Ард диаграмма способ настройки

Сотрудники ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург:

Розина Марина Витальевна
Ведущий научный сотрудник, к. т. н., специалист III уровня по акустическому виду НК.

Кочергин Дмитрий Валериевич
Инженер, специалист II уровня по УЗК

При УЗК изделий большой толщины для настройки чувствительности контроля используются АРД-диаграммы, при этом в качестве опорного сигнала зачастую берется сигнал от отверстия ø 6 мм на глубине 44 мм в образце СО — 2. Также при контроле изделий большой толщины используется ВРЧ. Но, как показала практика, при использовании ВРЧ и настройке по АРД-диаграмме могут возникать некоторые трудности. Так, при настройке чувствительности по АРД-диаграмме с привязкой к отверстию ø 6 мм в СО-2 при включенной ВРЧ опорный сигнал «зарезается», если глубина залегания отражателя находится в стробе ВРЧ, вследствие чего настройка чувствительности на эквивалентный плоскодонный отражатель, расположенный на большей глубине, оказывается неверной (происходит перебраковка). В подтверждение данного факта был проведен ряд экспериментов с использованием дефектоскопа УД3-103 «Peleng» с ПЭП П111-2,5-К12, АРД № 1 (ОСТ 5Р.9675), образец СО-2, образец № 1 (поковка из перлитной стали толщиной 100 мм с плоскодонными сверлениями на глубине 80 мм, имеющими площадь S = 5; 10; 15 и 20 мм2; δ = 0); образец № 2 (толщиной 100 мм с цилиндрическими отражателями ø 2 мм на глубинах 10, 20 и 50 мм; δ = 0).

Эксперимент 1 . В ходе эксперимента ВРЧ была настроена по цилиндрическим отражателям, расположенным на глубинах 10, 20 и 50 мм, а также по плоскодонному отражателю с S3 = 10 мм2 на глубине 80 мм (как следует из предварительных расчетов, цилиндрические отражатели ø 2 мм и плоскодонное сверление S3 = 10 мм2 имеют практически одинаковую отражающую способность в данном диапазоне глубин). Затем были измерены амплитуды эхо-сигналов от различных отражателей при включенной ВРЧ. Соответствующие коэффициенты усиления приведены в табл. 1 (графа 3).

Эксперимент 2. При отключенной ВРЧ были измерены амплитуды сигналов от различных отражателей (табл. 1, графа 5).

В графах 4 и 6 табл. 1 приведены разности амплитуд сигналов от различных отражателей и опорного сигнала при включенной ВРЧ (Λ) и аналогичные разности при выключенной ВРЧ (Λ*), которые, как видно, существенно отличаются.

Из графы 8 видно, насколько разность между опорным сигналом от отверстия ø 6 мм в СО-2 и сигналом от отражателя при включенной ВРЧ отличается от аналогичной величины при выключенной ВРЧ: в среднем опорный сигнал по отношению к сигналам от отражателей, расположенных на глубине 80 мм, зарезаеться на 9 дБ. В графе 9 приведена SQm — эквивалентная площадь, измеренная при ошибочной настройке чувствительности. Видно, что она существенно отличается от реальной эквивалентной площади (графа 1). Анализ данных показывает, что наиболее разумным решением является следующая схема настройки чувствительности:

1. Настроить ВРЧ по отражателям на различной глубине в требуемом диапазоне толщин;

2. Получить опорный сигнал от отражателя ø 6 мм в СО-2;

3. По АРД-диаграмме определить разность между сигналом от отражателя ø 6 мм в СО-2 и эквивалентным отражателем для заданной чувствительности, который расположен на глубине 44 мм, т. е. на той же глубине, что и отражатель, от которого получен опорный сигнал;

4.Увеличить усиление дефектоскопа на полученное значение.

Для подтверждения правильности предложенной методики был проведен:

Эксперимент 3 . По предложенной методике был проконтролирован образец № 1, и все отражатели в нем были выявлены. После измерения амплитуд сигналов от этих отражателей было установлено, что эквивалентные размеры отражателей, определенные с помощью АРД-диаграммы, совпали с их реальными размерами.

Таким образом, предложенная методика настройки позволяет избежать ошибок в настройке чувствительности контроля при включенной ВРЧ. Теперь целесообразно вернуться к проблеме, затронутой в статье «АРД-диаграммы. Где правда?» [В мире НК. 1999. № 3. С. 26], в которой рассмотрены таблицы для настройки чувствительности по АРД-диаграммам при включенной ВРЧ. Рекомендуется заменить таблицу для настройки чувствительности, приведенную в РД 34.17.302-97 (ОП 501 ЦД-97), на табл. 2.

Источник

Ард диаграмма способ настройки

Каталог

производители

Главная
>
Статьи
>
Настройка чувствительности по АРД-диаграммам при использовании ВРЧ

Настройка чувствительности по АРД-диаграммам при использовании ВРЧ

Настройка чувствительности по АРД-диаграммам при использовании ВРЧ

При УЗК изделий большой толщины для настройки чувствительности контроля используются АРД-диаграммы, при этом в качестве опорного сигнала зачастую берется сигнал от отверстия Ø6 мм на глубине 44 мм в образце СО — 2. Также при контроле изделий большой толщины используется ВРЧ. Но, как показала практика, при использовании ВРЧ и настройке по АРД-диаграмме могут возникать некоторые трудности. Так, при настройке чувствительности по АРД-диаграмме с привязкой к отверстию Ø6 мм в СО-2 при включенной ВРЧ опорный сигнал «зарезается», если глубина залегания отражателя находится в стробе ВРЧ, вследствие чего настройка чувствительности на эквивалентный плоскодонный отражатель, расположенный на большей глубине, оказывается неверной (происходит перебраковка). В подтверждение данного факта был проведен ряд экспериментов с использованием дефектоскопа УД3-103 «Peleng» с ПЭП П111-2,5-К12, АРД № 1 (ОСТ 5Р.9675), образец СО-2, образец № 1 (поковка из перлитной стали толщиной 100 мм с плоскодонными сверлениями на глубине 80 мм, имеющими площадь S = 5; 10; 15 и 20 мм 2 ; δ = 0); образец № 2 (толщиной 100 мм с цилиндрическими отражателями Ø 2 мм на глубинах 10, 20 и 50 мм; δ = 0).

Эксперимент 1. В ходе эксперимента ВРЧ была настроена по цилиндрическим отражателям, расположенным на глубинах 10, 20 и 50 мм, а также по плоскодонному отражателю с S_э = 10 мм 2 на глубине 80 мм (как следует из предварительных расчетов, цилиндрические отражатели Ø 2 мм и плоскодонное сверление S_э= 10 мм 2 имеют практически одинаковую отражающую способность в данном диапазоне глубин). Затем были измерены амплитуды эхо-сигналов от различных отражателей при включенной ВРЧ. Соответствующие коэффициенты усиления приведены в табл. 1 (графа 3).

Эксперимент 2. При отключенной ВРЧ были измерены амплитуды сигналов от различных отражателей (табл. 1, графа 5).

В графах 4 и 6 табл. 1 приведены разности амплитуд сигналов от различных отражателей и опорного сигнала при включенной ВРЧ (∆) и аналогичные разностипри выключенной ВРЧ (∆*), которые, как видно, существенно отличаются.

Угол ввода, град.

Из графы 8 видно, насколько разность между опорным сигналом от отверстия Ø6 мм в СО-2 и сигналом от отражателя при включенной ВРЧ отличается от аналогичной величины при выключенной ВРЧ: в среднем опорный сигнал по отношению к сигналам от отражателей, расположенных на глубине 80 мм, зарезается на 9 дБ. В графе 9 приведена S_ош — эквивалентная площадь, измеренная при ошибочной настройке чувствительности. Видно, что она существенно отличается от реальной эквивалентной площади (графа 1). Анализ данных показывает, что наиболее разумным решением является следующая схема настройки чувствительности:

1. Настроить ВРЧ по отражателям на различной глубине в требуемом диапазоне толщин;

2. Получить опорный сигнал от отражателя Ø 6 мм в СО-2;

3. По АРД-диаграмме определить разность между сигналом от отражателя Ø 6 мм в СО-2 и эквивалентным отражателем для заданной чувствительности, который расположен на глубине 44 мм, т. е. на той же глубине, что и отражатель, от которого получен опорный сигнал;

4. Увеличить усиление дефектоскопа на полученное значение.

Для подтверждения правильности предложенной методики был проведен:

Эксперимент 3. По предложенной методике был проконтролирован образец № 1, и все отражатели в нем были выявлены. После измерения амплитуд сигналов от этих отражателей было установлено, что эквивалентные размеры отражателей, определенные с помощью АРД-диаграммы, совпали с их реальными размерами.

Таким образом, предложенная методика настройки позволяет избежать ошибок в настройке чувствительности контроля при включенной ВРЧ.

Источник

Построение АРД-диаграммы в программе Mathcad

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 07.08.2016 2016-08-07

Статья просмотрена: 1327 раз

Библиографическое описание:

Асеев, А. А. Построение АРД-диаграммы в программе Mathcad / А. А. Асеев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 16 (120). — С. 68-70. — URL: https://moluch.ru/archive/120/33182/ (дата обращения: 19.11.2021).

На практике АРД-диаграмма (или шкала) обеспечивает пересчет амплитуды сигнала от какого-либо опорного уровня, например, донного сигнала, к сигналу от плоскодонного отражателя заданных размеров, находящегося на определенной глубине, что позволяет настроить дефектоскоп на браковочный, поисковый и др. уровни чувствительности. Поскольку вручную на бумаге составить диаграмму крайне затратно по времени, а специально созданные для этого программы находятся в платном доступе, актуальным решением проблемы является построение АРД-диаграммы в программе Mathcad.

Ключевые слова: АРД-диаграмма, уравнение акустического тракта, Mathcad

Для расчета амплитуды эхо-сигнала от дефекта в широком диапазоне расстояний и размеров дефектов применяются АРД-диаграммы — семейство кривых, устанавливающих зависимость между амплитудой эхо-сигнала от дискового отражателя, ориентированного перпендикулярно акустической оси ПЭП и отражающего до 100 % падающей на него ультразвуковой энергии, расстоянием от излучателя до отражателя и размером — площадью или диаметром отражателя. Отложив по горизонтальной оси расстояние между отражателем (дефектом) и излучателем (ПЭП), отнесенное к расстоянию от преобразователя до дефекта, получим группу кривых, показывающих зависимость от расстояния до дефекта. Каждой кривой соответствует определенный размер (диаметр) отражателя, отнесенный к диаметру пьезоэлемента.

Как пример в данной работе будет рассчитана АРД-диаграмма для бериллиевого слитка длиной и шириной 100 мм, скорость продольных волн в бериллии – =12550 .

Контроль будет производиться прямым совмещенным преобразователем с частотой , радиус преобразователя a = 6 мм. Коэффициент затухания звука на заданной частоте равен 6 Дб/м.

Математически кривые задаются с помощью уравнений акустического тракта, при экспериментах модели дефектов заменяются искусственными отражателями, типовые модели и уравнения приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Формулы акустического тракта прямого совмещенного ПЭП с круглым пьезоэлементом

Где: r — расстояние от излучателя до дефекта; – расстояние от излучателя до конца ближней зоны; – площадь излучателя; s – площадь отражателя; λ – длина волны; δ – коэффициент затухания; U – амплитуда зондирующего сигнала; – амплитуда сигнала, отраженного дефектом и принятого преобразователем.

Для начала необходимо задать ряд размеров выявляемых дефектов (d1-d8) и диаметр пьезоэлектрического преобразователя d.

Зададим частоту преобразователя — f; скорость продольных волн — c1; расстояние до дефекта — r; длину волны — λ; коэффициент затухания — δ.

Следует учесть, что формулы акустического тракта справедливы при условии, что расстояние до дефекта больше чем размер трёх ближних зон ().

Рассчитаем величину ближней зоны:

Используя уравнение акустического тракта диска с площадью s, для дефектов 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 8 мм соответственно, и бесконечной плоскости, для донного сигнала, зададим семейство кривых.

Произведем построение АРД-диаграммы (рис. 2.), по оси ординат отложено отношение амплитуд зондирующего сигнала к сигналу отраженному от дефекта в отрицательных децибелах, по оси абсцисс расстояние до дефекта в метрах.

Рис. 2. АРД-диаграмма

Исходя из данной АРД-диаграммы легко заметить, что минимальный выявляемый размер дефекта при прозвучивании изделия на расстоянии 100 мм равен 2 мм, так как разница в амплитуде между данным отражателем и донной поверхностью не превышает 40 дБ, т. е. на 6 дБ меньше, чем разница между амплитудой донного сигнала и уровнем шумов. Таким образом можно утверждать, что сигнал от дискового отражателя диаметром 2 мм, находящегося на максимальном расстоянии при этом направлении прозвучивания будет отчетливо виден над уровнем шумов (превышать его на 6 дБ). Расчеты справедливы при нахождении дефекта на расстоянии 43 мм от преобразователя.

В данной работе был описан принцип построения АРД-диаграмм в программе Mathcad, а именно представлен расчет акустического тракта для плоскодонного отверстия в бериллиевом слитке толщиной 100 мм. По аналогичному принципу возможен расчет диаграммы для любого металла в котором известен коэффициент затухания и скорость продольных волн.

Очков В. Ф. MathCAD 14 для студентов, инженеров и конструкторов. — СПб.: БХВ-Петербург, 2007. — 368с.
Кретов Е. Ф Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении. — 3 изд. — М.: СВЕН, 2007. — 296 с.
Шушкевич Г. Ч, Шушкевич С. В. Компьютерные технологии в математике. Система Mathcad 14. В 2 частях. Часть 2. Издательство Гревцова, 2012. – 256 с.

Источник

Эквивалентный размер дефекта

Амплитуду эхо-сигнала в ультразвуковой дефектоскопии определяют относительным методом, который заключается в сравнении эхо-сигнала от дефекта с каким-либо опорным сигналом, полученным тем же преобразователем от отражателя известной величины и геометрической формы. Относительный метод позволяет отказаться от необходимости расчета коэффициентов преобразования электрической энергии в механическую. Размер дефекта в этом случае может быть выражен через некоторую стандартизированную величину, воспроизводимую при любых измерениях. В ультразвуковой дефектоскопии в качестве унифицированной единицы измерения используют эквивалентный размер (эквивалентную площадь) дефекта.

Эквивалентный размер дефекта – размер такого плоскодонного отражателя, который расположен в том же материале на идентичной глубине и дает такую же амплитуду эхо-сигнала, что и реальный дефект. Эквивалентный размер дефекта не равен реальному. Реальный размер, как правило, больше.

Коэффициент выявляемости дефектов определяется формулой

. (3.5)

Применяют два способа измерения эквивалентной площади дефектов: с помощью испытательных образцов и по АРД-диаграммам. Первый способ состоит в том, что эхо-сигнал от дефекта последовательно сравнивается с сигналами от плоскодонных отверстий различной величины. Необходимо найти отверстие, эхо-сигнал от которого равен сигналу от дефекта.

Недостатком способа является необходимость изготовления большого числа образцов с широким набором плоскодонных отражателей по диаметру и глубине расположения.

АРД-диаграмма

Соотношение амплитуд отраженного от дефекта и зондирующего сигналов может быть представлено как функция параметров: расстояния от преобразователя до отражателя, отношения диаметра диска к диаметру преобразователя и величины ближней зоны.

Для оценки эквивалентного размера дефекта применяют так называемые АРД-диаграммы (Амплитуда – Расстояние – Диаметр).

На обобщенных диаграммах (рис. 3.7) по оси абсцисс отложено расстояние между ПЭП и отражателем, нормированное на размер ближней зоны излучателя. По оси ординат отложено ослабление в отрицательных децибелах.

Рис. 3.7. Безразмерная АРД-диаграмма для эхо-метода: – расстояние до дефекта, нормированное на величину ближней зоны, – эквивалентный размер дефекта, нормированный на диаметр диска преобразователя

На поле АРД-диаграммы нанесена серия кривых, каждая из них соответствует своему диаметру (или площади) эквивалентного отражателя, отнесенного к диаметру (площади) пьезоэлемента. Самая верхняя кривая соответствует донному сигналу.

Рабочую АРД-диаграмму строят для конкретных параметров контроля: материала изделия, частоты упругих колебаний, радиуса преобразователя, угла ввода луча. В качестве основного сигнала можно использовать эхо-сигнал от бокового цилиндрического отражателя или отражение от бесконечной плоскости (донного сигнала).

Каждую обобщенную диаграмму можно перевести в рабочую.

Способы получения АРД-диаграмм:

1) расчет по формулам акустического тракта;

2) экспериментальный способ: исследование образца, изготовленного из материала контролируемого объекта, с множеством отверстий, расположенных на различной глубине. Недостаток данного метода состоит в сложности изготовления такого образца.

В действующей нормативно-технической документации АРД-диаграммы приводятся в виде таблиц. В комплект дефектоскопов входят АРД-шкалы, которые представляют собой трафарет. Они позволяют быстро определять все необходимые параметры (глубина залегания, размер дефекта).

АРД-диаграммы могут использоваться для определения эквивалентных размеров и для настройки чувствительности. АРД-диаграммы используются при контроле в дальней зоне. В ближней зоне диаграммы размываются. Измерение эквивалентных размеров становится неточным.

Источник