5.5. Дельта- метод контроля

Излучатель озвучивает дефект поперечной УЗ волной. Часть падающего пучка отражается зеркально в виде поперечной волны (Сt), другая часть дифрагирует в виде поперечной или трансформированной продольной волны. Наиболее интенсивно дифракция возникает на острых краях дефектов, например, на краях эксплуатационных трещин. Дифрагированная продольная волна может быть принята прямым ПЭП. Признаком наличия дефекта является появление эхо-импульса в зоне контроля.

Рис. 5.5. Схема дельта-метода контроля.

5.6. Технология ультразвукового контроля

Технологический процесс УЗ контроля включает в себя следующие технологические операции: 1) оценку дефектоскопии; 2) подготовительные работы; 3) настройку аппаратуры; 4) поиск и обнаружение дефектов; 5) измерение координат; 6) измерение размеров дефектов; 7) определение формы дефектов; 8) оценку допустимости дефектов; 9) оценку качества изделия; 10) оформление результатов контроля.

Понятие дефектоскопичности представляет собой совокупность свойств изделия, определяющих возможность проведения контроля с заданной достоверностью. На дефектоскопичность конструкций влияет множество факторов. Основные из них: толщина и кривизна изделия, наличие доступа для проведения контроля, структура материала, наличие ложных отражателей, способы сварки.

Изделие можно считать дефектоскопичным в случае:

1. Если центральный луч ультразвукового пучка проходит выше центра шва при прозвучивании прямым лучом;

2. Если минимально выявляемый дефект независимо от его координат и ориентации обнаруживается на фоне помех с запасом чувствительности не менее 6 дБ и разрешением по времени не менее 1 мкс.

3. Первый критерий связан только с геометрией изделия, второй с акустическим свойствами материала и наличием конструктивных или технологических особенностей вызывающих ложные сигналы.

При оценке по первому критерию необходимо, чтобы ширина зоны сканирования должна быть достаточной для прозвучивания всего сечения шва (пример коробчатая балка).

При оценке по второму критерию изделие считают дефектоскопичным если

; <<λ (28)

, т.е. структура упорядочена (δ – коэффициент затухания; r – средний путь ультразвука в металле; - средний размер зерна; λ – длина волны).

Смысл первого условия в том, что ослабление эхо-сигнала за счет затухания при любом расстоянии не должно превышать 6 дБ. Например, контроль эхо-методом нормальным преобразователем листа толщиной (δ) 100 мм будет достаточно надежным, если коэффициент затухания не превышает значения δ = 0,7/2х100 = 0,0035 1/мм = 0,3 дБ/мм.

Второе условие регламентирует размер зерен, при которых рассеяние ультразвуковой волны в материале оптимально. Крупнозернистая структура с хаотичным расположением зерен вызывает интенсивное рассеяние УЗ-лучей на произвольно ориентированных границах зерен (структурная реверберация). Это приводит к высокому уровню акустических помех и большому затуханию. По этой причине затруднен контроль изделий с литой структурой: литые поковки и изделия из них, швы электрошлаковой сваркой, аустенитные сварные швы.

Одним из показателей определяющих дефектоскопичность изделия, является способ сварки. УЗ-контроль изделий, выполненных контактной сваркой, трением давлением, диффузионной, взрывом малодостоверен, т.к. выявляемость дефектов типа «слипания» низка (~ 50 %). Это связано с тем, что слипания имеют незначительное раскрытие (~10-6 мм) и свободно пропускают ультразвук.

Подготовка к контролю

Качество поверхности должно обеспечивать максимальное прохождение УЗ волн. Для этого необходимо освободить контролируемое изделие от неплотно прилегающих наслоений, не пропускающих ультразвук (окалина). Для этого удаляют окалину, забоины, изоляцию, задиры, брызги, сварочный флюс.

Оптимальной является Rz ≤ 20÷40 мкм. Обратная поверхность также должна обеспечивать зеркальное отражение. Из соотношения Рэлея это условие

₍₂₉₎

где α – угол между нормалью и падающим лучом.

Если данная поверхность покрыта защитными покрытиями (плакирующим слоем), то необходимо учитывать дополнительные потери. Необходимо учитывать также накипь или коррозию на данной поверхности, которые приводят к резкому снижению амплитуды данного сигнала.

Важно учитывать тип контактирующей жидкости. Она должна обладать хорошей смачиваемостью, оптимальной вязкостью и однородностью (отсутствие пузырьков). Она определяется геометрией изделия, температурой.

Настройка скорости развертки и чувствительности.

Поиск дефектов.

А поиск > 6 дБ для компенсации флуктующего акустического контакта.

Рис.5.6. Схема сканирования контролируемого сварного шва.

Характеристики дефектов и способы их измерения.

Многолетний опыт применения дефектоскопии показал, что при оценке допустимости дефектов к оптимальному близок следующий набор измеряемых характеристик дефектов:

- координаты дефектов по сечению и длине шва;

- эквивалентная площадь дефекта;

- условные протяженность и высота дефекта;

- количество дефектов на длине шва;

- характер дефекта.

