Ультразвуковая дефектоскопия Щербинский






























© 2001 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ПОЧЕМУ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ –
ЗАДАЧА ВЕРОЯТНОСТНАЯ?.......................................................................3
1.1. Понятие об индикатрисе рассеяния 3
1.2. Какие факторы определяют форму индикатриссы рассеяния реального дефекта? 5

2. ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 7

3. СТАТИСТИКА ДЕФЕКТОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 16

4. ОСНОВНЫЕ ОШИБКИ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОЦЕНКИ ВЕЛИЧИНЫ ДЕФЕКТОВ 20
4.1. Субъективные ошибки 21
4.2. Объективные ошибки 31

5. ЛОЖНЫЕ СИГНАЛЫ 37
5.1. Вызванные отражением поверхностных волн 37
5.2. От элементов структуры материала изделия 37
5.3. От верхнего или нижнего валиков усиления 38
5.4. Рефракция уз пучка 38
5.5. Отражения от участков с большими локальными напряжениями 38
5.6. При контроле сильно шероховатой поверхности прямым пэп 39
5.7. Фантомы 39
5.8. От волн, дифрагированных на крае отражателя 40
5.9. При контроле поверхностными волнами 40
5.10. От двугранного угла 40

6. ДОСТОВЕРНОСТЬ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 41
6.1. Что же означают понятия «достоверность» и «воспроизводимость»? 41
6.2. Некоторые примеры оценки достоверности 42
Методы повышения достоверности ручного контроля 45

7. АВТОМАТИЗАЦИЯ УЗК СВАРНЫХ ШВОВ 47

ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на прогресс, достигнутый в развитии средств и методов, ультразвуковая дефектоскопия есть и всегда будет технологическим процессом, при котором обнаружение, идентификация и оценка несплошностей осуществляется с неизбежными ошибками. И, хотя оператор обязан жестко соблюдать требования инструкций, методик и другой научно-технической документации, он должен понимать вероятностный аспект дефектоскопии, проводить контроль «с открытыми глазами» и оценивать возникающие проблемы правильно.
Цель курса – показать, от чего и как зависит вероятность обнаружения и правильной оценки несплошности ультразвуковыми методами и дать рекомендации по ее повышению.
Курс подготовлен на основе материалов по контролю сварных соединений. Однако все принципиальные положения справедливы применительно к другим объектам ультразвуковой дефектоскопии.
Курс рассчитан на специалистов II и III уровней.

ПОЧЕМУ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ – ЗАДАЧА ВЕРОЯТНОСТНАЯ?

ПОНЯТИЕ ОБ ИНДИКАТРИСЕ РАССЕЯНИЯ

В ультразвуковой дефектоскопии (УЗК), так же, как в гидро- и радиолокации, информацию об объекте несет отраженный сигнал: об отражателе мы судим по акустическому полю рассеяния отраженного сигнала (диаграмма отражения). По аналогии с оптикой такое поле называют индикатрисой рассеяния (ИР). ИР – это векторная диаграмма распределения амплитуд и фаз отраженного поля в пространстве. В ней зашифрована вся информация об отражателе.
На практике наиболее часто прозвучивание производится одним пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП). При этом регистрируют индикатрису обратного рассеяния, которую в дальнейшем будем называть ИР.
Пространственные и энергетические характеристики ИР отражателя правильной геометрической формы с гладкой поверхностью (плоскодонные и боковые сверления, зарубки, сегменты, и др.), т.е. так называемого «детерминированного» отражателя легко предсказуемы и хорошо описываются уравнениями акустического тракта.
ТИПЫ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ

Слева направо: два диска (плоскодонные отверстия), сегмент, зарубка, паз, вертикальное сверление, боковое отверстие
Вот как формируется ИР в горизонтальной плоскости на детерминированных отражателях – дисках различных волновых размеров:

Только эти акустические модели в виде детерминированных отражателей (плоскодонных, вертикальных и боковых отверстий, надрезов, пазов, зарубок и т.д.) легко воспроизводимы по геометрическим и отражательным характеристикам и, кроме того, технологичны в изготовлении.
Реальные же дефекты сварных швов отличаются большим разнообразием, имеют неповторимые конфигурацию, различную ориентацию, шероховатость поверхности и отражательную способность даже в пределах одного морфологического типа.
Характерный пример
ИР в азимутальной плоскости (на поверхности образца) от различных участков реальной усталостной трещины при прозвучивании наклонным пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП)
· = 50°, f = 1,8 МГц.

Видно, что направление и амплитуда максимального отраженного сигнала от реального дефекта неопределенны
Поэтому реальные дефекты необходимо рассматривать как отражатели случайные (стохастические). Пространственно-энергетические и фазовые параметры ИР реальных дефектов могут оцениваться только с определенной вероятностью. Это значит, что ультразвуковая дефектоскопия является вероятностным процессом и решает задачи обнаружения и дефектометрии, как принято говорить, с определенной достоверностью (объективностью).

КАКИЕ ФАКТОРЫ ОПРЕДЕЛЯЮТ ФОРМУ ИНДИКАТРИССЫ РАССЕЯНИЯ РЕАЛЬНОГО ДЕФЕКТА?

К этим факторам относятся:
Размер
Конфигурация
Шероховатость поверхности
Ориентация отражателя относительно направления прозвучивания (ракурс озвучивания)
Ракурс приема
Ширина раскрытия
Влияние стенок (границ), расположенных вблизи данного дефекта, и т.п.
Следовательно, прежде чем начать разработку технологии контроля, обеспечивающей наибольшую вероятность (достоверность) правильного обнаружения и идентификации несплошностей, необходимо изучить:
как дефекты различного типа отражают ультразвук,
какие типы дефектов преобладают в изделии,
какова их преимущественная ориентация и расположение.
Основными причинами возникновения тех или иных внутренних несплошностей являются нарушения технологического процесса и конструктивные особенности сварного соединения.
По определению ГОСТ дефектом является критическая несплошность, т.е. несплошность, превышающая по размерам допустимые нормативные значения.
Понимая, что в задачи НК входит обнаружение именно критических несплошностей, а также ради простоты изложения в дальнейшем вместо термина «несплошность» будет использован термин «дефект».
В УЗК принято называть дефекты, у которых соотношение максимальных размеров b/
· в поперечном сечении:
>5 – плоскостными (трещины, непровары)
4-3 – объемно-плоскостными (несплавление валиков)
2-1 – объемными (шлаки, поры)

Наиболее опасными для конструкций являются плоскостные дефекты, на краях которых создаются локальные напряжения, превышающие прочностные возможности металла, что приводит к росту этих дефектов и к разрушению конструкции.
Степень опасности плоскостных дефектов зависит от ориентации относительно напряжений, действующих в изделии:
если плоскость дефекта нормальна напряжению (растягивающие напряжения
· стремятся раскрыть дефект) дефект очень опасен (это относится к вертикальным и, особенно, к поперечным трещинам в сосудах и трубах;
если плоскость дефекта параллельна напряжению, дефект менее опасен (расслоения в листах, сосудах, трубах).
Опасными являются напряжения
·, раскрывающие трещину. Под внутренним давлением в трубе или сосуде напряжения опаснее для поперечных трещин, плоскость которых расположена параллельно образующей трубы (сосуда).



ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ТРЕЩИНЫ ГОРЯЧИЕ
Это разрывы металла в процессе кристаллизации. Расположены в шве или околошовной зоне, ориентированы поперек оси шва. Как правило, имеют небольшие размеры, малое раскрытие, слабо шероховатую, почти плоскую поверхность. Отражение УЗ близко к зеркальному.
К горячим трещинам относятся также поперечные, ориентированные поперек оси шва и расположенные в шве или околошовной зоне.
















ТРЕЩИНЫ ХОЛОДНЫЕ
Как правило, имеют большие размеры, неровную поверхность, сильно развиты в трехмерном пространстве. Довольно легко обнаруживаются по «блестящим точкам», т.е. по участкам, благоприятно ориентированным к падающему пучку УЗ.





ТРЕЩИНЫ ПАУКООБРАЗНЫЕ
сильно разветвлены, поэтому обнаруживаются довольно легко.




ТРЕЩИНЫ УСТАЛОСТНЫЕ
слабо шероховаты, слабо волнисты, поэтому УЗ отражают почти так же, как детерминированные отражатели.



НЕПРОВАРЫ (НЕСПЛАВЛЕНИЯ) МЕЖВАЛИКОВЫЕ
По конфигурации они мало отличаются от шлаковых включений. Часто ориентированы горизонтально. Со стороны основного металла гладкие по кромкам, со стороны наплавленного металла шероховатые.






НЕПРОВАРЫ В ПРИТУПЛЕНИИ К- и Х-образных СТЫКОВЫХ, ТАВРОВЫХ И УГЛОВЫХ ШВОВ
имеют гладкую поверхность. Отражение УЗ происходит так же, как от донных отражателей, т.е. по законам геометрической акустики.




НЕПРОВАРЫ В КОРНЕ ОДНОСТОРОННИХ ШВОВ
являются угловыми отражателями УЗ, поэтому имеют повышенную отражательную способность.




ШЛАКОВЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ
Это включения в наплавленный металл оплавленного флюса, обмазки электродов и т.п.
Вдоль оси шва, как правило, имеют вытянутую форму, часто образуют цепочки.
В поперечном сечении форма неопределенная, но чаще всего это неправильный овал или треугольник с шероховатой поверхностью.





ПОРЫ
Это газовые пузырьки сферической или цилиндрической формы ось цилиндра, как правило, вертикальна. Чаще всего образуют скопления.




СВИЩИ (КАНАЛЬНЫЕ ПОРЫ)
Это отверстия (каналы) малого диаметра и большой глубины, иногда сквозные.




СТАТИСТИКА ДЕФЕКТОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

При отработанной технологии количество и статистическое распределение дефектов по типу и по размеру стабильно. В среднем, из общей массы дефектов в швах 25 – 40 % составляют непровары и трещины, 60 – 75 % – объемные дефекты (включения, поры и т.п.).
Нарушения технологии приводят к резкому увеличению количества и размеров дефектов, а также к появлению дефектов новых типов (например поперечных трещин).
Изменение статистических показателей контроля качества является одним из важных критериев оценки стабильности технологического процесса изготовления данного изделия, и наоборот: при стабильной технологии сварки – позволяет судить о нарушении технологии контроля.
Классический пример – налаженный статистический контроль качества сварных стыков рельсов на заводах МПС. Стабильный в среднем процент брака характерен для каждого завода. Увеличение этого процента свидетельствует об ухудшении технологии и о необходимости принятия мер по улучшению сварки. Сокращение % брака говорит об ослаблении ультразвукового контроля (УЗК) и о необходимости наведения порядка в службе контроля.
Характерные примеры распределения выявленных:
а) непроваров по длине в швах сосудов толщиной 50ч250 мм;
б) компактных шлаковых включений, пор и их скоплений в швах 8ч22 мм;
в) плоскостных (непроваров, трещин) в швах 8ч22 мм.



Распределение дефектов по размеру, как правило, описывается распределением Вейбулла.



Основная масса дефектов обычно сосредоточена в корне шва. Статистика распределения дефектов в поперечном сечении шва и по глубине h зависит от конструкции шва: при K- и X-образных разделках непровары образуются, как правило, в верхней средней зоне шва, что видно из диаграмм, применительно к стыковым швам сосудов толщиной H = 90ч240 мм. Это обуславливает значительно худшую их выявляемость в сравнении с дефектами, выходящими на поверхность.



В односторонних сварных швах с V-образной разделкой (трубы, сосуды небольшой толщины и др.) эти дефекты расположены у противоположной поверхности и хорошо выявляются в силу углового эффекта, при котором суммируются сигналы, переотраженные от дна и от плоскости отражателя.

Статистика распределения плоскостных дефектов по ширине шва применительно к резервуарам нефтехранилищ, выполненных автоматической дуговой сваркой (АДС) и ручной дуговой сваркой (РДС). Показывает, что основная масса дефектов расположена в средней части (зона I).

В угловых и нахлесточных соединениях основная масса дефектов сосредоточена вблизи плоскости, проходящей через биссектрису сварного шва.




Распределение дефектов по азимуту
· относительно продольной оси шва является нормальным (гауссовым) со среднеквадратичным отклонением
·
· = 4ч5°.
Это определяет необходимость проворотов ПЭП вокруг нормали к оси шва на угол 3
·
·
· ±15° при сканировании.


В сварных соединениях сосудов высокого давления и паропроводов из сталей перлитного и перлитно-мартенситного классов внутренние трещины ориентированы, в основном, вертикально. Распределение экспериментальных данных близко к нормальному, со среднеквадратичным отклонением
·
· равным: 7° для электрошлаковой сварки (ЭШС) и 8,5° для автоматической дуговой и ручной дуговой сварки (АДС и РДС). Близкие значения
·
· получены применительно к швам резервуаров нефтехранилищ с толщиной стенки 12ч22 мм. Обнаружение вертикальных трещин эффективно только в случае применения эхо-зеркального метода (тандем) или дельта-метода с регистрацией волн дифракции.




На выявляемость дефектов и на появление ложных сигналов сильно влияет отклонение ширины усиления шва от номинального значения и величина взаимного смещения верхнего и нижнего валиков усиления.
Здесь приведены характерные статистики применительно к швам резервуаров нефтехранилищ.


