книги / Применения ультразвука
..pdfДля наклонных зондов временная развертка калибруется в со ответствии с наиболее удобным диапазоном, что зависит от типа тестируемого объекта. Регулировка усиления настраивается на рабочую чувствительность. На экране отмечается присутствие любых шумов, образующихся от подложки кристалла и колодки зонда. В этих условиях измеряется мертвая зона. На рис. 7.42 по казан выявленный участок мертвой зоны.
Рис. 7.42. Оценка точки передачи и мертвой зоны —поперечно волновой наклонный зонд
(V) Максимальная проникающая способность
Этот термин Британского стандарта (BS 4331) описывает про верку, в ходе которой сравнивается энергия, вырабатываемая комбинацией конкретного инструмента и зонда, с предыдущими рабочими характеристиками или аналогичным оборудованием. Проверка осуществляется следующимобразом: продольно-волно вой зонд помещается в пластиковую втулку блока IIW (рис. 7.43), а усиление инструментов настроено на максимум. Отмечается число множественных эхо-сигналов и амплитуда последнего эхосигнала, что используется в оценке максимальной проникающей способности инструмента и зонда.
7.7.3. Корректирующие кривые «расстояние — амплитуда»
Эти характеристические кривые используются для выявления и определения размеров дефектов. Природа кривых зависит от мате риала, в котором производится оценка дефекта, а также от харак-
Время
Рис. 7.43. Максимальная проникающая способность
теристики инструментария. Корректирующие кривые «расстояние — амплитуда» (DAQ получают с помощью контрольного блока. При использовании наклонного зонда берется блок с просверленными сбоку отверстиями. А в случае прямого зонда применяется серия блоков, имеющих отверстия с плоским основанием. Система ASME (Американское сообщество инженеров-механиков) рекомендует данный методдля предварительной настройки чувствительности.
Далее описывается процедура нахождения кривых DAC для наклонного зонда (рис. 7.44а). Сначала устанавливается первона чальный ориентир посредством регулировки сигнала от просвер ленной контрольной мишени. Нужно быть очень осторожным при сканировании участка траектории луча до области дальнего поля, то есть следует руководствоваться техническими нормати вами ASME. Как бы то ни было, эта область должна быть не ме нее 3/g ширины мертвой зоны, по крайней мере не менее 50 мм. Пиковая амплитуда эхо-сигнала устанавливается равной 75% вы соты экрана CRT. Зонд находится в положении 1, как показано на рис. 7.44а, а картина, появляющаяся на экране, проиллюстриро вана рисунком 7.44Ь. После этого зонд перемещают в различные положения (положения 2, 3 и 4 на рис. 7.44а), и для каждого из
них на экране CRTотмечаются амплитуды сигнала. Соединив все эти точки, получаем кривую, которая называется кривой DAC. Эта линия представляет контрольный уровень для различных глубин образца. Можно также нарисовать линии, составляющие 50 или 2 0 % от этого контрольного уровня.
(а) Положение преобразователя
(Ь) Экран CRT
Рис. 7.44. Корректирующие кривые «расстояние — амплитуда»
7.8. Применение дефектоскопов
Ультразвуковые дефектоскопы широко применяются в тести ровании материалов и компонентов оборудования. Далее будут вкратце рассмотрены наиболее интересные способы применения дефектоскопов:
(I) Измерение толщины и выявление расслоений.
(II)Обследование сварных швов.
(III)Обследование мест ковки. (ГУ) Обследование отливок.
7.8.1. Измерение толщины и выявление расслоений
спомощью прямых зондов
(I)Измерение толщины
Когда прямой зонд помещают на пластину, которая служит в ка честве тестируемого образца, экран CRT показывает переданный импульс и один или несколько эхо-сигналов. Расстояние между двумя последовательными эхо-сигналами от задней поверхности связано с толщиной тестируемого образца. Следовательно, отка либровав экран CRT в миллиметрах с помощью калибровочного блока, можно непосредственно считывать толщину неизвестного тестируемого образца.
