книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

у = arcsin[sina (с2 / q )]. Для такой настройки могут использо­ ваться иммерсионная локальная ванна, акустический клин с уг­ лом при вершине, равным у, или ПЭП с переменным углом вво­ да [59].

Рис. 5.13. Н астройка чувствительности по угловому цилиндрическому отраж ателю в сечении изделия

Схема эталонирования ясна из рис. 5.14.

Рис. 5,14. Эталонирование наклоном призмы ПЭП на угол у: а - рабочее положение ПЭП; 6 - положение ПЭП при измерении опорного сигнала

Экспериментально-теоретические исследования акустическо­ го тракта показали, что амплитуда эхо-сигнала, отраженного от поверхности, нормальной к акустической оси пучка поперечных волн А„ и амплитуда эхо-сигнала продольных волн А/, получен­

ных при наклоне призмы на угол у, связаны строгой функцио­ нальной зависимостью.

Этот метод развит В.Е. Белым при контроле «наклонно­ прямым» НП-ПЭП, обеспечивающим прозвучивание как попе­ речными, так и продольными волнами. Конструкция НП-ПЭП ясна из рис. 5.15. На весьма представительной выборке показано, что имеется тесная корреляция между затуханием поперечных и продольных волн в конструкционных сталях; это упрощает про­ цедуру эталонирования,

Рис. 5.1S. Эталонирование Н П -преобразователямн

Для настройки чувствительности притертых и непритертых ПЭП при контроле продольных (пазовых) швов трубопроводов и сосудов малого диаметра автором предложено использовать опорный сигнал, получаемый от плоской поверхности стандарт­ ного образца СО-3. Схема настройки показана на рис. 5.16. Вы­ бранным ПЭП производится сканирование по цилиндрической поверхности до получения максимального сигнала (Аоп ). Уста­

новлено, что для ПЭП с выбранным углом ввода имеется всего одна очень узкая зона на периметре, в которой, независимо от качания ПЭП в плоскости ввода, наблюдается максимальный сигнал. Эта особенность обеспечивает воспроизводимость ре­ зультатов настройки. Имеется хорошая, корреляция с опорным сигналом от отверстия 0 6 мм в СО-2 (А0), что позволяет исполь­

зовать данный способ настройки, не отступая от требований стандартной методики.

Рис. 5.16. Схема получения опорного сигнала наклонным ПЭП от плоской поверхности СО-3

В табл. 5.1 приведены соотношения между опорными сигна­ лами для непритертых ПЭП в СО-2 и СО-3.

Эхо-сигнал А011 от плоской поверхности всегда больше, чем А0. Поэтому при настройке дефектоскопа по СО-3, выраженный через величину А0, требуемый по инструкции уровень чувстви­ тельности необходимо увеличивать на (Аоп- А 0), дБ.

Эталонировать чувствительность дефектоскопа.при контроле ЭЗМ можно четырьмя способами (рис. 5.17).

При первом, основном, способе (рис. 5.17а) эталонирование производится по испытательному образцу, идентичному по тол­ щине и материалу контролируемого изделия. Требуемый уровень чувствительности устанавливается по величине сигнала А3 от плоскодонного сверления диаметром фп ось которого параллель­

на поверхности изделия.

Для выявления плоскостного дефекта с углом отклонения от

вертикали ф, амплитуда сигнала от которого >4,(ср)» необходимо

повысить уровень чувствительности на величину АА^ >ЛДф)/

(ф = 0). В симметричном варианте контроля для дефектов, зале­

гающих на той же глубине, что и контрольный отражатель, это превышение равно

Для обнаружения объемных сферических дефектов мини­ мальное превышение уровня чувствительности должно состав­ лять

д = ' g ! А, (ф = 0) = u ^ / s bsin a.

г д е bQф и Sb - р а д и у с с ф е р и ч е с к о г о и п л о щ а д ь п л о с к о г о э т а л о н н о г о о т р а ж а т е л я .

С увеличением ф амплитуда эхо-сигналов от плоскостных де­

фектов быстро убывает. Поэтому при определении области приме­ нения БС не всегда следует стремиться обеспечить обнаружение плоскостных дефектов со всеми возможными углами Ф Это мо­ жет привести к перебраковке по мелким объемным дефектам.

Второй способ (см. рис. 5.17б) эталонирования основан на

использовании контрольных образцов с отражателями, рекомен­ дуемыми для контроля одним ПЭП, т.е. плоскодонными сверле­ ниями, соосными акустической оси ПЭП, диаметром 2Ьп, боко­

вым сверлением диаметром 2Ьп, угловым отражателем (заруб­

кой) с сегментом. В этом случае поиск и измерение опорного сигнала производятся одним ПЭП. Другой ПЭП подключен к дефектоскопу, но не участвует в формировании опорного сигна­ ла. Переход от одного вида отражателя к другому производится путем пересчета по формулам акустического тракта. В частности, при контроле поперечными волнами отношение диаметров плос­ кодонных отражателей 2Ьт и 2Ьп, соответственно выявляемых

схемой «тандем» и одним ПЭП, на одинаковой глубине составляет

Графическое решение этой зависимости для серийных ПЭП без учета затухания (5 = 0 ) и высоты задержки ( Ah = 0 ) приве­

График этой зависимости приведен на рис. 5.18 для h - H j 2

и а = 38...50°, / = 1,8 МГц.

iLqz ww

Рис. 5.19. График зависимости между равноенгнальнымн плоскодонными отверстиями диаметром 2b„ и 2ЬГ

При третьем способе (см. рис. 5.17в) эталонирование БС вы­ полняют непосредственно на контролируемом изделии по дон­

ному сигналу от противоположной поверхности при развороте ПЭП навстречу друг другу, а необходимый уровень чувствитель­ ности определяют по АРДТ-диаграмме. В этом случае не нужно изготовлять специальные образцы.

