5.2 Длина волны и частота
Безусловно, параметры и f определяют достоверность контроля, а значит, относятся к основным параметрам. К доказательствам этого тезиса относятся следующие:
а) размер дефекта, выявляемого при ультразвуковом контроле, определяется величиной ;
б) затухание волны в изделии в первую очередь определяется величиной f;
в) и f влияют на диаграмму направленности, а следовательно, и на возможности обнаружения дефекта при сканировании.
В связи с этим актуальным является измерение величины в контролируемом материале, а также задание допуска на величину f. Поскольку и f связаны зависимостью через скорость ультразвука, на практике можно измерять одну из них, а затем пересчитывать в другую.
Разработан ряд способов косвенного измерения с помощью типового дефектоскопа и образцов с моделями дефектов. Наиболее точные результаты дает использование так называемых образцов – интерферометров, в которых имеются протяженные модели с переменным расстоянием между ними. В нормативной документации встречаются два типа образцов – интерферометров:
образец, в котором выполнены два отражателя в виде полосы с плоским дном, причем глубина одной из них в направлении от одной стороны образца к другой уменьшается, а второй – увеличивается;
образец с пропилами, представляющими собой в сечении угловой отражатель и расположенными под небольшим углом друг к другу (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Образец для эталонирования длины волны
При озвучивании таких моделей и перемещении преобразователя импульсы, отраженные от моделей, сходятся или расходятся – наблюдается интерференция, при этом амплитуда результирующего эхосигнала осциллирует. Ясно, что два последовательных максимума достигаются, когда расстояние между моделями изменяется на величину . Таким образом, измерив расстояние между двумя положениями преобразователей, соответствующими одинаковым осциллограммам, можно пересчитать его в величину .
Наиболее точными являются радиотехнические способы оценки f как максимальной частоты в спектре ультразвукового сигнала, однако они базируются на применении специальной аппаратуры или специального программного обеспечения.
Приемлемая для практики точность обеспечивается также при определении частоты путем измерения длительности нескольких периодов несущей частоты в радиоимпульсе, подаваемом параллельно входу дефектоскопа на осциллограф, при расчете длительности одного периода (0) и по нему – частоты f = 1/0.
Исследования показали, что допуск на разброс частоты Δ f должен быть меньше или равен 0,1 f (Δ f 0,1 f). В этом случае влияние случайного изменения частоты на достоверность результатов ультразвукового контроля малозначимо. Именно эта величина (10 %) записывается обычно в ГОСТах и других нормативных документах.
5.3 Эталонирование угла ввода и направленности поля
Принцип эталонирования угла ввода полностью соответствует его определению (см. § 4.2). В качестве эталонного ненаправленного отражателя используют цилиндрическое боковое сверление. Образец изготавливают из контролируемого материала. Диаметр отверстия выбирают таким образом, чтобы обеспечить уверенную регистрацию эхоимпульса, а глубину его залегания – в диапазоне контролируемых глубин.
Значение угла ввода наклонного преобразователя принято нормировать для стали. Вследствие этого для эталонирования угла ввода используют образец из стали (в отечественной практике – стандартный образец СО-2, описанный в § 5.9). Угол ввода определяют, установив преобразователь в положение максимума эхоимпульса от отверстия 6 (рис. 5.2) и считывая значение по шкале на образце напротив точки выхода преобразователя. Преобразователи с < 65º устанавливают на поверхность А (отверстие на глубине 44 мм), а с > 65º – на поверхность Б (отверстие на глубине 15 мм).
Рис. 5.2. Экспериментальное определение угла ввода и ширины диаграммы направленности в плоскости падения
Для экспериментальной оценки ширины диаграммы направленности наклонного преобразователя (на уровне n дБ) также может быть использован образец с цилиндрическим боковым отверстием. Для этого озвучивают отверстие под углом ввода и органами управления, усилением доводят высоту эхоимпульса на экране до заданного уровня. Затем повышают усиление на 2n дБ и смещают преобразователь последовательно по направлению к отверстию и от него до тех пор, пока высота эхоимпульса не уменьшится до заданного уровня. В этих положениях напротив точки выхода считывают величины углов н и в. Приближенные значения ширины диаграммы направленности на уровне n дБ вверх и вниз от акустической оси соответственно составят: в = в – , н = – н.
Необходимо отметить, что такая методика не учитывает влияние изменения амплитуды эхоимпульса в зависимости от пройденного расстояния – U ~ r–3/2. Устранение этой ошибки (она может оказаться значимой при > 65º) требует введения соответствующей поправки Δn при повышении усиления (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Номограмма для определения поправки Δn при определении ширины диаграммы направленности