(
· – отклонение ширины валика от номинального значения)


(
·/b) – величина взаимного смещения валиков усиления



ОСНОВНЫЕ ОШИБКИ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОЦЕНКИ ВЕЛИЧИНЫ ДЕФЕКТОВ

Основные ошибки и их природа
На амплитуду отраженного сигнала, его индикатрису рассеяния и, следовательно, на оценку величины дефекта влияет множество различных факторов, как зависящих от оператора и дефектоскопа, так и независимых, случайных, которые учесть или избежать невозможно. Поэтому все инструментальные операции (настройка дефектоскопа, поиск дефектов, измерение параметров несплошностей и оценка их допустимости) в той или иной мере обусловлены возникновением ошибок, завышающих (ошибки первого рода
·
·) или занижающих (ошибки второго рода
·
·) измеряемые характеристики несплошностей и степень их опасности. Первые – приводят к ложной браковке (перебраковке). Вторые – обуславливают пропуск опасных (критических) дефектов (недобраковку). Очевидно, что чем меньше ошибок при контроле, тем выше его достоверность и воспроизводимость.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОШИБКИ КОНТРОЛЯ
ОБЪЕКТ КОНТРОЛЯ
ДЕФЕКТ
МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ
УСЛОВИЯ КОНТРОЛЯ
ПЕРСОНАЛ

Материал
(структура, анизотропия, коэффициент затухания, уровень шумов и т.п.)
Геометрическая форма
(наличие отверстий, резьбы, приварных технологических элементов и т.п.)
Толщина.

Уровень напряжений.

Состояние поверхности сканирования.

Состояние внутренней поверхности сосудов и труб.
Тип.

Размеры
(длина, высота, степень раскрытия).
Местоположение.

Геометрическая форма
(плоскостной, объемный)
Ориентация.

Шероховатость поверхности.
Способ прозвучивания.

Дефектоскоп и преобразователи.

Основные параметры контроля
(частота, угол ввода, уровень чувствительности и др.)
Стандартный образец.

Методика настройки.

Учет фактической шероховатости поверхности.

Объем регистрируемой информации.
Комфортность условий.

Поза оператора.

Освещенность, температура, влажность, ветер.

Радиационный фон.

Время суток.

Высота над уровнем земли.
Образование.

Опыт.

Уровень квалификации.

Изучение специфики объекта контроля.

Пол.

Здоровье.

Психо-эмоциональное состояние.

Сосредоточенность.



СУБЪЕКТИВНЫЕ ОШИБКИ
возникают вследствие личных качеств оператора: его квалификации, дисциплинированности, внимательности, добросовестности, степени усталости и т.п., а также от условий работы – времени суток, погоды, температуры, дискомфортности позы и т.п.
Их можно разделить на три группы:
промахи, т.е. грубые ошибки, связанные с пропуском дефектов из-за невнимательности, или незамеченной неисправности аппаратуры,
неправильная оценка величины и местоположения (координат) отражателя при исправном дефектоскопе и правильной его настройке,
те же ошибки, обусловленные неправильной настройкой дефектоскопа.

Промахи – одна из основных причин пропуска в эксплуатацию продукции с грубыми дефектами, а потому на промахи следует обращать особое внимание.
Недобросовестность оператора здесь не рассматривается.
Даже при весьма высокой квалификации оператора промахи возможны вследствие его неудовлетворительного психофизиологического состояния (усталость, стресс и т.п.) и некомфортных условий работы (вблизи сварочных постов, на высоте, на морозе и т.п.).
Число грубых промахов, как правило, тем выше, чем лучше в целом качество продукции. Это объясняется тем, что у оператора, контролирующего бездефектную продукцию, внимание притупляется в большей степени, чем при контроле продукции с большим количеством дефектов.
Для сокращения числа промахов необходимо работать парой, сменяясь каждые 20-25 минут. Кроме того, очень эффективен повторный контроль – т.н. суперконтроль или «супервижн».
ПРИМЕРЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОВТОРНОГО КОНТРОЛЯ
Заводской неразрушающий контроль сварных соединений трубопроводов Ду 800 с толщиной стенки 38 мм проводился в следующей последовательности:
радиография – выявлено 257 критических (недопустимых) дефектов, затем дефектные участки отремонтированы;
ультразвуковой контроль до термообработки – выявлено 635 дефектов, затем ремонт;
ультразвуковой контроль после термообработки – выявлено еще 202 дефекта, затем ремонт;
ультразвуковой суперконтроль независимым специалистом – обнаружено дополнительно 189 дефектов.


Вероятность обнаружения одиночных включений при контроле одних и тех же стыковых швов в зависимости от числа операторов m
Число операторов
m=1
m=2
m=3


1
2
3
1+2
1+3
2+3
1+2+3

Вероятность
0,83
0,73
0,64
0,88
0,94
1,0
1,0




Ошибки группы II обусловлены, в основном, недостаточной квалификацией оператора и неточным соблюдением требований инструктивных материалов.
Для снижения уровня этих ошибок необходимо сформировать четкое «пространственно-физическое» представление процесса прозвучивания, а также научиться мысленно представлять себе весь путь прохождения сигнала в акустическом тракте и влияния на него различных физических и геометрических факторов.
Для исключения ошибок группы III необходима периодическая проверка работоспособности дефектоскопа.
В частности, необходимо ежедневно проверять:
линейность амплитудной характеристики или погрешность аттенюатора,
линейность развертки и погрешность глубиномера,
качество приклейки пьезоэлемента (в процессе старения ПЭП пьезоэлемент часто отклеивается),
угол ввода ПЭП (неравномерный износ призмы).
Уровень настройки чувствительности рекомендуется проверять несколько раз в смену.
Для проверки параметров дефектоскопа можно рекомендовать комплект специальных устройств, разработанных ЦНИИТМАШ.
Необходимо помнить, что:
зондирующий импульс – не одиночный сигнал, а пачка (цуг) колебаний (обычно 3-4), имеющая пространственную длину 4ч8 мм, что естественно, ограничивает линейную разрешающую способность;
ультразвуковой луч – это расширяющийся пучок колебаний с минимальным размером, равным поперечнику пьезопластины, с неравномерным распределением энергии по фронту (это означает, что амплитуда эхо-сигнала от одного отражателя, попавшего в различные зоны диаграммы направленности (ДН), различна и разрешающая способность по фронту также мала);
при переотражении от стенок или от рядом расположенных дефектов имеет место интерференция колебаний в пачке, а это приводит к вариациям амплитуды сигнала.

Некоторые представляют себе акустический тракт таким:

На самом же деле он такой:


Все эти факторы ограничивают разрешающую способность метода.



