Наклонными искателями

2.1.3. Рассчитать параметры призм из оргстекла (скорости продольной и поперечной волн сш=2650 м/с с,п=1120 м/с), комплекта наклонных преобразователей с пластинами диаметром ,12 мм на частоту 2,5 МГц. Расчету подлежат углы и размеры призм, обеспечивающие отсутствие помех при совмещенном способе контроля стали.

Для обозначения преобразователей принята буквенно-цифровая система, отражающая большинство перечисленных признаков. Первая буква П означает «Преобразователь». Далее следует группа цифр, первая из которых означает способ контакта, на которой преобразователь рассчитан (1 — контактный, 2 — иммерсионный, 3 — контактно-иммерсионный); вторая — направление акустической оси (1 —для прямых преобразователей, 2 —для наклонных); третья —режим работы (1 —совмещенный, 2 — раздельный, 3—раздельно-совмещенный). На следующей позиции ставится буква Ф для фокусирующих преобразователей или буква Н для неплоских преобразователей; для плоских буква не ставится. Далее после дефиса следует группа цифр, указывающих частоту преобразователя в мегагерцах (с точностью 0,05 МГц). Затем для наклонных преобразователей после дефиса указывается угол призмы из органического стекла в градусах (если призма изготовлена из другого материала, проводится соответствующий пересчет на органическое стекло); для прямых преобразователей эти цифры не указываются.

Одним из важных элементов, определяющих эксплуатационные характеристики наклонных преобразователей является призма. При разработке этих ПЭП размеры, форму и материал призмы надо выбирать таким образом, чтобы она имела наилучшую реверберационно-шумовую характеристику и по возможности удовлетворяла следующим требованиям: обеспечивала эффективное затухание колебаний, переотраженных от границы раздела призма — изделие и распространяющихся в призме, и в то же время не сильно ослабляла ультразвуковые волны на коротком участке пути от пьезоэлемента до изделия (см. рис. 3.4). Скорость звука в материале призмы по возможности должна быть минимальной, так как чем меньше скорость продольных волн в материале призмы, тем выше коэффициент преломления (трансформации) п и меньше вероятность образования поверхностной волны при прозвучивании нижней части шва прямым лучом. Призмы с малой скоростью звука обеспечивают более поздний приход полезного сигнала по сравнению с реверберационными помехами. Кроме того, малая скорость звука увеличивает путь, по которому акустические помехи попадают на пьезоэлемент.

В настоящее время ПО «Волна» серийно выпускает комплект наклонных преобразователей «Приз-5» и «Приз-6» (рис. 3.5), предназначенных для контроля сварных швов. Наклонный совмещенный ПЭП «Приз-5» состоит из литого металлического корпуса, в котором установлен держатель с приклеенным к нему под заданным углом пьезоэлементом. Корпус ПЭП залит полиме-ризованным эпоксидным компаундом, который обеспечивает возможность работы ПЭП в области низких температур (до — 40 °С), высокую износостойкость (в 10 раз выше, чем для оргстекла), увеличение отношения сигнал—шум до 10 ... 12 дБ, а также надежность ПЭП, обусловленную отсутствием клеевого слоя между призмой и пьезопластиной. Металлический корпус обеспечивает электрическое экранирование пьезоэлементов ПЭП. Основные характеристики некоторых ПЭП «Приз-5» приведены в табл. 3.3.

ствующего углу ввода а1И! до значения /к. Следует подчеркнуть, что номограмма и приведенное выражение справедливы для контроля любых металлов с помощью наклонных преобразователей, призма которых выполнена из органического стекла.

Шаг продольного сканирования Асг можно определить по номограмме (рис. 5.25). В верхней части номограммы помещена диаграмма направленности Ф? (?) наклонных преобразователей с параметром af, а в нижней приведены зависимости Асг (?) для тех же преобразователей с Р = 40 и 50°. Для удобства значения -у на диаграмме опущены, а значения Ф* (у) = Sn. c/Sn. о указаны в децибелах.

5. С помощью одного или обоих наклонных преобразователей получить максимальный эхосигнал от какого-либо отражателя в ОК. При работе по совмещенной схеме это может быть отражение от двугранного угла (рис. 1.14, в) или от ци-

Согласно EN 12668-2, граница ближней зоны для наклонных преобразователей определяется по расхождению лучей в дальней зоне, как бьшо показано для прямоугольной пластины. Рассчитываются разные значения протяженности ближней зоны в плоскости падения и дополнительной плоскости.

Приведем примеры расчетов углов раскрытия для наклонных преобразователей на частоту 2,5 МГц с диаметром пьезопластины 12 мм (подобных рассмотренному выше прямому) с разными углами ввода. В дополнительной плоскости 90,1 = 5,6° независимо от угла ввода, по сравнению с прямым преобразователем угол уменьшился, поскольку уменьшились скорость волн и длина волны. Для преобразователей с углами ввода 40; 50 и 65° углы раскрытия соответственно 90>i « 6; 6,5 и 10°.