Четвертый способ (см. рис. 5.11г) позволяет эталонировать

чувствительность по СО № 2 или 2а ГОСТ 14782 - 86. В этом случае требуемый уровень достигается путем увеличения сигнала

4сз от отверстия (диаметром 6 мм на глубине 44 мм) в стандарт­

ном образце в r2rjlTe 8^2 ^ раз. При контроле стальных изде­

лий с 5 = 0,002 мм -1, т.е. близких по затуханию материалу стан­ дартного образца, с помощью серийных ПЭП с призмой из орг­ стекла ( Ah < 6 мм) расчет упрощается - сигнал от эталонного

отверстия увеличивается в (0,036...0,684 )е"°*0062Я раз.

Настройка блока временной регулировки чувствительности (ВРЧ) в дальней зоне выполняется по закону

U {t)»tn exp(8f),

где U(t) - значение компенсирующего напряжения на усилителе дефектоскопа в

момент времени t ; 5 - коэффициент затухания;./! - показатель степени, зависит

от конфигурации дефекта. В большинстве практических случаев можно принять

п = 2 .

Для настройки блока ВРЧ необходимо в заданном временном интервале получить серию опорных сигналов от искусственных отражателей известной геометрической формы.

Выбирая на основе формул акустического тракта соответст­ вующие размеры этих отражателей для заданной глубины, можно производить настройку ВРЧ по требуемому закону.

Образцы с боковыми отверстиями разного диаметра просты в изготовлении, метрологически наиболее совершенны, воспроиз­ водимы и применимы для настройки ПЭП с различными углами ввода (табл. 5.2).

Недостатком обычных способов настройки является необхо­ димость перемещения ПЭП в поисках эхо-сигналов от отражате­ лей. Вследствие флуктуаций акустического контакта это снижает точность настройки и существенно увеличивает ее время. Стати­ ческий способ не имеет этих недостатков, он базируется на ис­

пользовании всей ширины диаграммы направленности ПЭП. Ес­ ли динамический диапазон ВРЧ не превышает 20 дБ, для на­ стройки могут быть предложены образцы, имеющие несколько отражателей, расположенных на разной глубине и разнесенных по различных лучам диаграммы направленности. Подбирая раз­ мер отражателя и его расстояние X от акустической оси, можно

сделать его равносигнальным плоскодонному отверстию, распо­ ложенному строго по оси. В образцах третьего и четвертого ти­ пов диаметр плоскодонных отверстий увеличивается к перифе­ рии диаграммы направленности ПЭП.

Наиболее просто реализовать предложенный принцип можно в образцах с боковыми отверстиями одного диаметра d6 . Варьи­

руя положение отверстий относительно акустической оси, можно устанавливать нужный закон изменения амплитуды эхо-сигнала с расстоянием г Максимальная погрешность в настраиваемом по

этим образцам закону ВРЧ составляет менее 2 дБ, что вполне приемлемо.

Комбинированный метод позволяет установить требуемый закон ВРЧ по АРД-диаграммам или уравнению акустического тракта с использованием опорных сигналов, полученных в прин­ ципе от любых отражателей в образце из любого материала

В частности, можно использовать опорные сигналы от беско­ нечной плоскости, нормальной акустической оси ПЭП, двугран­ ного угла, боковых цилиндрических отверстий, пазов, плоско­ донного и сферического отражателей при многократном отраже­ нии ультразвука и др.

Блок ВРЧ при работе прямым преобразователем очень удоб­ но настраивать непосредственно по изделию с плоскопараллель­ ными поверхностями по серии донных эхо-сигналов при много­ кратном отражении ультразвука. Принципиальной особенностью такой методики является необходимость учитывать, что коэффи­ циент отражения от рабочей поверхности, демпфированной ПЭП, /^ < 1 и зависит от степени акустического согласования преоб­

разователя с образцом, т.е. от конструкции и материала протек­ тора, толщины и материала контактного (клеевого) слоя.

По нашим измерениям, для прямого ПЭП на частоту 1,8 МГц с ферровольфрамовым протектором и контактным слоем из ми­ нерального масла Да =0,707 ±0,01 (3 дБ).

В этом случае

где т - номер отражения; т = 1, 2, 3 ...

Аналогично осуществляется настройка по другим образцам. В этом случае необходимо учитывать разницу в затухании попе­ речных и продольных волн, если она существенна

Таблица 5.2

Образцы для настройки ВРЧ деф ектоскопа

и

о£