Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка




НазваниеВозможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка
Дата03.02.2016
Размер16.5 Kb.
ТипДокументы
ВОЗМОЖНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ ВВОДА ПУЧКА


Ультразвуковые дефектоскопы ручного контроля комплектуются наборами пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), имеющих различные фиксированные углы ввода пучка в контролируемый объект. Однако при некоторых видах контроля необходимо использовать точно подобранные значения угла ввода пучка для разных типоразмеров изделий или даже для отдельных изделий из партии. Использование преобразователя с переменным углом ввода позволяет получить удобные решения для ряда типовых задач контроля, некоторые из которых рассматриваются ниже.

ПЭП с переменным углом ввода пучка представлен на рис.1.



Рис. 1


Наличие у преобразователя шкалы углов наклона падающего пучка позволяет в зависимости от объекта контроля и его материала настраиваться на разные типы волн (см., например, таблицу), что существенно расширяет возможности ультразвукового контроля (УЗК) с помощью одного ПЭП.

Таблица.

Углы настройки преобразователя при возбуждении и приеме различных волн в объектах контроля

Материал призмы преобразователя – оргстекло.

Материал объекта контроля – сталь.

Объекты контроля

Тип волны

Угол падения пучка β, град.

Массивные изделия

Продольная объемная

0÷27

Поперечная объемная

1÷57

Приповерхностные слои

Головная продольная

26÷27

Головная поперечная

51÷52

Поверхности

Поверхностная Рэлея

65

Тонколистовые материалы (h≤6 мм) и тонкостенные конструкции

Нормальные Лэмба

20÷70



Эффективность работы ПЭП с переменным углом ввода (рис.1) экспериментально оценивалась в совмещенном режиме, согласно ГОСТ 26266-90, ГОСТ 23702-90, с помощью коэффициента преобразования KUU [1] для объемных продольной и поперечной волн при различных углах настройки. Призма преобразователя–из оргстекла, акустическая нагрузка–из стали, рабочая частота–2.5 МГц. На рис.2 представлены измеренные угловые зависимости KUU, которые качественно повторяют зависимости коэффициентов прозрачности по энергии для границы раздела оргстекло-сталь при скользящем акустическом контакте между ними [2].



Рис. 2


Для количественного сравнения можно обратиться к техническим данным наклонного преобразователя П121-2.5-65-ВМ-003, изготавливаемого ЗАО «УЗ-КОНСТАНТА» [3]. При угле ввода αt=65° объемной поперечной волны коэффициент преобразования KUU= –37±10 дБ. При том же угле ввода (рис.2) ПЭП с переменным углом ввода пучка имеет KUU= –53 дБ, что свидетельствует о меньшей эффективности работы последнего. Объясняется это добавочным затуханием ультразвука за счет увеличенных размеров призмы и наличием дополнительной границы раздела сред. Однако отмеченный недостаток в значительной степени компенсируется рядом достоинств, описанных ниже.

  1. Контроль объемными волнами.

ПЭП с переменным углом ввода необходим, если:

  • угол ввода планируется менять при контроле;

  • точные значения угла ввода выставляются в соответствии с особыми характеристиками контролируемого объекта;

  • нужна перестройка с продольной волны на поперечную и наоборот.

Контроль сварных швов.


При контроле сварного соединения ответственного назначения для уверенного выявления дефекта возникает необходимость озвучить его прямым и однократно отраженным лучом (рис.3).



Рис. 3

Это можно сделать двумя различными ПЭП с фиксированными углами ввода, но преимущество ПЭП с переменным углом ввода в том, что при его использовании гарантируется повторяемость характеристик «пары» ПЭП.

При решении вопроса о продлении сроков эксплуатации ответственных дорогостоящих изделий важно, по возможности, точнее оценить эквивалентную площадь обнаруженных дефектов. Как указано в [4], достоверность оценки размеров плоскостных дефектов, расположенных под углом к поверхности изделия (поверхности сканирования), существенно зависит от ориентации плоскости дефекта относительно направления акустической оси ПЭП (рис.4).



