Оценка величины дефектов по условным размерам.
Наряду с амплитудным широко распространен способ оценки величены дефектов посредством измерения их условных размеров на поверхности изделия, он состоит в том, что при сканировании вдоль дефекта на поверхности изделия измеряется расстояние между положениями преобразователя, в которых при заданном уровне чувствительности дефектоскопа эхоимпульс от дефекта исчезает с экрана.
Схемы измерений условной протяженности DL и высоты DН дефекта прямым и наклонным преобразователями показаны на рис. 5.2. Как видно из рисунков, условные размеры превышают действительные размеры дефекта за счет широкой диаграммы направленности преобразователя. Ширина диаграммы направленности 2Dl определяется относительным уровнем чувствительности 
, на котором производится измерение (рис. 5.2,а), Ац и Аэт – амплитуды сигналов от отражателя, измеренные центральным и боковым лучами диаграммы направленности. Поэтому условные размеры дефектов определяются диаграммой направленности преобразователя и амплитудой отраженного сигнала Ац, пропорциональной размеру дефекта 2b.
Проиллюстрировать это можно следующими примерами. Если настроить чувствительность дефектоскопа так, чтобы при соосном расположении преобразователя и дефекта (q=0) эхо-сигнал Ац от дефекта размером 2b соответствовал уровню Аэт (Аэт/Ац=1), то при минимальном смещении в сторону эхо-сигнал уже исчезает. Это означает, что дефект выявляется только центральным лучом диаграммы направленности и DL =0.
Если же установить 
, то достаточный по величине эхо-сигнал можно будет получить, озвучивая дефект боковой частью пучка в пределах основного лепестка диаграммы направленности под углом (q¹0). Это позволит сместить преобразователь уже на величину Dl=r tgq, прежде чем эхо-сигнал исчезнет с экрана. Увеличение размеров дефекта при постоянном уровне Аэт приведет к тому, что фактически 
будет уменьшаться и дефект как бы будет выявляться все более крайними лучами диаграммы направленности.
 |
Измерение условных размеров дефекта определением координат его крайних точек может проводиться двумя способами: относительным и абсолютным. При относительном способе крайними считают те положения преобразователя, в которых для данного дефекта 
(см. рис. 5.2.). Для дефектов с bэт будет фиксироваться при каком-то одном угле q = const независимо от Ац. Для дефектов b>a этот способ дает хорошие результаты, так как DL линейно будет связана с размерами дефекта.
Рис. 5.2. Схемы измерений условной протяженности дефектов
прямым (а) и наклонным (б) преобразователями.
При абсолютном способе измерение условных размеров проводят на постоянном уровне чувствительности, установленном при эталонировании (Аэт=const). В этом случае при увеличении размеров дефектов увеличивается и DL. Поэтому условные размеры измеряют абсолютным способом с помощью сравнения с соответствующим условным размером контрольного отражения DLко.
Дефекты, у которых при измерении на этом уровне чувствительности DL £ DLко, относят к точечным (компактным), дефекты, у которых DL > DLко, — к протяженным.
Условная протяженность дефектов в кольцевых швах трубопроводов увеличивается с увеличением толщины стенки и с уменьшением диаметра трубы. Для этих швов вычисляется приведенная условная протяженность:
,
где DL – протяженность дефекта, измеряемая по наружной поверхности; Dн – наружный диаметр контролируемой трубы, мм; h – глубина залегания дефекта, мм.
Приведенную протяженность дефектов, залегающих у корня шва, вычисляют по формуле:
,
где Dу – внутренний диаметр трубы, мм.
 |
Условная высота дефекта DН = Н2 – Н1 определяется разностью глубин, измеренных в крайних положениях преобразователя при перемещении его перпендикулярно длине шва. При замере условной высоты, импульс на экране ЭЛТ перемещается в пределах некоторой зоны по огибающей, а затем исчезает (рис. 5.3). Оценивать качество шва по условной высоте дефекта можно с помощью сравнения с условной высотой контрольного отражателя, находящегося на глубине дефекта.
Рис. 5.3. Схема измерения условной высоты DН и условной ширины DХ дефекта:
I, II, III – осциллограммы в соответствующих положениях преобразователя.
В ряде случаев вместо DН удобно определять условную ширину дефекта DХ. Условная ширина дефекта DХ измеряется длиной зоны перемещения наклонного преобразователя перпендикулярно шву между двумя крайними положениями, в которых появляется и исчезает эхо-сигнал от дефекта. Измеряется DХ на том же уровне чувствительности Аэт и при тех же положениях преобразователя на поверхности, при которых измеряется DН.
