Ультразвук лекция. Эталонирование чувствительности дефектоскопа
 Скачать 129.5 Kb.
|
|
Эталонирование чувствительности дефектоскопа Чувствительность дефектоскопа, определяемая в общем случае как возможность дефектоскопа выявлять отражатели заданного размера, является важнейшим параметром, определяющим достоверность и воспроизводимость контроля. Различают несколько видов чувствительности: реальную, абсолютную, предельную, браковочную, поисковую и условную. Реальная чувствительность определяется минимальными размерами реальных дефектов, которые могут быть обнаружены в сварных соединениях данного вида при выбранной настройке дефектоскопа. Абсолютная чувствительность характеризует максимально достижимую чувствительность электроакустического и электрического трактов дефектоскопа к акустическим сигналам. Предельная чувствительность определяется наименьшей площадью плоскодонного отверстия, соосного с преломленной акустической осью преобразователя, расположенного в данном испытательном образце на данной глубине и уверенно выявляемого при заданной настройке дефектоскопа. Браковочная чувствительность характеризуется максимальной площадью плоскодонного отражателя, предельно допустимого по действующим техническим условиям для данного изделия. Поисковая чувствительность определяет уровень усиления дефектоскопа при поиске дефектов. Условная чувствительность. В ряде случаев предельную или браковочную чувствительность удобно фиксировать с помощью какого-либо эталона, обладающего строго заданными и постоянными акустическими свойствами. Мерой условной чувствительности является глубина отверстия, эхосигнал от которого по амплитуде равен предельной или браковочной чувствительности. Основы УЗК дефектоскопии Основная задача ультразвукового контроля состоит в том, чтобы обнаружить, измерить дефект, оценить степень его допустимости для данной. Эта задача не решена в полной мере по двум основным причинам. Первая — большое разнообразие дефектов сварных швов по отражательным свойствам, ориентации и расположению, вторая — низкая информативность ультразвукового метода, не обеспечивающая надежную дешифровку дефекта. Полную информацию о размерах, ориентации и характере дефекта можно получить, если исследовать амплитудно-частотное распределение рассеянного от дефекта поля в различных пространственных направлениях, т.е. снять диаграмму направленности дефекта на различных частотах. Такая пространственная диаграмма распределения отраженного от дефекта поля получила название индикатрисы рассеяния. При контроле совмещенным преобразователем регистрируется только та часть энергии, которая возвратилась обратно к преобразователю, т. е. измеряется индикатриса обратного рассеяния. Пространственно-структурная форма индикатрисы рассеяния зависит от соотношений между параметрами акустического тракта (длиной волны, длительностью импульса, шириной пучка, ракурсом озвучивания), с одной стороны, и размерами, конфигурацией, степенью шероховатости поверхности дефекта — с другой. Эти параметры дефекта определяют его характер с акустической точки зрения. На практике полный амплитудный анализ индикатрисы обратного рассеяния или проведение большого числа измерений ее в отдельных характерных точках и направлениях весьма затруднительно и нерентабельно. Вместе с тем, объем измерений не должен быть сведен к минимуму из-за опасности потери важной информации о дефекте. При идентификации дефектов к оптимальному близок следующий набор измеряемых признаков:
Для оценки характера дефекта необходимо использовать дополнительные информативные признаки. Определение координат дефектов Местоположение дефекта в сварном шве определяют три координаты: глубина h залегания дефекта, отсчитываемая по нормали к поверхности; расстояние х от центра излучения преобразователя до дефекта вдоль поверхности изделия (иногда отсчет х производится от передней грани призмы), расстояние вдоль оси шва от дефекта до какой-либо выбранной точки отсчета (рис.).  