Толщину тестируемого образца получают либо с помощью одного эхо-сигнала, либо для повышения точности с помощью множественных эхо-сигналов. В первом случае толщина образ ца определяется по точке возвышения левостороннего края пер вого эхо-сигнала относительно базовой линии. Аналогично при использовании второго метода считывается толщина, соответс твующая последнему из множества эхо-сигналов, и после этого определяют толщину образца, разделив полученную толщину на общее число эхо-сигналов от задней поверхности. Метод множес твенных отражений используется для тонких образцов.
Ограниченность техники множественных эхо-сигналов про является в слиянии первого эхо-сигнала с переданным импульсом и, следовательно, при определении общего числа эхо-сигналов возникают некоторые трудности. Если у зондов хорошее разреше ние, то минимальная толщина стенки, которую можно измерить с помощью множественных эхо-сигналов, составляет порядка 3 мм. Для замеров маленькой толщины используются высокочастотные 77?-зонды. С помощью 77?-зондов можно измерять стенки толщи ной вплоть до 1 мм. Хотя конструкция 77?-зонда подразумевает сверхвысокое разрешение вблизи поверхности, необходима специ альная процедура калибровки, которая позволит осуществлять точ ные замеры толщины. Специальным калибровочным блоком для ТК-зондов является контрольный блок VW, в котором имеется 8 или 10 ступеней высотой от 1 до 8 мм или от 1 до 10 мм (рис. 7.45).
Ряс. 7.45. Измерение толщины — контрольный блок VW
Чтобы произвести калибровку экрана С7?7для измерения тол щины, выбираются две ступени блока VW в нужном диапазоне. Сначала зонд соединяют с более тонкой ступенью и с помощью контроля запаздывания приводят эхо-сигнал от задней поверх ности к соответствующему положению шкалы. После этого зонд соединяют со второй, более толстой ступенью и с помощью кон троля тестируемого диапазона также приводят эхо-сигнал от зад ней поверхности к соответствующемуположению шкалы. Эти два шага регулировки повторяют до тех пор, пока оба эхо-сигнала не окажутся на правильных позициях шкалы. К примеру, если нуж но протестировать толщину от 4 до 8 мм, экран будет выглядеть так, как показано на рис. 7.46 и 7.47.
Образец |
- Преобразователь |
:® |
|4 мм |
4 6 10
Расстояние (мм)
Рис. 7.46. Экран CRT—полоска толщиной 4 мм
Зонды TR или SE рекомендуются для измерения толщины по рядка 1 мм, а расчеты производятся по вышеописанному алгорит му. Ошибка в измерении толщины, связанная с V-образной формой ультразвукового луча (рис. 7.48), становится ничтожно малой, если толщина тестируемых образцов находится в промежутке междутол щинами двух ступенек, используемых для калибровки экрана CRT, и если различия в толщине обеих ступенек не слишком велики.
Корректировка скорости
Если калибровочный блок используется для калибровки вре менной развертки при тестировании различных материалов, отлич ных от материала образца, то измеренную толщину образца необ-
[Ж]'
Ж.
■ Преобразователь
Образец 8
Рис. 7.47. Экран CRT—полоска толщиной 8мм
Преобразователь Преобразователь
Образец
Рис. 7.48. Корректировка траектории луча — измерение толщины
ходимо скорректировать с учетом различий в скорости ультразвука в калибровочном блоке и образце.
Корректировка осуществляется следующим образом:
Скорость продольной волны в образце_______
Толщина образца Номинальная толщина х
Скорость продольной волны в калибровочном блоке
(7.13)
(II) Проверка на наличие расслоений
(a) Стандартная процедура
Стандартная процедура, используемая для обследования рас слоений в сварных или подвергнутых механической обработке пластинах и трубах, описана ниже:
1 ) калибровка временной развертки и выявление, как мини мум, двух эхо-сигналов от задней поверхности;
2 ) установка зонда на тестируемый образец и регулировка уси ления таким образом, чтобы второй эхо-сигнал занимал всю вы соту экрана.
