Направленность поля искателя
Направленность поля искателя представляет собой диаграмму описывающую угловое распространение ультразвуковых колебаний в дальней зоне. Стараются иметь более узкую направленность поля искателя, т.к. при этом ультразвук распространяется в более сфокусированном виде, в следствии, чего улучшаются выявляемость дефектов, измеряются более точно координаты дефектов и размеры дефектов. На направленность поля искателя влияют следующие факторы:
1) размеры пластины
2) частота или длины волны ультразвуковых колебаний
3) угол падения ультразвуковых колебаний
Направленность поля искателя повышается с увеличением размеров пьезопластины и частоты ультразвуковых колебаний и уменьшением угла падения.
Sinϕ=0.61*c/a*f
Диаметр пластины выбирается таким, чтобы обеспечить достаточную высокую направленность при заданной частоте.
| f. Мгц | 2а, мм | a*f |
| 1.8 | 16.2 | |
| 2.5 | ||
| 6-8 | 15-20 |
Увеличение произведения af свыше 20 не дает сужения поля направленности. Направленность поля искателя может быть несколько сужена за счет применения раздельно-совмещенных ПЭП.
Угол ввода и угол призмы
Эталонирование угла ввода производится по СО-2
Отклонение угла ввода луча от выбранного значения может быть вызвано:
1) изменением угла призмы β, в следствии истирания призмы,
2) случайным подъемом призмы,
3) изменением температуры контроля,
4) при контроле изделий большой толщины, ввиду расхождения ультразвукового пучка.
В случае изменения температуры контроля, изменение угла ввода определяется по графику, или по формуле:
tu – температура, при которой измеряют угол ввода,
tк – температура контроля,
αu - угол ввода при температуре tu.
Отклонение угла ввода не должен превышать ±20 (для нефтегазодобывающей промышленности, газового оборудования),
Для снижения влияния различных факторов на точность угла ввода луча целесообразно:
1) контроль производить наклонным ПЭП, без особого нажатия на него с целью меньшего износа призмы
2) очищать поверхность по которой перемещается ПЭП, от загрязнении, брызг и т.д.
3) измерять угол ввода при такой же температуре, при которой будет производиться контроль, или
вводить поправку на возможные температурные изменения угла ввода .
4) при контроле изделий больших толщин и с большим коэффициентом затухания, учитывать уменьшение угла ввода.
Точность измерения координат дефектов
Прямой ПЭП Наклонный ПЭП
При контроле изделий прямым ПЭП, достаточно измерить глубину до дефекта, которая определяется соотношением:
Cl – скорость продольной волны в контролируемом изделии,
H – глубина залегания дефекта
t – время прохождения ультразвукового импульса от поверхности на которой установлен ПЭП до дефекта и обратно.
По этой формуле производят градуировку шкалы для прямого ПЭП. Определение координат залегания дефекта H и L при прозвучивании наклонным ПЭП основывается на измерении длины пути S, проходимого импульсом в металле и последующем перерасчете этой величины в координаты H и L, по известному углу ввода луча α.
Для наклонного ПЭП расстояние, пройденное ультразвуковой волной до дефекта рассчитывается по формуле:
Координаты залегания отражающей поверхности определяют по формуле:
α – угол ввода луча,
T – интервал времени между моментом излучения зондирующего импульса и моментом приема отраженного сигнала, т.е. общее время,
tп – время прохождения импульса в призме,
t – время прохождения импульса в металле.
Для измерения интервала времени в современных дефектоскопах предусмотрены специальные глубиномеры.
Точность измерения координат зависит:
1) от угла ввода
2) направленности поля искателя
3) точности работы глубиномера.
Точность работы глубиномера
Точность работы глубиномера зависит от правильности его настройки в дефектоскопе.
При определении точности работы глубиномера с наклонным ПЭП применяется отражатель ø6 мм на СО № 2.
Точность измерения координат H и L характеризуются случайными и систематическими погрешностями.
Случайная погрешность зависит от оператора. Обычно это неточность установка ПЭП в положении наибольшего эхо-сигнала, который может достигать 4-5% от значений координат. Систематическая погрешность алгебраически складывается из погрешностей связанных с отклонением истинных значений угла ввода α, скорости распространения ультразвуковых колебаний и его пути в призме от расчетной характеристики.
Таким образом для уменьшения величины всех погрешностей при определении всех координат дефектов необходимо стремиться к тому, чтобы угол ввода был стандартный, направленность поле искателя достаточной. При этом необходимо определять максимальную амплитуду эхо сигнала. Перед контролем настраивать глубиномер более точно.
Мертвая зона
Важной характеристикой ультразвукового контроля является величина мертвой зоны. Мертвая зона – область сварного соединения, в которой данной аппаратурой и при данной ее настройке дефекты не выявляются.
Наличие мертвой зоны это основной недостаток эхо импульсного метода, который в некоторых случаях ограничивает его применение и снижает эффективность контроля.
Мертвая зона определяется минимальной глубиной расположения цилиндрического отражателя, эхо-сигнал от которого не совпадает по времени с зондирующим импульсом и эхо-импульсами шумов (ривербирационные шумы).
Мертвую зону можно рассчитать, зная длительность зондирующего импульса и время шумов:
- для наклонного ПЭП
- для прямого ПЭП
τзон. – время зондирующего импульса
τ шум. – время шумовых сигналов
τп – время прохождения луча в призме
Величина мертвой зоны зависит:
1) от длительности зондирующего импульса
2) конструкции ПЭП (шумовых сигналов)
3) угла ввода ультразвуковых колебаний
4) частоты ультразвуковых колебаний
Уменьшению мертвой зоны способствует увеличение:
1) угла ввода ультразвуковых колебаний
2) частоты ультразвуковых колебаний
3) размеры призмы
Объясняется это тем, что с увеличением частоты и габаритов призмы, падает уровень шумов, и с увеличением угла ввода также уменьшаются шумовые сигналы.
Величину мертвой зоны проверяют по образцу СО №2, имеющему отверстиz диаметром 2 мм на глубине 3-8 мм. Мертвая зона при контроле стальных изделий на частоте 2.5 Мгц для углов ввода β=500-540 равна 3 мм; мертвая зона равна 8 мм, для прямого ПЭП и β=300-400.
Разрешающая способность
Δl – расстояние между первым и вторым дефектом
Разрешающая способность – это минимальное расстояние между двумя дефектами, которые четко и раздельно выявляются на экране дефектоскопа при заданной настройке.
Разрешающая способность при ультразвуковой дефектоскопии обуславливается разрешающей способностью:
1) по дальности (лучевая) т.1 и 2
2) по углу (фронтальная) т. 1 и 3
Разрешающая способность зависит:
1) от направленности ультразвукового поля
2) от скорости распространения ультразвуковой волны в контролируемом материале
Разрешающая способность по дальности определяется еще и разрешающей способностью аппаратуры Тр, т.е. минимальным временем между эхо-сигналами еще различимыми на экране дефектоскопа. Разрешающая способность метода и аппаратуры при прозвучивания металла связана соотношением:
Δl (Δt)=
Разрешающая способность аппаратуры по дальности определяется по СО-1.