Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
1. Введение в методы оценки эквивалентных размеров дефектов
2. AVG диаграммы: принципы построения и применение
3. DAC кривые: дистанционно-амплитудная коррекция
4. Типы преобразователей и их характеристики
5. Методы расчета и построения диаграмм
6. Оценка размеров дефектов по амплитуде эхо-сигнала
7. Практическое применение в промышленности
Ультразвуковой контроль является одним из наиболее эффективных методов неразрушающего контроля, позволяющим выявлять внутренние дефекты в материалах и конструкциях. Особое значение при проведении ультразвукового контроля имеет не только обнаружение дефектов, но и точная оценка их размеров для принятия решения о пригодности изделия к эксплуатации.
Таблицы эквивалентных размеров дефектов представляют собой систематизированные данные, которые позволяют определить размер выявленного дефекта на основе амплитуды отраженного ультразвукового сигнала. Эти таблицы строятся с использованием специальных диаграмм - AVG и DAC, которые учитывают особенности распространения ультразвуковых волн в различных материалах и параметры используемого оборудования.
Эквивалентный размер дефекта - это размер плоскодонного отражателя, расположенного на той же глубине, что и дефект, и дающего такую же амплитуду эхо-сигнала.
AVG диаграммы (от немецкого Abstand-Verstärkung-Größe, что означает расстояние-усиление-размер) представляют собой семейство кривых, которые связывают амплитуду эхо-сигнала с расстоянием до отражателя и его эквивалентным размером. В российской практике эти диаграммы известны как АРД-диаграммы (амплитуда-расстояние-диаметр).
Построение AVG диаграмм основывается на теоретических расчетах диаграммы направленности преобразователя и экспериментальных данных, полученных при использовании стандартных отражателей. Каждая кривая на диаграмме соответствует определенному эквивалентному размеру дискового отражателя и показывает, как изменяется амплитуда отраженного сигнала в зависимости от расстояния до него.
Частота ультразвуковых колебаний определяет проникающую способность и разрешающую способность метода. Для контроля сварных соединений чаще всего используются частоты 1,8; 2,5 и 5,0 МГц.
Размер и форма пьезоэлемента преобразователя влияют на диаграмму направленности и, соответственно, на форму кривых AVG.
Коэффициент затухания ультразвука в материале учитывается для корректного построения диаграмм для различных материалов.
DAC кривые (Distance Amplitude Correction) представляют собой метод коррекции амплитуды эхо-сигналов в зависимости от расстояния до отражателя. В отличие от AVG диаграмм, которые строятся теоретически, DAC кривые создаются экспериментально с использованием стандартных образцов с искусственными отражателями.
Построение DAC кривых осуществляется путем размещения одинаковых отражателей на различных глубинах в стандартном образце и измерения амплитуды эхо-сигналов от каждого из них. Полученные точки соединяются плавной кривой, которая и представляет собой DAC кривую для данного преобразователя и материала.
В стальном образце толщиной 100 мм размещены боковые отверстия диаметром 2 мм на глубинах 20, 40, 60 и 80 мм. При прозвучивании наклонным преобразователем частотой 2,5 МГц с углом ввода 50° получены амплитуды сигналов 85, 78, 72 и 68 дБ соответственно. Эти точки образуют DAC кривую для данных условий контроля.
Выбор типа преобразователя существенно влияет на построение диаграмм эквивалентных размеров и точность оценки дефектов. Основными типами преобразователей, используемых в ультразвуковом контроле, являются прямые совмещенные, наклонные и раздельно-совмещенные преобразователи.
Прямые совмещенные преобразователи используются для контроля при нормальном падении ультразвуковых волн. Они эффективны для выявления дефектов, ориентированных перпендикулярно к поверхности ввода, таких как расслоения, поры и включения. Для этих преобразователей характерны малые углы расхождения пучка и большая протяженность ближней зоны.
Наклонные преобразователи генерируют поперечные волны под определенным углом к поверхности. Они применяются для контроля сварных соединений и выявления дефектов, ориентированных вдоль оси шва. Угол ввода волны зависит от угла призмы преобразователя и акустических свойств материалов призмы и объекта контроля.
Ближняя зона: N = D²f/(4c), где D - диаметр ПЭП, f - частота, c - скорость звука
Угол расхождения: θ = 0,6λ/D = 0,6c/(Df), где λ - длина волны
Эти параметры необходимы для точного построения AVG диаграмм
Построение диаграмм эквивалентных размеров требует учета множества факторов, включая характеристики преобразователя, свойства материала объекта контроля и условия проведения контроля. Современные ультразвуковые дефектоскопы позволяют автоматически строить эти диаграммы после калибровки на стандартном образце.
Для ручного построения диаграмм используются специальные формулы, учитывающие распределение акустического поля в ближней и дальней зонах преобразователя. В ближней зоне амплитуда сигнала от дискового отражателя изменяется сложным образом, в то время как в дальней зоне она убывает пропорционально расстоянию.
Особое внимание при построении диаграмм уделяется учету затухания ультразвука в материале. Коэффициент затухания зависит от частоты колебаний, структуры материала и его температуры. Для углеродистых сталей при комнатной температуре коэффициент затухания составляет приблизительно 0,003-0,005 дБ/мм на частоте 2,5 МГц.