Рис. 4


При разных способах разделки шва только использование ПЭП с переменным углом ввода может обеспечить нормальное падение УЗ луча на плоскость возможного дефекта и, соответственно, достоверное определение его условных размеров.

Ультразвуковой контроль гибов труб [5].


Согласно инструкции [6] при поиске радиально-ориентированных трещин в гибах труб и некоторых видах деталей энергооборудования необходимо использовать ПЭП с таким углом ввода, чтобы обеспечить встречу ультразвукового луча с нормалью к внутренней поверхности трубы под углом γ=45º (рис.5). Для каждого типоразмера трубы, отличающегося диаметром D и толщиной стенки S, требуется угол ввода αt, определяемый из уравнения

sin αt = (1 – S/D) sinγ.



Рис. 5

В [5] указывается, что отсутствие надлежащего контроля за углом встречи опасно массовыми перебраковками изделий. Кроме того, определенную проблему представляет изготовление и поддержание в рабочем состоянии многих десятков ПЭП.

Один преобразователь с переменным углом ввода решает эту проблему, позволяя контролировать трубы нескольких имеющихся на ТЭЦ типоразмеров

Измерение глубины радиальных трещин в цилиндрических объектах [7].


При определении глубины проникновения трещины в тело детали цилиндрической формы в [7] рекомендуется использовать последовательно несколько ПЭП с углами ввода 70, 60-65, 45-50 и 37-40 градусов. Предполагается, что трещина представляет собой непрерывный многоэлементный отражатель, развивающийся преимущественно в радиальном направлении. При этом желательно обеспечить встречу ультразвукового луча с поверхностью трещины под углом 90º (рис. 6).



Рис. 6

Преобразователь с переменным углом ввода полностью решает эту проблему, позволяя надежно определять глубину трещины.

УЗК аустенитных сварных соединений [8-10].


Объекты из аустенитных сталей являются наиболее сложными для УЗК из-за крупнозернистой, анизотропной структуры металла. В [8] в качестве одного из перспективных способов контроля аустенитных изделий и сварных швов указывается двухмодовый, согласно которому дефектами считаются только отражатели, дающие эхо-сигнал при контроле продольными и поперечными волнами, что легко реализуется с помощью одного ПЭП с переменным углом ввода (рис.7). Повторяемость результатов обеспечивается единством «пары» преобразователей.



Рис. 7

Контроль аустенитных сварных швов представляет значительные трудности из-за нестабильности акустических характеристик объектов контроля[9]. При этом скорость ультразвука и затухание различны не только для разных марок аустенитных сталей, но и в пределах одной партии данной марки стали. Применение ПЭП с различными фиксированными углами ввода для контроля таких материалов требует наличия их набора. При использовании ПЭП с переменным углом ввода требуемый угол устанавливается простым перемещением накладки.

  1. Контроль головными и поверхностными волнами.

С помощью головных волн [10] выявляют приповерхностные дефекты под грубо обработанной или необработанной поверхностью, особенно трещины (рис.8).



Рис. 8

Поверхностные волны Рэлея [11] применяют для контроля качества поверхностных слоев изделий из металлов, стекла, камня, керамики и пластмассы. При этом уверенно обнаруживаются такие дефекты, как трещины, царапины, полости, закаты, расслоения, инородные включения.

Селективное возбуждение и прием этих волн возможны только в узком диапазоне углов настройки ПЭП (см. таблицу), которые зависят от упругих свойств материала объекта контроля. Если использовать ПЭП с фиксированными углами падения пучка, то даже незначительное отклонение упругих свойств объекта контроля или формы его поверхности от предполагаемых может резко уменьшить эффективность работы акустического тракта. Поэтому целесообразно применять ПЭП с переменным углом падения пучка. Это позволяет плавно настроить акустический тракт на оптимальную работу.

  1. Контроль нормальными волнами.

Для УЗК тонколистовых материалов (толщиной h≤6 мм) и тонкостенных конструкций (рис.9) используют, чаще всего, нормальные волны Лэмба [11].



