Товщинометрія, застосування уз товщиномірів

Товщинометрія - це метод дослідження товщини і цілісності матеріалів. Існують ультразвукової, магнітний, механічний, вихрострумовий і найбільш перспективний на даний момент - електромагнітно-акустичний методи дослідження. Щоб вибрати оптимальний метод і, відповідно, прилад (товщиномір) для контролю товщини і цілісності матеріалу необхідно врахувати безліч чинників.

Звук, що згенерував вище області чутності людини (приблизно 20 кГц), називається ультразвуком. Проте, діапазон частот для ультразвукової дефектоскопії і товщинометрії становить від 200 кГц до 100 МГц. Ультразвукові коливання поширюються у вигляді хвиль, але на відміну від світлових хвиль, які можуть поширюватися в вакуумі, ультразвук вимагає наявності пружного середовища, наприклад, рідини або твердих речовин. Кількість повних коливань в одиницю часу називається частота (f) і вимірюється в Герцах (Гц). При одному повному коливанні в секунду частота дорівнює 1 Гц, при 1000 коливань в секунду - 1 кілогерц (1 кГц), один мільйон коливань в секунду - 1 мегагерц (1 МГц). Час завершення повного коливання - період (Т) вимірюється в секундах. Відношення між частотою і періодом в безперервної хвилі виражено рівнянням: f = 1 / Т. При збільшенні частоти довжина хвилі ультразвукових коливань зменшується. Тому ультразвукові хвилі можуть відбиватися від більш маленьких поверхонь, таких як дефекти в матеріалах. Це дозволяє використовувати ультразвук для пошуку дефектів з дуже малими розмірами. Швидкість ультразвуку (С) для пружного матеріалу при даній температурі і внутрішніх напружених є його константою.

Існують три види завдань при вимірюванні товщини, яким відповідає три групи приладів:

I. Ручний контроль виробів з гладкими паралельними поверхнями.

II. Ручний контроль виробів з грубими паралельними поверхнями, наприклад, виробів, внутрішня поверхня яких вражена корозією.

III. Автоматичний контроль в потоці (зазвичай трубного прокату).

Ультразвуковий метод неруйнівного контролю застосовують для контролю металу, поліетилену, бетону, зварних з'єднань, литих заготовок і сталевого литва, теплотрас, водопроводів, газопроводів, якості котлів, зварних стиків рейок, труб, поковок і ін. Ультразвуковий контроль труб і трубопроводів є ефективним неруйнівним методом контролю якості трубопроводів, діагностики дефектів труб, водопроводів і теплотрас без виведення їх з експлуатації. Ультразвуковий метод контролю якості трубопроводів дозволяє виконувати весь комплекс робіт з ультразвукової діагностики трубопроводів, виявляти слабкі місця зварних швів, внутрішню корозію труб теплотрас та водопроводів. При використанні цього методу виключаються традиційні похибки, а також похибки, обумовлені об'ємним розподілом електромагнітно-динамічних сил в поверхневому шарі об'єкта контролю. Своєчасне і планове усунення руйнуються ділянок трубопроводів дозволить заощадити на ремонті в надзвичайних обставинах. Ультразвукові товщиноміри вимірюють час проходження імпульсу від випромінювача до протилежної поверхні об'єкта контролю та назад до перетворювача. Для проведення таких вимірювань доступ до протилежної поверхні об'єкта контролю не потрібно. Завдяки цьому, якщо протилежна поверхню об'єкта контролю є важкодоступною або повністю недоступною, необхідність розрізати об'єкт контролю, що необхідна для використання мікрометра або штангенциркуля, відсутня.

