Основные параметры ультразвукового метода

ЗАБАЙКАЛЬСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА-
Филиал открытого акционерного
общества
« РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ »
ДОРОЖНЫЙ ЦЕНТР ОБУЧЕНИЯ
УЧЕБНО-АТТЕСТАЦИОННЫЙ ЦЕНТР
ПО НЕРАЗРУШАЮЩЕМУ КОНТРОЛЮ
ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
УАЦ НК “ ТЕХНОЛОГИЯ ”
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
на тему “ Основные параметры ультразвукового
метода НК ”
Специальность: дефектоскописты вагонных, локомотивных
депо
г. Чита
αº
0
0
Разработал инструктор УАЦ НК
Горлачёв А.Н.
г. Чита
2003год
Оглавление
1. Основные параметры и измеряемые характеристики………………………………...…стр. 2-3
2. Чувствительность, виды чувствительности и способы их эталонирования ….…….…стр. 3-6
3. Разрешающая способность …………………………………………………..……………стр. 6-7
4. Стандартные образцы (СО) и эталонирование основных параметров
….………….стр. 7-9
5. Стандартные образцы предприятия ………………………………………………….....стр. 9-10
6. Понятие о мёртвой зоне и разрешающей способности …………………………....…стр. 10-11
7. Формулы акустического тракта прямого совмещённого ПЭП
с круглым пьезоэлементом …….………………………………………………………......стр. 12
8. Основные положения Зеркально – теневого метода (ЗТМ)………….……….............стр. 13-15
9. Основные способы определения формы и размера дефектов ……………………….стр. 15-16
1.
1. Основные параметры и измеряемые характеристики
Выявляемость дефектов в конкретном изделии зависит от целого ряда факторов: как метода
контроля, так и применяемой аппаратуры. Часть из этих факторов, конечно, учитывается в
формулах акустического тракта «АТ».
В первую очередь это сами акустические характеристики среды, а также параметры излучения и
отражения. В формулы «АТ» конечно входит , как характеристика размера выявляемого дефекта,
кроме перечисленного выявляемость зависит от места положения отражателя: Дефекты
расположенные около поверхностей могут попасть в мёртвую зону, выявляемость рядом
расположенных дефектов определяется – разрещающей способностью.
Обычно из всего многообразия параметров влияющих на амплитуду, выделяют некую
основную или главную группу – группу основных параметров.
Основные параметры метода и аппаратуры
Параметры метода
Параметры аппаратуры
1. Длина волны
1.Частота УЗК f, МГц
2. Чувствительность:
2. Чувствительность:
а) реальная ( мм )
б) предельная Sп, мм2
в) эквивалентная
а) условная Ку, мм
б) условная Ку, Дб
в) эквивалентная
3. Угол ввода , градусы
3. Угол призмы , градусы
4. Направленность поля ПЭП (), ()
4. Размеры пластины а , мм
5. Погрешность измерения координат А%
5. Погрешность глубиномера Аr %, мм, мкс
6. Мёртвая зона м, мм, мкс
6. Длительность ЗИ (  зи), длти-сть
реверберационных шумов (  р зи, мкс), шумы
призмы.
7. разрешающая способность по дальности 7. РС аппаратуры
(РС) лучевая, мм, мкс
8. Плотность сканирования (неровность 8. Шаг сканирования  с , мм
чувствительности в сканируемом сечении):
S пп / S пп
, где:
;
Sпп
S по
пп – предельная чувствительность поиска)
по – предельная чувствительность оценки)
чаще всего в Дб
9. Длительность зондирующих импульсов
9. Длина пакета упругих колебаний
10. Минимальный условный
фиксированного дефекта
размер 10. Скорость сканирования и инерционность
индикатора прибора
11. Дисперсия коэффициента прозрачности
~
по энергии  D
11. Дисперсия опорного сигнала опорный
2.
Понятие о длине волны и частоте как основном параметре УЗК
Данные параметры относятся к основным так как:
1. от величины волны  зависит размер выявляемого дефекта
2. от величины f зависит затухание волны
3. от величины f зависит ширина диаграммы направленности, которая в свою очередь влияет
на выявляемость дефектов. В связи с этим определение величины f и  весьма важно, перед
контролем.
