Фактори, що впливають на амплітуду луна-сигналу від дефекту - студопедія

Розмір дефекту. Зі збільшенням розміру дефекту в амплітуда луна-сигналу зростає до тих пір, поки розміри дефекту не перевищать ширину ультразвукового пучка D в перерізі, в якому розташований дефект. Надалі амплітуда перестає рости (рисунок 108).

Малюнок 108 - Залежність амплітуди луна-сигналу від розміру дефекту

Амплітуда ехосигналів від дефектів одного і того ж розміру падає у міру збільшення расстояніяr від перетворювача до дефекту (рисунок 109).

Малюнок 109 - Залежність амплітуди луна-сигналу від відстані між дефектом і ПЕП

Форма і орієнтація дефекту. Об'ємні дефекти (пори, шлаки) дають однакову розсіювання падаючої хвилі в усіх напрямках. Площинні дефекти (розшарування, тріщини) мають певну спрямованість, амплітуда луна-сигналу від таких дефектів буде максимальна при падінні УЗВ перпендикулярно поверхні дефекту. Об'ємні дефекти задовільно виявляються незалежно від напрямку падіння хвилі (рисунок 110).

Малюнок 110 - Залежність амплітуди луна-сигналу від форми, орієнтації і відбиває дефекту

Відображають поверхні дефекту. При падінні УЗВ на кордон розділу двох середовищ, акустичні опору яких значно відрізняються один від одного, відбувається відображення падаючої хвилі. Відображення УЗВ від дефекту залежить від якості поверхні, що відбиває дефекту, тобто від висоти нерівностей (шорсткості) цієї поверхні. Розрізняють два види поверхонь, що відбивають: дзеркальна і дифузна.

Поверхня вважається акустично дзеркальної. якщо довжина хвилі хоча б в кілька разів перевищує середній розмір висоти нерівностей, тобто повинна виконуватися умова # 955;> RZ. При цьому відображення від такої поверхні відбувається за законами геометричної оптики, тобто кут відбиття дорівнює куту падіння (рисунок 111, а. б. р д. к). Таке відображення називається «дзеркальним».

Дифузійної називається поверхню. якщо довжина хвилі порівнянна або менше середнього розміру висоти нерівностей поверхні (# 955; ≤ RZ). При цьому відбиті хвилі випадковим чином розсіюються в різних напрямках (рисунок 111, ст. Ж. З. І). Таке відображення називається «дифузним».

Наприклад, при падінні поздовжньої хвилі по нормалі до розділу середовищ, найбільше відображення вона зазнає від дзеркальної поверхні (малюнок 111, а і б), тоді як від дифузійної поверхні інтенсивність хвилі, відбитої в напрямку до шукачеві, буде мінімальною за рахунок розсіювання хвилі на нерівностях поверхні в різних напрямках (рисунок 111, в).

У той же час при падінні ультразвукового пучка під деяким кутом до дифузійної кордоні розділу інтенсивність хвилі, відбитої в напрямку до шукачеві, буде тим більше, чим значніше нерівності поверхні, що відбиває (рисунок 111, ж і з). Якщо межа розділу дзеркальна, то найкращою виявленням володіє дефект (амплітуда луна-сигналу від такого дефекту буде максимальна) в разі падіння УЗВ перпендикулярно поверхні дефекту (рисунок 111, к).

Малюнок 111 - Дзеркальне відображення ультразвуку при нормальному (а. Б) і похилому (м д. К) падінні хвилі; дифузне відображення ультразвуку при нормальному (в) і похилому (ж. з. і) падінні хвилі: 1 - ПЕП; 2 - падаюча хвиля; 3 - відбита хвиля

Одна і та ж відбиває поверхня дефекту може вести себе як дифузна або як дзеркальна залежно від частоти УЗК (рисунок 110). Так, поверхня з середньою висотою нерівностей RZ = 160 мкм може вважатися «дзеркальної» при частоті ультразвук 0,6 МГц (довжина поздовжньої хвилі близько 10 мм) і «дифузійної» при частоті 6,0 МГц (довжина поздовжньої хвилі близько 1 мм). Дані обставини слід враховувати при виборі схем і методів контролю.

Середа дефекту. Добре відображає ультразвук дефект, заповнений повітрям або іншим газом, і набагато гірше відображає дефект, заповнений оксидом, щільним шлаком або іншим твердим речовиною.