Підготовка толщиномера до контролю починається з вибору найбільш підходящого перетворювача. Порушення і прийом пружних хвиль здійснюється шляхом перетворення електричних коливань в акустичні, а потім назад акустичних в електричні за допомогою спеціальних пристроїв - п'єзоелектричних перетворювачів, що мають чутливий елемент - п'єзопластини. У комплект приладу толщиномера входить 6 ... 8 РС-перетворювачів для контролю виробів в різних діапазонах товщин (від 0,6 ... 10,0 мм до 1 ... 1000 мм), з різною шорсткістю і кривизною поверхні (мінімальний радіус кривизни 3,0; 5 , 0 і 10,0 мм для різних перетворювачів). Потім налаштовують вимірювальний вузол толщиномера - найбільш точний спосіб настройки - за двома зразками, виготовленим з матеріалу вироби і відповідні мінімальної та максимальної вимірюваної товщині. Налаштування '' нуля перетворювача '' проводять на тонкому зразку, а налаштування за швидкістю звуку - на товстому. Дані настройки повторюють до тих пір, поки на цифровому індикаторі не з'являться точні значення товщини зразків. Налаштовувати вимірювальний вузол можна також по прикладеним до приладу зразкам, після чого виконують настройку на швидкість звуку на ділянці вироби, доступному для вимірювання механічними вимірювальними засобами, або на зразку з матеріалу вироби. Оперативну перевірку толщиномера після настройки на швидкість звуку по двом зразкам проводять шляхом вимірювання товщини набору зразків, які додаються до приладу або спеціально виготовлених і перевірених. Виміряні значення не повинні відрізнятися від номінальної товщини зразків більше, ніж вказано в технічній характеристиці толщиномера.

Кривизна, шорсткості і не паралельності поверхонь виробів впливають на можливість і точність вимірювання товщини. Перед початком і в процесі контролю налаштований толщиномер перевіряють по краю вироби або зразком, має кривизну і шорсткість поверхонь, відповідних виробу.

Притискаючи перетворювач послідовно до точок вироби, зазначеним в методичному документі з контролю і зчитуючи показання приладу, виконують ручний контроль виробів. При необхідності ці точки зачищають і змащують контактної рідиною. Поява точки справа на індикаторі вказує на те, що акустичний контакт перетворювача з виробом досягнуто.

В процесі експлуатації трубопроводу зменшення товщини стінок однаково ймовірно в будь-якому місці. Тому роблячи контроль судини тиску або трубопроводу, перетворювач притискають до точок поверхні об'єкту відповідно до заданих періодів по попередньо складеної сітці. На опуклою поверхні згину труб або поблизу зварних швів, де утонение найбільш ймовірно, слід обов'язково вимірювати товщину, при цьому для отримання вірних даних, максимальна шорсткість вимірюваної поверхні ультразвуковим товщиноміром не повинна перевищувати 100 Rz. При реєстрації результатів вимірів вказують номер точки або координати, де проводилося вимірювання, і отримане значення товщини. Якщо вимірювання перевищують допустимі межі, їх відзначають.

Для порівняння з ультразвуковим методом дослідження товщини вироби використовують механічні вимірювальні засоби. Це мікрометр і штангенциркуль. Для вимірювання механічними засобами необхідно дотримуватися загальних правил і тоді похибка вимірювання не буде більше значень, встановлених для використовуваного інструменту.

Загальні правила вимірювання механічними засобами:

1) Проводити вимірювання попередньо поверенниі інструментом.

2) Проводити вимірювання чистим інструментом по чистій поверхні.

3) Уникати перекосу вимірювального інструмента.

4) При вимірюванні виробів з викривленою поверхнею інструмент повинен бути з округленій або загостреною внутрішньої губкою, що дозволить забезпечити щільний контакт губки з увігнутою поверхнею вироби.

5) Слід стабілізувати стиснення вимірюваного вироби інструментом, наприклад, при вимірюванні мікрометром користуватися тріскачкою.

6) Робити вимірювання 2 ... 3 рази, виключаючи промахи і усредняя результати.

Найбільш перспективні стосовно товщинометрії можливості електромагнітно-акустичного методу дослідження. Вимірювання товщини виробів здійснюється імпульсами зсувних ультразвукових коливань, що, за інших рівних умов, дозволяє контролювати менші товщини. Обробка сигналу при вимірюванні здійснюється двома методами:

I.По часового інтервалу між зондирующим імпульсом і будь-яким донним імпульсом.

II.По часового інтервалу між будь-якою парою донних сигналів.

Найбільш доцільне застосування такого режиму при товщинометрії тонких виробів з неферомагнітних металів з низькою електропровідністю.

Аналіз потреби ринку неруйнівного контролю в товщинометрії і стан їх поставок показує, що електромагнітно-акустичні толщиномери можуть істотно доповнити має гаму вимірювальних приладів і підвищити можливості толщірометріі.