Отклонение величины f от наименьшего значения не превосходящего 10% допустимо или не
значимо f  10%
Для определения наименьшего значения частоты в постоянное время, чаще всего используют
радиотехнические методы, позволяющие по специализированной аппаратуре найти f прямыми
измерениями, а затем .
Например: измерить Т – период колебаний, сюда относятся – анализаторы спектра,
широкополосные осцилографы. Однако для упрощения измерений разрабатывались методы
позволяющие определить или оценить величины f и  с помощью серийного дефектоскопа и
специализированного образца или дефектов и специального придуманной методики.
2. Чувствительность, виды чувствительности и способы их эталонирования
С целью характеристики технических возможностей дефектоскопа в части усиления
электрических сигналов введено понятие абсолютная чувствительность.
Абсолютная чувствительность определяется отношением минимального акустического
сигнала, который регистрируется дефектоскопом, к амплитуде акустического зондирующего импульса. Понятие абсолютной чувствительности, применяемое в отечественной литературе,
идентично ранее рассмотренному понятию резерва усиления. Абсолютная чувствительность
выражается в дБ. Используя абсолютную чувствительность, можно определить максимальную
предельную чувствительность.
И, наконец, когда хотят поставить вопрос о фактических размерах неспошностей, выявляемых
при контроле, то говорят о реальной чувствительности.
Реальная чувствительность характеризуется минимальными размерами реальных
несплошностей конкретного типа, выявляемых в конкретном объекте на заданной глубине
данными средствами контроля, при заданных параметрах контроля и схеме прозвучивания.
Она может быть определена в результате статистической обработки данных контроля и
металлографического исследования большой серии объектов этого вида. Реальная
чувствительность может служить основанием для оценки эффективности УЗ контроля.
Предельная чувствительность – чувствительность характеризующуюся минимальной
площадью отверстия с плоским дном ориентированным перпендикулярно ( ) Акустической оси
(АО), который ещё обнаруживается на данной глубине при данной настройки прибора.
Из определений понятия « предельная чувствительность» и «эквивалентная площадь», следует,
что минимальную эквивалентную площадь отражателя или дефекта выявленного на данной
глубине, в данном изделии при данной настройки и можно считать мерой придельной
чувствительности, в связи с этим настройка на предельную чувствительность по процедуре
аналогична определению
эквивалентной площади. Но выполняется в обратной
последовательности. Ещё раз подчеркнём S п - основной параметр при УЗК, настраиваемый перед
проведением контроля.
S экв - одна из основных измеряемых характеристик
дефекта, определяющая как правило на эталоне, оценка конечно после того, как дефект будет
выявлен.
3.
S п - можно настраивать (эталонировать) 2мя способами:
1. По образцам с моделями дефектов типа: плоскодонка, сегментный и угловой отражатель.
Можно считать, что глубина расположения модели дефекта при настройки S п должна быть
равной толщине контролируемого изделия, так как дефект в принципе может быть расположен в
любой точке по глубине, при наличии тест образцов с такими моделями расположенными на такой
глубине сама процедура настройки весьма проста например: при использовании плоскодонки или
сегмента: S п  S 0 , где
S 0 - площадь модели, значит достаточно выявить в тест образце модель S 0 заданной в
Нормативно- технологической документации (НТД).
При использовании уголкового отражателя, следует помнить: S п  N * S 0 - эталон СО
S п  S 0 - плоскодонка, сегмент.
Коэффициент N – однозначно связан с углами падения волны.
N
2,5
=900
2,0
1,5
1,0
0,5

50
45
40
35
30
Итак, при настройке предельной чувствительности по уголковому отражателю, зная величину
предельной чувствительности, необходимо:
В зависимости от используемого угла  по графику найти N, затем вычислить S o и изготовив
отражатель площадью S 0 производить настройку на заданную предельную чувствительность ( S п )
2. Более эффективным и универсальным является настройка предельной чувствительности,
по специальным диаграммам: APД, AVG – европейская и SKH.