Також істотно на амплітуду результуючого сигналу впливають: акустичні властивості контрольованого матеріалу (швидкість ультразвуку, загасання); геометричні параметри вироби (кривизна, параметри шорсткості поверхні, через яку вводиться ультразвук); габаритні розміри вироби в зоні прозвучиванія; властивості і геометрія акустичної затримки (у похилого ПЕП акустичної затримкою є призма), що визначають ступінь акустичного узгодження пари перетворювач - виріб; електроакустичні параметри випромінювача і приймача (частота коливань, тривалість зондуючого імпульсу, матеріали пьезоелемента і перехідних шарів); розворот акустичної осі ПЕП щодо поздовжньої осі рейки; геометричні розміри п'єзопластини; траєкторія сканування.

Т. о. що відображають властивості дефекту (амплітуда відбитого ультразвукового імпульсу) не можуть бути однозначно визначені будь-яким одним параметром дефекту. Для дефектів округлої форми амплітуда прийнятих ехосигналів залежить не тільки від розмірів і глибини залягання відбивача, а й від напрямку приходу відбитої акустичної хвилі. Для дефектів площинний форми (тріщин) амплітуда луна-сигналів найбільше залежить від їх орієнтації.

4 Основні вимірювані характеристики дефектів луна-методі

До них відносяться:

- коефіцієнт виявлення дефекту Кд;

- координати залягання дефекту Н і L;

- умовні розміри дефекту # 916; Н. # 916; L. # 916; Х.

4.1 Коефіцієнт виявлення дефекту Кд

Амплітуда U луна-сигналу від дефекту - найбільш проста вимірювана характеристика дефекту, тому що вона визначається висотою імпульсу на екрані дефектоскопа, при цьому вимірюється в точці, де спостерігається найвищий імпульс на екрані дефектоскопа. Максимальна амплітуда від відбивача спостерігається в тому випадку, якщо відбивач озвучується центральним променем діаграми спрямованості і орієнтація дефекту під 90 # 8304; по відношенню до падаючої на нього хвилі. Амплітуда ехосигнала залежить від сукупності багатьох факторів: розміру, форми, орієнтації, типу поверхні, що відбиває, середовища і віддаленості дефекту від точки збудження. Вимірюється в абсолютних одиницях В. Однак значення абсолютної амплітуди, вимірюваної в В, при озвучуванні одного і того ж відбивача, що залягає на однаковій глибині (при проведенні декількох вимірювань різними дефектоскопами), може змінюватися. Це залежить від багатьох факторів: від амплітуди зондуючого імпульсу, прозорості шару контактує рідини, акустичного контакту. Таким чином, результат вимірювання амплітуди буде різним. Тому, в дефектоскопії не застосовуються вимір в абсолютних одиницях, а вимірюють амплітуду в відносних одиницях dB. так як такі одиниці дають єдність вимірювань. При цьому амплітуду U луна-сигналу від відбивача порівнюють з амплітудою зондуючого імпульсу U0.

Число децибел N. на яке сигнал з амплітудою U відрізняється від вихідного сигналу з амплітудою U0. одно

Якщо амплітуда U сигналу більше амплітуди вихідного сигналу U0. то число N позитивне (позитивні децибели). При амплітуді U сигналу менше амплітуди вихідного сигналу U0 значення N - негативне (кажуть про негативні децибелах). Так як амплітуда прийнятого ехосигнала від будь-якого рефлектора завжди набагато менше амплітуди зондуючого імпульсу, то вимірювання амплітуди ехосигналів проводиться завжди в негативних децибелах. Слово «негативний» децибел при цьому опускається, так як не має особливого значення для практичної дефектоскопії.

Для разбраковки ехосигналів за амплітудою встановлюється бракувальний (пороговий) рівень чутливості. Граничний рівень налаштовується за стандартним зразком СО-3Р (СО-2), в якому є циліндричний відбивач діаметром 6 мм, що імітує максимально допустимий дефект у виробі. Перед проведенням контролю проводиться настройка рівня умовної чутливості з цього отвору. Потім, в процесі контролю, проводиться порівняння луна-сигналу від дефекту з луна-сигналом від отвори діаметром 6 мм. Якщо амплітуда ехосигналу від дефекту більше, ніж амплітуда ехосигналу від отвору в СО-3Р, то приймається рішення про неприпустимість дефекту, і виріб бракується. В іншому випадку дефект вважають допустимим по амплітуді ехосигналу. На цьому принципі побудована ультразвукова апаратура, але є певні протиріччя, про які буде сказано нижче.

На підставі вимірювання амплітуд даних ехосигналів введений такий параметр дефекту, як коефіцієнт виявлення Кд.

Коефіцієнт виявлення дефекту КД відношення амплітуди U ехосигнала від дефекту до амплітуди U0 ехосигнала від еталонного відбивача.

де U - амплітуда ехосигналу від дефекту, В;

U0 - амплітуда ехосигналу від отвори діаметром 6 мм в СО-3Р, В.

При цьому Кд виражається в безрозмірних одиницях (разах) 0,2; 0,4; 0,6.

Якщо амплітуди U і U0 виражені в децибелах N і N0 відпо-венно, то операція ділення замінюється відніманням

де N - амплітуда ехосигналу від дефекту, дБ;

N0 - амплітуда ехосигналу від отвори діаметром 6 мм в СО-3Р, дБ.

При цьому амплітуду ехосигнала від відбивача порівнюють з амплітудою ехосигналу від штучного відбивача діаметром 6 мм в зразку СО-3Р, СО-2.

На підставі формули 48 видно, що коефіцієнт її виявлення може бути як позитивним, так і негативним.

Фізичний сенс Кд полягає в тому, що він показує, наскільки амплітуда луна-сигналу від дефекту більше (або менше) амплітуди луна-сигналу від еталонного відбивача, тобто дозволяє оцінити відображають властивості дефекту, порівняти їх з еталонним відбивачем, за яким здійснюється настройка чутливості дефектоскопа. Таким чином, умови виявлення дефекту визначаються його ефективної що відбиває.

Про недоліки оцінки дефекту за амплітудою. Амплітуда ехосигнала від дефекту залежить від сукупності багатьох факторів: розміру, форми, орієнтації, типу поверхні, що відбиває, середовища і віддаленості дефекту від точки збудження. Амплітуда ехосигнала від еталонного отвори діаметром 6 мм незалежно від кута введення застосовуваного ПЕП завжди максимальна з можливою, так як отвір має дзеркальні стіни, озвучується центральним променем з максимумом інтенсивності, падаючим на отвір по нормалі (кут падіння УЗВ на поверхню отвору становить 90 # 8304; ). Так само важливо відзначити, що еталонне отвір в зразку СО-3Р (СО-2) знаходиться на глибині 44 мм, на відміну від реальних дефектів, які можуть утворюватися на різній глибині по перетину рейки. В сукупності всіх цих факторів амплітуда ехосигналу від дефекту в багатьох випадках виявляється істотно нижче, ніж амплітуда ехосигналу від еталонного відбивача. У цих випадках Кд негативний (див. Формулу 48), а це означає, що дефект, виявлений в рейці, як би не повинен впливати на його експлуатаційну міцність. Однак статистика показує, наприклад, за кодом 21.1-2 є випадки пропуску сильно розвинених поперечних тріщин, розміри яких перевищують половину площі перетину головки рейки (50% і більше), за рахунок дуже низької амплітуди прийнятого луна-сигналу (амплітуда луна-сигналу слабо відображає розмір дефекту). Виходячи з усього сказаного, потрібно визнати, що коефіцієнт виявлення Кд не є інформативним параметром дефекту в луна-методі саме для рейкової дефектоскопії.

У дефектоскопах РДМ-33, 22 коефіцієнт виявлення дефекту Кд вираховується апаратними засобами і висвічується на цифровому табло.

Принцип вимірювання коефіцієнта виявлення дефекту Кд. Перш, ніж приступити до пошуку дефектів, необхідно налаштувати дефектоскоп на умовну чутливість. Налаштування дефектоскопа на чутливість контролю проводиться в два етапи. Спочатку визначається пороговий рівень умовної чутливості по отвору діаметром 6 мм в СО-3Р (СО-2). Ехосигнал від отвору послаблюється регулятором посилення до порога спрацьовування. Цей рівень амплітуди ехосигналу є опорним, за яким здійснюється оцінка допустимості дефекту за амплітудою ехосигналу. Здійснювати пошук дефектів на даному рівні чутливості не можна, так як таке посилення не забезпечує реєстрацію дефектів мінімально допустимих розмірів або дефектів максимального розміру, що істотно впливають на експлуатаційні характеристики рейки, проте неправильно орієнтованих по відношенню до озвучує дефект хвилі і т.д. Виходячи з цих причин, амплітуду ехосигнала від еталонного відбивача свідомо підвищують регулятором посилення на певну кількість децибел К у понад порога спрацьовування. Принцип налаштування умовної чутливості показаний на малюнку 112.

При контролі рейок в разі виявлення дефекту вимір Кд проводиться в положенні ПЕП, відповідного максимальній амплітуді від дефекту (рисунок 113). При цьому обчислення Кд складається в операції обчислення різниці двох амплітуд - від дефекту і від отвору діаметром 6 мм:

де # 8710; N - рівень амплітуди ехосигналу від дефекту щодо порогового рівня, дБ;

К у - умовна чутливість, дБ.

Малюнок 112 - Налаштування дефектоскопа з ПЕП на умовну чутливість