Ультразвуковий контроль (акустичний контроль) трубопровідної арматури
Ультразвуковий контроль (акустичний контроль) трубопровідної арматуриУльтразвуковий контроль
Класифікація методів
За загальною класифікацією всі методи неруйнівного контролю (НК) поділяють групи, звані видами НК. Відповідно до ГОСТ 18353-79 існує дев'ять різних видів ПК: магнітний, електричний, вихрострумовий, радіохвильовий, тепловий, оптичний, радіаційний, акустичний та проникаючими речовинами (капілярний та течешукання). Усередині кожного виду методи класифікують за додатковими ознаками. Тут розглядатимемо класифікацію лише методів акустичного контролю (АК).
Активні методи поділяють на методи відображення, проходження, комбіновані (що використовують як відображення, так і проходження), власних коливань та імпедансні.
Методи відображення засновані на аналізі відображення імпульсів пружних хвиль від неоднорідностей або меж ОК, методи проходження - на впливі параметрів ОК на характеристики хвиль, що пройшли через нього. Комбіновані методи використовують вплив параметрів ОК як у відбиток, і проходження пружних хвиль. У методах власних коливань про властивості ОК судять за параметрами його вільних чи вимушених коливань (їх частот та величини втрат). У імпедансних методах інформативним параметром є механічний імпеданс ОК в зоні його контакту з перетворювачем.
Пасивні методи НК класифікують за характером аналізованих сигналів.
Далі коротко описані позначені на схемі та деякі не показані на рис. 2.1 Методи контролю.
Методи відображення
У цій групі методів інформацію отримують відбиття акустичних хвиль в ОК.
Ехометод заснований на реєстрації ехосигналів від дефектів – несплошностей. Він схожий на радіо- тагідролокацію. На рис. 2.2 показано спрощену структурну схему імпульсного еходефектоскопа.
Генератор зондувальних 7 імпульсів збуджує короткі електричні імпульси. У перетворювачі 3 вони перетворюються на імпульси ультразвукових (УЗ) коливань, які поширюються в ОК 4, відбиваються від дефектів 6 і протилежної поверхні (дна) ОК, приймаються тим самим (сумісна схема включення) або іншим (роздільна схема включення) перетворювачем 2. Перетворювач перетворює сигнали з УЗ на електричні. Від нього сигнал надходить на підсилювач 1, а потім на екран дефектоскопа 5.
Одночасно (а іноді через деякий інтервал часу) із запуском генератора імпульсів починає працювати генератор розгортки 9. Правильну послідовність їх включення, а також інших вузлів дефектоскопа, не показаних на спрощеній схемі, забезпечує синхронізатор 8.
Сигнали від генератора розгортки викликають горизонтальне відхилення крапки, що світиться на екрані, а від підсилювача - вертикальне відхилення. В результаті екран УЗ-еходефектоскоп відображає інформацію двох видів. Горизонтальна лінія (лінія розгортки дефектоскопа) відповідає часу пробігу імпульсу в ОК, а цей час пропорційно до шляху імпульсу. Висота піків (імпульсів) по вертикалі пропорційна амплітудам ехосигналів. Таким чином, горизонтальної лінії розгортки визначають довжину шляху імпульсу, а по вертикальній шкалі оцінюють його амплітуду. Таке зображення називають розгорткою типу А (А-розгорткою, А-скан).
Дуже високий (для суміщеної схеми - вихід за межі екрана) сигнал, позначений буквою 3, відповідає збуджуваного генератором і посилається у виріб УЗ-імпульсу. Він зазначає нульове значення шкали часу. Його називають зондуючим імпульсом. Високийсигнал Д відповідає імпульсу, відбитому від протилежної поверхні (дна) ОК. Його називають донним сигналом. Е – ехосигнал від дефекту. Він приходить раніше за донний сигнал, і амплітуда його зазвичай значно менша. Вимірюючи час приходу сигналів за шкалою на екрані або спеціальним пристроєм (глибиноміром) приладу, можна визначити відстань до дефекту або дна виробу і таким чином розрізнити їх. Амплітуда ехосигналу характеризує відбивну здатність дефекту.
Інші методи відображення застосовують для пошуку дефектів, що погано виявляються ехометодом, та для дослідження параметрів дефектів.