SKH диаграммы связывает:
S – эквивалентная площадь или предельная чувствительность;
К – коэффициент выявляемости;
Н – глубина залегания отражателя.
SKH диаграмма как и остальные построена по формуле Акустического тракта (АТ), причём
эталонные отражатели у них разные. При использовании «АРД» диаграмм – эталонный
отражатель, как правило, бесконечная плоскость. При использовании «SKH» диаграммы
эталонный отражатель – боковой цилиндр.
При использовании любой из этих диаграмм настройка на предельную чувствительность
считается законченной, когда органы управления установлены в положение соответствующее
числу найденному из диаграммы, например:
К д  N д  N
При настройке S п само значение S п - естественно задано Н – предварительно по прежнему
считать равным толщине  изделия, зная эти величины по SKH находим К д , далее алгебраически
вычисляем N 0 и N , найденное и установленное на приборе N к и соответствует необходимой
Sп
4.
Условная чувствительность - характериз уется размерами и максимальной глубиной
залегания выявляемых искусственных отражателей, принятых в качестве эталонных и
выполненных в образце из материала с определенными акустическими свойствами.
Различают два вида условной чувствительности, суть которых одинакова:
I – Условная чувствительность в (мм) или условная чувствительность по СО – 1 , её
выражают наибольшей глубиной в «мм» расположения цилиндрического отражателя
фиксируемого индикаторами прибора..
Для настройки на предельное значение К у (мм), достаточно выявить модель, залегающую на
глубине Н 0 равной К у , Н 0 = К у и положение органы управления дефектоскопа.
Удобство настройки К у по СО – 1 заключалось установить в соответствующее в том, что
разница в амплитудах от соседних дефектов составляла 4 дБ, таким образом можно было
производить оценки даже при отсутствии калибровочного аттенюатора, такой вариант настройки
имеет существенный недостаток – акустические свойства СО – 1 и их разброс зависит от многих
факторов, а значит настройка чувствительности может быть не точна в связи с этим , позже,
гораздо большее распространение получило К у в дБ
II – Условная чувствительность по СО – 2 – выражает разность в дБ между показаниями
аттенюатора и показание соответствующее максимальному ослаблению при котором ещё
цилиндрическое отверстие диаметром 6мм фиксируется индикаторами дефектоскопа. Таким
образом настройка чувствительности К у в дБ заключается в выявление отверстия диаметром 6 мм в
СО – 2. Сигнал от отверстия диаметром 6 мм доводим до стандартного уровня, т.е. до середины
экрана ВШ дефектоскопа. Изменение показания аттенюатора (как правило – уменьшение) на
число дБ, соответствует заданной К у (условной чувствительности).
Такую настройку производят по СО – 2 , хотя в принципе подобную процедуру можно было
реализовать и на других отражателях, обеспечив единство проводимых измерений.
В практике УЗ контроля часто ситуации когда удобнее настроить чувствительность без СО и
специальных тест образцов, например если используются те или иные опорные сигналы или в
качестве настроечного образца, используют изделие из контролируемой партии с моделью или
реальным дефектом, в таком случае говорят, что выявлению подлежат дефекты эквивалентные по
своим отражающим способностям. Данную чувствительность называют – эквивалентной.
Эквивалентная чувствительность - чувствительность, характеризуемая минимальными
размерами искусственного отражателя определенной формы и ориентации, который еще
обнаруживается на заданной глубине в изделии при данной настройке дефектоскопа. Например,
если чувствительность задана размерами зарубки, или цилиндрического отражателя, то ее
называют эквивалентной.
Примеры:
а) пропилы в контрольных образцах колёсных пар.
б) опорный сигнал при контроле приободной зоны диска.
В следствии, разнообразия видам чувствительности и типа размеров изделий, модели для
настройки чувствительности – также разнообразны. К весьма часто используемым относят:
1. плоскодонка
2. сегмент
3. зарубка
4. боковое цилиндрическое отверстие
5. бесконечная плоскость.
5.
