2.4 Схеми прозвучування
При виборі схем прозвучування слід прагнути до того, щоб забезпечити проходження УЗ променів перпендикулярно до напрямку можливого розповсюдження дефектів, характерних для даного виробу або становлять найбільшу небезпеку. Тому схеми контролю вибирають залежно від способу виробництва об'єкта, що контролюється. Розглянемо основні схеми прозвучування, які застосовуються при УЗ контролі різних об'єктів.
2.4.1 Листовий прокат.У листовому прокаті дефекти, як правило, розташовані в площині, паралельній верхній та нижній поверхням листа, і витягнуті вздовж напрямку прокатки. Тому на листовому прокаті товщиною понад 6 мм зазвичай обмежуються контролем прямим (або PC) ПЕП, здійснюючи сканування перпендикулярно до напрямку прокатки.
У тих випадках, коли є ймовірність виникнення тріщин, що йдуть від поверхонь листа, доцільно ввести контроль похилим ПЕП з кутом введення 450
Якщо невідома можлива орієнтація тріщин, зазвичай обмежуються контролем у чотирьох напрямках, а найбільш відповідальних випадків може бути організований контроль у восьми напрямах. Повний обсяг контролю забезпечується прозвучуванням як прямим, і одного разу відбитим променями.
2.4.2 Поковки.При виборі схеми прозвучування поковок виходять з того, що дефекти в них можуть мати будь-яку просторову орієнтацію. Тому основним принципом при УЗ контролі поковок є прозвучування кожного елемента обсягу трьох взаємно-перпендикулярних напрямах. Цю умову легко виконати, якщо виріб має форму паралелепіпеда із співвідношенням двох будь-яких сторін не більше:
деа- радіус п'єзоелемента, мм;
f- частотаультразвуку,МГц;
С- швидкість поздовжніх УЗ хвиль, м / с.
1 – зона непрозвучності; 2 – дефект
Рисунок 2.9 – Освіта зони непрозвучуваності при хордовому контролі порожнистого циліндра
У разі УЗ контроль прямим чи PCПЭП з трьох взаємно-перпендикулярних граней забезпечує виконання поставленого вимоги.
У випадках виробів циліндричної форми або паралелепіпедів із співвідношенням сторін більше m, додатково застосовують похилі ПЕП. Кути введення, що застосовуються для такого контролю, зазвичай знаходяться в межах350–700.Контроль похилим ПЕП у напрямі, перпендикулярному утворює, називаютьхордовим прозвучуванням.При хордовому прозвучуванні порожнистих циліндричних заготовок зазвичай використовують кути введенняа=(40±5 )°.
Якщо при цьому товщина стінки
H > Dн(1 - sin
де Dн-зовнішній діаметр циліндра), у заготовці утворюється зона непрозвучуваності, що прилягає до внутрішньої поверхні (рисунок 2.9). У такому разі не буде виявлено дефектів типу радіальних тріщин.
Оптимальними кутами введення при хордовому прозвучуванні є такі кути, які забезпечують проходження пучка поздовжніх або поперечних хвиль у напрямку, близькому до дотичної до внутрішньої циліндричної поверхні, або пучка поперечних хвиль, що падає на неї під кутом (45±5) 0 .
а – контроль порожнього циліндра вздовж утворюючої; б - хордове прозвучування порожнистого циліндра; в – хордове прозвучування суцільного циліндра
Малюнок 2.10 – Схеми виявлення поверхневих дефектів при контролі кованих заготовок без припуску
Для хордового прозвучування суцільних циліндрів також використовують кут введення =(40±5)°. Зона непрозвучуваності поблизу осі заготівлі тут не має такого значення, як для порожнистих циліндрів, оскільки можливі дефекти будуть виявлені прямим ПЕП.
У разі контролю циліндричних виробів без припуску слід забезпечити прозвучування підповерхневої зони похилим променем, що падає на поверхню з боку металу (рис. 2.10). Для суцільних циліндрів при цьому має бути забезпечена потрібна чутливість на кінці хорди.
Схеми прозвучування поковок простої геометричної форми наведено малюнку 2.11. У поковках складнішої конфігурації зазвичай можна виділити ділянки з найпростішою геометричною формою, які прозвучують за схемами, зображеними на малюнку 2.11.
Схема прозвучування труб аналогічна схемі контролю тонкостінних порожнистих кованих циліндрів.
Литі заготовки з погляду їхнього УЗ контролю відрізняються від поковок більшою складністю форми. Однак при розробці схеми контролю литої заготовки необхідно прагнути забезпечити прозвучування кожного елемента обсягу з трьох взаємно-перпендикулярних напрямків.
Малюнок 2.11 – Схеми прозвучування поковок простої форми (П – прямий ПЕП; Н – похилий ПЕП).
При контролі листового прокату, поковок та лиття поряд з ехо-імпульсним використовується дзеркально-тіньовий метод контролю.