На рисунке показаны графики экспериментально полученных данных о фронтальной разрешающей способности прямого (а) и наклонного ПЭП f = 2,5 МГц в вертикальной (б) и азимутальной (в) плоскостях. Во всех случаях два отражателя уверенно разрешаются (на уровне больше 6 дБ) только если расстояние между ними превышает 10 мм.
Характерные ошибки при настройке чувствительности (эталонировании) дефектоскопа

(а) Квалификация оператора – очень важный фактор!
Например, при многократных (повторных) настройках уровня чувствительности дефектоскопа по одному и тому же образцу (отражатели – «зарубки» и боковые отверстия) среднеквадратичные отклонения в уровне чувствительности составляют:
1,05 дБ – у оператора 2-го разряда,
0,7 дБ – у оператора 3-го разряда,
0,5 дБ – у оператора 4-го разряда,
0,4 дБ – у инженера.

Средняя вероятность выявления дефектов на лабораторных образцах в зависимости от стажа работы оператора
№№
Стаж работы
Одиночные поры
Ш0,3ч4,0 мм
Цепочки пор протяженностью 7ч50 мм
Непровары протяженностью 60ч300 мм

1
Более 3-х лет
(3 оператора)
0,75
0,96
1,0

2
1 месяц
(5 операторов)
0,51
0,93
0,98


В производственных условиях вероятность правильного обнаружения существенно ниже.
Вероятность обнаружения дефектов типа трещин, непроваров и цепочек включений протяженностью ~ 10 мм и более, характеристический размер которых превышает порог чувствительности метода, при должной квалификации оператора практически не зависит от его опыта работы и близка к единице; в то же время вероятность обнаружения округлых компактных дефектов в зависимости от навыков оператора колеблется в пределах 0,35ч0,84.
(б) Неточность изготовления отражателя
Примеры изменения амплитуды сигнала от наклона зарубки (а), вертикального сверления (б) и от бокового отверстия (в).














(в) Несоответствие качества поверхности образца и изделия
Качество акустического контакта зависит от шероховатости и волнистости контролируемой поверхности. Как правило, качество поверхности контролируемого изделия хуже требований НТД и не соответствует качеству поверхности образцов СОП.

Ошибки в обнаружении и измерении величины дефектов только вследствие пренебрежения этими факторами составляют 6ч9 дБ.

На гладких поверхностях амплитуда эхо-сигнала в зависимости от толщины контактного слоя d изменяется, как показано на рисунке:

Как видно, осцилляции сигнала у наклонных ПЭП могут достигать 8ч9 дБ, а у прямых ПЭП они составляют 15ч20 дБ.
Зависимость чувствительности от Rz для регулярной поверхности показана на рисунке для ПЭП
· = 40 и 50° (а и б).

После зачистки абразивным кругом, дробе- и пескоструйной обработки образуются статически шероховатые поверхности. При этом решающее влияние на качество акустического контакта оказывают макронеровности поверхности (волнистость), период которых соизмерим с размерами ПЭП (область в).
Общий вывод: чувствительность дефектоскопа необходимо корректировать с учетом реального качества поверхностей образца и объекта контроля.



(г) Влияние термообработки
При контроле термически необработанных швов в случае настройки по образцам СО-2, V-1, V-2 или термически обработанным СОП истинная величина дефекта занижается, что приводит к недобраковке.
Занижение эквивалентной площади SЭ, например, составляет: в барабанах из стали 16ГНМА – в среднем в 1,3 раза, в трубопроводах диаметром 273ч326 мм из стали 12ХМФ – в 1,2 раза, в отливках из стали 34Н1М до термообработки – в 1,4 раза.
В аустенитной наплавке сосудов АЭС после трех термообработок большинство дефектов (заполнение шлаком, несплавления на границе) увеличивает SЭ, хотя некоторая часть дефектов после термообработки закрывается, и их эквивалентная площадь уменьшается.
Поэтому сдаточный контроль регламентирован НТД после проведения третьей термообработки.
(д) Отклонение фактической геометрии от номинальной (чертежа)
Например, при хордовом прозвучивании труб диаметром 57ч150 мм изменение толщины стенки на 0,06ч0,08 мм приводит к изменению амплитуды сигнала на 6ч8 дБ.
(е) Изменение химического состава
влечет за собой изменение акустических свойств. В магистральных газопроводах изменение химсостава приводит к изменению скорости УЗ, что, в свою очередь изменяет угол ввода до 3°. Поэтому перед проведением контроля необходима перенастройка дефектоскопа по СОП, изготовленным из труб данной партии.
(ж) Антикоррозионная наплавка
Амплитуда сигнала зависит от того, производится ли прозвучивание со стороны наплавки или со стороны основного металла. В первом случае амплитуда сигнала меньше и разница может достигать 13 дБ. Поэтому во всех случаях надо стараться контролировать со стороны основного металла.

(з) Положение отражателя относительно оси шва
Ориентация кристаллитов в текстурах шва и основного металла различны. Кроме того, кристаллиты металла имеют различные модули упругости, а, следовательно и скорости и волновые сопротивления (импедансы) по разным кристаллографическим осям. Это приводит к квазиувеличению отражающей поверхности зарубки, изготовленной на границе наплавленного металла.

Соответственно, такие СОП изготавливать нельзя.
(и) Кривизна и состояние донной поверхности
При отражении от внутренней стенки цилиндрического изделия (трубы, сосуды) пучок деформируется, и амплитуда переотраженного сигнала уменьшается, как показано на рисунке:

Кроме того, на амплитуду переотраженного сигнала существенно влияет ориентация плоскости падения относительно оси изделия, шероховатость и наличие отложений на внутренней поверхности, а также наличие в изделии жидкой фазы. Поэтому перед началом основного контроля необходимо снять профилограмму внутренней стенки в режиме толщинометрии и оценить степень ее коррозионно-эрозионного повреждения, а также наличие жидкости внутри.
(к) Кривизна контактной поверхности
играет большую роль в формировании ДН в металле. На криволинейной границе вследствие преломления пучка происходит его расширение в соответствии с законом синусов (
·i/
·i). При контроле наклонным ПЭП цилиндрических изделий в радиальной плоскости ДН расширяется тем больше, чем больше угол ввода, чем меньше диаметр изделия и чем больше размер пьезопластины.



При этом меняется также ракурс озвучивания (угол встречи с дефектом) в зависимости от расстояния до дефекта, что влияет на амплитуду эхо-сигнала.




При компенсации расширения ДН при контроле по криволинейным поверхностям призмы (протекторы) ПЭП изготавливают по форме изделия или притирают. В этом случае эффект расширения проявляется в меньшей степени. Для полной компенсации расширения ДН протектор можно выполнить в форме фокусирующей линзы, например из сплава Д16Т, хотя линза ухудшает реверберационно-шумовую характеристику ПЭП. При неправильном сопряжении рабочей поверхности призмы ПЭП с изделием может иметь место и изменение угла ввода. Рисунок демонстрирует, как правильно сопрягать призму с криволинейной поверхностью, чтобы сохранить заданный угол ввода.







(л) Квазиискривление диаграммы направленности
В металлах с большим затуханием и в изделиях большой толщины наблюдается квазиискривление ДН, т.е. амплитуда сигнала от отражателя, взятого перифирийным лучом ДН, в силу меньшего пути больше, чем амплитуда сигнала от отражателя, взятого центральным лучом. Этот эффект усиливается с глубиной отражателя.

В барабанах из стали 16ГНМА при толщине 115 мм
·h = 14ч17 мм, а при толщине 125 мм – 15ч18 мм.
Вследствие этого эффекта имеют место два рода ошибок:
в определении глубины залегания дефекта (поскольку мы измеряем по максимальной амплитуде и думаем, что отражатель располагается на оси);
в определении SЭ по АРД-диаграммам.
Эти, в большинстве случаев субъективные, ошибки легко устраняются проведением повторных измерений. В сомнительных случаях рекомендуется проводить определение координат X и Y с обеих сторон шва прямым и однажды отраженным лучом, а также использовать ПЭП с различными углами призмы.
(м) Влияние поверхности на близкорасположенный отражатель
Эхо-сигнал от дефектов высотой hД~
·, расположенных на поверхности, имеет сложный интерференционный характер, который обусловлен сложением волн – переотраженных от дефекта и от поверхности изделия. Эхо-сигнал от «висячих» дефектов, т.е. удаленных от поверхности на расстояние h, меньшее, чем пространственная длина импульса
I =
·c/2,
где
· – длительность зондирующего импульса, формируется за счет интерференции составляющих поля, непосредственно дифрагированных на дефекте и переотраженных от границы, а также трансформированных волн другой моды (другого типа).
Эффективность обнаружения висячих дефектов существенно повышается при использовании схемы «тандем» с двумя ПЭП в одном корпусе.





(н) Ориентация вектора поляризации падающей поперечной волны
Поперечная волна поляризована, т.е. колебания частиц в ней происходят в одной плоскости. Вектор поляризации для наклонного ПЭП лежит в плоскости падения. По отношению к плоскостному дефекту, приведенному на рисунке, это т.н. SV-волна. Ее коэффициент отражения R зависит от угла
·, что показано на рисунке б. При
·кр=31° коэффициент R минимален.

При озвучивании вертикальной трещины в радиальной плоскости в соответствии с графиком б, наименее эффективен угол ввода
· = 60° (т.е.
·д = 30° близок к
·кр и коэффициент отражения минимален). Для учета этого явления и выбора оптимального угла ввода используют приведенную выше номограмму. Если колебания частиц в поперечной волне параллельны поверхности отражателя, такие волны называются SH-волнами. При любых
· коэффициент R=1, как показано пунктиром на графике б. Этот случай реализуется при прозвучивании хордовыми ПЭП. При выборе схемы прозвучивания объекта контроля целесообразно предварительно прорисовывать пути лучей и выбирать угол встречи большим, чем
·кр, или стараться применить SH-волны.
(о) Влияния температуры
Температура призмы и контактной жидкости, в частности нагретых объектом контроля, сильно влияет на величины ошибки в определении координат отражателя (пеленгационная ошибка). Ниже показаны температурные зависимости скоростей продольных Cl и поперечных Ct волн в оргстекле (а) и уровня затухания (1), скорости ультразвука (2) и плотности (3) для машинного масла (б).

Наличие температурных градиентов приводит к изменению фактических углов ввода наклонных ПЭП по сравнению с геометрическими углами, что показано на номограммах.

Во избежании связанных с этим ошибок настройку глубиномера дефектоскопа следует проводить на образце, имеющем температуру, равную температуре объекта контроля. При использовании в таких условиях процессорных дефектоскопов через меню следует вводить фактическое значение угла ввода для данной температуры, взятое, например, из номограммы.
Характерные ошибки в определении координат и размеров дефектов обусловлены, в основном, небрежностью в выполнении контроля.

Неточность измерения максимума эхо-сигнала. Эта ошибка исключается при работе с компьютерным дефектоскопом в режиме «заморозки».
Неточность установки ПЭП в положение регистрации максимума эхо-сигнала.
Пренебрежение учетом фактического акустического контакта в месте установки ПЭП при измерении дефекта (ошибка исключается при использовании датчика ДШВ и методики ЦНИИТМАШ корректировки чувствительности дефектоскопа).
Изменение угла ввода вследствие наклона ПЭП на неровностях контролируемой поверхности (сварочные брызги, вмятины, песок и т.п.).
Отклонение ширины валика усиления от требований чертежа. Дефекты берутся не центральным, а периферийным лучом ДН.
Пренебрежение кривизной наружной и внутренней поверхностей изделия.
Пренебрежение заполнением изделия жидкостью. Ошибка может достигать 2 дБ.
Большинства из них можно избежать, если дополнительно зачистить (подчистить) поверхность абразивной бумагой средней зернистости, после чего тщательно протереть и вновь покрыть контактной жидкостью.

ОБЪЕКТИВНЫЕ ОШИБКИ

Объективные ошибки не зависят ни от оператора, ни от работоспособности дефектоскопа.
Возникновение их связано с характеристиками объекта контроля, самого дефекта как отражателя ультразвука и с наличием помех в акустическом тракте дефектоскопа.
Они не могут быть учтены оператором.

Объективные ошибки, обусловленные характеристиками дефекта
(а) Форма дефекта
У объемных дефектов ИР не имеют выраженной направленности конфигурации. У плоскостных дефектов основная доля энергии ИР направлена зеркально. Поэтому, при равных поперечных размерах в случае одного ПЭП эквивалентная площадь SЭ для плоскостных дефектов меньше, чем для объемных. При применении схемы «тандем» картина обратная.


(б) Неровности поверхности плоскостных дефектов
Характер отражения от шероховатой поверхности, близкой к плоской, определяется параметром Рэлея P = 2k
·hsin
·, где
·h – среднеквадратичное отклонение высот отдельных неровностей от средней плоскости, k = 2
·/
· – волновое число. При P << 1 и 2b >>
· отражение зеркальное. Поэтому ИР – острая, главный вектор зеркально симметричен, и угол отражения
·b равен углу падения
·.


По мере увеличения шероховатости и/или угла
· направленность ИР снижается, и могут появиться дополнительные максимумы, как это видно из рисунка.

При P >> 1 отражение приобретает диффузный характер: ИР сильно расширяется, направление главного вектора становится неопределенным, а соотношение амплитуд отраженного AО и падающего AП сигналов изменяется по закону косинусов, что видно из рисунка (а). На рисунке (б) показана зависимость AО/AЗ от величины параметра Рэлея P.

Как видно из рисунка, диапазон изменения P реальных трещин составляет 0,1ч9,0, а оценки дисперсии средней высоты неровностей ShІ – 0,1ч2,0 ммІ. Практически все поперечные и значительное число (24%) горячих трещин имеют P << 1. Следовательно, ИР таких трещин характеризуются слабой диффузной и интенсивной зеркальной компонентами.