В ряде случаев для настройки чувствительности используют и другие модели:
а) Вертикальное цилиндрическое отверстие
б) Наклонное проходное отверстие.
а
б
Естественно разные виды чувствительности можно переводить один в другой, при этом
необходимо использовать формулы акустического тракта и подтверждением прямыми
измерениями по СО и тест образцам.
3. Разрешающая способность
Обычно выделяют два вида разрешающей способности:
1. Лучевая – по дальности
2. Фронтальная – по лучу
Характеризуют способность отдельной регистрации двух рядом расположенных сигналов от
двух отражателе.
В случае лучевой разрешающей способности (РС) – отражатели расположены один за другим, т.е.
на разном расстоянии от точки ввода, для Фронтальной «РС» - рядом друг с другом окружности
одного радиуса.
∆
∆
Лучевая РС
Фронтальная РС
Ясно, что величина разрешающей способности кроме аппаратуры зависит от скорости
распространения волны, длительности посылаемого импульса и диаграммы направленности
преобразователя. Последнее время к основным параметра чаще всего относят, только лучевую РС,
её как и мёртвую зону не измеряют, а оценивают по раздельному выявлению двух отражающих
поверхностей расположенных одна за другой. Как правило, это отражатели типа ступеньки,
бывают ситуации, когда необходимо оценивать и фронтальную РС, для этого применяют
плоскодонное отверстие ориентированное перпендикулярно акустической оси и расположенное на
одном расстоянии от излучателя и расстояние между этими плоскостями – переменное.
6.
Обычно говорят, что два сигнала выявляются раздельно, если фронт первого пересекается с
передним – второго на линии развертки или ниже.
4. Стандартные образцы (СО) и эталонирование основных параметров
Основные требования, предъявляемые к образцам для эталонирования
1. Использование не сложных для изготовления отражателей (желательно с понятными и
монотонными характеристиками).
2. Возможность точного задания акустических свойств материала из которого
изготавливают образец и их стабильность в процессе эксплуатации.
3. Возможность эталонирования параметров в широких пределах.
4. Однозначная воспроизводительность настройки (эталонирования).
В результате многолетней работы были сформированы, разработаны и внедрены несколько СО,
которые подробно описаны:
а) ГОСТ 14782
б) ГОСТ 18576
В соответствии с этими ГОСТами к СО относят:
Стандартный образец СО – 1 (СО 1; СО№1) – выполнен из оргстекла марки ТОСП и служит для:
а) Настройки условной чувствительности в (мм), положение ПЭП №1.
б) Оценки точности работы глубиномера, положение ПЭП №2.
в) Оценки лучевой разрешающей способности, положение ПЭП №3 – для ПЭП 0 0 ; №3 – для
ПЭП> 0 0 .
г) Определение угла ввода 
3а
№1
3б
2мм
№2
№4
Примечание: расстояние от контактной поверхности до пропила при положении №2 таково, что
время прохода туда – обратно приблизительно 20мкс1мкс. Для оценки лучевой (РС –
разрешающей способности) наклонного ПЭП положение №3б – здесь используются
концентрические окружности разного радиуса, также представляющий собой ступенчатый
отражатель.
В образцах первого поколения имелся ещё отражатель, боковой цилиндр диаметром 2 мм в
нижней части образца и небольшая шкала на донной поверхности для определения угла.
7.
Основной отражатель в этом образце цилиндрический отражатель диаметром 2 мм, 13
отверстий на расстоянии от 5 до 65 мм разница в амплитуде между ними 4 дБ.
Выбор оргстекла удобен, так как позволяет перекрыть очень широкий диапазон чувствительности
(более чем в 100 раз). Однако акустические свойства оргстекла заметно отличаются при
изменении температуры, а также с течением времени в связи с этим более эффективным является
использование образца из стали.
Стандартный образец СО – 2 изготавливается из стали ст20 по ГОСТ 1050. Скорость продольной
волны в образце при  0 = 205, Сl равна 5900м/с.
