книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

применение в качестве контактной среды увлажненной тонкой хлопчатобумажной ткани (мадаполам). В этих случаях абсолют­ ная чувствительность контроля снизится, но зато ее стабильность возрастет.

Во многих случаях по технологическим требованиям кон­ тактная жидкость должна быть удалена после выполнения кон­ троля. Тогда необходимо применять смазки на водяной основе, в которые для повышения вязкости и возможности работы на на­ клонных поверхностях добавляют крахмал, полиакриламиды, целлюлозу. Целлюлозные пасты предпочитают маслам во всех случаях, когда после контроля требуется весьма высокая степень очистки поверхности, в том числе и под окраску.

При контроле по неокрашенным некоррозионно-стойким ста­ лям в жидкость добавляют соответствующий ингибитор, напри­ мер, нитрит натрия.

Очень хорошие эксплуатационные качества у ингибиторной легкосмывающейся смазки, разработанной таганрогским заводом «Красный котельщик». Она состоит из технического нитрита на­ трия (N aN 02) - 1,6 кг, крахмала (картофельного) - 0,24 кг, тех­ нического глицерина - 0,45 кг и технической кальцинированной соды - 0,048 кг. Соду и нитрит натрия растворяют в 5 л холодной воды и кипятят в чистой посуде. Крахмал растворяют в 3 л хо­ лодной воды и вливают в кипящий раствор нитрита натрия и со­ ды. После этого смесь кипятят еще 3...4 мин. после чего в нее вливают глицерин, перемешивают и охлаждают. Эта смазка обеспечивает хороший контакт и после высыхания образует на изделии тонкую корку, не мешающую последующим технологи­ ческим операциям.

В последнее время производственниками проявляется боль­ шой интерес к оперативному контролю каждого слоя сварного шва или к контролю непосредственно по окончании сварки. В обоих случаях ставится задача контроля по нагретому металлу. Если металл можно охлаждать, то используют конструкции ПЭП, принудительно охлаждаемые водой. Если же металл не разреша­ ется охлаждать из-за возможного трещинообразования, то хоро­ ший контакт обеспечивают расплавы солей натрия и калия. Точ­ ки плавления солей должны лежать ниже температуры контроли-: руемых изделий ( t - 500...5706 С). Зону контроля посыпают по­

рошком, состоящим из смеси солей KN03, NaN03. Соли рас­ плавляются и обеспечивают надежный акустический контакт.

Очень важно, что при этом не происходит дымообразования. При более низких рабочих температурах (до 400°С) хорошие резуль­ таты достигнуты с применением силиконовых смазок. Для кон­ троля изделий с температурой до 300° С может быть также реко­ мендована смазка, состоящая из 50...100 ч. по массе буры и 100 ч. по массе глицерина,

С целью повышения достоверности контроля, особенно авто­ матизированного и механизированного, необходимо применение специальных систем или устройств, обеспечивающих контроль качества акустического контакта в процессе сканирования.

На практике находят применение технические решения, реа­ лизующие контроль качества акустического контакта по измене­ нию:

•амплитуды донных сигналов, возбуждаемых основным или дополнительным ПЭП продольных волн;

•амплитуды головных или поверхностных волн, измерен­ ных на мерной базе между основным и дополнительным ПЭП;

•собственных параметров ПЭП при нагружении последнего на контролируемую среду;

•амплитуды сигнала, отраженного от границы призма —из­ делие и формирующего РШХ на индикаторе дефектоскопа;

•амплитуды сигнала, отраженного от границы призма - из­ делие и какого-либо опорного отражателя в самой призме или размещенного на конце волновода, приклеенного к призме;

•интенсивности поступающего на ПЭП опорного сигнала, возбужденного в изделии дополнительным ПЭП на частоте

более низкой, чем частота основного пьезоэлемента (150...200 кГц) (рис. 4.20).

Выбор того или иного метода контроля за качеством контакта определяется конструкцией и толщиной изделия, предельными габаритами ПЭП и другими факторами.

