7.4. Измерение координат отражателей

При измерении координат дефектов на плоских поверхностях указывают плоскостные координаты X и Y проекции дефекта на по­верхность контроля относительно начала отсчета, а также глубину залегания h.

Для привязки координат контролируемую поверхность размеча­ют на квадратные (в случае контроля поковок, листов) или на линей­ные участки (в случае контроля узких длинномерных заготовок, сварных швов и т. п.). Участки нумеруют, указывают начало и направле­ние отсчета. В некоторых случаях в качестве начала отсчета используют какой-либо конструктивный элемент, клеймение или другие по­стоянно присутствующие признаки. Способ разметки должен предус­матривать возможность ее воспроизведения на всех этапах технологического процесса при изготовлении объекта или в течение всего срока службы при его эксплуатации

Для прямого ПЭП проекция дефекта на поверхность контроля совпадает с положением центра ПЭП при регистрации максимума эхоимпульса от дефекта. Для наклонного ПЭП расстояние проек­ции дефекта от точки выхода x и глубину залегания h (рис.7.11) оп­ределяют по формулам:

(7.8)

(7.9)

где r - расстояние от точки выхода до дефекта по ходу луча.

Рис. 7.11. Определение проекции дефекта на поверхность контроля и глубины его залегания

при УЗ контроле наклонным ПЭП

При хордовом прозвучивании наклонным ПЭП цилиндричес­ких изделий положение проекции дефекта относительно точки выхо­да, измеряемое длиной дуги x_ц, и глубину залегания h (рис.7.12) оп­ределяют по формулам:

, при (7.10)

, при (7.11)

(7.12)

С использованием указанных формул могут быть разработаны рабочие координатные шкалы, либо таблицы для конкретных диамет­ров заготовок и углов ввода ПЭП.

В случае если контроль выполняют наклонным ПЭП перпен­дикулярно образующей по внутренней поверхности цилиндра (рис.7.13), соответствующие формулы для определения координат дефекта имеют вид:

(7.13)

(7.14)

Рис. 7.12. Определение координат дефекта на цилиндрическом изделии

при хордовом контроле по наружной поверхности

Рис.7.13. Определение координат дефекта на цилиндрическом изделии

при хордовом контроле по внутренней поверхности

Просто и удобно можно определить координаты h и x_ц при хордовом прозвучивании по наружной поверхности с помощью номограммы 100 мм, приведенной для некоторых углов на рис. 7.14. Для этого вводят переводной коэффициент k = R/50 (R, мм – наружный радиус изделия). От точки выхода наклонного ПЭП откладывают по лучу соответствующего угла (на рисунке это – угол 37) расстояние ОА = r/k, мм. Через полученную точку проводят радиус до пересечения с окружностью наружного диаметра в точке В. На рисунке измеряют расстояния АВ и ОВ. Рассчитывают h = kАВ и x_ц =kОВ.

При необходимости определения координат дефектов в изде­лиях с более сложной поверхностью целесообразно вычерчивание контролируемого сечения и хода лучей соответствующих ПЭП.

8.7.2. Особенности контроля массивных поковок и поковок со структурными помехами

Структурные помехи связаны с рассеянием ультразвука на границах отдельных зерен. Явление возникновения многочисленных эхоимпульсов от границ зерен называют также структурной реверберацией. Импульсы, образовавшиеся в результате отражения от границ зерен и приходящие к приемному пьезоэлементу в один тот же момент времени, складываются. В зависимос­ти от случайного соотношения фаз отдельных импульсов, они могут уси­лить или ослабить друг друга. В результате на экране дефектоскопа струк­турные помехи имеют вид отдельных близко расположенных импульсов (их иногда называют травой), на фоне которых затруднено или невозможно наблюдение полезного сигнала. Структурные помехи - основной фактор, ограничиваю­щий чувствительность при контроле методами отражения. Довольно час­то структурные помехи превышают донный сигнал, исключая тем самым возможность применения эхо - или зеркально-теневого метода.

При контроле массивных изделий и заготовок со структурными помехами следует сначала оценить степень однородности коэффи­циента затухания ультразвука по флуктуации амплитуд донных сиг­налов. Однородными по затуханию считают области, в которых размах амплитуд (разность между максимальным и минимальным значе­ниями) не превышает 4 дБ.