Стандартный образец СО-2 используют для настройки и проверки параметров, при УЗ контроле
объектов из малоуглеродистой и низколегированной сталей и определения условной
чувствительности при контроле любых материалов. Его применяют для:
1. определения погрешности глубиномера (прямой ПЭП в положении А). Время
прохождения ультразвуком расстояния от поверхности до дна составляет 20 мкс;
2. измерения угла ввода  луча (наклонный ПЭП в положении Б
или Б'). Перемещая наклонный ПЭП около этих положений, получают максимальный эхосигнал. Величину угла ввода считывают по риске напротив точки выхода луча;
3. определения условной чувствительности в децибелах (ПЭП в
положении Б или Б');
4. определения предельной чувствительности (с использованием опорного отражателя
диаметром 6, ПЭП в положении Б или Б').
5. определения ширины основного лепестка диаграммы направленности (перемещение
наклонного преобразователя около положения Б или Б');
6. предельной чувствительности при использовании SKH диаграммы;
7. проверки мертвой зоны дефектоскопа с преобразователем (ПЭП в положении В или В');
8. настройки глубиномера дефектоскопа с прямым ПЭП (ПЭП в положении А);
9. настройки чувствительности дефектоскопа с использованием опорного сигнала от отверстия
диаметром6 (наклонный ПЭП в положении Б или Б').
В
Б
А
8мм
2мм
44м
м
6мм
2мм
3мм
В
Б
210мм
Примечание: основной цилиндрический отражатель находится на глубине 44мм, диаметром 6мм,
так как, начиная с этого диаметра, чётко разделяются по времени: зеркально отражённый сигнал и
сигнал волн скольжения, не наблюдается интерференции и настройка становится – «чётко». При
контроле соединений из металлов, отличающихся по акустическим характеристикам от
малоуглеродистой и низколегированной сталей, для определения указанных параметров
(исключая погрешность глубиномера) должен применяться стандартный образец СО-2А,
изготовленный из соответствующего материала. Конструкции образцов СО-2А и СО-2 одинаковы,
однако угловые деления и время пробега продольной волной пути 59 мм должны быть
определены для данного материала.
8.
Стандартный образец СО - 3
Стандартный образец СО-3 (рис.6.34) изготавливают из стали марки 20 по ГОСТ 1050 или стали
марки 3 по ГОСТ 14 637. Скорость продольной волны в образце С, = (5900 ± 59) м/с. Этот образец
предназначен для:
1. определения
точки
выхода
УЗ
луча.
Для
этого
наклонный
ПЭП
устанавливают
над
центральной
риской,
небольшими
перемещениями
находят положение ПЭП соответствующее максимальному эхо-сигналу. Точка
выхода расположена точно над центральной риской образца;
2. определения условной чувствительности для наклонного ПЭП;
3. определения предельной чувствительности для наклонного ПЭП;
4. настройки глубиномера для наклонного ПЭП;
5. настройки чувствительности для наклонного ПЭП. Все указанные операции выполняют в
положении наклонного ПЭП, когда его точка выхода совпадает с центром "О" образца.
Три последние операции могут выполняться только для объектов из малоуглеродистой и
низколегированной сталей.
20
10
0
10
20
55
30
5. Стандартные образцы предприятия
Стандартные образцы предприятия (СОП) получили широкое распространение для настройки
глубиномера и (или) чувствительности дефектоскопа. СОП воспроизводят акустические
свойства материала, конфигурацию, а также форму и шероховатость поверхности
контролируемых изделий.
В СОП выполняют искусственные отражатели, расположенные на различных глубинах и
имитирующие естественные дефекты изделий. Конкретные типы СОП и области их применения
определяются стандартами и другими методическими документами, регламентирующими
проведение УЗ контроля.
Наибольшее распространение получили СОП с искусственными несплошностями в виде
плоскодонных дисковых отражателей (ПДО), ориентированных перпендикулярно УЗ лучу, и
цилиндрических отверстий (ЦО), образующая которых направлена перпендикулярно УЗ лучу.
Можно условно разбить СОП с ПДО на четыре типа.
