8.5. Схемы прозвучивания
При выборе схем прозвучивания следует стремиться к тому, чтобы обеспечить прохождение УЗ лучей перпендикулярно к направлению возможного распространения дефектов, характерных для данного изделия или представляющих для него наибольшую опасность. Поэтому схемы контроля выбирают в зависимости от способа производства контролируемого объекта. Рекомендуемые схемы прозвучивания приводятся в методических документах на ультразвуковой контроль соответствующих видов продукции. Рассмотрим основные схемы прозвучивания, применяемые при УЗ контроле различных объектов.
8.5.1. Листовой прокат
В листовом прокате несплошности, как правило, расположены в плоскости, параллельной верхней и нижней поверхностям листа, и вытянуты вдоль направления прокатки. Поэтому на листовом прокате толщиной более 6 мм обычно ограничиваются контролем прямым совмещенным (или PC) ПЭП, осуществляя сканирование перпендикулярно направлению прокатки (рис. 8.24). Кроме того, несплошности преимущественно располагаются в средней по толщине части листа. Это одна из причин, по которой на листах обычно не требуют припуск на мертвую зону при УЗ контроле.
Рис. 8.24. Схема прозвучивания листового проката
Рис. 8.25. Выявление трещин, идущих от верхней (а) или нижней (б) поверхностей листа
В тех случаях, когда имеется вероятность возникновения трещин, идущих от поверхностей листа (рис. 8.25), целесообразно ввести контроль наклонным ПЭП с углом ввода 45±5.
Рис. 8.26. Контроль листов наклонным ПЭП в четырех (а) и в восьми (б) направлениях
Если неизвестна возможная ориентация трещин, обычно ограничиваются контролем в четырех направлениях, а для наиболее ответственных случаев может быть организован контроль в восьми направлениях (рис. 8.26). Полный объем контроля обеспечивают прозвучиванием как прямым, так и однократно отраженным лучами.
8.5.2. Поковки
При выборе схемы прозвучивания поковок исходят из того, что дефекты в них могут иметь любую пространственную ориентацию. Поэтому основным принципом при УЗ контроле поковок является прозвучивание каждого элемента объема в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Это условие легко выполнить, если изделие имеет форму параллелепипеда с соотношением двух любых сторон не более m,
(8.18)
где а, мм - радиус пьезоэлемента;
f, МГц - частота ультразвука;
с, м/с - скорость продольных УЗ волн в данном материале.
В таком случае УЗ контроль прямым или PC ПЭП с трех взаимно перпендикулярных граней обеспечивает выполнение поставленного требования. В случаях же изделий цилиндрической формы или параллелепипедов с соотношением сторон более m, направления, нецелесообразные для УЗ контроля прямым ПЭП, восполняют наклонным ПЭП. Применяемые для такого контроля углы ввода обычно находятся в пределах 35-70. Контроль цилиндрических заготовок наклонным ПЭП в направлении, перпендикулярном образующей, называют хордовым прозвучиванием При хордовом прозвучивании полых цилиндрических заготовок обычно используют углы ввода = (40 ± 5) .
Если при этом толщина стенки
(8.19)
(где Dн - наружный диаметр цилиндра), в заготовке образуется зона непрозвучиваемости, прилегающая к внутренней поверхности (рис. 8.27). В таком случае не будут выявлены дефекты типа радиальных трещин. Типовые наклонные преобразователи обычно имеют минимальный угол ввода поперечной волны в сталь = 37 - 40. Для них зона непрозвучиваемости в полых цилиндрах образуется уже при H/Dн > 0,2. Для проведения хордового прозвучивания этой зоны изготавливают специализированные преобразователи с такими углами < 37, чтобы обеспечивалось прохождение пучка продольных или поперечных волн в направлении, близком к касательной к внутренней цилиндрической поверхности, или пучка поперечных волн, падающего на нее под углом (45±5).
Рис. 8.27. Образование зоны непрозвучиваемости при хордовом контроле полого цилиндра.
1- зона непрозвучиваемости; 2- радиальный дефект
Для хордового прозвучивания сплошных цилиндров также используют угол ввода = (40±5)°. Зона непрозвучиваемости вблизи оси заготовки здесь не имеет такого значения, как для полых цилиндров, поскольку возможные дефекты, как правило, начинаются в центральной зоне цилиндра и будут надежно выявлены прямым ПЭП.
В случае контроля цилиндрических изделий без припуска следует обеспечить прозвучивание подповерхностной зоны наклонным лучом, падающим на поверхность со стороны металла (рис. 8.28). Для сплошных цилиндров при этом должна быть обеспечена требуемая чувствительность на конце хорды.
Рис. 8.28. Схемы выявления подповерхностных дефектов при контроле кованых заготовок без припуска: а - контроль полого цилиндра вдоль образующей; б - хордовое прозвучивание полого цилиндра; в - хордовое прозвучивание сплошного цилиндра
Рис. 8.29. Схемы прозвучивания поковок простой геометрической формы.
П - прямой ПЭП, Н - наклонный ПЭП. Цифры обозначают номера направлений прозвучивания
Схемы прозвучивания поковок простой геометрической формы приведены на рис. 8.29. В поковках более сложной конфигурации обычно можно выделить участки с простейшей геометрической формой, которые прозвучивают по схемам рис. 8.29.
Схема прозвучивания труб аналогична схеме контроля кованых тонкостенных полых цилиндров.
Литые заготовки с точки зрения их УЗ контроля отличаются от поковок большей сложностью формы. Однако при разработке схемы контроля литой заготовки также необходимо стремиться обеспечить прозвучивание каждого элемента объема с трех взаимно-перпендикулярных направлений.
При контроле листового проката, поковок и литья там, где это возможно, наряду с эхоимпульсным используют зеркально-теневой метод контроля.