Плоскодонному отверстию

Наиболее широкое применение нашел искусственный дефект типа плоскодонного отверстия, который удовлетворительно имити-

Отражение от диска и плоскодонного отверстия. В соответствии с методом Кирхгофа будем считать каждую точку В диска площадью 8ь, совпадающего с плоским дном отверстия, вторичным излучателем ультразвука с амплитудой, равной амплитуде падающей волны, умноженной на коэффициент отражения R, а точки плоскости вне диска — не излучающими ультразвук. Тогда площадь SB в формулах (1.49) и (1.50) равна умноженной на R площади элемента dse в окрестностях точки В. В результате получим

Как показывают экспериментальные данные, при Ь<Х сигнал от плоскодонного отверстия изменяется по закону Лд=лЬ2Д. Это объясняется тем, что дифракционная теория учитывает вклад обратной стороны диска, с которой взаимодействуют обогнувшие диск волны. У плоскодонного отверстия обратной стороны нет, а боковые стенки практически не дают вклада в отраженный сигнал.

Если площадь отражающего диска (или плоскодонного отверстия) увеличивается и приближается по размеру к площади преобразователя, изменением функции J?/2 на поверхности дефекта пренебречь нельзя. В результате уменьшения функции RI2 от центра К периферии отражателя амплитуда сигнала возрастает с ростом дефекта медленнее, чем по закону Sb/A,2 (рис. 2.11). Когда размер диска достигает, а затем превосходит размер преобразователя, возможны две закономерности изменения амплитуды эхосигнала. Если отражатель находится в

амплитуда эхосигнала от плоскодонного отверстия данного размера, залегающего на данной глубине, т. е. учтена возможность смещения отражателя в сторону от оси преобразователя для достижения максимума эхосигнала, как это делают, когда дефект в ближней зоне. Заштрихованные области показывают границы изменения амплитуды эхосигнала при вариации формы и длительности импульса. При работе с преобразователями определенного типа (с заданным диаметром и длиной волны) пользуются размерными АРД-диаграммами (см. задачу 3.1.1).

При увеличении размеров отражателя сужение диаграммы направленности диска как вторичного излучателя оказывает существенное влияние и приводит к сужению общей диаграммы направленности преобразователь — отражатель (кривые 3, 4). Это хорошо заметно, если измерить ширину кривых на одинаковом уровне (например, 6 дБ) от максимума. Наибольшее сужение наблюдается, когда диаметры преобразователя и отражателя равны (кривая 5). Кривая 6 соответствует случаю, когда амплитуда сигнала от дефекта, расположенного в дальней зоне преобразователя, больше донного сигнала (см. кривую 2 на рис. 2.11). Если размер отражателя больше ширины пучка ультразвуковых лучей на глубине расположения дефекта, на кривой изменения амплитуды сигнала появится плато (кривая 7), а цри положении преобразователя вблизи края плоскодонного отверстия на кривой имеется интерференционный максимум, подобный показанному на рис. 2.14, кривая г/гб = 3.

Таким образом, путь ультразвука несколько меньше длины ближней зоны, т. е. отражатели расположены в переходной зоне преобразователя. Для решения задачи следует пользоваться формулами (2.20) и (2.21), поскольку плоскодонное отверстие — точечный, а риска длиной 40 мм — протяженный отражатель. Отношение этих формул дает отношение эхосигналов от плоскодонного отверстия и риски

Отражение от риски дает такой же сигнал, как от плоскодонного отверстия диаметром 7,2 мм.

Чувствительность метода дефектоскопии показывает его возможность обнаруживать небольшие дефекты. Количественно ее определяют порогом чувствительности. Для эхометода это минимальная площадь S (мм2) искусственного дефекта типа плоскодонного отверстия, который обнаруживается при контроле. Ее можно определять по отражателям другого типа, выполняя пересчет на площадь плоскодонного отверстия по формулам акустического тракта (см. § 2.2). Понижение порога чувствительности означает повышение чувствительности с точки зрения выявления мелких дефектов.

Если известная абсолютная чувствительность дефектоскопа, задачу определения порога чувствительности (т. е. выявления плоскодонного отверстия с минимальной площадью S&) при контроле мелкозернистого материала и ее снижения путем оптимизации параметров контроля решают на основе анализа формулы акустического тракта. Для дальней зоны (наихудший случай) ЭАП без акустической задержки с учетом (2.4) справедливо соотношение

На рис. 2j26 показаны графики, поясняющие изменение сигнала от дефекта (типа плоскодонного отверстия) и различных помех в зависимости от расстояния г. Сигнал от дефекта U' (сплошная линия) достигает максимума на границе ближней зоны гц, а затем убывает пропорционально г-2 е~24г. Уровень структурных помех t/n (волнистая линия) убывает медленнее, по закону /~1е~25г. В некоторой точке гптах сигнал от дефекта снижается до уровня структурных помех, а затем оказывается ниже его. Это — ограничение максимальной глубины прозвучивания, накладываемое вторым условием выявления дефектов (2.39). Штрих-пунктирной линией показана функция Um\n(r). Точка пересечения этой линии с кривой изменения сигнала от дефекта определяет максимальную глубину прозвучивания r'max, связанную с первым условием (2.38) выявления дефекта. В зависимости от того или другого ограничивающего условия добиваются увеличе-

В странах Европы основным типом отражателей также служит отверстие) с плоским дном. В США при контроле поковок и отливок чувствительность настраивают по плоскодонному отверстию, при контроле толстых сварных швов — по боковому цилиндрическому отверстию, а при контроле тонких швов — по угловому цилиндрическому отверстию, т. е. отверстию, образующему прямой угол: с донной поверхностью. Применение таких отражателей объясняется тем, что плоскодонное отверстие, наклонное к поверхности, выполнить довольно трудно.' Случайное изменение угла наклона ПЭП приведет к неперпендикулярности акустической оси плоскости дна отверстия, а это вызовет большие ошибки в настройке чувствительности.