Образцы типа А. Предназначены для настройки чувствительности дефектоскопа и
определения эквивалентных размеров дефектов (ЭРД) при работе с прямыми ПЭП.
Выполняется в виде ступенчатых блоков, либо в виде фрагментов этих блоков –
параллелепипедов, цилиндров.
Образцы типа Б предназначены для выполнения настройки и определения ЭРД при
контроле цилиндрических изделий небольшого диаметра (обычно - равного или менее 150 мм)
по образующей. Могут выполняться в виде полуцилиндров, ступенчатых полуцилиндров или
цилиндров.
Образцы типа В. Предназначены для выполнения настройки чувствительности и определения
ЭРД при контроле плоских изделий наклонными ПЭП. Выполняются в виде призм или
параллелепипедов со скошенными торцами.
9.
Образцы типа Д. Предназначены для выполнения настройки чувствительности и определения
ЭРД при контроле зоны сплавления антикоррозионной наплавки с основным металлом.
Искусственные отражатели выполняют со стороны наплавки (при контроле со стороны
основного металла), либо со стороны основного металла (при контроле со стороны наплавки).
Выполняются в виде ступенчатых блоков или параллелепипедов
Искусственные отражатели, применяемые при УЗК: е - плоскодонное отверстие; б - плоскость;
в, ж - отверстие
со сферическим дном; г, з - цилиндрическое отверстие (боковое); д - паз с плоским дном; и сегмент; к - угловой плоский отражатель (зарубка); л - угловой цилиндрический отражатель
(угловое отверстие); м - вогнутая внутренняя цилиндрическая поверхность; н - двугранный угол
Метрологическое обеспечение средств ультразвукового контроля
С целью получения достоверных и воспроизводимых результатов средства УЗ контроля должны
подвергаться:
1. аттестации после изготовления или перед вводом в эксплуатацию. Аттестацию
осуществляют предприятия, изготовившие средства контроля (при наличии
соответствующих
полномочий,
выданных
органами
Госстандарта),
или
специализированные предприятия Госстандарта. Аттестация проводится по программе,
разработанной, владельцем средств контроля и согласованной органами Госстандарта;
2. периодическим поверкам в процессе эксплуатации. Поверки осуществляют
специализированные предприятия Госстандарта или ведомственные метрологические
службы, получившие на это разрешение Госстандарта. Объемы и периодичность поверок
предписываются инструкциями по эксплуатации средств контроля или методической
документацией на проведение контроля.
Сведения об аттестации и периодических поверках заносятся в паспорт на средство контроля
либо оформляются отдельным свидетельством.
6. Понятие о мёртвой зоне и разрешающей способности
В НК под мёртвой зоной (МЗ) понимают зоны, которые не возможно проконтролировать в
силу тех или иных причин (эти зоны должна быть отмечены в документе контроля).
Природа разных «МЗ» различна: (габариты изделия, наличие конструктивных элементов, в
зависимости от расположение ПЭП и изделия и т.д.).
10.
Наиболее известно понятие «МЗ» в УЗК и более того оно относится к основным параметрам
УЗК. Под «МЗ» понимают - зону, прилегающую к контактной поверхности, в которой не
возможно выявление дефектов методом отражения в, следствии совпадения по времени
излучённого и принятого сигналов.
Очевидно, что для прямого ПЭП в соответствии с иллюстрациями, величина мёртвой зоны
определяется в первую очередь:
1. скорость распространения ультразвуковой волны;
2. длительность зондирующего импульса (ЗИ);
3. длительность реверберационных (структурных) шумов.
Следовательно, наиболее очевидный способ уменьшения «МЗ» - уменьшение длительности
зондирующего импульса.
Например: демпфирование, подбором согласующих слоёв.
При наклонном вводе как всегда имеется влияние угла β: ясно, что при возрастании
β – величина мёртвой зоны уменьшается, так как путь от излучателя до отражателя увеличивается,
а значит, совпадения отражённого сигнала с посланным - наступает позже. Кроме того, часть пути
волна проходит в теле призмы.