После этого производится сканирование тестируемого образ ца с целью поиска признаков расслоения, которые проявляются на меньшей глубине одновременно с уменьшением амплитуды эхо-сигнала от задней поверхности.
(B) Техникамножественныхэхо-сигналов
Тестирование пластины или трубы с толщиной стенок менее 1 0 мм на наличие расслоений может оказаться достаточно пробле матичным, если применять стандартную процедуру. Это связано с тем, что множественные эхо-сигналы слишком близки друг к другу, поэтому среди всех эхо-сигналов практически невозможно обнаружить эхо-сигнал от расслоения. Втаких случаях можно вос пользоваться методом, называемым техникой множественных эхосигналов, в котором применяется совмещенный преобразователь.
Процедура такова:
1 ) зонд помещается на участок тестируемого образца, где нет расслоений, или на калибровочный блок;
2 ) временная развертка и регулировка усиления настраивают ся таким образом, чтобы получить большое число множественных эхо-сигналов в картине затухания на первой половине временной развертки (рис. 7.49);
3) осуществляется сканирование тестируемого образца. На на личие расслоений будет указывать нарушение картины затухания, что иллюстрирует рис. 7.50. Нарушение имеет место по той при чине, что при наличии расслоения множественные эхо-сигналы находятся ближе друг к другу.
(III) Паяные соединения
Если толщина стенки позволяет четко разделить эхо-сигна лы от задней поверхности, можно исследовать паяные соедине ния с помощью стандартной процедуры. Но поскольку припой,
разделяющий две спаянные стенки, имеет импеданс, отличный от импеданса стенок, то в хорошей спайке будет присутствовать незначительная интерференция эхо-сигналов. Техника требует пристального слежения за увеличением амплитуды эхо-сигнала на стыке областей (рис. 7.51).
Картина затухания
Время
Рис. 7.49. Множественные эхо-сигналы на экране CRT
Рис. 7.50. Картина затухания на экране CRT
л
(а) Техника
Картина затухания множественных эхо-сигналов для хорошей связи будет короче, что обусловлено большими потерями, сопро вождающими переход каждого эхо-сигнала в присоединенный ма териал (рис. 7.52). Однако в случае отсутствия соединения каждый множественный эхо-сигнал будет заметно больше, что связано с отсутствием потерь на границе. Таким образом, картина затухания будет намного длиннее, что показано на рис. 7.53.
7,8.2. Ультразвуковое обследование сварных соединений с помощью наклонных зондов
Процесс соединения двух металлических деталей посредством расплавления называется сваркой. В случае ручной дуговой сварки металлическим электродом и сварки в среде инертного газа жид кий металл из сварочных прутков смешивается с расплавленным основным металлом на подготовленных поверхностях и сплавля ет вместе две детали по мере остывания и затвердевания сварного шва.
Существуют различные виды сварных соединений: 1 ) стыковой сварной шов;
2)тавровый или Т-образный сварной шов;
3)сопловой сварной шов.
Стыковое соединение осуществляется, когда две пластины или трубы приблизительно одинаковой толщины соединяют с помо щью любой подготовки под сварку, примеры которой изображены на рис. 7.54. Подготовка под сварку для типичного V-образного сваривания представлена на рис. 7.55а, где также приводятся тер мины, используемые для описания различных деталей подготов ленной сварочной области. То же самое соединение только после сварки показано на рис. 7.55Ь, который иллюстрирует предвари тельную подготовку и число действий, необходимых для осущест вления сварки.
|
Подготовка нескошенных кромок |
U -образное разъединение |
Подготовка под Х-образное соединение |
|
|
|
двух симметричных скосов двух кромок |
L __ . 1
Поддерживающее кольцо или полоска