2. Объективные ошибки

Объективные ошибки не зависят ни от оператора, ни от работоспособности дефектоскопа.

Возникновение их связано с характеристиками объекта контроля, самого дефекта как отражателя ультразвука и с наличием помех в акустическом тракте дефектоскопа.

Они не могут быть учтены оператором.

Объективные ошибки, обусловленные характеристиками дефекта

(а) Форма дефекта

У объемных дефектов ИР не имеют выраженной направленности конфигурации. У плоскостных дефектов основная доля энергии ИР направлена зеркально. Поэтому, при равных поперечных размерах в случае одного ПЭП эквивалентная площадь S_Э для плоскостных дефектов меньше, чем для объемных. При применении схемы «тандем» картина обратная.

(б) Неровности поверхности плоскостных дефектов

Характер отражения от шероховатой поверхности, близкой к плоской, определяется параметром Рэлея P = 2kδ_hsinα, где δ_h – среднеквадратичное отклонение высот отдельных неровностей от средней плоскости, k = 2π/λ – волновое число. При P << 1 и 2b >> λ отражение зеркальное. Поэтому ИР – острая, главный вектор зеркально симметричен, и угол отражения β_b равен углу падения β.

По мере увеличения шероховатости и/или угла β направленность ИР снижается, и могут появиться дополнительные максимумы, как это видно из рисунка.

При P >> 1 отражение приобретает диффузный характер: ИР сильно расширяется, направление главного вектора становится неопределенным, а соотношение амплитуд отраженного A_О и падающего A_П сигналов изменяется по закону косинусов, что видно из рисунка (а). На рисунке (б) показана зависимость A_О/A_З от величины параметра Рэлея P.

Как видно из рисунка, диапазон изменения P реальных трещин составляет 0,1÷9,0, а оценки дисперсии средней высоты неровностей S_h² – 0,1÷2,0 мм². Практически все поперечные и значительное число (24%) горячих трещин имеют P << 1. Следовательно, ИР таких трещин характеризуются слабой диффузной и интенсивной зеркальной компонентами.

Это означает, что такие трещины практически не выявляются при прозвучивании одним ПЭП по обычным методикам.

(в) Ориентация плоскостного дефекта

Ракурс озвучивания, т.е. угол между центральным лучом УЗ пучка и нормалью к плоскости дефекта определяется ориентацией дефекта и углом ввода и сильно влияет на амплитуду эхо-сигнала. В принципе, ошибку, связанную с оценкой размеров таких дефектов можно отнести одновременно и к субъективной и к объективной.

A

при 2b₁ = 2b₂

₁ > A₂

S_экв1 > S_экв2

К объективной эта ошибка может быть отнесена, если оператор использует все возможности метода для измерения максимальной амплитуды эхо-сигнала A_макс, т.е.

• оптимизирует направление прозвучивания в азимутальной (горизонтальной) плоскости,

• оптимизирует угол ввода за счет применения ПЭП типа «вариальфа»,

• применяет эхо-зеркальный метод (тандем).

Эффективность двух последних пунктов иллюстрируется графиками A/A_макс.

(г) Ориентация вектора поляризации падающей волны

Ракурс озвучивания дефекта может быть произвольным, т.е. по отношению к плоскости дефекта падающая волна может быть SV или SH и, следовательно, амплитуда отраженных сигналов будет различной. Поскольку коэффициенты обратного отражения R_SH и R_SV соотносятся, как R_SH/R_SV = 1,77, выявляемость трещин волнами SH при контроле одним ПЭП лучше, чем волнами SV. Для зеркального сигнала отношение обратное и существенно падает пропорционально параметру Рэлея. Зеркальный сигнал статистически более устойчив, чем обратный.

(д) Ширина раскрытия трещины и заполнения полости дефекта

Коэффициент отражения продольных волн R в зависимости от ширины раскрытия несплошности d и частоты f.

При малом (1÷2 мкм) раскрытии трещины ее берега смыкаются, и на частотах до 4÷5 МГц дефекты практически не выявляются. По мере увеличения раскрытия усталостных трещин с неокисленными «берегами» от 1 до 10 мкм (в образцах углеродистых сталей наклонным ПЭП с α = 45°) амплитуда сигнала возрастает на 25÷30 дБ, а у трещин с окисленными «берегами» – всего на 3÷4 дБ. Этим объясняется случаи невыявления значительных трещин в сжатых участках трубопроводов.

Заполнение полости дефекта вольфрамом или плотным шлаком снижает коэффициент отражения от них до 0,33 и до 0,35÷0,67, соответственно.

В связи с этим эффектом на практике часто возникает еще одна проблема:

при контроле сварного соединения обнаружили дефект и подтвердили наличие трещины при вскрытии. Заварили, провели термообработку, зачистили и, проконтролировав вновь, ОБНАРУЖИЛИ дефекты в зонах, соседних с ремонтной заваркой. При этом оператор оба раза контролировал добросовестно.

Причина в том, что в каждом шве есть небольшие трещины с малым раскрытием. Но в процессе заварки ремонтного участка происходит неравномерный нагрев шва, создаются локально напряженные зоны и, вследствие этого попавшие в эти зоны микротрещины раскрываются.

Как выходить из этого положения?

Есть еще один важный аспект профессиональной подготовки оператора:

в отличие от других неразрушающих методов, ручной ультразвуковой контроль до некоторой степени является ИСКУССТВОМ, несмотря на регламентации технологии, предписанной НТД. Здесь надо обладать определенным воображением, чтобы за безликим импульсом представить размеры, форму и ориентацию дефекта.

Поэтому настоящим профессионалом оператор становится не после обучения и сдачи экзаменов, и даже не после какого-то периода самостоятельной работы, а после того, как он увидит вскрытые дефекты и убедится в правильности сделанных им оценок размеров и координат. Только после этого он поверит в свои силы и знания.