На изделии выделяют области, однородные по затуханию. В этих областях для оценки затухания и настройки чувствительности исполь­зуют среднее значение амплитуды донного сигнала. Допускается для проведения поиска дефектов выполнить настройку чувствительности по наименьшему донному сигналу в изделии, если при этом обеспе­чивается требуемая чувствительность. В таком случае для опре­деления эквивалентных размеров обнаруженных дефектов исполь­зуют значения донных сигналов рядом с дефектным местом.

При оценке эквивалентных размеров дефектов, расположенных вблизи боковых стенок изделий большой толщины, следует иметь в виду возможное влияние стенок на УЗ пучок, которое может исказить ампли­туду отраженного сигнала. Учесть это влияние можно путем применения ПЭП с узкой диаграммой направленности или, используя стандартные образцы предприятия, имитирующие часть объекта контроля.

Если при контроле массивных изделий или изделий с крупнозер­нистой структурой из-за повышенного затухания, структурных шу­мов, или собственных шумов дефектоскопа при высокой чувствитель­ности не обеспечивается поисковая чувствительность на всей толщине изделия, могут быть применены следующие приемы:

- применение временной регулировки чувствительности. При включенной ВРЧ даже в поковке с равномерной крупнозернистостью по всему сечению может наблюдаться увеличение амплитуды структурных шумов в конце диапазона контроля (рис. 8.41). Это объясняется расширением УЗ пучка и вовлечением большего числа структурных отражателей в процесс образования сигналов структурных помех;

Рис. 8.41. Повышение амплитуды структурных помех при включенной ВРЧ в конце зоны контроля за счет расхождения пучка

- контроль с двух противоположных сторон с обеспечением заданной чувствительности на половине толщины изделия. Для сплошных цилиндров это соответствует настройке на заданную чувствительность на оси и (или) на половине хорды;

- послойный контроль (для дефектоскопов без системы ВРЧ). Сначала контролируют слой между дном изделия и глубиной, на которой уровень шумов еще невелик (участок С₁-Д на рис. 8.42). Затем чувствительность понижают до контрольного уровня на глубине Н₁. Контроли­руют слой С₂-С₁. В такой последовательности контроль повторяют до тех пор, пока не будет проверен весь объем заготовки;

Рис. 8.42. Послойный контроль при наличии структурных шумов

- применение преобразователя с большим размером пьезоэлемента. При этом, вследствие сужения пучка, уменьшается контроли­руемый объем, а, следовательно, и количество элементов структуры, создающих помеху. Этот метод, а также три следующих ниже называют также методами локализации контролируемого объема;

- понижение частоты ПЭП. Нижний предел частоты составляет, как правило, 0,5 МГц;

- применение раздельно-совмещенных преобразователей;

- уменьшение длительности зондирующего импульса.

- выбор оптимального направления прозвучивания. Оптимальным является направление, вдоль которого минимальны изменения упругих свойств материалов и влияние этих изменений на распространение ульт­развука. Это направление может быть определено экспериментально непосредственно на изделии или на образцах;

- выбор оптимального типа УЗ волн. Это относится в первую очередь к контролю наклонным ПЭП, когда вместо поперечных более эффективными могут оказаться продольные волны;

- выбор типа волн с оптимальной поляризацией. Так, напри­мер, поперечные волны с горизонтальной поляризацией (SH-волны) могут оказаться эффективнее при УЗ контроле крупнозернис­тых аустенитных сварных соединений, чем поперечные волны с верти­кальной поляризацией (SV-волны) или продольные волны. Правда, для SH–волн существует проблема их возбуждения в объекте контроля.

Если в результате выполнения указанных мероприятий не обеспечива­ется поисковая чувствительность на всей толщине изделия, допускается проведе­ние контроля на контрольном уровне чувствитель­ности при условии снижения скорости и шага сканирования не менее чем в два раза. Если и контрольный уровень чувствитель­ности на всей толщине не удается обес­печить, для каждой зоны по глубине вы­полняют контроль на чувствительности на 34 дБ ниже уровня максимального шума (рис. 8.43), то есть на макси­мально возможной чувствительности для данного изделия. При этом, как правило, оказывается, что для разных ПЭП, предусмотренных схемой про­звучивания, получаются различные результаты.

Рис. 8.43. Необходимое превышение полезного сигнала над уровнем шумов

Существуют и другие методы повышения эффективности УЗ кон­троля материалов с крупнозернистой структурой (например, статис­тические), но они требуют применения специальной аппаратуры.

В отчете о результатах контроля должен быть приведен график изменения чувствительности, фактически обеспеченной на разных толщинах в изделии.