Для преобразователя частотой 2,5 МГц с диаметром ПЭП 12 мм при контроле углеродистой стали амплитуда сигнала от дискового отражателя диаметром 2 мм на глубине 40 мм составляет 76 дБ с учетом поправки на затухание +3 дБ.
Процесс оценки размеров выявленных дефектов основывается на сравнении амплитуды эхо-сигнала от дефекта с соответствующими значениями на AVG диаграммах или DAC кривых. При этом необходимо учитывать глубину залегания дефекта и вносить соответствующие поправки на затухание ультразвука.
Точность оценки размеров дефектов зависит от многих факторов, включая тип дефекта, его ориентацию относительно направления ультразвукового пучка, шероховатость поверхностей дефекта и наличие в нем заполнителя. Плоскостные дефекты, такие как трещины и непровары, как правило, дают более высокие амплитуды сигналов по сравнению с объемными дефектами аналогичного размера.
Следует помнить, что эквивалентный размер дефекта не всегда соответствует его реальному размеру. Он представляет собой размер эталонного отражателя, который дал бы такую же амплитуду сигнала в аналогичных условиях.
Таблицы эквивалентных размеров дефектов широко применяются во всех отраслях промышленности, где требуется обеспечение высокого качества и надежности изделий. Особенно важно их использование в атомной энергетике, нефтегазовой отрасли, авиастроении и других ответственных производствах.
В практике ультразвукового контроля различают поисковой, контрольный и браковочный уровни чувствительности. Поисковой уровень устанавливается на 6-12 дБ выше контрольного и предназначен для обнаружения дефектов. Контрольный уровень соответствует минимальному размеру дефекта, подлежащего регистрации. Браковочный уровень определяет максимально допустимый размер дефекта.
Современные ультразвуковые дефектоскопы позволяют автоматически определять эквивалентные размеры выявленных дефектов и сравнивать их с заданными нормами качества. Это значительно повышает производительность контроля и снижает влияние человеческого фактора на результаты.
Для сварных соединений I категории: браковочный размер не более 2 мм эквивалентного диаметра
Для сварных соединений II категории: браковочный размер не более 4 мм эквивалентного диаметра
Для литых изделий: размеры дефектов определяются согласно соответствующим стандартам
AVG диаграммы (АРД-диаграммы) - это теоретически рассчитанные кривые, показывающие зависимость амплитуды эхо-сигнала от расстояния до отражателя и его размера. DAC кривые строятся экспериментально на основе измерений с реальными отражателями в стандартных образцах. AVG диаграммы более универсальны, но DAC кривые точнее учитывают конкретные условия контроля.
Выбор частоты зависит от толщины контролируемого изделия и требуемой чувствительности. Для толщин до 50 мм используют частоты 5-10 МГц, для толщин 50-200 мм - 2,5-5 МГц, для толщин свыше 200 мм - 1,8-2,5 МГц. Более высокие частоты обеспечивают лучшую разрешающую способность, но имеют меньшую проникающую способность.
Эквивалентный размер зависит от отражательной способности дефекта, которая определяется его формой, ориентацией, размером и заполнением. Плоскостные дефекты (трещины) дают большую амплитуду, чем объемные (поры) того же размера. Поэтому эквивалентный размер плоскостного дефекта будет больше реального, а объемного - меньше.
Затухание учитывается введением поправки ΔU = α×H×f, где α - коэффициент затухания материала, H - глубина, f - частота. Для углеродистой стали α ≈ 0,003-0,005 дБ/мм·МГц. В современных дефектоскопах коррекция на затухание может выполняться автоматически при построении AVG диаграмм.
Для построения DAC кривых используются образцы с боковыми цилиндрическими отверстиями, плоскодонными отверстиями или зарубками. Наиболее распространены образцы СО-1, СО-2, СО-3 по ГОСТ, а также международные образцы типа IIW V1, V2. Размеры отражателей выбираются в зависимости от требуемой чувствительности контроля.
Прямое использование недопустимо, так как различные материалы имеют разные акустические свойства и коэффициенты затухания. Необходимо вносить поправки или строить новые диаграммы. Некоторые современные дефектоскопы позволяют автоматически пересчитывать диаграммы при изменении типа материала.
Точность оценки эквивалентного размера дефекта обычно составляет ±20-30% при соблюдении всех условий контроля. На точность влияют тип дефекта, качество настройки прибора, квалификация оператора и состояние поверхности контроля. Для ответственных изделий рекомендуется дублирование результатов другими методами НК.
Проверка точности диаграмм должна проводиться при каждой смене оператора, изменении условий контроля или при появлении сомнений в достоверности результатов. Полная поверка и при необходимости обновление диаграмм выполняется согласно графику метрологической аттестации оборудования, обычно не реже одного раза в год.
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и не может заменить официальную нормативно-техническую документацию. Автор не несет ответственности за возможные последствия применения информации, изложенной в статье, без надлежащей проверки и адаптации к конкретным условиям.
1. ГОСТ Р 55724-2013 "Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые" (действующий)
2. ГОСТ Р ИСО 17640 "Неразрушающий контроль сварных соединений. Ультразвуковой контроль"
3. РД 03-606-03 "Инструкция по визуальному и измерительному контролю"
4. Щербинский В.Г. "Технология ультразвукового контроля сварных соединений"
5. Olympus NDT "DGS/AVG Tutorial" - olympus-ims.com
6. Материалы специализированных сайтов по неразрушающему контролю
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.