Решение. Граница ближней зоны прямого преобразователя Гб=?>2//4с= == 122-2,5/4-5,9 « 15 мм. Чувствительность настраиваем по плоскодонному отверстию, расположенному на максимальной глубине, понижаем ее с помощью ВРЧ при уменьшении глубины дефекта до расстояния 30 мм (две ближние зоны), далее оставляем постоянной. Поисковый уровень чувствительности устанавливаем на 6 дБ выше уровня фиксации.

С целью обнаружения подповерхностных дефектов наиболее эффективно использовать РС-ПЭП типа «Дуэт» для возбуждения головных волн, разработанные в НПО ЦНИИТМАШ. Требования к размерам пьезоэлементов и призмы аналогичны рассмотренным выше, однако для повышения амплитуды полезных сигналов необходимо увеличить размеры пьезоэлементов и, как следствие, размеры призм. В преобразователях ИЦ-70 и ИЦ-91 применяют пьезо-элементы диаметром 18 мм на частоту 1,8 и 2,5 МГц: угол р = = 27,5°. Такими ПЭП уверенно обнаруживаются подповерхностные дефекты, эквивалентные плоскодонному отверстию диаметром 2 мм, на расстоянии 5 ,.. 20 мм вдоль поверхности и глубине 5 ... 6 мм.

стро построить на компьютере точные индивидуальные диаграммы для любого прямого или наклонного преобразователя (см. разд. 3.1.3). В разработанном в этом институте процессорном дефектоскопе УДЦ-20Ш для каждого типа преобразователей, имеющихся в каталоге прибора, на экран выводится кривая АРД диаграммы, соответствующая плоскодонному отверстию малого диаметра.

При контроле поковок прямым преобразователем предусматривается (ГОСТ 24507-80) проверка мертвой зоны по плоскодонному отверстию на уровне фиксации. На практике в этом случае мертвую зону также проверяют по боковым отверстиям. EN 12668-3 вместо измерения мертвой зоны рекомендует измерение

Пример 3.4. При контроле плиты на частоте 3 МГц (длина волны X = 2 мм) преобразователем, имеющим диаметр D = 2а = 12 мм, с уровнем фиксации по плоскодонному отверстию диаметром d = 2,2 мм на глубине г = 50 мм обнаружен протяженный дефект эквивалентным диаметром d = 6,2 мм. Рассчитать полурасширение при различных способах измерения.

По координатам блестящих точек определяют размеры и ориентацию дефекта. Это дифракционно-временной (ДВ) метод определения размеров дефекта. При контроле совмещенным преобразователем поперечных волн для получения эхосиг-налов от краевых точек наклонного к акустической оси дефекта необходимо вести контроль на уровне фиксации, соответствующем плоскодонному отверстию диаметром 0,5 ... 1 мм, т.е. при чувствительности на порядок больше обычно применяемой [135]. При раздельной схеме контроля и размещении преобразователей по разные стороны от дефекта амплитуда эхосигнала от краевых точек значительно больше (см. разд. 2.2.5.3).

Пример 3.5. При тех же условиях контроля, как в примере 3.4, обнаружен дефект эквивалентным диаметром d = 4 мм на глубине г = 70 мм. Условная протяженность его на уровне фиксации (по плоскодонному отверстию диаметром d = = 2,2 мм) Ах' = 25 мм. Является или нет дефект протяженным?

Опыт Ленинградского металлургического завода [126], выполняющего массовый контроль литья, поковок и сварных соединений, показывает, что дефекты литья, занимающие значительные объемы, часто не выявляются при контроле эхоме-тодом. Например, при радиографическом контроле выходной лопасти гидротурбины были обнаружены большие зоны тонких усадочных рыхлот. Для уточнения глубины их залегания применили УЗ-эхометод, но даже при настройке на уровень фиксации по плоскодонному отверстию диаметром 1,5 мм отражения УЗ не были получены. При экспериментальных исследованиях модель усадочной раковины с размерами 50 х 30 х 25 мм давала эхосигнал значительно меньше плоскодонного отверстия диаметром 3 мм.

Чувствительность при контроле прямым преобразователем настраивают на браковочный уровень по плоскодонному отверстию диаметром 0,8 мм (S\ = 0,5 мм2).

Чувствительность настраивают по плоскодонному отверстию диаметром 1 мм (показано на рисунке). Учитывая меняющуюся толщину лопатки, большое внимание обращают на определенные зоны контроля на линии развертки. Контролируют только среднюю часть лопатки, где толщина > 3 ... 4 мм. При контроле заготовок лопаток браковочным признаком считают появление эхосигналов на 6 дБ выше эхосигнала от отверстия, а при контроле готовых лопаток - на 6 дБ меньше этого сигнала.