Ручной контроль, осуществляемый дефектоскопом общего назначения не содержащего устройств для реализации вышепе­ речисленных способов, может предусматривать только процеду­ ру параллельного измерения параметров неровностей одним из методов: органолептическим' сравнением поверхности изделия

иобразца; сравнением амплитуды донных сигналов в образце

иизделии; измерением неровностей прибором профилографом.

Рис. 4.20. Блок-схема способа слежения за качеством акустического контакта: 1 - генератор; 2 - излучатель; 3 - изделие; 4 - приемник;

5 - усилитель; б - индикатор

Первый метод дает большие ошибки, причем, как правило, в сторону занижения чувствительности, т.е. дает недобраковку. Второй сопряжен с техническими трудностями и нашел весьма ограниченное применение. Третий способ принципиально не го­ ден, поскольку, чтобы оценивать реальную акустическую про­ зрачность контактного слоя, параметры неровностей необходимо измерять на базе, линейные размеры которой соизмеримы с диа­ метром пучка. Существующие приборы снимают профилограм­ мы на базе во много раз меньше (0,8...2,5 мм), что не позволяет измерять и учитывать макронеровности (волнистость), вносящие основной вклад в потери в контактном слое (рис. 4.21а).

Для измерения параметров неровностей наиболее перспекти­ вен разработанный автором метод и специальный емкостный датчик типа ДШВ, использующий в качестве измерителя сигна­ лов ультразвуковой дефектоскоп. Показания этого датчика зави­ сят только от неровностей поверхности и не зависят от структуры и химсостава металла и геометрии противоположной поверхно­ сти (рис. 4.216) [93,94].

Датчик ДШВ совместим со всеми отечественными и импорт­ ными дефектоскопами и формирует служебный сигнал, амплиту­ да которого Ашобратно пропорциональна высоте неровностей на

всей базе датчика. Диаметр чувствительного элемента у датчика ДШВ выбран близким к средним размерам пучка стандартных ПЭП и равен 0 19 мм.

=0,0052 (ДА,)'''4 мм,

Rz <0,1 мм

для сухой поверхности и

Дг = 0,1084[0,98 -lg (10-|-М ш|)]',2 мм,

Rz <0,11 мм

для поверхности покрытой минеральным маслом. Здесь

|^0Ш ^111

где Аот и Ат - соответственно амплитуда служебных сигналов при контакте дат­ чика ДШВ с гладкой поверхностью (Я, 0,35 мкм) стандартного образца С О - 2 ; С О - 3; V -l, V-2 и изделия.

Автором получены корреляционные зависимости между аку­ стической прозрачностью контактного слоя различных ПЭП (ф. «Крауткремер», ф. «Сонатест», ЦНИИТМАШ, ПО «Волна» и др.) и их параметрами и неровностями поверхности контактного слоя, выраженными через параметр R?(рис. 4.21 в).

Это позволило построить соответствующие частные номо­ граммы и получить обобщенные математические выражения

А = ехр(-8,2Т)+0,35Г

или

АА =\Л~ Ло\ = 20 Ig[ехр(-8,2Т) ■+•0,357’] дБ.

Здесь А и А0- соответственно амплитуда сигналов от одного

опорного отражателя в образце с гладкой поверхностью и образ­ це (изделии) со статистически шероховатой (неровной) поверх­ ностью; Т - обобщенный критерий, найденный эвристически из

результатов экспериментов.

Т = \,9RZx [//(C c o sa )]l/2 х[(0,2 Ln+ 16)/Lo]xexp(-30/?z2) ,

где R, мм - параметр шероховатости поверхности;/(МГц) и С ( м м / с ) - соответст­ венно частота н скорость поперечных волн; a - угол ввода; L„ и La м м соответст­ венно наибольший размер контактной поверхности ПЭП и диаметр датчика ДШВ.