Рис. 9

Это волноводные неоднородные волны со сложным распределением амплитуды в сечении волновода и частотной зависимостью фазовой и групповой скоростей. В тонколистовых материалах могут распространяться две группы волн: симметричные (s-моды) и антисимметричные (a-моды). В пластине толщиной d при частоте f можно возбудить определенное количество волн Лэмба (рис.10). Так, в стальной пластине толщиной d=3 мм с помощью ПЭП, имеющего рабочую частоту f=2.5 МГц и призму из оргстекла, можно при f·d=7.5 МГц.мм возбудить: волну Рэлея (как суперпозицию нулевых мод s0 и a0) при угле падения пучка β=65º, первую антисимметричную моду a1 при угле падения β=53º, первую симметричную моду s1 при β=46º, вторую антисимметричную моду а2 при β=37°, вторую симметричную моду s2 при β=29°, третью антисимметричную моду a3 при β=26°, третью симметричную моду s3 при β=25°.



Рис. 10

Очевидно, что ПЭП с переменным углом ввода–единственно возможное средство для такого контроля, поскольку как толщина, так и материал пластин могут быть различными. Хотя физические основы применения волн Лэмба хорошо описаны [12], интерес к их практическому использованию при ручном и автоматическом контроле возрос в последние годы, что, вероятнее всего, объясняется большим выбором доступных по цене дефектоскопов, удовлетворяющих требованиям, сформулированным в [11].

В [13] перечислены преимущества использования волн Лэмба для контроля тонколистовых материалов:

  • «многомодовость» – один и тот же объект может контролироваться разными модами волн Лэмба, что увеличивает достоверность контроля;

  • обеспечение контроля сечений объекта, находящихся на значительных расстояниях от ПЭП;

  • избирательная чувствительность ко многим типам дефектов;

  • способность следовать плавным изменениям геометрии объектов.

Волны Лэмба имеют хорошую чувствительность. В [14] с помощью моды s0 уверенно обнаруживали отверстие диаметром 1 мм в композитной пластине толщиной 3мм. В наших экспериментах с использованием ПЭП с переменным углом ввода и дефектоскопа DIO-562 в стальном листе толщиной 2 мм и в алюминиевом листе толщиной 4 мм на расстоянии 400 мм уверенно обнаруживались сквозные отверстия диаметром 0.5 мм. Чувствительность различных мод волн Лэмба к дефектам разных типов (трещины, расслоения, поры и т.п.) изменяется в значительных пределах. Одним из важнейших вопросов оптимизации ультразвукового контроля тонкостенных изделий с помощью нормальных волн является рациональный выбор номера и типа волны,


рабочей частоты, параметров преобразователей, при которых коэффициент передачи сигнала в акустическом тракте дефектоскопа оказывается наибольшим, а чувствительность контроля–наиболее высокой. Поэтому очень важна возможность селективной настройки дефектоскопа на определенные моды с помощью ПЭП, имеющего переменный угол ввода пучка. При этом удается обнаруживать дефекты на расстояниях в несколько метров.

Полем нормальной волны можно контролировать сразу все сечение листа, стенки трубы или резервуара в направлении ультразвукового луча. Благодаря этому возможно дискретное сканирование [15], позволяющее резко повысить производительность контроля и обеспечить обнаружение дефектов в труднодоступных местах. Так, например, весь лист можно проконтролировать переместив ПЭП только вдоль одной его стороны. Тоже самое можно осуществить, поместив ПЭП в угол листа и обеспечив его вращательное движение.

С помощью селективно возбуждаемых волн Лэмба возможен УЗК стенок участков труб, заделанных в стены и перекрытия сооружений. Для этого притертый ПЭП необходимо переместить на свободном участке трубы по цилиндрической поверхности перпендикулярно оси трубы.

Отмеченные свойства ПЭП с переменным углом ввода пучка существенно расширяют возможности УЗК как ручными, так и автоматическими дефектоскопами.

Литература


  1. Измерения. Контроль. Качество. Неразрушающий контроль. - М.:ИПК

Издательство стандартов, 2002.-709с.

  1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7т. Под общ. ред. В.В. Клюева,

т.3: Ультразвуковой контроль/И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - М.: Машиностроение, 2004.-864с.

3 Преобразователи ультразвуковые П121 «КОНСТАНТА-П1». Руководство

по эксплуатации. УАЛТ.020.000.00.РЭ.

