Ультразвуковая дефектоскопия

      
 
 
 
 

    Рисунок 5. Схема наклонного преобразователя:

    1 – пьэзоэлемент, 2 – призма, 3 – корпус излучателя, 4 – изоляционное     кольцо,  5 – демпфер, 6 – контактный штырь, 7 – изоляционная втулка,           8 – зажимная гайка. 

 

2 Помехи эхо-метода и способы борьбы с ними

    Помехами называют возмущения, накладывающиеся на принимаемый сигнал и мешающие его приему. Шумом называют помехи, случайные по амплитуде, времени прихода, фазе колебаний. Помехами эхо-метода в более узком смысле называю мешающие приему полезных сигналов импульсы, не меняющие своего положения во времени относительно зондирующего импульса при неизменных условиях контроля.

    Различают аддитивные и мультипликативные помехи и шумы. Аддитивные помехи складываются с полезным сигналом, а мультипликативные перемножаются с ним. Примеры источников мультипликативных помех; изменение качества акустического контакта, локальные изменения коэффициента затухания. Рассматриваемые далее помехи относятся к аддитивным. [1]

Внешние шумы

    Импульсы  внешних шумов имеют электрическую или акустическую природу. Электрические шумы связаны с работой электроконтакторов, близкорасположенной сварочной аппаратуры и т. д. Акустические шумы встречаются гораздо реже, они возникают в результате ударов по ОК. Например, контролю рельсов с помощью вагона-дефектоскопа мешают удары колес о рельсовые стыки

    Электрические шумы устраняют экранировкой прибора, соединительного кабеля и ЭАП, однако полностью подавить их таким образом не удается. Электрические импульсы поступают через цепь питания прибора, поэтому для их подавления вводят фильтр высоких частот в блок питания, применяют автономные источники питания. Внешние электрические и акустические шумы имеют свой частотный спектр, не связанный со спектром полезного сигнала, поэтому подавлению их способствует сужение полосы частот, принимаемых дефектоскопом.

    Один из способов борьбы с ними - это регистрирование только регулярно повторяющиеся сигналы, приходящие в один и тот же момент времени после посылки зондирующего импульса, т. е. накапление n импульсов, где n=2, 3, .... Это, однако, снижает производительность контроля.

Шумы  электрических цепей

    В электронных элементах на входе  приемника — усилителя дефектоскопа происходят хаотические изменения  электрических потенциалов и токов, которые ограничивают минимальное значение усиливаемого сигнала. Тепловые колебания носителей электрических зарядов в резисторе порождают тепловые шумы. Они имеются также в полупроводниковых приборах, пьезоэлемснтах. Эти шумы обычно меньше структурных помех, поэтому для их снижения достаточно применения малошумящих входных элементов.

Помехи преобразователя

    При контроле по совмещенной схеме контактным способом после зондирующего импульса наблюдают отражения ультразвуковых импульсов (иногда многократные) в пьезоэлементе, протекторе, демпфере, призме. Это помехи преобразователя (рисунок 6). По мере удаления во времени от зондирующего импульса эти помехи уменьшаются и исчезают. При контроле преобразователем с акустической задержкой (иммерсионной жидкостью, призмой) помехи, непосредственно следующие после зондирующего импульса, не мешают контролю, так как в это время ультразвуковой импульс распространяется не в ОК. Однако в этом случае выявлению дефектов вблизи поверхности мешает интенсивный импульс, отраженный от этой поверхности (начальный импульс) и сопровождающие его многократные отражения в элементах преобразователя.

    При ручном контроле помехи преобразователя  отличают от полезного сигнала по тому признаку, что они не перемещаются по линии развертки по время движения преобразователя по поверхности изделия, в то время как сигналы от дефектов перемещаются по линии развертки. Однако нести контроль в присутствие этих помех очень трудно (в автоматическом режиме — невозможно), поэтому рассматриваемые помехи стремятся подавить при разработке преобразователя. При контроле по раздельной схеме многократные отражения в излучателе не попадают на приемник, поэтому помехи преобразователя минимальны. 
 
 
 
 
 

    Рисунок 6. Типичное изображение на экране ЭЛТ дефектоскопа:

    1 – зондирующий импульс, 2 – помехи преобразователя,                                 3 – стробирующий импульс, 4 – структурные помехи, 5 – эхосигнал от дефекта, 6 – донный сигнал.

Ложные  сигналы

    ложными, называют сигналы, связанные с отражениями ультразвука от поверхностей и других элементов ОК, мешающие правильной оценке полезной информации. Ложный сигнал может быть принят за полезный (отражение от дефекта) или может наложиться на полезный сигнал и в результате интерференции изменить его информативные характеристики. Отстройку от ложных сигналов осуществляют выбором более удачной схемы и параметров контроля, стробированием (и исключением из рассмотрения) тех участков развертки, где возможно их появление, амплитудной дискриминацией, т. е. фиксированием только тех сигналов, уровень которых превышает уровень ложных

Структурные помехи

    Структурные помехи связаны с рассеянием ультразвука на структурных неоднородностях, зернах материала. Их часто называют структурной реверберацией. Импульсы, образовавшиеся в результате рассеяния ультразвука на различных неоднородностях, которые приходят к приемнику в один и тот же момент времени, складываются. В зависимости от случайного соотношения фаз отдельных импульсов они могут взаимно усилить или ослабить друг друга. В результате на ЭЛТ прибора структурные помехи имеют вид отдельных близко расположенных пикон, на фоне которых затруднено наблюдение полезного сигнала. Иногда амплитуда пиков превышает данный сигнал, что исключает возможность применения эхо-метода. При высоком уровне структурных помех следует снизить порог чувствительности. Существует два способа:

    Выбор оптимальных параметров контроля основан на соотношении полезных сигналов и среднего уровня структурных помех. Так как изменения акустического контакта может уменьшить амплитуду сигнала в несколько раз, а максимальный уровень структурных помех в 2 раза выше среднего, для надежного обнаружения полезного сигнала на фоне помех сигнала должен быть в 6-8 раз выше их среднего уровня.

