книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

нии минимум на 6 дБ. И что особенно важно, при Дч < 30° изме­ няется знак Дп.

Рис. 8.32. Зависимость коэффициента отраж ения от направления излучения Д„ и положения точки отраж ения £,(/?= 100 мм, р - 30°), р/R —0,06:

Учитывая, что акустические системы «дуэт» с переотражением луча от внутренней поверхности (хордовое прозвучивание, «стрэдл») находят все большее применение, полученные резуль­ таты надо учитывать при выборе схем прозвучивания. Этому во многом могут способствовать номограммы, которые позволяют оптимизировать параметры акустической системы и определять координаты дефектов при заданных значениях углов и положе­ нии приемника и излучателя [80].

8.3.8. Влияние углового эффекта

Эхо-сигнал от дефектов ha ~ X, расположенных вблизи по­

верхности, имеет сложный интерференционный характер, кото­ рый обусловливается трансформацией волны на отражающих гра­ нях дефекта и поверхности изделия. Строгий анализ формирова­ ния поля рассеяния на угловом дефекте достаточно полно выпол­ нен в работах И.Н. Ермолова, В.С. Гребенника, А.З. Райхмана, С.П. Перевалова, В.С. Гончарова и др.

Зависимость отношения амплитуд сигналов от углового Ау и плоскодонного Л„ отражателей для различных линейных разме­

ров последних [44] иллюстрируются рис. 8.33. Наличие миниму­ ма при ос ~ 60° экспериментально подтверждено.

Рис. 8.33. Зависимость отнош ения амплитуд эхо-сигналов от условного Ау

и плоскодонного А„ отражателей равной площ ади при X = 13 мм |44|:

/ - А - 2 ; 2 - Ь = 3 : 3 - Ь = 4; 4 - Ь = 6; 5 - 6 = 7 мм

На рис. 8.34 приведены графики изменения амплитуды эхосигнала от угла наклона различных моделей дефектов с гладкой поверхностью.

Рис. 8 3 4 . Граф ики изменения амплитуды сигнала А от ориентации углового дефекта:

/ - а = 30° [71]; 2 - 40° [71]; 3 - 509 [71]; 4 - 30° [24]; 5 - 30°, спаренный ПЭП [71]; 6 - 40° [40]

Сильная зависимость амплитуды сигнала от ракурса озвучи­ вания коррозионных трещин также подтверждена в [6]. Поэтому неопределенность в наклоне трещины или заката в трубе является существенным источником ошибки в оценке ее величины.

Если дефект находится над границей раздела на расстоянии (висячий дефект), то амплитуда эхо-сигнала от него формируется за счет интерференции составляющих поля непосредственно ди­ фрагированных на дефекте и переотраженных от границы, а так­ же трансформированных волн другой моды.

В случае свободной границы осцилляции могут быть весьма значительны. По данным автора, для одного ПЭП осцилляции от бокового сверления диаметром 3 мм наблюдаются до Лд < 6 мм, с периодом Л = Х/2 cos а и максимальной амплитудой до 7 дБ.

Зависимость нормированной амплитуды сигнала от А!АУ от

паза шириной 4 мм в функции Лд приведена на рис. 8.35. Здесь размах осцилляций меньше, что позволяет аппроксимировать зависимость монотонной кривой [24].

1 2

Рис. 8.35. Зависимость амплитуды сигналя от Лд для «висячих» деф ектов: 1 - для одного ПЭП, а = 30°; 2 - для спаренного ПЭП, а = 30° [24]

Вблизи границы двух твердых тел с различными импедансами также наблюдаются значительные осцилляции. В.И. Радько и В.С. Гребенник [69] показали, что при озвучивании со стороны перлитной стали искусственных отражателей, выполненных вблизи границы с аустенитной антикоррозионной наплавкой в переходной зоне, расположенной выше границы, амплитуда эхосигнала резко убывает, а затем резко возрастает.

При озвучивании продольными волнами минимум амплиту­ ды наблюдается при Иа= 1,5...2,5 мм, протяженность этой зоны

по высоте АЛ = 2...3 мм, а падение амплитуды составляет 5 дБ для / = 2,5 МГц и 8... 10 дБ для/ = 4,0 МГц. Близкие значения наблю­ даются и при озвучивании поперечными волнами. Авторы [69] считают, что наиболее вероятными причинами такого (характера) закона ослабления амплитуды эхо-сигнала в неоднородной пере­ ходной зоне плакированных сталей являются интерференция па­ дающих и рассеянных на дефекте лучей, ведущих к образованию каустик; рефракция звука в упругонеоднородной среде и, как следствие, деформация ДН; волноводное распространение звука вдоль неоднородного слоя с образованием боковой волны.

8.3.9. Влияние антикоррозионной наплавки

В атомном и химическом машиностроении для защиты обо­ рудования от коррозионного повреждения широко применяются биметаллические материалы, в частности, выполненные путем наплавки из хромоникелевых аустенитных сталей. Наплавка при­ водит, в частности, к флуктуациям чувствительности дефекто­ скопа за счет неоднородного и значительного поглощения звука в наплавке.

Особенно обращает на себя внимание факт, что ослабление прошедшего сигнала сильно зависит от того, с какой стороны производится прозвучивание. При установке ПЭП на перлитный металл амплитуда сигнала на 0,4...6,1 дБ { f- 1,25 МГц) и 5,5...13,1 дБ ( f—1,8 МГц) больше, чем при установке ПЭП на на­

плавку. По-видимому, это объясняется различием в импедансах основного и наплавленного металла и, естественно, различным согласованием призмы с металлом. Этот фактор необходимо учи­ тывать при дефектометрии. Нейтрализовать его можно настрой­ кой по образцам с наплавкой.