Глубиномериым устройством дефектоскопа измеряют временной интервал между зондирующим импульсом и эхосигиалом от дефекта r Так как скорости ультразвуковых колебаний в металле и призме и углы ввода определены, то по r можно определить h и х. Для наклонного преобразователя: h=r·cos = (r - 2пр)сt·cos /2 = (r – 2lпр/cпр)ct·cos /2 x= r·sin = (r - 2пр)сt·sin /2 = (r – 2lпр/cпр)ct·sin /2 здесь r—расстояние от точки выхода луча до дефекта; пр , lпр и спр — соответственно время прохождения (в одном направлении), путь и скорость ультразвука в призме. Глубиномеры современных дефектоскопов проградуированы непосредственно в значениях h и х, что позволяет легко определять эти координаты. Координаты дефектов в изделиях с криволинейной поверхностью определяют с помощью специальных номограмм. При контроле отраженным лучом глубина дефекта h определяется с учетом числа n отражений от каждой из поверхностей изделия с помощью следующих выражений: при нечетном: h’ = (1+n)H - hr при четном: h’’ = hr – nH, где Н — толщина шва; hr — показания глубиномера дефектоскопа. Измерение эквивалентных размеров дефектов Амплитуду эхо-сигнала в ультразвуковой дефектоскопии определяют относительным методом, который заключается в сравнении эхосигиала от дефекта с каким-либо опорным сигналом, полученным тем же преобразователем от отражателя известных величины и геометрической формы. Размер дефекта должен выражаться через какую-либо стандартизированную величину, воспроизводимую при любых измерениях. В ультразвуковой дефектоскопии в качестве унифицированной единицы измерения величины дефекта используют эквивалентную плошадь дефекта (эквивалентный диаметр). Эквивалентная площадь Sа дефекта измеряется площадью дна плоскодонного отверстия, расположенного на той же глубине, что и дефект, и дающего эхо-сигнал такой же амплитуды. При измерении эквивалентного размера дефекта совмещенным наклонным преобразователем ось плоскодонного отражателя в образце должна быть соосна с преломленной осью пучка, при измерении прямыми преобразователями ось отверстия должна быть нормальна поверхности, а при измерении наклонными преобразователями эхозеркальиьщ методом —параллельна поверхности. Если дефект прозвучивается несколькими преобразователями различных типов, то за эквивалентный размер дефекта принимается наибольшее полученное значение. Применяют два способа измерения эквивалентной площади дефектов: с помощью испытательных образцов и по АРД-диаграммам. Первый способ состоит в том, что эхосигнал от дефекта последовательно сравнивается с сигналами от плоскодонных отверстий различной величины, изготовленных на той же глубине, что и дефект в образце, представляющем собой копию контролируемого изделия. Все операции по измерению эквивалентного размера сводятся к тому, что оператор должен найти отверстие, от которого фиксируется эхосигнал, равный эхо сигналу от дефекта. Недостатком способа является необходимость изготовления большого числа образцов с широким набором плоскодонных отражателей по диаметру и глубине расположения. Эквивалентный размер дефекта по АРД-диаграмме определяют путем сопоставления амплитуд донного эхосигнала и сигнала от дефекта с учетом глубины его залегания. АРД диаграммы создаются для каждого преобразователя. Идентификация типа дефекта По своей форме дефекты сварных швов могут быть подразделены на два типа: объемные с округлыми краями и плоскостные с острыми краями, на которых возникает концентрация больших напряжений. При эксплуатации изделий более опасны последние дефекты, поэтому от любого метода дефектоскопии требуется распознание этих дефектов. При ультразвуковом контроле это можно сделать, если проанализировать информативные признаки, основанные на том, что плоскостные дефекты отражают ультразвук направленно, т. е. преимущественно в каком-то одном направлении, а объемные — приблизительно равномерно по всем направлениям. Рассмотрим основные информативные признаки 1. Коэффициент формы дефектов Кф определяется отношением амплитуды сигнала, отраженного от дефекта и дошедшего до преобразователя (Аобр), к амплитуде сигнала, испытавшего двойное зеркальное отражение от дефекта и внутренней поверхности изделия (Аз) при прозвучиваиии дефекта эхозеркальным методом (по схеме «тандем») двумя однотипными наклонными преобразователями (рис. 2.33).  