Это означает, что такие трещины практически не выявляются при прозвучивании одним ПЭП по обычным методикам.
(в) Ориентация плоскостного дефекта
Ракурс озвучивания, т.е. угол 13 EMBED Equation.3 1415 между центральным лучом УЗ пучка и нормалью к плоскости дефекта определяется ориентацией дефекта и углом ввода и сильно влияет на амплитуду эхо-сигнала. В принципе, ошибку, связанную с оценкой размеров таких дефектов можно отнести одновременно и к субъективной и к объективной.

A1 > A2
Sэкв1 > Sэкв2

К объективной эта ошибка может быть отнесена, если оператор использует все возможности метода для измерения максимальной амплитуды эхо-сигнала Aмакс, т.е.
оптимизирует направление прозвучивания в азимутальной (горизонтальной) плоскости,
оптимизирует угол ввода за счет применения ПЭП типа «вариальфа»,
применяет эхо-зеркальный метод (тандем).
Эффективность двух последних пунктов иллюстрируется графиками A/Aмакс.


(г) Ориентация вектора поляризации падающей волны
Ракурс озвучивания дефекта может быть произвольным, т.е. по отношению к плоскости дефекта падающая волна может быть SV или SH и, следовательно, амплитуда отраженных сигналов будет различной. Поскольку коэффициенты обратного отражения RSH и RSV соотносятся, как RSH/RSV = 1,77, выявляемость трещин волнами SH при контроле одним ПЭП лучше, чем волнами SV. Для зеркального сигнала отношение обратное и существенно падает пропорционально параметру Рэлея. Зеркальный сигнал статистически более устойчив, чем обратный.




(д) Ширина раскрытия трещины и заполнения полости дефекта
Коэффициент отражения продольных волн R в зависимости от ширины раскрытия несплошности d и частоты f.



При малом (1ч2 мкм) раскрытии трещины ее берега смыкаются, и на частотах до 4ч5 МГц дефекты практически не выявляются. По мере увеличения раскрытия усталостных трещин с неокисленными «берегами» от 1 до 10 мкм (в образцах углеродистых сталей наклонным ПЭП с
· = 45°) амплитуда сигнала возрастает на 25ч30 дБ, а у трещин с окисленными «берегами» – всего на 3ч4 дБ. Этим объясняется случаи невыявления значительных трещин в сжатых участках трубопроводов.
Заполнение полости дефекта вольфрамом или плотным шлаком снижает коэффициент отражения от них до 0,33 и до 0,35ч0,67, соответственно.

В связи с этим эффектом на практике часто возникает еще одна проблема:
при контроле сварного соединения обнаружили дефект и подтвердили наличие трещины при вскрытии. Заварили, провели термообработку, зачистили и, проконтролировав вновь, ОБНАРУЖИЛИ дефекты в зонах, соседних с ремонтной заваркой. При этом оператор оба раза контролировал добросовестно.
Причина в том, что в каждом шве есть небольшие трещины с малым раскрытием. Но в процессе заварки ремонтного участка происходит неравномерный нагрев шва, создаются локально напряженные зоны и, вследствие этого попавшие в эти зоны микротрещины раскрываются.
Как выходить из этого положения?






Есть еще один важный аспект профессиональной подготовки оператора:
в отличие от других неразрушающих методов, ручной ультразвуковой контроль до некоторой степени является ИСКУССТВОМ, несмотря на регламентации технологии, предписанной НТД. Здесь надо обладать определенным воображением, чтобы за безликим импульсом представить размеры, форму и ориентацию дефекта.
Поэтому настоящим профессионалом оператор становится не после обучения и сдачи экзаменов, и даже не после какого-то периода самостоятельной работы, а после того, как он увидит вскрытые дефекты и убедится в правильности сделанных им оценок размеров и координат. Только после этого он поверит в свои силы и знания.

ЛОЖНЫЕ СИГНАЛЫ

ВЫЗВАННЫЕ ОТРАЖЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН

На рисунках показаны поля излучения поверхностных волн различных наклонных ПЭП, интенсивность которых весьма существенна Поэтому отражение поверхностных волн от капель масла, сварочных брызг, неровностей валика усиления и т.п. может явиться источником ложных сигналов.



ОТ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА ИЗДЕЛИЯ

В швах, не подвергавшихся термической обработке, а также в аустенитных сталях наблюдаются сильные помехи. В аустенитном шве кристаллиты крупнее, чем в околошовной зоне, и имеют специфическую ориентацию (текстуру) кристаллографических направлений с разными модулями упругости. Это приводит к изменению скорости звука, амплитуд сигналов и к их переотражениям. В сильно легированных сталях, в титане часто образуются зоны повышенной твердости и, следовательно, с повышенным волновым сопротивлением
·C. Поэтому на границах этих зон возможно отражение ультразвука. Распознать такие помехи можно:

Фаза первого полупериода отраженного от дефекта сигнала положительна, а от зоны повышенной твердости – отрицательна.




ОТ ВЕРХНЕГО ИЛИ НИЖНЕГО ВАЛИКОВ УСИЛЕНИЯ
ложные сигналы возникают, если их ширина или смещение сильно отличаются от номинальных значений, и они доступны для визуальной и инструментальной оценки, Вероятность появления таких ложных сигналов велика.
Ложные сигналы от валиков усилеиня появляются на нижней поверхности толстостенных изделий за счет эффекта «квазиискривления» диаграммы направленности. Этот эффект связан с тем, что периферийные луч проходит до отражателя путь, меньший, чем прошел бы до него центральный луч, и амплитуда эхо-сигнала от периферийного луча выше, чем она могла бы быть от центрального.
При этом оператор фиксирует максимальный сигнала от валика периферийным лучом диаграммы направленности, а считает, что отражатель находится на оси пучка и определяет положение отражателя неправильно (см. раздел 4.1).
РЕФРАКЦИЯ УЗ ПУЧКА

В некоторых сильно легированных швах скорость УЗК выше, чем в основном металле. На границе шва может происходить трансформация и изменение направления фронта волны. Результат – ложные сигналы от донной поверхности.


ОТРАЖЕНИЯ ОТ УЧАСТКОВ С БОЛЬШИМИ ЛОКАЛЬНЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ
чаще всего возникают в местах подвески толстостенных паропроводов. Механические напряжения приводят к увеличению
·C в этих зонах и, следовательно, к возможности отражения ультразвука на их границах.




ПРИ КОНТРОЛЕ СИЛЬНО ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРЯМЫМ ПЭП
(особенно, если шероховатость регулярная), например, после станочной механической обработки, на ней происходит трансформация волн, и помимо продольной (l) волны в металле возникает поперечная (t) волна с другой скоростью УЗК.


ФАНТОМЫ
– попавшие на экран дефектоскопа сигналы от предыдущей посылки зондирующего импульса. Для предупреждения их появления необходимо выбирать частоту посылок (следования), исходя из толщины объекта контроля: чем толще, тем меньше частота посылок, и наоборот.