    Статистические  методы выделения  сигналов на фоне структурных  помех основан на изменении длительность зондирующих импульсов, при сохранении их амплитуды. Значит дефектоскоп для контроля крупнозернистых материалов должен обладать переменной длительностью импульса (как минимум, от 4 до 9 периодов). Когда возникает сомнение, что наблюдаемые импульсы вызваны структурными помехами, то изменяют длительность импульса и проверяют, изменяется или нет их амплитуда. Если амплитуда не изменяется (с точностью 1 дБ), то импульсы — сигналы от дефектов. Если амплитуда изменяется приблизительно на 3 дБ или более —

это структурные помехи. 

3 Характеристика эхо-метода, их оптимизация и проверка

    Основные  характеристики эхо-метода контроля определяют область его применения, способность обнаруживать и оценивать дефекты изделий.

    Под чувствительностью понимают минимальный размер дефекта, находящийся на максимальной глубине и четко регистрируемый прибором. Количественно ее определяют порогом чувствительности. Для эхо-метода – это минимальная площадь искусственного дефекта типа плоскодонного отверстия, который обнаруживается при контроле. Ее можно определить по отражателям другого типа, выполняя пересчет на площадь плоскодонного отверстия по формулам акустического тракта. Порог чувствительности ограничивается двумя главными факторами: чувствительностью аппаратуры и уровнем помех. В зависимости от структуры материала будет и изменяться порог чувствительности.

    Максимальная  глубина прозвучивания  определяется максимальным расстоянием от дефекта (отражателя) заданного размера, на котором он уверенно выявляется. Она ограничивается условием, чтобы сигнал от дефекта был больше минимального сигнала, регистрируемого прибором и уровня помех. Она также определяется параметрами аппаратуры. В технических характеристиках прибора в качестве максимальной глубины прозвучивания указывают максимальную длительность развертки дефектоскопа. Достижение максимальной глубины прозвучивания ограничивается теми же факторами, которые препятствуют повышению чувствительности.

    Минимальная глубина или "мертвая" зона - минимальное расстояние от преобразователя или от поверхности изделия до дефекта, на котором он четко выявляется не сливаясь с зондирующим импульсом или импульсом от поверхности ввода ультразвука.

    Разрешающая способность - минимальное расстояние между двумя одинаковыми дефектами, при котором они регистрируются раздельно. Различают лучевую и фронтальную разрешающую способности метода.

    Лучевая разрешающая способность - минимальное расстояние в лучевом направлении, при котором сигналы от дефектов видны на экране как два раздельных импульса.

    Фронтальная разрешающая способность по перемещению - минимальное расстояние между дефектами в направлении перпендикулярном лучевому.

    Точность  измерения расстояния до дефекта определяется погрешностью в % от измеряемой величины.

    Производительность  контроля определяется шагом и скоростью сканирования (перемещения) преобразователя. При оценке времени контроля учитывается и время на исследование дефекта. [3]  
 
 

 

Заключение

    Изучив  материалы по данной теме можно утверждать, что эхо-импульсный метод неразрушающего контроля широко применяется для дефектоскопии объектов с односторонним доступом.

    Аппаратура, основанная на эхо-импульсном методе ультразвуковой дефектоскопии, обеспечивает высокую  производительность и достоверность  контроля с возможностью документирования результатов, обработкой на ЭВМ, формированием баз данных и выводом информации на бумажные носители.

    В наше время в России множество  фирм занимаются разработкой и выпуском средств ультразвукового контроля. Такие фирмы, как: «Алтек», «Техническая диагностика и надежность АЭС и ТЭС», НПК «Луч», МНПО «Спектр» занимаются развитием универсальных компактных эходефектоскопов.

Таким образом, одним из самых универсальных методов ультразвуковой дефектоскопии  является эхо импульсный метод. Он используется в медицине, легкой и пищевой промышленности, также является одним из лидирующих в нефтяной, газовой и машиностроительной промышленности.

 

Список  использованных источников

    1. Неразрушающий контроль. Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А.И. Практ. пособие: В 5 кн. Под ред. Сухорукова В.В. Кн. 2: Акустические методы контроля. М.: Высшая школа, 1991. 283 с.

    2. Выборнов В.И. Ультразвуковая дефектоскопия. 2-е изд. М.: Металлургия, 1985.  256 с.

    3. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Неразрушающий контроль. Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В.Клюева. Т.3: Ультразвуковой контроль. М.: Машиностроение, 2004. 864 с.

    4. Алешин Н.П., Лупачев В.Г. Ультразвуковая дефектоскопия. Справ. пособие. М.: Высшая школа, 1987. 271 с.

    5. Методы неразрушающих испытаний. Физические основы, практические применения, перспективы развития. Под ред. Шарпа Р. М.: «Мир», 1972. 494 с.

    6. http://www.luch.ru/

    7. http://www.niiin.ru/