4. Колбин И.Б., Горбенко В.Н., Топчий М.М. Об оценке эквивалентной площади плоскостных дефектов. -В мире НК, 2004, №2(24), с. 50-58.

5. Шишин Б.П. Ультразвуковой контроль гибов труб. - В мире НК, 2002, №1(15), с.17-18.

  1. Инструкция по дефектоскопии гибов трубопроводов из перлитной стали (И №23 СД-80). – М.: СПО Союзэнерго, 1981.

  2. Кретов Е.Ф. Измерение глубины радиальной трещины в цилиндрическом объекте. - В мире НК, 2003, №4(22), с.29-30.

  3. Ермолов И.Н. Контроль аустенитных сварных соединений. - В мире НК, 2003, №1(19), с. 4-9.

  4. Ушаков В.М. Особенности применения наклонных ПЭП для дефектоскопии аустенитных сварных соединений. - В мире НК, 2003, №1(19), с. 19-21.

  5. Разыграев Н.П. Головные волны в неразрушающем контроле металлоконструкций.-В мире НК, 2003, №4(22), с.12-14.

  6. Егоров Н.Н., Тоом К.Э. Использование поверхностных и нормальных волн в ультразвуковой дефектоскопии. - Контроль. Диагностика, 2004, №6, с.56-63.

  7. Викторов И.А. физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.:- Наука, 1966.

  8. A. Chahbaz, V. Mustafa and D. Hay. Corrosion Detection in Aircraft Structures using Guided Lamb Waves. - NDTnet – November 1996, Vol. 1, No.11.

  9. V. Agostini, P.P. Delsanto, D. Zoccolan. Flaw Detection in Composite Plates by Means of Lamb Waves. - 15th World Conference on Nondestructive Testing. Roma, (Italy), 15-21 October, 2000.

  10. Пасси Г.С. Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций. - В мире НК, 2003, №4(22), с.43-49.

Похожие:

Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка icon9 класс Первый тур (10 минут; каждая задача – 6 баллов)
В треугольник авс с прямым углом с и углом В, равным 30, вписана окружность радиуса Найдите расстояние от вершины а до точки касания...
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconЛекция Современные тенденции развития и общая классификация силовых электромагнитных преобразователей
Общие вопросы автоматизированного проектирования эмп и эмс и возможности их совершенствования на основе инновационных технических...
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconИзучение работоспособности сверл с переменным шагом винтовой линии
Применительно к работе сверлами с переменным шагом винтовой линии такими техническими составляющими, определяющими работоспособность,...
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconОсновные темы: Неурегулированные вопросы использования материнского капитала
Механизмы контроля за соблюдением прав детей при использовании материнского капитала
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconКонтрольная работа по предмету: Технические средства управления Тема: Типы и характеристика клавиатуры и мыши
Вопросы организации ввода в вычислительной системе иногда оказываются вне внимания потребителей. Это привело к тому, что при оценке...
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconМетодическая разработка (технология, 5 класс) на тему: Технический диктант для 5-х классов по разделу: "Обработка металлов и сплавов"
При использовании обычной классной доски контрольный текст пишется мелом от руки, а при использовании диапроектора и интерактивной...
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconCognitive Forms cистема массового ввода структурированных документов
Приводится обзор системы массового ввода форм документов Cognitive Forms. Рассматриваются основные этапы технологии ввода структурированных...
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconМетрология, стандартизация и сертификация
Основные типы измерительных средств и первичных преобразователей, используемых в производстве и при хранении продукции
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconАналитическое моделирование силы торможения вагона при скатывании с сортировочной горки
Пусть вагон (или отцеп) скатывается по рельсовым нитям, наклонённым к горизонту под углом 0 (рис. 1), под воздействием проекции...
Возможности ультразвукового контроля при использовании пьезоэлектрических преобразователей с переменным углом ввода пучка iconРоссийская федерация федеральный закон о защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при осуществлении государственного контроля (надзора) и муниципального контроля
Федеральный закон от 26. 12. 2008 n 294-фз(ред от 28. 07. 2012)"О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница