Методика ультразвукового контроля

Выбор методики является важной задачей, от правильного решения которой зависит надежность ультразвукового контроля. Приступая к разработке методики, необходимо изучить характеристики контролируемого изделия, материала, из которого оно изготовлено, и дефектов, подлежащих обнаружению.

Все операции ультразвукового контроля можно разделить на четыре группы:

- изучение объекта контроля, его подготовка, выбор основных параметров контроля, схемы прозвучивания;

- проверка исправности и основных параметров аппаратуры, и подготовка его к работе;

- проведение контроля, измерение координат и размеров дефектов и оценка качества шва;

- документальное оформление результатов контроля.

Изучение объекта контроля складывается из ознакомления с его конструкцией, характеристикой, а также документацией.

К характеристикам контролируемого изделия относят форму и размеры, технологию изготовления, состояние поверхности, наличие припусков на обработку, условия нагружения в эксплуатации. К характеристикам материала - степень деформации, макроструктуру, термическую обработку, плотность, степень упругой анизотропии и акустические характеристики (скорость распространения ультразвуковых колебаний, удельное акустическое сопротивление, коэффициенты рассеяния и затухания ультразвуковых колебаний, уровень структурной реверберации). К характеристикам дефекта - тип, размеры, место и глубину залегания, ориентировку относительно поверхностей изделия и растягивающих напряжений, действующих на него в эксплуатации.

Поверхность сварного соединения, подлежащего ультразвуковому контролю, должна быть очищена с обеих сторон шва от покрытия, брызг металла, шлака, окалины, грязи, льда и снега.

Очищать поверхность сварного соединения (за исключением сварного шва) следует шаберами, напильниками, металлическими щетками, шлифмашинками и т.д. После очистки шероховатость подготовленной поверхности должна быть не ниже Rz=40 мкм по ГОСТ 2789.

Околошевную поверхность контролируемого соединения необходимо очистить с обеих сторон усиления шва. Ширина зоны очистки с каждой стороны должна быть не менее (2,5s+40 мм) s – толщина стенки, мм.

Подготовленные поверхности непосредственно перед прозвучиванием необходимо тщательно протереть ветошью и покрыть слоем контактной смазки. В качестве смазки в зависимости от температуры окружающей среды применяют:

- при температурах от +25⁰С до –25⁰С моторные и дизельные масла различных марок, трансформаторное масло и т. п.

- При температурах ниже –25⁰С моторные и дизельные масла, разбавленные до необходимой консистенции дизельным топливом.

Допускается применение в качестве контактных смазок других веществ (специальные пасты, глицерин, обойный клей и др.) при условии обеспечения стабильного акустического контакта при заданной температуре контроля.

При составлении методики должны быть выбраны: частота и вид ультразвуковых колебаний, направления их распространения в изделии; тип преобразователя, места установки его на изделие и схем сканирования; вид акустического контакта; чувствительность и настройка дефектоскопа, регистрация и способы расшифровки показаний дефектоскопа. Рассмотрим эти параметры.

Выбор частоты ультразвуковых колебаний. Правильный выбор частоты обеспечивает необходимую чувствительность ультразвукового контроля. Чем выше частота, тем меньше длина ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии и тем лучше условия отражения их от дефектов. Повышение частоты прозвучивания увеличивает направленность излучения и приема. При этом возрастает отношение отраженной от дефекта энергии к общей энергии, вводимой в изделие, что также способствует повышению чувствительности контроля. Однако с увеличением частоты повышается коэффициент затухания ультразвуковых колебаний в металле, ухудшаются условия их прохождения через поверхность ввода, увеличивается интенсивность отражений от границ зерен и неоднородностей металла, не являющихся дефектами.

Частота колебаний при контроле определяется в основном коэффициентом затухания, уровнем структурной реверберации металла и габаритами контролируемого изделия. Зная эти характеристики, можно оценить и выбрать оптимальную частоту, которая обеспечит наибольшую чувствительность контроля при минимальных потерях энергии на рассеяние и поглощение ее зернами металла.

Следует отметить, что коэффициент затухания может значительно отличаться не только для различных сплавов одной группы, но даже для одного сплава в разных состояниях механической и термической обработки и в различных сечениях одного изделия. Поэтому коэффициент затухания определяют непосредственно на контролируемом изделии в данном сечении. Для этого применяют импульсные ультразвуковые дефектоскопы со встроенными аттенюаторами (калиброванными делителями напряжений): ДУК-6В, ДУК-66, ДСК-1 и др.

При измерении затухания в твердых телах в испытуемый образец вводят ультразвуковые колебания и наблюдают изменения амплитуды донного сигнала при многократном отражении.

Так, например, коэффициент затухания для титановых и алюминиевых сплавов измеряли на образцах, вырезанных из исследуемых слитков диаметром 150 мм, высотой 100мм. Коэффициент затухания увеличивается с повышением частоты.

Коэффициент затухания для литых металлов выше, чем для деформированных. Так, например, коэффициент затухания для литого алюминиевого сплава Д16 равен 0,038 Нп/см, а деформированного 0,02 Нп/см; коэффициент затухания для литого титанового слава ВТ5 равен 0,035 Нп/см, деформированного 0,03 Нп/см.

В металлах с резко выраженной анизотропией (медь, цинк) и некоторых сплавах, имеющих сложный фазовый состав, например никелевых, ультразвук сильно рассеивается. Значение коэффициента затухания для этих металлов в десятки раз выше, чем для сплавов с небольшой степенью анизотропии. Как правило, прозвучивание этих металлов сопровождается структурной реверберацией - постепенным затуханием из-за многократных повторных отражений волн от границы зерен металла. В результате этого на экране ЭЛТ возникают мешающие силы, существенно затрудняющие проведение контроля. Это объясняется тем, что сигналы от структурных составляющих поступают на приемник дефектоскопа одновременно и складываются. В зависимости от фаз отдельных сигналов они могут взаимно усиливать или ослаблять друг друга. Следовательно, помехи от структурных неоднородностей носят статический характер.

Если уровень структурной реверберации невелик, то детали можно прозвучивать при достаточно высокой частоте. В противном случае частоту необходимо существенно понижать.

Уровень структурной и объемной реверберации определяют экспериментально непосредственно в прозвучиваемом сечении контролируемого изделия. Для этого подбирают частоту, при которой на экране дефектоскопа возникают четкие сигналы от искусственного отражателя, расположенного на максимальном расстоянии от преобразователя, при оптимальном соотношении коэффициента усиления и величины отсечки шумов.

Мощность импульсов, вводимых в контролируемое изделие для обнаружения дефекта заданного размера на максимальной глубине, определяется частотой ультразвуковых колебаний, коэффициентом затухания и габаритами контролируемого изделия. В промышленных дефектоскопах мощность импульса регулируют изменением длительности возбуждающего импульса, для чего на панели дефектоскопа имеется соответствующая ручка.

Выбор вида ультразвуковых колебаний.

Выбор вида ультразвуковых колебаний диктуется габаритами и формой контролируемого изделия, а так же характером и местом расположения дефектов. Применяя продольные, сдвиговые, поверхностные и нормальные волны, необходимо иметь в виду, что в изделии, как простой, так и сложной формы невозможно создать направленный пучок определенного вида волн. В изделии всегда возникают, кроме возбуждаемых волн, "побочные" волны, распространяющиеся в том же или другом направлении вследствие отражения и расщепления ультразвуковых колебаний на поверхностях ввода и границах изделия. Поэтому под термином "контроль продольными, сдвиговыми и другими волнами" будем в дальнейшем подразумевать контроль изделия комбинацией волн, распространяющейся в направлении дефекта, в которой преобладают продольные, сдвиговые и другие виды волн.

Возбуждение продольных волн существенно зависит от кривизны поверхности, через которую вводят ультразвуковые колебания. Так например если ввести ультразвуковые колебания через плоскую поверхность то в изделии распространяются (при прямом ходе лучей) преимущественно продольные волны. Если ультразвуковые колебания вводят через кривую поверхность, например цилиндрическую, то только центральный луч пучка ультразвуковых колебаний войдет в изделие по нормали без расщепления. Остальные лучи, попадая на кривую поверхность под другими углами через масляную прослойку между изделием и преобразователем, расщепляются на продольные и сдвиговые составляющие.