Ехозеркальний метод заснований на аналізі акустичних імпульсів, дзеркально відбитих від донної поверхні ОК С і дефекту В, тобто пройшли шлях ABCD (рис. 2.3 б). Варіант цього методу, розрахований виявлення вертикальних дефектів, називають методом тандем. Для реалізації при переміщенні перетворювачів і 3 підтримують постійним значення La+Ld = 2 Н tga, де Н - товщина ОК. Тоді виявлятимуться дефекти у перерізі EF. Виявляються також вертикальні дефекти. Для отримання максимального (дзеркального) відбиття від невертикальних дефектів значення La + Ld варіюють.
Інший варіант ехозеркального методу передбачає переміщення перетворювачів 2 і 3 різних площинах (див. рис. 2.3, б, в середині). Його іноді називають методом тандем-дует чи стредл. При цьому зберігається принцип дзеркального відбиття від вертикального дефекту та донної поверхні. Застосування методу тандем-дует доцільно, наприклад, у випадках, коли при контролі методом тандем перетворювачі 2 і 3 надто зближуються та заважають один одному.
Ще один варіант ехозеркального методу – з трансформацією типів хвиль на дефекті (Т-тандем). Наприклад,перетворювач 2 випромінює поперечну хвилю під кутом введення а, більшим 57° (для сталі). Кут падіння на вертикальний дефект 90° - а буде меншим за третій критичний, тому відбудеться часткова трансформація поперечної хвилі в поздовжню, спрямовану в бік дна ОК. Відбиту поперечну хвилю надалі не використовують, а відбита від дефекту поздовжня хвиля (показана штриховими лініями) далі відобразиться від дна ОК і буде прийнята іншим перетворювачем у точці G. При відображенні від дна ОК також відбудеться часткова трансформація поздовжньої хвилі в поперечну, але поперечну відбиту хвилю надалі не використовують. Для цього варіанта ехозеркального методу потрібна менша відстань від перетворювачів до осі зварного шва.
Дельта-метод (рис. 2.3, в) заснований на використанні дифракції хвиль на дефекті. Частина падаючої на дефект поперечної хвилі від випромінювача 2 розсіюється на всі боки на краях дефекту, причому частково перетворюється в поздовжню хвилю. Частина цих хвиль приймається приймачем 3 поздовжніх хвиль, розташованим над дефектом, частина відбивається від донної поверхні і також надходить на приймач. Варіанти цього методу припускають можливість переміщення приймача 3 по поверхні, зміни типів хвиль, що випромінюються і приймаються.
Дифракційно-часовий метод (ДВМ) (рис. 2.3, д) заснований на прийомі хвиль, розсіяних на кінцях дефекту, причому можуть випромінюватись і прийматися як поздовжні, так і поперечні хвилі. На малюнку представлений випадок, коли випромінюються поперечні хвилі, а приймаються поздовжні. Практичне застосування, однак, отримав варіант, при якому випромінюються і приймаються поздовжні хвилі, оскільки вони першими приходять на приймач і за цією ознакою легко відрізнити їх від поперечних хвиль. Головнаінформаційна характеристика – час приходу сигналу. Цей метод також називають часопролітним, буквально перекладаючи англійську назву (time of flight diffraction - TOFD).
Ревербераційний метод грунтується на аналізі часу об'ємної реверберації, тобто. Процес поступового згасання звуку в деякому обсязі - ОК. При контролі використовується один суміщений перетворювач 2, 3 тому метод правильніше назвати эхореверберационным. Наприклад, при контролі двошарової конструкції (рис. 2.3, г) у разі неякісного з'єднання шарів час реверберації в шарі 7, з яким контактує перетворювач, буде більше, а у разі доброякісного з'єднання шарів менше, оскільки частина енергії буде переходити в інший шар.
Акустична мікроскопія відрізняється від ехометоду підвищенням на один-два порядку частоти УЗ, застосуванням гострого фокусування та автоматичним або механізованим скануванням об'єктів невеликого розміру. В результаті вдається зафіксувати невеликі зміни акустичних властивостей ОК. Метод дозволяє досягти роздільної здатності в соті частки міліметра. Можлива акустична мікроскопія із використанням проходження хвиль.
Когерентні методи відрізняються від інших методів відображення тим, що як інформаційний параметр крім амплітуди і часу приходу імпульсів використовується також фаза сигналу. Завдяки цьому підвищується порядок здатність методів відображення і з'являється можливість спостерігати зображення дефектів, близькі до реальних. Найбільш ефективним когерентним методом є комп'ютерна акустична голографія.