ТУЗК1 / технология 2008-2

-убедиться в безопасности условий работы;

-проверить соответствие маркировки на изделии данным, указанным в задании на контроль;

-проверить состояние поверхностей сканирования и наличие разметки;

-включить дефектоскоп;

-нанести контактную жидкость на первый контролируемый участок.

В качестве контактной жидкости при ручном контроле рекомендуют применять техническое масло, глицерин, воду и др. Выбор контактной жидкости должен производиться с учетом следующих факторов:

-отсутствие вредного влияния на дефектоскописта и на объект контроля или последующие технологические операции. Так, при контроле аустенитных сталей не рекомендуется применять контактную жидкость, содержащую хлориды, поскольку они повышают склонность материала к межкристаллитной коррозии;

-температура изделия. Повышение температуры может привести к уменьшению вязкости жидкости, в результате чего она не будет удерживаться на поверхности;

-пространственное положение поверхности контроля. Так, при вертикальном положении поверхности следует применять более вязкую жидкость, чем при горизонтальном положении.

Контроль изделий энергомашиностроения осуществляют в основном эхоимпульсным (иногда совмещенным с зеркально-теневым) методом в контактном варианте.

Контактным называют такой способ акустического контакта, когда толщина слоя жидкости между поверхностями ПЭП и изделия

меньше длины УЗ волны в жидкости ж.

Это означает, что ПЭП непосредственно соприкасается с поверхностью изделия, покрытого контактной смазкой. В некоторых случаях применяют

щелевой вариант, когда между поверхностью изделия и контактной поверхностью ПЭП имеется зазор (щель) толщиной порядка ж, запол-

ненный контактной жидкостью.

Контроль выполняют плавным построчным сканированием с шагом, определенным в главе 7 настоящей книги, и со скоростью в диапазоне 30-150 мм/с. Дефектоскопист должен быть уверен, что существует надежный акустический контакт ПЭП с изделием. Показателем хорошего контакта при контроле плоскопараллельных изделий прямым ПЭП является наличие стабильного донного сигнала с малоизменяющейся амплитудой. Показателем контакта наклонного ПЭП с дефектоскопом является наличие реверберационных шумов в начале развертки, однако этот признак не подтверждает акустический контакт с объектом контроля. Для наклонных ПЭП при достаточно высокой чувствительности контроля признаком надежного контакта с изделием является группа импульсов небольшой амплитуды, вызванных отражением от шероховатостей донной поверхности. При контроле сварных соединений наклонным ПЭП для лучшего выявления разноориентированных дефектов рекомендуют в процессе сканирования производить повороты пре-

образователем относительно собственной вертикальной оси на 10-15 в обе стороны. Не реже одного раза в час, а также по окончании контроля, необходимо проверять чувствительность дефектоскопа либо по стандартному образцу, либо по опорному донному сигналу. Если обнаружено падение чувствительности более чем на 2 дБ, последний участок должен быть перепроверен. Если обнаружено увеличение чувствительности более чем на 2 дБ, все дефекты на последнем проконтролированном участке должны быть переоценены.

При обнаружении дефектов, подлежащих регистрации, должны быть измерены их характеристики, указанные в главе 7. Определяют координаты дефектов, привязанные к имеющейся разметке на изделии. При необходимости проекции дефектов на ближайшую поверхность изделия помечают фломастером, краской или другим способом.

7.2. Измеряемые характеристики несплошностей

Основным параметром, по которому в ручном варианте эхоимпульсного метода судят о величине обнаруженной несплошности, является амплитуда отраженного от нее сигнала. Эхоимпульс на экране дефектоскопа, возникший при прохождении этого сигнала, сравнивают с эхоимпульсом от искусственного отражателя заданной геометрической формы, условно помещенного в ту же точку изделия, где находится дефект. Как было отмечено ранее, реальные дефекты отличаются от идеальных геометрических моделей. Вследствие этого при одинаковой амплитуде эхоимпульсов от несплошности и искусственного отражателя их геометрические размеры, как правило, отличаются. Поэтому в УЗ дефектоскопии для характеристики геометрических размеров выявленной несплошности используют понятие эквивалентного размера, введенное нами для плоскодонного дискового отражателя в параграфе 4.14. Если в качестве отражателя, используемого для сравнения, принимают не плоскодонный дисковый отражатель, а какой-нибудь другой, то определение эквивалентного размера идентично, только вместо круглого плоскодонного используют предлагаемый тип отражателя.

Акустическое поле, формируемое преобразователем в изделии, представляет собой пучок, ширина которого меняется с глубиной. При перемещении ПЭП слева направо (рис. 7.4) эхоимпульс возникает, когда дефект (д) озвучивается правой частью пучка. При пересечении акустической осью ПЭП центра дефекта эхоимпульс максимален. Таким образом, при перемещении ПЭП над компактным (точечным) дефектом, эхоимпульс от него наблюдается не в точке, а на некотором участке протяженностью L0. Поскольку ширина пучка (ширина диаграммы направленности) зависит от того, на каком уровне она определяется, то и L0 изменяется в некоторых пределах при изменении усиления дефектоскопа.

Если дефект имеет протяженность, то его границы, определенные эхоимпульсным методом, также могут отличаться от истинных (рис. 7.5). В связи с этим в УЗ дефектоскопии используют понятие условных границ не-

сплошности. Условной границей несплошности называют геомет-

рическое место положений центра прямого ПЭП или точки ввода наклонного ПЭП на поверхности ввода, при которых амплитуда эхосигнала от несплошности равна заданному уровню. Известны два способа определения условных границ - относительный и абсолютный.

Рис. 7.4. К понятию условных границ компактного дефекта

Рис. 7.5. К понятию условных границ протяженного дефекта

Способ определения условных границ по положениям пре-

образователя, при которых амплитуда эхоимпульса от дефекта уменьшается на “n” дБ от своего максимального значения, называют относи-

тельным.

В отечественной практике чаще всего n = 6 дБ. В зарубежной практике значение n при контроле сварных соединений обычно зависит от толщины контролируемого объекта, увеличиваясь с увеличением толщины от 0 до 12 дБ.

Способ определения условных границ по положениям преобразова-

теля, при которых амплитуда эхоимпульса от дефекта уменьшается до заданного (например, до контрольного) уровня чувствительности (с учетом глубины залегания несплошности) называют абсолютным.

В отечественной практике получил также применение способ, представляющий собой комбинацию двух вышеназванных - определение условных границ по положениям преобразователя, при которых амплитуда эхоимпульса от дефекта уменьшается на n дБ от своего максимального значения или до контрольного уровня чувствительности (с учетом глубины залегания не-

сплошности), при этом из двух указанных значений выбирают соответствующее более высокой чувствительности.

Рис. 7.6. К определению условной протяженности

Условной протяженностью L дефекта в каком-либо направлении

называют максимальное расстояние между его условными границами в данном направлении. Условную протяженность измеряют в следующих направлениях:

-при контроле прямыми и наклонными ПЭП по плоской поверхности - в направлении максимальной протяженности (рис. 7.6);

-при контроле сварных швов наибольшая протяженность наблюдается чаще всего при перемещении преобразователя вдоль шва (рис. 7.7), ориентированного перпендикулярно к оси шва, хотя в практике встречаются случаи расположения протяженных дефектов под некоторым углом к продольной оси сварного шва или поперек шва;

Рис. 7.7. Определение условной протяженности L дефекта и условного расстояния l между протяженными ( l1), протяженным и компактным ( l2), и компактными ( l3), дефектами

в сварном шве при контроле наклонным преобразователем

- при контроле прямым ПЭП по цилиндрической поверхности - вдоль образующей и перпендикулярно ей. В последнем случае следует учесть поправку на кривизну поверхности ввода по формуле

где Lц, мм - условная протяженность, определенная по наружной цилиндрической поверхности без учета кривизны (рис.7.8); h, мм - глубина залегания дефекта; R, мм - радиус кривизны поверхности ввода;

Рис. 7.8. Определение условной протяженности дефектов при контроле цилиндрического изделия прямым преобразователем

-при хордовом (по окружности) контроле наклонным ПЭП - вдоль образующей цилиндра;

-при контроле наклонным ПЭП вдоль образующей цилиндра - перпендикулярно образующей. При этом нужно также учесть кривизну по формуле

7.5.

Во всех случаях наклонный ПЭП для измерения условной протяженности перемещают в направлении, перпендикулярном его направлению излучения.

В сплошных цилиндрах при оценке условной протяженности ПЭП располагают так, чтобы он находился с дефектом по одну сторону от оси цилиндра.

При контроле наклонным ПЭП измеряют также условную высоту и условную ширину дефекта. Эти параметры обязательно определяют в сечении, где эхо-сигнал от дефекта имеет наибольшую амплитуду, а при необходимости более детальной характеристики дефекта и в других сечениях.

