4.4. Угол ввода луча при контроле эхо-методом.
П
Рис. 4.5. Определение
угла ввода наклонного преобразователя.
Точку выхода преобразователя О определяют по СО-3 (рис. 4.5,б), находя максимум эхо-сигнала от вогнутой полуцилиндрической поверхности СО-3. Точка выхода при этом располагается над осевой линией полуцилиндра. Положение точки выхода отмечают рисками на боковых поверхностях преобразователя. Для прямого преобразователя точка выхода обычно довольно точно совпадает с геометрическим центром преобразователя, поэтому ее, как правило, не определяют.
Нужно считывать значение угла под риской точки выхода. Преобразователи с углами ввода меньше 70 перемещают по верхней поверхности, а преобразователи с большими углами ввода – по нижней поверхности.
Если скорость звука в металле сильно отличается от скорости в образце СО-2, то следует использовать вместо СО-2 образец СО-2А из материала контролируемого изделия. Конструкция этого образца аналогична СО-2.
Уточним некоторые определения, рассмотренные выше. Найденная с помощью СО-3 точка выхода преобразователя фактически не точка, а линия (линия выхода), проведенная поперек контактной поверхности призмы преобразователя. Именно линия выхода располагается над осевой линией полуцилиндра, когда достигается максимум эхо-сигнала от вогнутой полуцилиндрической поверхности СО-3. Для наклонного преобразователя собственно точка выхода – это точка пересечения найденной линии с плоскостью симметрии преобразователя. Риски на боковых поверхностях преобразователя отмечают точки пересечения линии выхода с боковыми поверхностями призмы преобразователя.
Увеличение температуры увеличивает угол ввода. Это связано с изменением скорости ультразвука. Скорости уменьшаются одновременно в металле изделия и призме преобразователя, но в пластмассе, из которой сделана призма, изменение скорости гораздо больше, поэтому, согласно закону Снеллиуса, угол преломления увеличивается. Это явление особенно заметно, когда угол призмы приближается к второму критическому, где синус угла преломления очень быстро возрастает с увеличением угла. Поэтому, если угол ввода больше 70, то измерять его следует при температуре контроля.
4.5. Направленность поля преобразователя.
Понятие диаграммы направленности было рассмотрено раннее. Это изменение амплитуды излучения в зависимости от угла между осью преобразователя и направлением луча (рис. 2.22). В практике контроля чаще используют не диаграмму направленности по излучению (), а диаграмму по излучению – приему 2(), определяемую как изменение амплитуды эхо-сигнала от направленного отражателя (т.е. одинаково отражающего при любом направлении падающей волны) в зависимости от угла между лучом, направленным на отражатель, и осью преобразователя при постоянном расстоянии до отражателя. Диаграмма направленности формируется в дальней зоне преобразователя, в ближней зоне это понятие не применяется.
Для прямого преобразователя с дискообразным пьезоэлементом диаграмма направленности одинакова во всех плоскостях. Для наклонного преобразователя диаграммы направленности разные для плоскости падения (основной) и плоскости перпендикулярной плоскости падения, проходящей через преломленную ось симметрии пьезоэлемента (дополнительной). В основной плоскости диаграмма направленности расширяется при увеличении угла призмы, а в дополнительной – не зависит от угла призмы.
Числовые характеристики диаграммы направленности это углы ее раскрытия на каком-то определенном уровне. Чаще всего для диаграммы, измеренной по отражению от искусственного дефекта, угол раскрытия измеряют на уровне 6 или 20 дБ от максимума.
Чем больше отношение размера пьезоэлемента преобразователя к длине волны, тем меньше угол раскрытия и тем выше направленность преобразователя. При постоянной скорости звука в материале изделия диаграмму направленности характеризует произведение размера пьезоэлемента (для круглой пластины – радиуса а в мм) на частоту f в МГц.