ОТ ВОЛН, ДИФРАГИРОВАННЫХ НА КРАЕ ОТРАЖАТЕЛЯ
При отражении от плоскостных или объемных дефектов возникают краевые волны, или волны обегания – соскальзывания. Сигналы от них появляются обычно рядом с основным, как правило, дальше по развертке.


ПРИ КОНТРОЛЕ ПОВЕРХНОСТНЫМИ ВОЛНАМИ
в результате трансформации их в поперечные (t) могут формироваться ложные сигналы от внутренних конструктивных элементов.


ОТ ДВУГРАННОГО УГЛА
на границе аустенитной наплавки и основного металла.

ДОСТОВЕРНОСТЬ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ЧТО ЖЕ ОЗНАЧАЮТ ПОНЯТИЯ «ДОСТОВЕРНОСТЬ» И «ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ»?

Достоверность
Возможность субъективных и объективных ошибок приводит к возможности ошибочной оценки степени дефектности объекта контроля и его работоспособности. Для оценки вероятности безошибочных решений введен термин «достоверность» (объективность). Иногда вместо термина «достоверность» используют термин «надежность», что применительно к дефектоскопии не вполне корректно, поскольку надежность характеризует в значительной степени оценку работоспособности конструкции во времени («наработку на отказ»). Принимая всю сумму результатов измерения качества за полную группу событий (1, 100%), достоверность выражаем в виде
D = 1– (
·
· +
·
·),
где
·
·,
·
· – ошибки 1-го и 2-го родов соответственно.
Целесообразно различать несколько понятий достоверности:
Достоверность обнаружения дефекта (ДО) оценивается вероятностью обнаружения дефекта по выбранным информативным признакам при заданных параметрах контроля и дефектоскопа (т.е. при заданных схеме сканирования и уровне чувствительности дефектоскопа). Обычно ДО = n / N, где n – число обнаруженных дефектов, N – действительное число дефектов в шве, определяемое эталонными методами – разрезкой, рентгенографированием, послойной строжкой и т.п. В подавляющем большинстве методик критерием обнаружения дефекта является превышение амплитуды отраженного от него сигнала над заданным браковочным уровнем чувствительности.
Достоверность идентификации дефекта ДИ определяется погрешностью оценки истинных размеров и конфигурации (типа) по измеренным признакам уже обнаруженного дефекта. ДИ может оцениваться близостью корреляционных связей между характерным размером дефекта и одним или несколькими информативными признаками, например, эквивалентная SЭ и истинная площадь дефекта в плоскости фронта падающей волны, условная и реальная высота трещины и т.д.
Сочетание ДО и ДИ определяет достоверность методики контроля в целом. Она может быть рассчитана исходя из статистики дефектов в объекте контроля, выбранных параметров контроля и настройки дефектоскопа.
Воспроизводимость обнаружения (оценки) – критерий, определяющий вероятность обнаружения и адекватной оценки одного и того же дефекта при контроле по одной и той же конструкции разными операторами или одним оператором, но в разное время.









НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ

В таблице и на рисунке приведены данные по сравнительной достоверности обнаружения дефектов одним ПЭП и по схеме «тандем».
Теоретическая оценка достоверности обнаружения (Д, %)
реальных трещин (
·=
·1=
·2=50°, f=1,8 МГц)

ДО/Д
Слабо шероховатые P < 1
Шероховатые P > 1

Метод
Один ПЭП
Тандем
Один ПЭП
Тандем

Настройка
SЭ = 3 ммІ
0
89,3
88,1
91,1

Настройка
SЭ = 6,5 ммІ
0
92,1
88,1
96,9




Справа приведены результаты производственного контроля

Эхо-зеркальный метод («тандем»), как видно, имеет значительно большую достоверность трещин, чем обычный эхо-метод.



Если оператор будет сканировать шов строго ортогонально его продольной оси, как показано на рисунке,

то, учитывая, что распределение дефектов по углу
· близко к нормальному (Гауссову), достоверность обнаружения для разных стыковых швов и параметров ПЭП лежит в пределах Д = 0,17ч0,46. Это обуславливает необходимость проворотов ПЭП в азимутальной плоскости на ±15°.







Зависимость вероятности f(x) обнаружения дефектов (а) от уровня чувствительности и схемы прозвучивания, (б) от протяженности 1 дефекта

1 – ПЭП 45° с одной поверхности
2 – ПЭП 45° и 60° с одной поверхности
3 – ПЭП 45° и 60° с обеих поверхностей
4 – ПЭП «вариальфа» с шагом 30° и тандем с обеих поверхностей
5 – то же, с шагом 15°

В таблице показана достоверность оценки размеров дефектов по различным информативным признакам. В данном случае она характеризуется теснотой корреляционных связей между значениями соответствующих признаков и размером дефекта.
Дефекты
Эквивалентная площадь
Условная протяженность
Условная
высота

Объемные (шлаковые включения)
0,821
0,720
0,585

Непровары
0,744
0,749
0,387

Трещины
0,789
0,524
0,361

Средние значения
0,794
0,664
0,531


Эти данные получены на образцах в лабораторных условиях













Корреляция между условным (H) и реальным (x) размерами дефекта при прозвучивании в лабораторных (а) и в реальных условиях (б). Корреляция, полученная в реальных условиях, слабая, и, соответственно, ошибки измерения больше, что можно видеть на рисунке.


Радиография
Выявляется Не выявляется

36 65 72 68 71 65
В среднем 62,83%
Матрица сравнительной достоверности ультразвукового и радиографического контроля
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ РУЧНОГО КОНТРОЛЯ

(а) Корректировка чувствительности дефектоскопа
с учетом фактической шероховатости поверхности изделия и образцов СО или СОП. Наиболее эффективный метод ЦНИИТМАШ (SRC-technique) основан на применении датчика шероховатости и волнистости типа ДШВ. Датчик совместим с УЗ дефектоскопами любых типов и работает как по сухой поверхности, так и по поверхности, покрытой минеральными маслами или глицерином. Датчик вырабатывает служебный сигнал, амплитуда которого тем меньше, чем грубее поверхность.