Условной шириной Х дефекта называют расстояние между его

условными границами при перемещении наклонного ПЭП в плоскости падения луча (рис. 7.9). Разность показаний глубиномера дефектоскопа H2 - H1 = H, снятых в тех же положениях наклонного ПЭП, называют

условной высотой Н дефекта.

Рис. 7.9. Измерение условной ширины Х и условной высоты Н дефекта

При контроле зеркально-теневым методом условные границы дефекта определяют по положениям точки выхода ПЭП, в которых амплитуда донного сигнала достигает уровня, заданного нормативными документами. Обычно задают поисковый или контрольный уровень чувствительности.

Условным расстоянием l между протяженными дефектами называют

расстояние между крайними положениями ПЭП, по которым определялась условная протяженность двух рядом расположенных дефектов ( l1

на рис.7.7).

Условным расстоянием l между протяженным и непротяженным (ком-

пактным) дефектами называют расстояние между крайним положением ПЭП, при котором определялась условная протяженность протяженного дефекта, и положением ПЭП, в котором амплитуда эхо-сигнала от компактного дефекта имеет максимальное значение ( l2 на рис.7.7)..

Условным расстоянием l между компактными дефектами называют

расстояние между положениями ПЭП, при которых амплитуды эхосигналов от дефектов имеют максимальные значения ( l3 на рис.7.7).

7.3. Классификация несплошностей на протяженные и непротяженные

Для классификации на протяженные и непротяженные условную протяженность несплошности L сравнивают с действующей шириной пучка L0 на глубине залегания несплошности. Величина L0 может быть определена экспериментально и расчетным путем.

При использовании экспериментального метода (рис.7.10) выбирают ступень стандартного образца предприятия (СОП), соответствующую глубине залегания дефекта. Находят искусственный отражатель, эквивалентный по амплитуде данному дефекту, и определяют на поверхности сканирования СОП расстояние между условными границами на том же уровне чувствительности, что и для реального дефекта. Этим расстоянием определяется величина L0.

При расчетном способе действующую ширину пучка для прямых ПЭП с круглым пьезоэлементом, определяют по формуле

где угол 0 при известных а, определяется с помощью таблицы 7.1 в зависимости от разности |Аmax - А0|.

Таблица 7.1 Определение полуширины диаграммы направленности при илучении-

приеме 0

Аmax, дБ - амплитуда эхоимпульса от дефекта;

А0, дБ - уровень, на котором определяются условные границы. Значения Аmax и А0 считывают с аттенюатора:

|Аmax - А0|, дБ-модуль (положительное значение) разности; r, мм - расстояние от поверхности ввода до дефекта;

а, мм - радиус пьезоэлемента ПЭП;, мм - длина УЗ волны в изделии;

0 , град - полуширина диаграммы направленности при излучении-приеме на глубине залегания несплошности на уровне |Аmax - А0|, дБ.

Найденное одним из этих способов значение L0 сравнивают с величинойL. Если L L0 дефект считают непротяженным. Если L > L0 дефект считают протяженным.

Аналогичным способом можно произвести классификацию дефектов по параметру Н (условной высоте).

Пример. Дефектоскопом USM 25S с преобразователем типа B2SЕ (а = 12 мм, f = 2,0 МГц) на глубине r = 150 мм в стали (сl = 5900 м/с) обнаружен дефект Аmax = 36 дБ. Его L, определенная при уровне чувствительности А0 = 44 дБ, составляет L = 28 мм. Определить, является ли данный дефект протяженным.

Решение: из таблицы 7.1 для |Аmax - А0| = 8 дБ получаем:

a sin 0 = afc sin 0 = 0,30

Подставляя значения, получаем:

sin 0 = 0,074, 0 = 4.2 град., tg 0 = 0,074. Определяем L0 = 22,3 мм. Поскольку L > L0, дефект классифицируем как протяженный.

Методические документы, регламентирующие правила проведения УЗ контроля в энергетике, допускают возможность определения L0 для наклонных ПЭП по эмпирической формуле:

где N – разность между браковочным и контрольным уровнями чувствительности, дБ;

r = rм + rпр – расстояние от пьезоэлемента до несплошности, мм; rм – расстояние по УЗ лучу в металле, мм;

rпр – расстояние по УЗ лучу в призме преобразователя;

a – радиус (полуширина) пьезоэлемента в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, мм;

f - частота УЗ колебаний, МГц.

В некоторых методических документах указывают численное значение условной протяженности несплошности (например, 10 мм), до которого несплошность квалифицируют как непротяженную.

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:

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

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 xц 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 xц =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

ипоковок со структурными помехами

Структурные помехи связаны с рассеянием ультразвука на границах от-

дельных 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