Конечно ещё один из способов уменьшения «МЗ» - использование РС ПЭП (раздельно
совмещённых преобразователей) или раздельной схемы контроля. По ГОСТ величина «МЗ» не
измеряется, а оценивается, т.е. величина«МЗ» - допустима или нет. Для эталонирования
используют модель в виде бокового цилиндрического отверстия диаметром 2 мм.
Для наиболее используемых углов «α» пороговые значения следующие:
α=50; «МЗ»=8мм;
α=65; «МЗ»=3мм.
Мёртвую зону эталонируют после настройки чувствительности.
11.
6. Формулы акустического тракта прямого совмещённого ПЭП с круглым пьезоэлементом
Модель
дефекта
Тип искусственного отражателя
Уравнение акустического
Тракта при r  3n
Глухое отверстие с плоским дном
Диск площадью S
S S
А
 2a 2 e  r
А0  r
2b
Глухое отверстие со сферическим дном
Сфера диаметром
2b
S h
А
 a 2 e  r
А0  r
2b
Пропил
Бесконечная
полоса шириной
2b
2S a h  r
А

e
А0
( r )
2b
Сквозное отверстие
Бесконечный
цилиндр
диаметром 2b
А Sa

А0 2
2b
b  r
e
r
Донная плоская поверхность
Бесконечная
плоскость
S
А
 a e  r
А0 2r
Донная цилиндрическая поверхность
Цилиндрическая
вогнутая
поверхность
А

А0
S – площадь отражателя, S a - площадь излучателя
12.
S a  r
e
2r
7. Основные положения Зеркально – теневого метода (ЗТМ)
ЗТМ – метод прохождения, а значит признаком обнаружения дефекта является – уменьшение
в определённое на перёд заданное количество раз донного сигнала. Отношение минимальной
амплитуда У д донного сигнала, при обнаружении дефекта, а амплитуде того же донного У 0 , при
отсутствии дефекта и помехи – называют коэффициентом ослабления донного сигнала и
обозначают К с .
Кс 
Uд
;
U0
Понятно, что величина К с - зависит от размеров дефекта
U0
U1
Xi
U2
U3
Коэффициент ослабления измеряется от 0 до 1 и уменьшается, при увеличении дефекта. Для
расчёта амплитуды прошедшего сигнала, здесь также получены формула акустического тракта
(АТ), которые как и при эхо-методе используют принцип «Кирхгофа» и принцип «Бабине»,
которые переформируются для метода прохождения.
В этой ситуации, как правило в качестве рассеивателя, лежащего в некоторой плоскости МN и
считают по «Бабине» - что любая точка плоскости МN, кроме точек принадлежащих рассеивателю
(диску) является – вторичным излучателем волны.
И
h
М
N
П
13.
H
Далее структура расчёта «АТ» аналогична эхо-методу, определяет поле в плоскости MN,
вычисляют из него составляющую, связанную с рассеивателем (вычесть из первого поля – второе
и рассматривать его как вторичный излучатель от которого получается сигнал на приёмнике.
Пользуясь таким алгоритмом расчёта и помня, что в левой части формулы акустического
тракта обычно стоит соотношение сигналов принятого и исходного, можно получить формулу для
расчёта:
Pд
SbH
;
 1
P0
h( H  h)
Так как необходимо учитывать двойной путь, а главное два раза учитывать рассеяние на дефекте:
Pд
4SbH
НS 2b
 1
 2 2
P0
h(2 H  h)  h ( H  h)
Для любого способа ЗТМ признак обнаружения дефекта один и тот же – уменьшение прошедшего
импульса, а варианты реализации разные:
1. Прямым ПЭП, продольной С l волной по донному сигналу;
2. Прямым ПЭП, поперечной С t волной по донному сигналу;
3. По донному импульсу наклонным ПЭП С l волнами;
4. по N донному сигналу прямым ПЭП С l волнами;
5. По донному сигналу (импульсу);
6. По отношению N го к N  1 С l волнами.
Конечно необходимо сравнить перечисленные способы, это возможно например по выписанным
выше формулам «АТ».
Качественный характер зависимости коэффициента ослабления от h
Кс
4
Расчёт для рассеивателя
виде диска диаметром
2мм.