С вероятностью 0,95 теоретически было установлено, что для плоскостных дефектов стыковых сварных швов Кф<1, а для объемных Кф>1. Это объясняется различием характеристик направленности плоскостных и объемных дефектов в вертикальной плоскости. Для определения Кф выбирают два одинаковых по чувствительности однотипных наклонных преобразователя и электрически параллельно подключают к дефектоскопу, так, что каждый преобразователь работает как излучатель и приемник. Преобразователи фиксируются в околошовиой зоне таким образом, чтобы на экране дефектоскопа одновременно были видны эхосигналы Аобр и Аз. Путем небольших смещений находят такое относительное положение преобразователей, когда Аз достигает максимума, и определяют Кф. Применение метода ограничивает то, что он требует использования двух преобразователей и не может быть использован для обнаружения дефектов, залегающих в подповерхностной зоне (с противоположной от преобразователя стороны). Глубина этой зоны составляет 10—15 мм и определяется размерами преобразователей. В то же время метод имеет ряд преимуществ. Во-первых, он не требует эталонирования чувствительности дефектоскопа, а поскольку по существу является дифференциальным, то уровень чувствительности может быть любым. Во-вторых, весьма существенно то, что найденный дефект характеризуется числовым значением. Измерение коэффициента формы Кф регламентируется отраслевыми стандартами, действующими при контроле энергетического оборудования и трубопроводов. 2. Ширина индикатрисы рассеяния в горизонтальной плоскости является информативным признаком. Плоскостные дефекты в силу направленных отражательных свойств дают узкую индикатрису рассеяния. Если при провороте преобразователя на 45° в каждую сторону относительно направления максимального сигнала амплитуды сигнал уменьшается на 8 дБ, то такой дефект считают плоскостным. 3. Коэффициент д, характеризующий отношение условной ширины Х дефекта к его условной высоте H, широко применяется в мостостроении (рис. 2.34). Для объемных дефектов коэффициент д не зависит от размера дефекта и глубины его расположения и для каждого типа преобразователя имеет определенное значение (рис. 2.34,а). Для плоскостных вертикальных дефектов (рис. 2.34,6) этот коэффициент меньше, чем для объемных, а для плоскостных горизонтальных — больше. Технология ультразвукового контроля Рекомендуемая технология контроля должна обеспечивать обнаружение и идентификацию всех недопустимых дефектов. Её разрабатывают на основе накопленного опыта дефектоскопии аналогичной продукции, статистики распределения дефектов по типам, размерам и местоположению, а также существующих нормативов оценки качества. Контролю подвергают швы сосудов и трубопроводов из сталей перлитного и ферритно-мартенситиого классов, а также труб теплообмена, толщиной до 8 мм из сталей аустенитного класса. При ультразвуковой дефектоскопии энергетического оборудования применяют следующие методы прозвучивания: эхо метод для контроля сварных соединений, поковок, отливок, антикоррозионной наплавки, проката на объемные и вертикальные дефекты; эхозеркальный метод для обнаружения плоскостных дефектов в сварных соединениях и идентификации типа дефекта по коэффициенту формы; зеркально-теневой для контроля проката (листов, труб) на расслоения. Поиск дефектов производится путем продольно-поперечного сканирования (перемещения) преобразователя по всей околошовной зоне сначала с одной, а затем с другой стороны. Шаг сканирования преобразователя должен быть не более половины диаметра пьезоэлемента. В процессе перемещения наклонный преобразователь необходимо непрерывно поворачивать вокруг вертикальной оси на ±15, для того чтобы обнаружить различно ориентированные дефекты (рис. 2.35).  Контакт преобразователя с поверхностью контролируемого изделия надо обеспечивать легким нажатием руки на преобразователь. По результатам ультразвукового контроля составляют заключение, в котором обязательно должны быть отражены основные данные о контролируемом изделии: наименование, основные размеры, номер изделия или стыка по монтажной схеме, тип ультразвукового дефектоскопа, частота, тип преобразователя, угол его наклона, фамилия оператора, номер удостоверения, оценка качества шва в баллах. Для контроля сварных соединений обычно применяют следующие способы прозвучнвания; только прямым лучом, прямым и однократно отраженным лучом, многократно отраженным лучом, по слоям. Прозвучивание прямым лучом (рис. 2.36, а) является основным способом поиска дефектов. Недостатком его является наличие мертвой зоны из-за того, что преобразователь упирается в выпуклость шва. Контроль прямым и однажды отраженным лучом (рис. 2.36,6) позволяет прозвучивать изделие с одной стороны, а также прозвучивать мертвую зону. Контроль многократно отраженным лучом (рис. 2.36, в) сопровождается большим числом ложных сигналов от выпуклости шва и является наименее помехоустойчивым. Его применение ограничивается в тех случаях, когда нет доступа непосредственно ко шву, например у стыкового соединения, с обеих сторон закрытого приварeнными накладками. |