(б) Оптимизация угла ввода
Прозвучивание производится несколькими ПЭП или одним ПЭП с изменяемым углом ввода (типа «вариальфа»). SЭ измеряют по максимальной амплитуде эхо-сигнала.
(в) Измерение эквивалентной площади SЭ на разных частотах
Поскольку амплитуда эхо-сигнала A существенно зависит от bД/
·, где bД – поперечный размер отражателя, прозвучивание желательно производить в возможно более широком диапазоне частот, а SЭ измерять для максимальных значений A/AО, где AО – опорный уровень. Для коррозионных трещин, различно ориентированных относительно нормали к поверхности при таком способе измерения на частотах 0,6ч5,3 МГц наблюдается достаточно высокая корреляция с данными металлографии.
(г) Дифференцированная оценка SЭ для дефектов разных типов
Предварительно производится анализ типа и протяженности дефекта по одному или по совокупности нескольких информативных признаков. Эквивалентная площадь SЭ оценивается по соответствующим АРД-диаграммам в зависимости от того, является ли дефект компактным или протяженным. Это повышает точность измерения SЭ на 35%. Истинный (фактический) размер дефекта SФ может быть определен по соответствующим тарировочным кривым (корреляционным зависимостям).
(д) Применение процессорных УЗ дефектоскопов
Такие дефектоскопы обеспечивают «заморозку» изображения, что позволяет зафиксировать дефект, даже если оператор в момент фиксации не видел экрана, а также автоматически измерять максимальную амплитуду эхо-сигнала (SЭ) с большей точностью, чем это может сделать оператор.
(е) Применение дельта-метода
В сварных швах, склонных к трещинообразованию, вместо или совместно с эхо-зеркальным методом (ЭЗМ, тандем) может применяться дельта-метод. Он менее, чем ЭЗМ, критичен к ракурсу озвучивания в горизонтальной плоскости, хотя и обладает примерно такой же чувствительностью к выявлению плоскостных дефектов.
(ж) Применение веерных ПЭП
для обнаружения различным образом ориентированных дефектов в азимутальной плоскости. Веерный ПЭП, предложенный ЦНИИТМАШ, имеет пьезопластину выпуклой (цилиндрической) формы и дает широкую ДН (на рисунке ДН1 и ДН3 экспериментальные, ДН2 – теоретическая) с резким перепадом на границе света и тени. Тем самым обеспечивается равенство чувствительности в пределах ДН и малый уровень ложных сигналов. Очевидный недостаток – большая ошибка в определении координат отражателя вдоль продольной оси шва может быть преодолен путем прозвучивания найденной дефектной зоны стандартным ПЭП (на рисунке – ДН3).


(з) Применение фокусирующих ПЭП для повышения точности дефектометрии
Существует много методов уменьшения угловой апертуры УЗ пучка, в том числе с использованием фокусирующих моно-пьезоэлементов, линз, фазовых решеток, матриц и т.п. Весьма эффективны разработанные в ЦНИИТМАШ аксиконовые РС-преобразователи и излучателем конусовидной формы.


(и) Применение эхо-зеркального ЭЗМ метода («тандем»)
В изделиях с параллельными или коаксиальными поверхностями (трубы, сосуды) этот метод радикально повышает достоверность информации. Для трещин с поперечными размерами 3ч20 мм метод ЭЗМ дает в 3ч5 раз большую SЭ (кривая 1), а для еще больших трещин – в 10ч30 раз, чем при прозвучивании одним ПЭП (кривая 2).

(к) Прозвучивание SH-поляризованными поперечными волнами
Метод основан на выборе такой схемы прозвучивания и углов ввода, чтобы на дефект падала горизонтально поляризованная волна. Точность дефектометрии повышается за счет того, что SH волны при варьировании ракурса озвучивания на отражателе не трансформируются. Одной из практических реализаций метода является разработанное в МГТУ им. Баумана хордовое прозвучивание кольцевых стыковых сварных соединений тонкостенных труб с помощью РС ПЭП типа «дуэт». Достоверность контроля по такой схеме прозвучивания доказана в производстве трубных стыков различных типоразмеров. Наиболее эффективна аппаратурная реализация фирмы «Политест».


(л) Дополнительное прозвучивание
толстостенных сварных швов головными волнами для обнаружения подповерхностных трещин.
(м) Использование наклонных ПЭП типа «дуэт»
с углом 72° между его акустическими осями при прозвучивании швов толщиной 12ч26 мм. Такая схема существенно снижает уровень ложных сигналов от валика усиления, что иллюстрируется рисунком.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УЗК СВАРНЫХ ШВОВ

Автоматизация кардинально повышает достоверность и производительность УЗК сварных швов. Объем применения автоматизированных средств контроля существенно возрастает с каждым годом. Применение процессорной техники для управления сканированием и для обработки информации позволяет решать самые сложные задачи. Ультразвуковые голографы и томографы реализуют внутривидение (интроскопию) в полной мере. В частности, они позволяют получать трехмерные изображения дефектов, что однозначно решает вопросы эксплуатационного ресурса изделия. Ниже приведены фотографии различных автоматизированных дефектоскопов.
АВТОКОН – МГТУ
(УДС – 4 – 25 «АВТОКОН – 1М»)


Сканер АВГУР-2 фирмы «ЭХО+» (Москва)



Сравнение эффективности ручного (РК) и автоматизированного (АК) контроля сварных швов паропроводов Ду-300 АЭС, выполненного установкой «Авгур 4-2», приведено в матрице достоверности (всего 213 дефектов).

РК БРАК
РК ГОДЕН

АК БРАК
56%
37%

АК ГОДЕН
7%
0


При РК недобраковки (ошибка второго рода
·
·) составляет 37%, а перебраковка (ошибка первого рода
·
·) составляет 7%. Наивысшая вероятность обнаружения трещин и более высокая точность измерения их величины достигается при эхо-зеркальном методе контроля (“тандем”). При АК установкой “Циклон” ЦНИИТМАШ каналом “тандем” в кольцевых сварных швах 104 обечаек толщиной 105ч145 мм обнаружено в 1,7 раз больше дефектов, чем каналами с совмещенными ПЭП.
Механизированный дефектоскоп Скаруч
фирмы АЛТЕС (Москва)


Дефектоскопы ЦНИИТМАШ



















Дефектоскоп фирмы SSI (США) с двухкоординатным ручным сканером обеспечивающий получение разверток (дефектограмм) A, B и C





















В данном курсе использованы оригинальные и опубликованные материалы автора, а также
Н.П. АЛЕШИНА, С.А. АРТЕМЬЕВА, В.Е. БЕЛОГО, В.Т. ВЛАСОВА,
В.Н. ВОЛЧЕНКО, А.Х. ВОПИЛКИНА, В.А. ВОРОНКОВА, А.К. ГУРВИЧА,
И.Н. ЕРМОЛОВА, В.Д. КОРОЛЕВА, Н.П. РАЗЫГРАЕВА, А.З. РАЙХМАНА,
Я.Ю. САМЕДОВА, В.М. УШАКОВА и др.








13PAGE 15


13PAGE 143115



Механизированные сканеры фирмы FORCE (Дания) для контроля сварных швов резервуаров и трубопроводов.

Применение эластичных протекторов из материала с большим поглощением ультразвука (резина, полиуретан) существенно уменьшает осцилляции как в статике (а), так и в динамике, т.е. в процессе сканирования (б). (P – вероятность регистрации сигнала).

при 2b1 = 2b2

Ультразвуковой контроль одним ПЭП
Не выявляется Выявляется

86
82
90
93
98
82,5

В среднем 88,58%



Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 8349105
    Размер файла: 8 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий