🗊Презентация Акустические методы контроля

1. Акустические методы контроля

Основными параметрами ультразвуковой волны являются: Основными параметрами ультразвуковой волны являются: и - смещение частиц относительно положения равновесия; v - колебательная скорость частиц; φ - фаза; f - частота колебаний частиц в волне; T - период колебаний; λ - длина волны; с - скорость волны в среде (скорости различных типов волн различны); р - давление в звуковой волне; w - плотность потока энергии;

Зависимость коэффициента затухания продольной и поперечной волн в железе от частоты.

Зависимость коэффициента затухания продольных волн в сталях 15 (сплошные) и 40 (штриховые) от частоты

ПЭП классифицируются по следующим признакам: ПЭП классифицируются по следующим признакам: По типу волны, возбуждаемой в ОК, различают преобразователи продольных, сдвиговых, головных, поверхностных или других типов волн; По углу ввода колебаний в изделие различают: прямые преобразователи, которые вводят и/или принимают колебания по нормали к поверхности ОК в точке ввода; наклонные преобразователи, которые вводят и/или принимают коле­бания в направлениях, отличных от нормали к поверхности ОК;

По способу размещения функций излучения и приема различают: По способу размещения функций излучения и приема различают: совмещенные ПЭП, у которых один и тот же пьезоэлемент работает как в режиме излучения, так и в режиме приема; раздельно-совмещенные (PC) ПЭП, у которых в одном корпусе размещены два или более пьезоэлемента, одни из которых работают только в режиме излучения, а другие - только в режиме приема упругих колебаний; По способу осуществления акустического контакта: контактные ПЭП, рабочая поверхность которых соприкасается с поверхностью ОК или находится от нее на расстоянии меньше половины длины волны в контактной жидкости; иммерсионные ПЭП, которые работают при наличии между поверхностями преобразователя и ОК слоя жидкости толщиной больше пространственной протяженности акустического импульса. Особую группу составляют фокусирующие ПЭП, обеспечивающие фоку- сировку акустической энергии в определенной области пространства.

Для основных типов ПЭП в России принято буквенно-цифровое обозначение, которое формируется следующим образом: первый знак - буква: П - преобразователь; второй знак - первая цифра: 1 - контактный; 2 - иммерсионный; 3 - контактно-иммерсионный; третий знак - вторая цифра: 1 - прямой; 2 - наклонный; четвертый знак - третья цифра: 1 - совмещенный; 2 - раздельно-совмещенный; 3 - раздельный. Некоторые российские фирмы вместо указанного обозначения применяют аббревиатуру, отражающую тип преобразователя и фирму-изготовителя. Далее могут быть указаны основные технические параметры - частота, угол ввода (в сталь), размер пьезоэлемента. Каждый современный преобразователь имеет индивидуальный номер. Пример: П121-2,5-40° № 38: контактный наклонный совмещенный преобразователь с частотой 2,5 МГц и углом ввода 40°, индивидуальный номер 38.

Функциональная схема цифрового микропроцессорного дефектоскопа

Дисплей - это устройство в виде плоского экрана, предназначенное для отображения видео- и буквенно-цифровой информации. Дисплей представляет собой прямоугольное поле, на котором размещено т горизонтальных строк, содержащих по п элементов. По принципу действия различают жидкокристаллические (ЖКИ), электролюминесцентные (ЭЛИ) или другие индикаторы. Процесс озвучивания контролируемого объема называется сканированием. Синхронно с пробегом ультразвукового импульса на экран дисплея выводится информация об озвучиваемом (сканируемом) объеме ОК В связи с этим отображение информации, получаемой в процессе контроля, на экране по установленному закону называется разверткой или сканом.