3
0,8
2
1
0,6
0,4
0,2
30
60
90
h. мм
120
Таким образом, анализ графика показывает:
1. Чувствительность ЗТМ взрастает, чувствительность возрастает, тем меньше угол  ;
2. При использовании наклонных ПЭП , таким образом - меньшие углы дают лучшую
выявляемость дефекта;
3. Чувствительность любого из способов возрастает с уменьшением глубины залегания
дефекта и с уменьшением толщины изделия.
14.
Конечно, не зависимо от способа, на величину донного сигнала влияет целый ряд факторов:
Например связанных с качеством акустического контакта, донной поверхности и т.д. Как всегда
это весьма сильно влияет при абсолютных измерениях и не влияет при относительных. Поэтому с
точки зрения помехозащещённости эффективно использовать последний способ ЗТМ – способ
отношений N-1
7. Основные способы определения формы и размера дефектов
Вопрос распознавания образа дефекта весьма актуален в следствии двух причин:
1. Потенциальная опасность плоских дефектов на 1,2 порядка выше, чем округлых.
2. В очень многих объектах в основном имеются и выявляются дефекты округлой формы, что
приводит к большим объёмам неоправданного ремонта.
В связи с этим разработано Большое число идентификационных признаков, позволяющих в
ряде случаев выявить форму дефекта.
Из всего разнообразия, рассмотрим только некоторые признаки, основанные на измерениях на
одной частоте, типовым прибором. Признаки разделим на несколько групп:
1. Основанные на соотношение между условными размерами, неоднократно отмечалось,
что:
а) Условный размер – это численная характеристика огибающей эхо сигналов, а значит несёт
информацию о дефекте.
б) Относительные измерения – точнее абсолютных в следствии этого разработаны и опробованы
признаки базирующиеся на соотношении м/у линейными или угловыми условными размерами:
Например:
Кx 
Линейный условный размер
X д

X д
; К  д 
X 0
 0 Н д
К у 
Угловой условный размер
 ду
 0
; К к 
X д
;
Н 0
 дк
 0
Суть признаков в сравнениях условного размера не известного объекта (дефекта) с условными
размерами отражателя с известной индикатрисой рассеяния.
Признак К  - позволяет разделить дефекты в сечении на дефекты плоскостной и округлой
формы, а плоскостные – на горизонтальные и вертикальные.
Признак К l - позволяет разделить дефекты на протяжённые К l > 1 и компактные К l < 1.
Для всех этих признаков условный размер определяют – относительным способом.
Угловым условным размером называют - условный размер дефекта в градусах измеряемый
аналогично линейным условным размерам, но при смещении ПЭП по окружности, радиусом
равным Lд и центром вместе проекции дефекта на контактную поверхность.
К у >>1 – округлый
К у  1 – плоскостной
 ду
Lд
В качестве эталонного отражателя в угловых размерах используют бесконечную плоскость.
15.
Признак К ф - коэффициент формы, измеряют эхо-зеркальным методом (зеркально эхометодом), по так называемой «тандем схеме». Схема предполагает использование двух ПЭП
излучатель и приёмник каждый, расположенные друг за другом в одной плоскости. Суть
признаков – сравнение амплитуд сигнала зеркально отражённого от дефекта и сигнала
испытавшего двойное отражение от дефекта и от донной поверхности.
ИП 1
К ф  U1
ИП 1
U2
К ф >1 ( К д  0 Дб ) – округлый дефект
U1
U2
В принципе возможен приём целой серии сигналов на практике чащу всего анализируют два
сигнала:
а) – первый излучил, первый принял;
б) – первый излучил, второй принял.
ИП 1
ИП 1
Достоинства: К ф - простота измерений высокая разрешающая способность распознавания.
Недостатки:
неработоспособен:
а) изделие малой толщины 40мм (60мм);
б) использование бинарной системы ПЭП (т.е. пара ПЭП), не смотря на это коэффициент формы
широко используется как для идентификации, так и для поиска плоскостных и вертикальных
дефектов.
16.