2.4.3 Особливості контролю масивних поковок та поковок зі структурними перешкодами.Структурні перешкоди пов'язані з розсіюванням ультразвуку. Їх також називають структурною реверберацією. Імпульси, що утворилися в результаті відбиття від кордонів зерен і приходять до приймального п'єзоелементу в той самий момент часу, складаються. Залежно від випадкового співвідношення фаз окремих імпульсів вони можуть посилити або послабити один одного. В результаті наНа екрані дефектоскопа структурні перешкоди мають вигляд окремих близько розташованих імпульсів (їх іноді називають травою), на тлі яких утруднено спостереження корисного сигналу. Структурні перешкоди — основний чинник, який обмежує чутливість під час контролю методами відбиття. Досить часто структурні перешкоди перевищують донний сигнал, виключаючи цим можливість застосування эхо- чи дзеркально-тіньового методу.
При контролі масивних виробів і заготовок зі структурними перешкодами слід спочатку оцінити ступінь однорідності коефіцієнта загасання ультразвуку флуктуації амплітуд донних сигналів. Однорідними за згасання вважають області, в яких розмах амплітуд (різниця між максимальним та мінімальним значеннями) не перевищує 4 дБ.
На виробі виділяють області, однорідні згасання. У цих областях для оцінки згасання та налаштування чутливості використовують середнє значення амплітуди донного сигналу. Допускається для пошуку дефектів виконати налаштування чутливості за найменшим донним сигналом у виробі, якщо при цьому забезпечується необхідна чутливість. У такому випадку для визначення еквівалентних розмірів виявлених дефектів використовуються значення донних сигналів поруч із дефектним місцем.
При оцінці еквівалентних розмірів дефектів, розташованих поблизу бічних стінок виробів великої товщини, слід мати на увазі можливий вплив стінок на пучок УЗ, яке може спотворити амплітуду відбитого сигналу. Врахувати цей вплив можна шляхом застосування ПЕП із вузькою діаграмою спрямованості або використовувати стандартні зразки підприємства, що імітують частину об'єкта контролю.
Якщо при контролі масивних виробів або виробів з крупнозернистою структурою через підвищене згасання, чи структурних шумів, чи власнихшумів дефектоскопа при високій чутливості не забезпечується пошукова чутливість на всій товщині виробу, можуть бути застосовані наступні прийоми:
- Контроль з двох протилежних сторін із забезпеченням заданої чутливості на половині товщини виробу. Для суцільних циліндрів це відповідає настроюванню на задану чутливість на осі та (або) на половині хорди;
- Застосування тимчасового регулювання чутливості;
- Пошаровий контроль. Спочатку контролюють шар між дном виробу та глибиною, на якій рівень шумів ще невеликий. Потім чутливість знижують до рівня чутливості на глибині Н. Контролюють наступний шар. У такій послідовності контроль повторюють доти, доки буде перевірено весь обсяг заготовки;
- Застосування перетворювача з великим розміром п'єзоелемента. При цьому внаслідок звуження пучка зменшується контрольований обсяг, а отже, кількість елементів структури, що створюють перешкоду;
- Зниження частоти ПЕП. Нижня межа частоти становить, як правило, 0,5 МГц;
- Застосування роздільно-сумісних перетворювачів;
- Зменшення тривалості зондуючого імпульсу;
- Вибір оптимального напрямку прозвучування. Оптимальним є напрям, вздовж якого мінімальні зміни пружних властивостей матеріалів та вплив цих змін на поширення ультразвуку. Цей напрямок може бути визначений експериментально безпосередньо на виробі або на зразках;
- Вибір оптимального типу УЗ хвиль. Це відноситься в першу чергу до контролю похилим ПЕП, коли замість поперечних ефективнішими можуть виявитися поздовжні хвилі;
- Вибір типу хвиль з оптимальною поляризацією. Так, наприклад, поперечні хвилі з горизонтальноюполяризацією (SН-хвилі) можуть виявитися ефективнішими при УЗ контролі крупнозернистих аустенітних зварних з'єднань, ніж поперечні хвилі з вертикальною поляризацією (SV-хвилі) або поздовжні хвилі.
Якщо в результаті виконання зазначених заходів не забезпечується пошукова чутливість на всій товщині виробу, допускається проведення контролю на робочій чутливості за умови зниження швидкості та кроку сканування не менше ніж у два рази. Якщо і робочу чутливість на всій товщині не вдається забезпечити, для кожної зони по глибині виконують контроль на чутливості на 4 дБ нижче рівня максимального шуму, тобто максимально можливої чутливості для даного виробу. У цьому, зазвичай, виявляється, що з різних ПЭП, передбачених схемою прозвучування, виходять різні результати.
Існують й інші методи підвищення ефективності УЗ контролю матеріалів із крупнозернистою структурою (наприклад, статистичні), але вони вимагають застосування спеціальної апаратури.
У висновку про результати контролю має бути наведено графік зміни чутливості, фактично забезпеченої на різних товщинах у виробі.