Оценка дефектов по условным размерам. К таким характеристикам относят условные протяженность и высоту (ширину) дефекта. Их определяют путем сканирования ПЭП как вдоль, так и перпендикулярно оси шва. При этом измеряют расстояние между положениями ПЭП, в которых при заданном уровне чувствительности дефектоскопа эхо-импульс от дефекта исчезает с экрана. Координаты крайних точек можно определить двумя способами: относительным (способ а) и абсолютным (способ б) (рис.5.7).

Рис. 5.7. Схема измерения условных размеров относительным (а) и абсолютным (б) способами.

При способе 1 за крайние принимают такие положения (5.8. а), при которых амплитуда эхо-сигнала достигает значения Аmin, составляющего определенную часть N от своего максимального значения Аmax, т.е. Аmin = N ∙ Аmax. При всех измерениях N = const и обычно N = 0,5 (6 отр. дБ).

На практике условные размеры по способу 1 измеряют следующим образом. Определяют положение преобразователя, соответствующее максимальной амплитуде эхо-сигнала Аmax от дефекта (см. рис. 5.8, положение1). Блоком чувствительности повышают чувствительность дефектоскопа на N, т.е. увеличивают усиление на 6 дБ. При этом амплитуда и вершина эхо-сигнала на экране существенно превышают маркерную линию и чаще выходят на экран дефектоскопа. Затем, не меняя чувствительности дефектоскопа, перемещают преобразователь по поверхности изделия и за крайние принимают такие положения, при которых эхо-сигнал снижается до маркерной линии (рис.5.7, положение 2,3).

При способе 2 за крайние положения преобразователя принимают такие, при которых амплитуда эхо-сигнала достигает некоторого заданного значения Amin, не зависящего от максимальной амплитуды эхо-сигнала, т.е. N = var. Измерения в этом случае проводят следующим образом. После установки амплитуды сигналы от контрольного (опорного) отражателя (чаще всего это контрольный уровень чувствительности) преобразователь сканируют по поверхности изделия. За крайние считают положения, при которых фиксируются появление и исчезновение сигнала на экране дефектоскопа. Сравнение двух способов показывает, что процедура измерений способом 2 гораздо проще, однако при способе 1, когда b > a условный размер дефекта больше соответствует истинном, возможно получение дополнительной информации о конфигурации дефекта.

Информацию о характере (типе) дефекта можно получить путем анализа индикатрисы рассеяния дефекта, т.е. анализа распределения амплитудно-временных и амплитудно-частотных характеристик рассеянного поля дефекта.

В зависимости от вида измеряемых параметров и методов их получения условно можно выделить следующие основные группы распознавания дефектов:

1) по анализу отраженных сигналов;

2) по анализу дифрагированных и трансформированных сигналов;

3) по анализу амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик отраженных сигналов (спектральный метод);

4) на основе визуализации акустических полей (томография и голография).

Весьма эффективным является метод, основанный на сравнении амплитуд сигналов, отраженных от дефекта и дна (рис.5.8)

, (30)

где ∆Адон – разность амплитуд данного сигнала при отсутствии и наличии дефекта.

Физический смысл этого коэффициента заключается в следующем. При наличии плоскостного дефекта наблюдается ослабление данного сигнала вследствие образования на ее берегах головных и порождаемых ими боковых волн, уносящих энергию данного эхо-сигнала. При наличии объемного дефекта ∆Адон изменяется незначительно, тогда как величина ∆Aэхо увеличивается.

На основе расчетно-экспериментальных данных установлено, что при Кд = 16…27 дБ дефекты объемные; при Кд = 31…36 – объемно-плоскостные и при Кд = 36…55 дБ – плоскостные.

Рис.5.8. Схемы измерения формы дефектов дифракционными методами: а – основанный на трансформации падающей на дефект поперечной волны в продольную; б – основанный на сравнении амплитуд сигналов; в - называемый дельта-способом.

Другим весьма эффективным методом обнаружения и распознавания типа дефекта является так называемый дельта-способ. В основе способа лежат особенности формирования индикатрис рассеяния (ИР) продольных и поперечных волн дефектов различного типа.

Суть метода заключается в следующем (рис.5.8 в). В контролируемое изделие продольные волны вводят прямым преобразователем. Наклонным преобразователем принимают два импульса трансформированных поперечных боковых волн под углом α = 56°30'. Первый импульс соответствует отражению ближайшей к преобразователю точке дефекта, второй – дифракции данного сигнала на противоположной точке дефекта. В случае объемного дефекта амплитуда первого импульса Alt значительно больше амплитуды второго Al't' по нескольким причинам.

В случае плоскостного дефекта амплитуда сигнала, дифрагированного на верхнем кончике, будет существенно меньше амплитуды данного сигнала, составляющего комбинацию головная-боковая, Кk = Alt/Al't'« 1. Существует несколько разновидностей дельта-способа.

Известен способ идентификации дефектов, основанный на измерении амплитуд сигналов, дифрагированных на верхнем и нижнем краях дефекта,

, (31)

где А1 и А2 – амплитуды сигналов, измеренные на верхнем и нижнем краях дефекта; ∆t – время задержки этих сигналов; f - частота колебаний.

Это соотношение справедливо для дефектов, радиус кривизны R которых находится в интервале 10 < kR < 40, где . Установлено, что для плоскостных дефектов , а для объемных .