Полученная обобщенная зависимость может быть использо­ вана для:

•построения графиков (номограмм) для учета потерь в кон­ тактном слое конкретного ПЭП и построения соответст­ вующих графиков (номограмм) для корректировки чувст­ вительности дефектоскопа без изготовления образцов и проведения экспериментов;

•создания программной поддержки в процессорных дефек­ тоскопах (например, в УДЦ-201П ЦНИИТМАШ);

Методика одобрена Госгортехнадзором и Госатомнадзором РФ и введена в качестве обязательной в НТД по контролю обору­ дования тепловых и атомных электростанций. Данная методика исключает ошибки, обусловленные плохим учетом фактического качества поверхности и особенно полезна при мониторинге обо­ рудования для контроля за развитием дефектов в процессе экс­ плуатации.

4.2.5.Преобразователи с разнесенным элеотгродом

Для обеспечения скоростного сканирования в автоматиче­ ских дефектоскопах, синтезирования диаграмм направленности заданной формы и других целей автором предложен новый класс акустических систем - пьезопреобразователи с разнесенным электродом (ПРЭ). Конструктивно ПРЭ отличаются от обычных ПЭП тем, что один электрод в них расположен на определенном расстоянии относительно поверхности керамики, а зазор запол­ нен диэлектриком [52].

По существу ПРЭ представляет собой конденсатор со слоями различных диэлектриков, поэтому для простоты изложения про­ цесс возбуждения ПРЭ удобно называть емкостным. При возбу­ ждении ПРЭ наибольший двойной коэффициент преобразования достигается при заполнении зазора веществом с высокой относи­ тельной диэлектрической постоянной е (рис. 4.23).

А, дБ

Рис. 4.23. Зависимость двойного коэффициента преобразования П РЭ диаметром 12 мм (/ = 2,5 М Гц) от величины зазора для различны х вещ еств: / - вода; 2 - этиловый спирт; 3 - трансформаторное масло; 4 - воздух

Из экспериментов следует важный практический вывод, что при заполнении зазора дистиллированной водой коэффициент

преобразования ПРЭ до d <0,3 мм практически не меняется.

Частотный спектр и форма импульса ПРЭ при d< 0,2 мм прак­

тически соответствуют пьезоэлементу с нанесенным на него электродом. Однако при увеличении зазора длительность им­ пульса может осциллировать, а спектр меняется вследствие ин­ терференционных явлений в зазоре.

Весьма важной характеристикой ПРЭ является локальность возбуждения пьезоэлемента, длина которого больше размера раз­ несенного электрода. Эксперименты показали, что разнесенный электрод обеспечивает локальность возбуждения; эффективная площадь возбуждения ненамного превышает площадь электрода (при практически реализуемом зазоре d~ 0,3 мм) и может быть

учтена.

Поле ПРЭ в ближней и дальней зонах в случае плоского элек­ трода практически не будет отличаться от обычного поршневого излучателя. Это и подтверждается результатами эксперимента (рис. 4.24, кривая /). В то же время сложная конфигурация элек­ трода существенно изменяет характер поля. Так, в ПРЭ, форми­ рующем бегающий луч, электрод конструктивно выполнен в виде витка винтовой полосы на барабане развертки радиусом К.

В этом случае в плоскости, ортогональной оси ПРЭ, колебатель­ ная скорость v(x) снижается от центра к краям, что приводит к

расширению диаграммы направленности и снижению уровня бо­ ковых лепестков. И, наоборот, уменьшение v(x) от краев к цен­

тру сужает ее (рис. 4.24, кривая 3).

6 8 10 12

Рис. 4.24. Диаграммы направленности преобразователей (в = 8 м м ,/ =1,8 МГц) при излучении в воду:

расчет (1 - стандартный; 2 - ПРЭ, Л = 12 мм, Л = 0,2 мм); эксперимент для ПРЭ (выпуклый электрод); О - /?= 12 мм; х - Л = 18 мм; О - Л = 26мм

(плоский электрод); вогнутый электрод (3 - R= 15 мм); / - выпуклый электрод; / / - точечный приемник