Иногда для контроля цилиндрических заготовок, применяют прямые преобразователи, контактная поверхность которых выполнена по криволинейной поверхности изделия. При этом считают, что контроль ведется продольными волнами. Такое представление является ошибочным. Нетрудно видеть, что эти преобразователи не могут быть прямыми, т.е. создать в изделии по преимуществу продольные волны. Здесь вследствие кривизны поверхности продольные волны от излучения входят в изделие под разными углами; в материале возникают продольные, сдвиговые и, возможно, поверхностные волны, распространяющиеся в изделии под различными углами.

Перед тем как приступить к контроля необходимо проверить работоспособность аппаратуры (дефектоскопа и преобразователей).

Дефектоскоп должен быть укомплектован пъезоэлектрическими преобразователями, рассчитанными на рабочую частоту в диапазоне 1,25 до 5,0 МГц.

Рис. Прямые совмещенные и раздельно-совмещенные преобразователи(ПЭП).

 

Сварные соединения следует контролировать наклонными пьезоэлектрическими преобразователями, рекомендуемые характеристики которых в зависимости от толщины стенки контролируемого соединения можно определить по табл.1 по ОСТ 26-2044.

Таблица №1

 

Толщина сварного соединения, мм	Максимальная ширина усиления шва, мм	Рабочая частота, МГц	Угол наклона акустической оси преобразователя, …0.	Стрела преобразователя, мм	Предельная чувствительность, мм2	Ширина зоны зачистки от шва, мм
		5,0 (4,0) (2,5)			1,6   2,0
Контроль нижней части шва	Контроль верхней части шва
Способ прозвучивания	Ширина зоны перемещения преобразователя, мм	Глубина залегания контрольного дефекта, мм	Способ прозвучивания	Ширина зоны перемещения преобразователя, мм	Глубина залегания контрольного дефекта, мм
Прямой	0-25 0-30 0-35		Однократно отраженный	25-45 25-55 30-65

 

Проверку работоспособности дефектоскопа с пьезопреобразователем его настройку осуществляют в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации применяемого прибора.

Чувствительность дефектоскопа с преобразователем должна обеспечивать надежное выявление искусственного углового отражателя, размеры отражающей грани которого в зависимости от толщины стенки контролируемого соединения определяются по табл. 2

Таблица №2

 

Толщина образца S, мм	Ширина зарубки b, мм	Высота зарубки h, мм
8,0 – 11,5 12,0 – 14,5	2,0 2,0	1,5 2,0

 

 

Проверку угла наклона призмы, определение угла ввода, проверку (или) определение точки выхода ультразвуковых колебаний совмещенных наклонных пьезоэлектрических преобразователей с плоской (не притертых) рабочей поверхностью следует осуществлять по стандартным образцам СО-1, СО-2, СО-3, СО-4 по ГОСТ 14782-86.

 

 

 

Стандартным образцам позволяют:

Подбор и сравнение наклонных ПЭП по частоте ультразвуковых колебаний с погрешностью ±10% в диапазоне 1,25-5 МГц.

Измерение угла ввода ПЭП с погрешностью ±1°.

Определение положения точки выхода ультразвукового луча с погрешностью ±0,5 мм.

Оценку величины мёртвой зоны.

Проверку точности работы глубиномера дефектоскопа с погрешностью ±10% по СО1 и ±8% по СО2.

Оценку эквивалентной площади дефекта.

Оценку лучевой разрешающей способности дефектоскопа при работе с прямыми и наклонными ПЭП.

Оценку угла призмы наклонного ПЭП с погрешность ±2,5°.

Определение условной чувствительности и настройку аппаратуры на заданное расчётное значение предельной чувствительности с погрешностью ±1 мм.

Положение метки, соответствующей точке выхода ультразвуковых колебаний, не должно отличаться от действительного более чем на 1 мм.