор проградуирован в положительных децибелах, т.е. боль­ шему сигналу соответствует большее значение численного отсче­ та в децибелах.

Усилители высокой частоты бывают двух типов: узкополос­ ные и широкополосные. Первые обладают высокой помехоустой­

0,2 / , что обеспечивает минимальные искажения сигналов. Од­

нако применение узкополосных усилителей увеличивает габари­ ты дефектоскопа при необходимости работы в широком диапазо­ не частот. Широкополосные* усилители имеют коэффициент уси­ ления на порядок меньше, помехоустойчивость их ниже, но зато и габариты меньше.

Усиленные высокочастотные сигналы поступают на детек­ тор, на нагрузке которого выделяется однополярная огибающая радиоимпульса. Продетектированные сигналы поступают на ви­ деоусилитель с коэффициентом усиления 20...30 дБ. Вндеосигна-

лы подаются на экран электронно-лучевой трубки и схему авто­ матической сигнализации дефектов, предназначенную для фик­ сации с помощью звукового или светового индикатора сигналов, превышающих заданный пороговый уровень.

Вряде случаев возникает необходимость выявления мелких дефектов на фоне значительных по амплитуде сигналов (от под­ кладного кольца сварных соединений или донного сигнала при контроле листа продольными волнами). В таких случаях дефек­ тоскопы снабжают двумя усилителями и соответствующими схе­ мами АСД. Устанавливая различный коэффициент усиления ка­ ждого канала, можно избавиться от мешающего влияния боль­ ших по амплитуде сигналов.

Для получения дополнительной информации о дефекте, на­ пример о фазе отраженного сигнала, в некоторых дефектоскопах предусмотрен выход на трубку недетектированного сигнала.

Для того чтобы подавить на экране реверберационно­ шумовые помехи в начале развертки или выровнять чувствитель­ ность по глубине, в усилительном тракте предусмотрена схема временной регулировки чувствительности (ВРЧ), Эта схема вы­ рабатывает импульс определенной формы (чаще всего экспонен­ циальный), который подается на усилитель высокой частоты, запирая его непосредственно после излучения зондирующего импульса и изменяя коэффициент усиления во времени. Дли­ тельность, амплитуда и форма импульса ВРЧ могут регулиро­ ваться в зависимости от задач контроля. В целях выравнивания чувствительности к равным отражателям, залегающим на различ­ ной глубине, закон изменения усиления должен быть обратным закону уменьшения амплитуды отраженных сигналов, вызванно­ го затуханием ультразвука и расширением пучка по мере увели­ чения расстояния.

Генератор напряжения развертки служит для формирования пилообразного напряжения, необходимого для получения линии развертки на экране электроннолучевой трубки, а также импульса подсвета для увеличения яркости изображения во время прямого хода луча.

Внекоторых дефектоскопах генератор напряжения развертки может использоваться в режиме «от поверхности» и в режиме «по слоям». В режиме «от поверхности» запуск генератора на­ пряжения развертки производится одновременно с излучением зондирующего импульса положительным импульсом синхрони­ затора. Импульсы пилообразного напряжения положительной и отрицательной полярности с выхода генератора подаются на го-

ризонтально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. Прямоугольный импульс положительной полярности, вырабаты­ ваемый этим генератором, используется в качестве импульса подсвета прямого хода луча. В режиме «по слоям» (задержанная развертка) генератор напряжения развертки запускается импуль­ сом глубиномера.

В дефектоскопах обычно предусмотрены плавная регулировка длительности развертки и ступенчатые диапазоны длительности, выбор которых производят в зависимости от толщины изделия.

Глубиномерное устройство служит для определения коорди­ нат дефектов и толщины изделия путем измерения интервала времени между моментами излучения зондирующего импульса и приходом отраженного сигнала. Для выполнения этой функции глубиномер содержит калиброванную схему временной задержки синхронизирующего импульса. В момент окончания задержки глубиномер вырабатывает импульс, который используется для запуска генератора стробирующего импульса, позволяющего произвести временную селекцию сигналов, отраженных от несплошностей, расположенных в данном слое контролируемого изделия. Стробирующий импульс подается на вертикально от­ клоняющие пластины электронно-лучевой трубки и наблюдается на экране в виде прямоугольного импульса положительной по­ лярности. Передний фронт этого импульса и является меткой глубиномера. Плавный регулятор глубиномера проградуирован в миллиметрах.

Осциллоскопический индикатор на электронно-лучевой трубке служит для визуального наблюдения эхо-сигналов, опре­ деления расстояния до дефектов и измерения амплитуды.

Дефектоскопы общего назначения обычно снабжены дубли­ рованной системой питания от сети и автономной от аккумуля­ торной батареи. Дефектоскоп имеет выход синхронизации для работы других измерительных приборов и может быть засинхронизирован внешним источником. Кроме того, имеются выходы с видеоусилителя для аналоговой регистрации результатов контро­ ля на самописце и со схемы АСД для использования в автомати­ ческих устройствах с альтернативной (больше - меньше) оценкой качества.

Придаваемые к дефектоскопу вспомогательные устройства призваны облегчить труд оператора и повысить достоверность контроля. К ним относятся магнитные держатели, обеспечиваю-

щие надежный акустический контакт с изделием, ограничители перемещения в околошовной зоне, приспособления для симмет­ ричного одновременного перемещения преобразователей для контроля по схеме «тандем» и др.

Сейчас, в основном, эксплуатируются аналоговые отечест­ венные дефектоскопы УД2-12, Рельс-6, УДС2-РДМ-3 и зарубеж­ ные фирм «Крауткремер», «Сонатест», «Токимек» и др. Эти при­ боры имеют улучшенные параметры схемы ВРЧ, обеспечиваю­ щей максимальную равномерность выравнивания амплитуд сиг­ налов в диапазоне зоны контроля величиной 10... 180 мм не ниже 6 дБ;’ компенсированную схему отсечки шумов, разделение орга­ нов настройки и управления на настроечные и оперативные, что повышает эргономические характеристики прибора и достовер­ ность контроля и т.п.

К недостатку дефектоскопа УД2-12 следует отнести приме­ нение в нём двоичного кнопочного аттенюатора, очень неудобно­ го в работе.

Рассмотренные дефектоскопы массового применения, к со­ жалению, не облегчают труд оператора, поскольку не освобож­ дают его от многих-операций, в том числе от таких, как вычисле­ ние эквивалентной площади и оценку допустимости дефекта. Снизить психофизиологическую нагрузку, повысить информа­ тивность контроля и, следовательно, его достоверность можно путем максимальной автоматизации измерительных операций.

Принципиально новые возможности дает применение цифро­ вой техники. Создание мощных процессоров малых размеров обеспечило активное совершенствование всей дефектоскопиче­ ской техники, в том числе и ультразвуковых дефектоскопов.

Здесь можно выделить три конструктивных направления. Первое - это создание дефектоскопов путем сочетания серийных ПЭВМ, в первую очередь типа «ноут-бук», с соответствующим электронным блоком, содержащим генератор зондирующих им­ пульсов и усилитель.

Преимуществом таких конструкций является гибкость управ­ ления, широкие возможности по обработке информации с реше­ нием нестандартных задач, возможность постоянного совершен­ ствования программного продукта.

К недостаткам следует отнести: некомпактность конструк­ ции; необходимость дополнительных операций в клавишном на­ боре при вызове соответствующей программы, что приводит к