Развертка, на которой высота отображаемого импульса пропорциональна амплитуде принятого сигнала, а его положение на горизонтальной линии пропорционально времени прохождения ультразвуковым импульсом акустического тракта, называется разверткой типа А или А-сканом Развертка, на которой высота отображаемого импульса пропорциональна амплитуде принятого сигнала, а его положение на горизонтальной линии пропорционально времени прохождения ультразвуковым импульсом акустического тракта, называется разверткой типа А или А-сканом

Развертка, на которой принимаемые сигналы отображаются в некотором масштабе в виде точек на поперечном сечении ОК, перпендикулярном поверхности сканирования и параллельном направлению прозвучивания (акустической оси звукового пучка), называется разверткой типа В или В-сканом Развертка, на которой принимаемые сигналы отображаются в некотором масштабе в виде точек на поперечном сечении ОК, перпендикулярном поверхности сканирования и параллельном направлению прозвучивания (акустической оси звукового пучка), называется разверткой типа В или В-сканом

Развертка, на которой в некотором масштабе отображается проекция контролируемого объема ОК на поверхность сканирования, называется разверткой типа С или С-сканом

Развертка, на которой принимаемые сигналы отображаются в некотором масштабе в виде точек на продольном сечении ОК, перпендикулярном поверхности сканирования и перпендикулярном направлению прозвучивания (акустической оси звукового пучка), называется разверткой типа D или D-сканом. Развертка, на которой принимаемые сигналы отображаются в некотором масштабе в виде точек на продольном сечении ОК, перпендикулярном поверхности сканирования и перпендикулярном направлению прозвучивания (акустической оси звукового пучка), называется разверткой типа D или D-сканом.

4.2 Акустический тракт дефектоскопа

Схема акустического тракта наклонного совмещенного преобразователя Схема акустического тракта наклонного совмещенного преобразователя

Зондирующий сигнал с начальной амплитудой давления Р0, дойдя до дефекта, имеет амплитуду Зондирующий сигнал с начальной амплитудой давления Р0, дойдя до дефекта, имеет амплитуду где к1 <1 – коэффициент ослабления в поле излучателя (приемника). Сигнал, падающий на дефект с амплитудой Pb, создает новое (вторичное) поле, ослабляющееся на пути до приемника по законам рассеяния. Дефект в этом случае играет роль независимого излучателя, возбуждающего новый зондирующий сигнал. На приемник приходит акустический сигнал с амплитудой: где кb <1 – коэффициент ослабления в рассеянном поле; к2 – коэффициент, учитывающий ослабление амплитуды сигнала в поле приемника, к2 <1.

Зависимость амплитуды акустического давления на приемнике от амплитуды акустического давления зондирующего сигнала: Зависимость амплитуды акустического давления на приемнике от амплитуды акустического давления зондирующего сигнала: где K<1 – коэффициент общего ослабления сигнала на пути излучатель-дефект-приемник.

Считая влияние отдельных факторов на амплитуду сигнала независимым, а дефект достаточно большим, согласно коротковолновому приближению Кирхгофа, в общем виде выражения для коэффициентов ослабления сигнала в акустическом тракте: Считая влияние отдельных факторов на амплитуду сигнала независимым, а дефект достаточно большим, согласно коротковолновому приближению Кирхгофа, в общем виде выражения для коэффициентов ослабления сигнала в акустическом тракте: K1=D1 Q1 Ф1 ψ1; Kb=Rb Qb Фb ψb; K2=D2 Ф2, где D1 и D2 - коэффициенты прозрачности на границе раздела сред призма-объект контроля и объект контроля - призма соответственно; Q1 и Q2 - функции, описывающие ослабление сигнала на оси поля вдоль пути r от излучателя до отражателя и назад соответственно; Ф1 и Фb - функции (диаграммы) направленности полей излучателя и приемника соответственно; Ψ – функция, описывающая затухание УЗ-колебаний; Rb – коэффициент отражения сигнала от дефекта.

Во многих отраслевых нормативных документах используются понятия «объем контроля» и «объем сканирования». Во многих отраслевых нормативных документах используются понятия «объем контроля» и «объем сканирования». Под термином «объем контроля» понимают протяженность сварных соединений или площадь наплавок. Объем сканирования определяют как суммарную протяженность контролируемой части соединения вдоль его периметра, отнесенную к полной протяженности сварного соединения.