При контакте наклонных преобразователей с искривленной поверхностью ОК (цилиндрической или сферической) призму обычно притирают к поверхности. Акустическое поле такого преобразовате-

1. Программа для расчета углов падения и разворота (для наклонных преобразователей), фокусирования с учетом расстояния между преобразователем и контролируемой зоной.

Стабильность акустического контакта при контроле прямыми и раздельно-совмещенными искателями проверяют по наличию донного сигнала. Исчезновение донного сигнала в процессе сканирования на отдельных участках поковки свидетельствует о наличии дефектов, поэтому эти участки подвергают дополнительному контролю (прозвучиванию с различных плоскостей прямыми и наклонными искателями на различных частотах и пр.).

При проведении контроля прямой искатель перемещают по поверхности торца щеки. В зависимости от расположения искателя при прозвучивании щеки наблюдается ряд характерных осциллограмм, при этом необходимо отличать эхо-сигналы от дефектов от сигналов, появление которых связано с геометрическими особенностями изделия. Коренные шейки вала контролируют наклонными искателями.

Электрошлаковые швы контролируют с двух сторон наклонными искателями с углами призмы 30, 40 и 50° по совмещенной схеме, а при снятом усилении шва — нормальными искателями; наклонный искатель с углом призмы 30° рекомендуется использовать при контроле материалов с большим коэффициентом затухания.

Рис. 22. Схема контроля сварных швов наклонными искателями:

Контроль осуществляют с двух сторон сварного шва с одной стороны изделия наклонными искателями с углами призм 55, 56 и 58° на частоте 5 МГц по совмещенной схеме. При этом нижнюю часть шва контролируют прямым, а верхнюю — однократно отраженным лучами. Настройку чувствительности прибора производят по эталонным образцам с сегментными отражателями, изготовленными на сварном шве. Образцы изготовляют из той же стали, что и контролируемые изделия, и такой же толщины и диаметра.

На одном из заводов ультразвуковым и магнитным методами контролировали коленчатые валы детандеров. В результате контроля в щеках нескольких валов были обнаружены дефекты, расположенные параллельно продольной оси вала на различной глубине. Эквивалентная площадь дефектов, установленная при помощи эталонов, составляла от 2—3 до 150—200 мм3. Изучение условий выявления дефектов прямыми и наклонными искателями привело к заключению, что обнаружены трещины. Последующий магнитный контроль показал, что часть трещин выходит на поверхность деталей (рис. 133, б). Протяженность поверхностных трещин составляла от 1—2 до 30—40 мм.

Ультразвуковой метод позволяет достаточно уверенно выявлять внутренние дефекты и в цилиндрической части вала. Так, на одной из торцовых поверхностей заготовки вала ротора турбокомпрессора оказалась поверхностная трещина. Возникло подозрение, что трещина проникает на значительную глубину в толщу металла. Проверку производили с боковой поверхности вала на частоте 2,5 МГц прямыми и наклонными искателями. Было установлено, что трещина имеет протяженность в глубину до 200 мм. Контроль остальной части вала выявил еще одну трещину протяженностью около 340 мм в центре сечения вала. Когда вал разрезали, наличие внутренней трещины подтвердилось (рис. 133, в). Дефекты возникли, по-видимому, вследствие нарушения режима ковки. Результаты ультразвуковой дефектоскопии позволили пересмотреть технологию изготовления вала ротора турбокомпрессора.

Рис. 137. Схема контроля сварного соединения биметалла двумя наклонными искателями:

На заводах химического машиностроения ответственные детали сепараторов (крышка, барабан, корпус и др.) контролируют последовательно прямыми и наклонными искателями. Использование головки с вращающейся эластичной оболочкой дает возможность контролировать металл указанных деталей одновременно продольными и поперечными волнами. Если ультразвуковой контроль проводят эпизодически, то для механизации контроля можно использовать, например, токарный станок. Для этого головку нужно закрепить в суппорте станка. Контроль больших партий деталей производят специальными установками.

Аппаратура. В соответствии со стандартом для контроля должны применяться импульсные ультразвуковые дефектоскопы с наклонными искателями и аттенюаторами, позволяющими определять координаты отражающей поверхности. В комплект прибора должны входить вспомогательные приспособления и устройства для соблюдения параметров сканирования, а также стандартные образцы для измерения и проверки основных параметров контроля.

Здесь принято, что при проведении ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) структура стали условно считается мелкозернистой, если разность амплитуд при прозвучива-нии металла шва и основного металла наклонными искателями, генерирующими поперечные ультразвуковые колебания, не превышает 15 дБ.