У небольших дефектов с широкой индикатрисой рассеяния DН и DХ связаны между собой пропорциональной зависимостью, но для больших дефектов с узкой индикатрисой эта зависимость нарушается. Наиболее целесообразно измерять DХ при механизированном контроле, однако необходимо учитывать, что дефект, ориентированный в плоскости листа (расслоение), будет характеризоваться малым значением DН и значительным DХ.
При проведении разбраковки изделия очень важным является возможность распознания сплошного непрерывного дефекта, например, непровар, цепочка дефектов типа шлаковых включений и пор.
Возможность разрешать два рядом находящихся отражателя характеризует фронтальную разрешающую способность преобразователя. Она определяется минимальным расстоянием Lр между дефектами, залегающими в плоскости, перпендикулярной акустической оси пучка, при котором эти дефекты в процессе перемещения преобразователя по поверхности изделия регистрируются раздельно.
В дальней зоне фронтальная разрешающая способность прямым и наклонным преобразователей приближенно будет определяться выражением, мм, 
, где r – расстояние до дефекта, мм; а – радиус пьезоэлемента преобразователя, мм.
Экспериментально установлено, что у прямых преобразователей в области до четырех ближних зон фронтальная разрешающая способность равна примерно (0,8 — 1)а.
При контроле реальных изделий вследствие естественных нарушений геометрии прозвучивании и не идентичности дефектов эти соотношения не будут точно соблюдаться, поэтому фронтальная разрешающая способность в реальных условиях будет выше, чем для моделей дефектов. Если при перемещении преобразователя на расстояние, меньшее фронтальной разрешающей способности, появляется несколько эхо-сигналов, то это совсем не означает, что в изделии имеется столько же дефектов. Поэтому перед оператором нельзя ставить задачу о разрешении отдельных дефектов в пределах зоны шириной, примерно равной диаметру пьезоэлемента.
Источник
2.8. Условные размеры дефекта
При обнаружении дефекта с помощью ультразвуковых методов контроля нельзя измерить его истинные размеры, но можно их ориентировочно оценить. Такие размеры дефекта назвали условными, они, как правило, больше истинных и зависят от многих факторов: конфигурации, ориентации, глубины залегания дефекта, способа измерения, чувствительности дефектоскопа, а также диаграммы направленности ПЭП. Знание условных размеров помогает оценить опасность дефекта и принять решение о возможности дальнейшей эксплуатации объекта.
К условным линейным размерам дефекта относятся:
В рельсовой дефектоскопии используется также понятие условной протяженности дефекта по длине рельса.
При работе наклонными ПЭП можно измерять все три условных размера.
Условная протяженность (длина) дефекта ΔL — это размер в миллиметрах, соответствующий длине зоны между крайними положениями наклонного преобразователя, перемещаемого в плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности (рис. 2.11).
Условная высота дефекта ΔН – размер, соответствующий разности показаний глубиномерного устройства, полученных в крайних положениях наклонного преобразователя, перемещаемого в плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которого фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Условные размеры дефекта L и Н
Условная ширина ΔХ — это размер в миллиметрах, соответствующий длине зоны между крайними положениями наклонного преобразователя, перемещаемого вдоль плоскости, ориентированной перпендикулярно к плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности (рис. 2.12).
Рис. 2.12. Определение условной ширины Х дефекта
Условная протяженность дефекта по длине рельса измеряется или при перемещении ПЭП вдоль контролируемого рельса от положения максимального значения амплитуды эхо-сигнала и определяется расстоянием между двумя крайними положениями ПЭП, в которых амплитуда достигает заданного (порогового) значения, или при контроле методом ЗТМ, по длине участка на котором пропадает донный сигнал.
При контроле сварных стыков рельсов производится контроль поперечного сечения рельса, в котором находится стык. Поэтому условные размеры L и Х меняются местами.
2.9. Основные параметры контроля, порядок их настройки
Основные параметры контроля – это регулируемые параметры аппаратуры и процесса контроля, обусловливающие достоверность обнаружения дефектов и воспроизводимость результатов измерений их характеристик.
Для настройки основных параметров контроля используют государственные стандартные образцы СО-2, СО-3 и СО-3Р.
К основным параметрам контроля относятся точка выхода луча и угол ввода ультразвука в изделие для наклонных ПЭП, а также для всех преобразователей точность работы глубиномерного устройства (в современных микропроцессорных дефектоскопах настраивается время распространения ультразвука в призме 2tп), опорный уровень чувствительности (пороговая чувствительность) для настройки на заданную условную чувствительность и мертвая зона.
Точка выхода луча – это точка пересечения акустической оси ПЭП с его контактной поверхностью.
Угол ввода – наклонного преобразователя это угол между нормалью к контактной поверхности изделия, проходящей через точку выхода луча и линией соединяющей центр цилиндрического отражателя с точкой выхода луча при установке преобразователя в положение, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя максимальна. Обычно в качестве отражателя используют боковое цилиндрическое отверстие диаметром 6 мм на глубине 44 мм в СО-2 (СО-3Р).
Мертвая зона – неконтролируемая зона, прилегающая к поверхности ввода ультразвуковых колебаний.
В рельсовой дефектоскопии для настройки и проверки указанных параметров используется стандартный образец СО-3Р (или отраслевой стандартный образец ОСО-3Р).
Источник
Условные линейные размеры дефекта
1) Условная протяжённость определяется вдоль направления развития дефекта и равна расстоянию на объекте контроля между двумя положениями ПЭП, при котором амплитуда сигнала достигает уровня фиксации.
2) Условная ширина и высота определяются одновременно. Условная ширина определяется поперёк развития дефекта и равна расстоянию между положениями ПЭП (при поперечном перемещении ПЭП) при котором амплитуда эхо-сигнала достигает уровня фиксации. Условная высота дефекта рассчитывается как разность показаний глубиномера в положениях ПЭП, при которых амплитуда сигнала достигает уровня фиксации.
Условные угловые размеры
1) Угол индикации определяется путём смещения ПЭП по радиусу, центр которого находится в дефекте относительно положения с максимальной амплитудой и равен углу между положениями ПЭП, в которых амплитуда достигает уровня фиксации.
2) Азимут соответствует углу между линией продольного сканирования и линией разворота ПЭП.
Способы определения условных размеров
Существуют два способа определения условных размеров: абсолютный и относительный.
Абсолютный метод заключается в том, что при определении условных размеров данным способом чувствительность дефектоскопа не изменяется, т.е. остается независимой от эхо-сигнала.
Относительный метод состоит в том, что условные размеры определяются на уровне 6,12,20 дБ, при этом максимальное значение амплитуды доводится до уровня фиксации, а затем чувствительность дефектоскопа увеличивается на 6,12,20 дБ.
Помехи и шумы
Помехами называют сигналы, не меняющие своего положения во времени с момента периодического пуска прибора при неизменных условиях контроля. К шуму относят беспорядочные, непериодические по времени прихода колебания и сигналы, характеризуемые случайностью мгновенных значений параметров. Рассмотрим некоторые виды помех и шумов:
1 Электронные помехи связаны с наличием сигналов от электронной схемы при установке максимального усиления дефектоскопа. Они выглядят в виде случайно-чередующихся сигналов малой амплитуды.
2 Помехи преобразователя связаны со свободным колебанием пьезопластины и переотражением от призмы или протектора. Данные помехи возникают при подключении ПЭП по совмещённой схеме.
Ложные сигналы от выступов и выемок
Наличие выступов, выемок, галтельных переходов и других изменений геометрической формы детали приводит к возникновению ложных сигналов. Поскольку данные геометрические изменения формы являются концентраторами напряжений, то в этих областях большая вероятность возникновения дефекта и контроль их является обязательным.
Рисунок 1.13 – Схемы возникновения ложных сигналов при контроле
Схема а: В I положении имеется сигнал от углового отражения. При наличии дефектов сигнал от него будет отсутствовать. Для контроля дефектов в данном выступе ПЭП устанавливается в положении II. В положении II при отсутствии дефектов возможно наличие только диффузных сигналов от угла малой амплитуды. При появлении дефекта появляется амплитуда сигнала от него.
Схема б: В I положении сигнал от дефекта совпадает с сигналом от галтельного перехода из-за малой разности времен.
Прессованные соединения
Возможно наличие сигналов двух видов:
— сигналы от края соединения возникают из-за наличия высоких напряжений на краю, и как следствие, изменение акустических свойств и наличия мнимой границы раздела;
— сигналы от поверхности сопряжения появляются из-за наличия зон с отличными акустическими свойствами. От зоны сопряжения также будут возникать группы сигналов повторяющих диаграмму направленности ПЭП. Величина диффузного сигнала зависит от степени посадки. Отличным признаком является большая ширина сигналов, и сигнал не изменяет своего положения на экране при продольном перемещении наклонного ПЭП.
Структурные помехи
Контролируемые металлические материалы имеют поликристаллическое строение (зерна). При этом каждое зерно имеет свою ориентацию и различные акустические свойства в разных направлениях. В результате при падении волны на границу раздела зерен происходит явление преломления и отражения, и часть волны возвращается обратно на ПЭП.
В наибольшей степени структурные помехи проявляются, если диаметр зерна становиться равным или больше длины волны. Чем больше диаметр зерна, тем больше структурных помех и меньше прозвучиваемость.
Источник