8.3.10. Прочие факторы

На ширину диаграммы направленности прямых ПЭП оказы­ вает некоторое влияние величина статического давления, обу­ словленная прижимной силой [37]. Для наклонных ПЭП влияние степени механического демпфирования пьезопластин нам неиз­ вестно.

Одним из редко учитываемых на практике факторов является отклонение фактической геометрии изделия от номинальной. Например, по данным МГТУ им. Н.Э. Баумана, при хордовом прозвучивании наклонными PC ПЭП изменение толщины труб диаметром 57...159 мм на 0,06...0,08 мм приводит к изменению амплитуды сигнала на 6...8 дБ. Эффективным способом компен­ сации чувствительности дефектоскопа за счет отклонения гео­ метрических параметров является одновременное применение эхо- и теневого методов [58].

Существенное влияние также оказывает варьирование ско­ рости ультразвука из-за непостоянства химического состава или структурной неоднородности. По данным ВНИИНКа, первая причина в толстостенных трубах приводит к изменению угла

ввода до 3° В трубах магистральных трубопроводов анизотро­ пия скорости относительно направления проката достигает зна­ чений 8...12%, что предопределяет необходимость перена­ стройки дефектоскопа перед прозвучиванием по различным на­ правлениям.

8.4.Д о с т о в е р н о с т ь о б н а р у ж е н и я

ИИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ДЕФЕКТОВ

Количественная оценка достоверности должна быть опреде­ лена в сравнении с каким-либо эталонным методом, о котором предполагается, что он дает 100 % информацию 6 качестве объ­ екта. На самом деле абсолютно объективных методов контроля нет. Каждый эталонный метод имеет свои ограничения и, соот­ ветственно, ошибки. Поэтому важно использовать такой эталон­ ный метод, который бы давал наиболее полезную информацию о характерном показателе качества для тестируемой технологии контроля [20].

В качестве эталонного метода для ультразвукового контроля сварных соединений в наибольшей степени подходит послойная

строжка через 0,5... 1,0 мм и фрактография. Однако эти методы очень дороги, трудоемки и не могут быть широко использованы.

Поэтому на практике чаще всего используют радиографию в двух вариантах. Если толщина стыкуемых элементов до 10...30 мм и заранее известно, что шов не склонен к трещинообразованию, то его просвечивают по стандартной методике и дополнительно под углами к нормали соответствующими разделке кромок.

Если швы большей толщины, то их разрезают на поперечные к оси шва темплеты толщиной 10...20 мм, а затем просвечивают (в направлении продольной оси шва). Такая методика позволяет в достаточно полной степени реконструировать дефект. Если до­ полнительно просветить под небольшими углами в 10... 15°, то точность реконструкции увеличится.

Количественно сравнительную достоверность контроля Д следует рассматривать как вероятность принятия безошибочных решений относительно эталонного метода с учетом всех дестаби­ лизирующих факторов. Принимая всю сумму результатов изме­ нения качества за полную группу событий (100 %), ошибками контроля будет считать величину АД = 1 - Д. Как показано в ра­ ботах [1, 4, 20, 55, 71], наиболее информативна оценка интер­ вальной достоверности контроля, т.е. вероятности оценки качест­ ва с заданными допустимыми ошибками (уа и хр)> адекватными рискам первого рода а (перебраковка - риск изготовителя второ­ го рода р, недобраковка - риск потребителя).

Это выражение легко использовать на практике для фактиче­ ской оценки достоверности уже разработанного метода. В то же время при проведении априорной оценки достоверности только еще разрабатываемого метода необходимо учитывать стоимост­ ные показатели принятия ошибочных решений.

Опираясь на работы В.Н. Волченко для оценки сравнитель­ ной достоверности двух методов, исходя из числа дефектных элементов, т.е. при контроле по альтернативному признаку, целе­ сообразно использовать форму таблицы (табл. 8.2), которую удобно назвать матрицей достоверности [20].

По заимствованной из [20] табл. 8.2, (а также 8.3 и 8.4) видно, что для совокупности всех возможных при двойном альтернатив­ ном контроле событий - - имеем четыре варианта сочетаний,

из которых два совпадающих решения: пг- дважды годные и я„ -

дважды негодные, а затем два несовпадающих решения: лпср - перебраковка, негодные только по пробному методу контроля и nwд - недобраковка, негодные только для исходного метода кон­

троля. Причем условная совокупность объемом есть преднаме­

ренная выборка из многих к партий продукции только с дефектit

ными элементами: nz =ZqN (здесь N n q = const). Эти элементы

содержат как допустимые (в элементах лг), так и недопустимые (в элементах л„) дефекты.

Таблица 8.2

Матрица оценки сравнительной достоверности методов контроля по числу проверенных изделий (по альтернативному признаку)

Несовпадающие по обоим методам контроля результаты, т.е. ошибки контроля, обозначим: ипер = па и инед = яр. По смыслу они

соответствуют принятым в математической статистике терминам выборочного контроля. Ошибка 1-го рода, или риск поставщика:- a -ошибка, перебраковка. Ошибка 2-го рода, или риск потребите­ ля: p-ошибка, недобраковка.

Пользуясь матрицей, можно рассчитать (табл. 8.3) показатели достоверности по предложенным В.Н. Волченко формулам для Дь Ден»Д (а+Р), Д (а) и Д (р), а также для Д . и Д , (табл. 8.4).

Все указанные в табл. 8.3, 8.4 восемь зависимостей для расче­ тов достоверности, по существу, можно рассматривать как фор­ мулы условных вероятностей. Числитель везде соответствует вероятности (или частоте) «правильных» решений, а знаменатель - вероятности всех принимаемых в расчет событий.