Ширина подготовленной под контроль зоны с каждой стороны шва должна быть не менее Htg + А + В - при контроле совмещенными ПЭП прямым лучом и не менее 2Нtg + А + В - при контроле однажды отраженным лучом и по схеме «тандем», где Н - толщина сварного соединения, А - длина ПЭП, В - ширина околошовной зоны. Ширина подготовленной под контроль зоны с каждой стороны шва должна быть не менее Htg + А + В - при контроле совмещенными ПЭП прямым лучом и не менее 2Нtg + А + В - при контроле однажды отраженным лучом и по схеме «тандем», где Н - толщина сварного соединения, А - длина ПЭП, В - ширина околошовной зоны. Контролируемый шов должен быть замаркирован и разбит на участки. Основным рабочим документом, на основании которого непосредственно производится неразрушающий контроль, является технологическая карта. Для составления карт по конкретному виду контроля необходимо знание как параметров контролируемого изделия, так и технологии, оборудования и нормативно-технической (НТД) и технологической документации, на основании которой должен проводиться контроль.

Операции по настройке чувствительности дефектоскопа, ВРЧ и скорости развертки должны производиться в соответствии с рекомендациями нормативно-технических документов. Операции по настройке чувствительности дефектоскопа, ВРЧ и скорости развертки должны производиться в соответствии с рекомендациями нормативно-технических документов. Перед тем как приступить к контролю, оператор должен проверить работоспособность и параметры аппаратуры (дефектоскопа и ПЭП). Проверка выполняется на контрольных образцах и на СО №1-3 в соответствии с ГОСТ 14782-86 и требованиями действующих на предприятии правил по метрологической аттестации и поверке. Поиск дефектов производится путем продольно-поперечного или по-перечно-продольного сканирования (перемещения) ПЭП по всей контролируемой зоне сначала с одной, а затем с другой стороны. В соединениях толщиной более 60-80 мм необходимо проводить контроль с двух поверхностей, если они доступны. Шаг сканирования ПЭП должен быть не более половины диаметра пьезоэлемента.

В процессе сканирования наклонный ПЭП необходимо непрерывно проворачивать вокруг его вертикальной оси на ± 15°, чтобы обнаружить различно ориентированные дефекты. В процессе сканирования наклонный ПЭП необходимо непрерывно проворачивать вокруг его вертикальной оси на ± 15°, чтобы обнаружить различно ориентированные дефекты.

В сварных соединениях УЗ прозвучиванию и оценке подлежит металл шва, зоны сплавления и термического влияния. В сварных соединениях УЗ прозвучиванию и оценке подлежит металл шва, зоны сплавления и термического влияния. При появлении эхо-сигналов на рабочем участке развертки чувствительность снижается до уровня предельной чувствительности, установленной при эталонировании, и если обнаруженный эхо-сигнал превышает этот уровень, то измеряются характеристики несплошности и, если необходимо, тип отражателя - плоскостной он или объемный. Все эти характеристики определяются при контрольной чувствительности дефектоскопа. В швах с толщиной стенки менее 15 мм условная высота обычно не определяется. В большинстве действующих отраслевых РД для оценки качества используются следующие критерии: амплитуда эхо-сигнала или эквивалентный размер (площадь или диаметр); условная протяженность; условная высота; удельная плотность дефектов на единицу длины контролируемого участка.

Оценка степени допустимости обнаруженной несплошности и перевод ее в разряд дефекта производятся по степени соответствия измеренных характеристик и их совокупности предельно допустимым численным значениям этих же характеристик, заложенным в НТД. Оценка степени допустимости обнаруженной несплошности и перевод ее в разряд дефекта производятся по степени соответствия измеренных характеристик и их совокупности предельно допустимым численным значениям этих же характеристик, заложенным в НТД. Усиление сварного шва существенно влияет на достоверность контроля. Если усиление велико, то в ряде случаев при контроле швов малых толщин невозможно прозвучить корень шва осью УЗ пучка. В соединениях толщиной 7 мм наличие усиления шва приводит к занижению средней эквивалентной площади дефекта на 2 мм2, увеличивает недобраковку в 3,5 раза. Следовательно, или необходимо снимать усиление, или искать нестандартные приемы прозвучивания.

Технология ультразвукового контроля и оценки качества сварных соединений состоит из последовательности следующих операции: Технология ультразвукового контроля и оценки качества сварных соединений состоит из последовательности следующих операции: 1) ознакомление с чертежами на объект контроля (ОК) и технологической картой (технологическим процессом); 2) установление степени контроледоступности и регистрация этого в рабочих документах (журнале, протоколе и т.п.); 3) проверка дефектоскопа и ПЭП и оценка их работоспособности; 4) оценка качества подготовки околошовной зоны под контроль визуально. При некачественной подготовке передача соответствующей информации непосредственному начальнику; 5) осмотр места контроля и готовность ОК к проведению контроля; наличие освещения; доступ ко всем контролируемым швам; 6) оценка на соответствие подготовки к контролю требованиям техники безопасности;

7) оценка шероховатости и волнистости поверхности ОК в нескольких точках с целью определения величины корректирующей поправки; 7) оценка шероховатости и волнистости поверхности ОК в нескольких точках с целью определения величины корректирующей поправки; 8) настройка чувствительности скорости развертки исходя из толщины сварного соединения; 9) настройка чувствительности, ВРЧ, по СО и СОПам или АРД на соответствующие браковочный и контрольный уровни; 10) установление порогового уровня звукового и светового индикаторов системы АСД; 11) установление уровня поисковой чувствительности; 12) покрытие ОК контактной жидкостью; 13) в соединениях толщиной более 20-25 мм прозвучивание околошовной зоны основного металла прямым или PC ПЭП. В случае обнаружения в околошовной зоне несплошностей оценить их величину по нормативам для соответствующей зоны, замаркировать их (мелом) и сделать отметку в рабочих документах. Встречающиеся в околошовной зоне расслоения приводят к неверной оценке качества сварного соединения;

14) проведение сканирования вдоль оси шва по околошовной зоне и металлу шва (в случае его удаления заподлицо с основным металлом) в двух встречных направлениях; или при ориентации ПЭП под минимальным углом к оси шва при наличии валика усиления для выявления поперечных трещин, если это предписано технологической картой контроля или НТД; 14) проведение сканирования вдоль оси шва по околошовной зоне и металлу шва (в случае его удаления заподлицо с основным металлом) в двух встречных направлениях; или при ориентации ПЭП под минимальным углом к оси шва при наличии валика усиления для выявления поперечных трещин, если это предписано технологической картой контроля или НТД; 15) проведение сканирования поперек шва наклонным ПЭП с поворотом его на ±15° по азимуту для выявления объемных и продольно ориентированных дефектов во всей зоне сварного соединения (т.е. шов и зона термического влияния);

16) при обнаружении на экране в рабочей зоне сигнала оператор переходит па контрольный уровень чувствительности и меняя положение ПЭП, находит его максимум, измеряет его амплитуду и сравнивает с браковочным и контрольным уровнями; 16) при обнаружении на экране в рабочей зоне сигнала оператор переходит па контрольный уровень чувствительности и меняя положение ПЭП, находит его максимум, измеряет его амплитуду и сравнивает с браковочным и контрольным уровнями; Если амплитуда эхо-сигнала меньше контрольного уровня, то оператор восстанавливает поисковый уровень чувствительности и продолжает сканирование дальше; Если амплитуда сигнала превышает контрольный уровень, то оператор измеряет эквивалентную площадь дефекта, его условные размеры (на контрольном уровне чувствительности или на заданном уровне от максимума сигнала), координаты дефекта и количество дефектов на единицу длины шва и производит предварительную оценку качества;

17) если параметры дефекта находятся на грани допустимости, или у оператора возникают какие-либо сомнения в правильности предварительной оценки, или если это предусмотрено технологической картой контроля, то производится дополнительное исследование дефекта ПЭП с другими углами ввода, частотой для измерения отдельных или совокупности информативных признаков; 17) если параметры дефекта находятся на грани допустимости, или у оператора возникают какие-либо сомнения в правильности предварительной оценки, или если это предусмотрено технологической картой контроля, то производится дополнительное исследование дефекта ПЭП с другими углами ввода, частотой для измерения отдельных или совокупности информативных признаков; 18) если дополнительная информация свидетельствует, что дефект - трещина, например, поперечная, то оператор должен потребовать снять валик усиления заподлицо с основным металлом, прозвучить и провести измерения со всех сторон;

19) результаты всех операций и измерений фиксируются, а дефектная зона маркируется на ОК; 19) результаты всех операций и измерений фиксируются, а дефектная зона маркируется на ОК; 20) при использовании процессорного дефектоскопа кадры (экрана) с сигналами от дефекта и соответствующими комментариями вводятся в память для последующего архивирования; 21) продолжается контроль в заданном объеме; 22) по окончании контроля производится окончательная оценка качества ОК в целом с указанием дефектных мест, составляется заключение (протокол) и производится регистрация в журнале.

Швы толщиной 3,5-15 мм. Швы толщиной 3,5-15 мм. Для сварных швов листовых конструкций, выполненных односторонней электродуговой сваркой или в среде защитных газов, так же как и для трубопроводов, характерно наличие непроваров, провисаний металла и смещения кромок. В ряде случаев по существующим условиям непровар определенной высоты допускается. Эхо-метод позволяет определять высоту непровара по экспериментально полученным кривым. Для УЗ контроля сварных швов малых толщин наиболее эффективны РС ПЭП с большими углами ввода (70-72°) и малой стрелой. Рабочая частота 4-5 МГц. Прозвучивание производится с одной поверхности. Важной проблемой при контроле односторонних швов является отстройка от ложных сигналов.

Швы толщиной 16-40 мм. Швы толщиной 16-40 мм. В швах, выполненных односторонней сваркой, также велико влияние ложных сигналов от провисания в корне. Если технология сварки такова, что провисания не образуются или они очень малы, то контроль производится одним ПЭП прямым и однократно отраженным лучом за один прием с одной поверхности. Наиболее эффективно здесь применение стандартного ПЭП с углами 60-70° и f = 2,5-4,0 МГц. Если же ложные сигналы от провисания велики, то для повышения помехоустойчивости контроль целесообразно проводить раздельно в корневой и остальной частях шва. При этом верхнюю часть шва предпочтительнее контролировать ПЭП с углами ввода 45-50°.

Швы толщиной 41-120 мм. Эти швы выполняются двусторонней сваркой или односторонней сваркой с подваркой корня. Обычно контролируются двумя наклонными ПЭП: корневая часть с углами ввода 45-50° и верхняя часть с 60-70° на частоту 1,8 и 2,5 МГц только прямыми лучами. Швы сосудов толщиной более 60 мм обычно контролируют с двух поверхностей. Помимо наклонных эти швы также контролируются прямым ПЭП, если в технологии предусмотрено удаление усиления шва, или головными волнами при наличии усиления. Швы толщиной 41-120 мм. Эти швы выполняются двусторонней сваркой или односторонней сваркой с подваркой корня. Обычно контролируются двумя наклонными ПЭП: корневая часть с углами ввода 45-50° и верхняя часть с 60-70° на частоту 1,8 и 2,5 МГц только прямыми лучами. Швы сосудов толщиной более 60 мм обычно контролируют с двух поверхностей. Помимо наклонных эти швы также контролируются прямым ПЭП, если в технологии предусмотрено удаление усиления шва, или головными волнами при наличии усиления. Контроль через антикоррозионную наплавку, если она имеется, не допускается. Особенно важное требование при контроле толстостенных швов - проведение сдаточного контроля только после термообработки. Наиболее опасные дефекты - стянутые непровары в корне шва и трещины, ориентированные преимущественно в вертикальной плоскости. Такие дефекты, расположенные в сечении шва, плохо выявляются при контроле одним ПЭП. В этом случае рекомендуется завышать чувствительность.

Обычно применяются совмещенные наклонные ПЭП с углом ввода 65-70° на частоту 4-5 МГц. Настройка чувствительности и скорости развертки должна производиться по СОП с зарубкой или вертикальным сверлением, расположенными на расстоянии L от передней грани призмы и несколько большими, чем до центра «креста». При таком контроле имеется высокая вероятность появления ложных сигналов от неровностей валиков. В этом случае с поверхности валика в зоне отражения необходимо удалить наплывы, чешуйки, а если это не помогает разобраться, снять валик целиком. Обычно применяются совмещенные наклонные ПЭП с углом ввода 65-70° на частоту 4-5 МГц. Настройка чувствительности и скорости развертки должна производиться по СОП с зарубкой или вертикальным сверлением, расположенными на расстоянии L от передней грани призмы и несколько большими, чем до центра «креста». При таком контроле имеется высокая вероятность появления ложных сигналов от неровностей валиков. В этом случае с поверхности валика в зоне отражения необходимо удалить наплывы, чешуйки, а если это не помогает разобраться, снять валик целиком. Для повышения достоверности контроля целесообразно использовать наклонные PC ПЭП с углом разворота 90°.