ВВЕДЕНИЕ Научно технический прогресс обуславливает повышение требований к

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

ВВЕДЕНИЕ Научно технический прогресс обуславливает повышение требований к качеству и надежности промышленной продукции различных отраслей народного хозяйства. Необходимые качество и надежность объектов могут быть обеспечены при условии применения эффективных систем контроля качества в цикле «изготовление – эксплуатация – ремонт» . Сплошной контроль качества объектов (материалов, заготовок, полуфабрикатов и изделий) должен осуществляться такими методами, после применения которых объекты могут быть использованы по прямому назначению, то есть методами неразрушающего контроля. Методы неразрушающего контроля, основанные на воздействии проникающих веществ и физических полей на объект или на регистрации полей, создаваемых самим объектом контроля, образуют класс физических методов неразрушающего контроля (НК), которые используются для: • • • обнаружения несплошностей материала (дефектоскопия); исследования структуры материала (структуроскопия); измерения размеров объектов, как правило, толщины стенок и покрытий на них (толщинометрия); определения физико механических характеристик материала объекта; изучения внутреннего строения объектов (интроскопия). Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Зарождение физических методов неразрушающего контроля обычно относят ко времени открытия в ноябре 1895 года Рентгеном лучей, названных его именем. В 1928 году наш соотечественник С. Я. Соколов предложил использовать упругие колебания (ультразвук) для обнаружения внутренних несплошностей в изделиях. Неразрушающий контроль сегодня – это завершающая операция многих технологических процессов изготовления изделий и полуфабрикатов. В развитых странах затраты на НК составляют не менее 1– 3% от стоимости продукции, а при производстве ответственных сварных конструкций (суда, энергетическое оборудование, высотные здания) стоимость операций НК достигает 20– 25% от общей стоимости сооружений. Указанные затраты быстро окупаются, так как благодаря НК на всех этапах изготовления (ремонта) и приемки радикально повышаются качество и эксплуатационная надежность продукции. При диагностике объектов неразрушающий контроль обеспечивает безопасность и возможность их эксплуатации по фактическому состоянию, а не по расчетному ресурсу. Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ При любом виде неразрушающего контроля можно выделить четыре этапа (фазы): планирование, проведение, обработка и принятие решения о качестве (состоянии) объекта контроля (ОК). При всех видах НК он может рассматриваться как функциональный комплекс, включающий в себя: коллектив специалистов (контролеров или операторов), объект контроля, средства контроля и условия, в которых осуществляется контроль (среда контроля). В связи с этим надежность НК следует изучать как надежность комплекса (прибор – оператор – среда). На современном уровне развития средств НК о выявленных дефектах судят по косвенным признакам; поиск дефектов осуществляют, в основном, путем перемещения измерительного преобразователя вручную (ручной контроль); аппаратура не всегда позволяет вести автоматическую обработку информации и регистрировать объективный документ контроля с заключением о качестве объекта. Поэтому большую часть функций в процессе НК на всех его этапах вынужден выполнять оператор. При этом надежность оператора во многом обуславливает надежность НК. Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Повышению достоверности и надежности НК способствует метрологическое обеспечение, стандартизация и организация процесса НК в целом. Учитывая, что в различных отраслях народного хозяйства большой объем контроля приходится на ручной НК, весьма важным оказывается создание портативной аппаратуры, позволяющей получать объективный документ (дефектограмму), отображающий информацию о выполненном ручном контроле и о качестве проконтролированного объекта. Высокую достоверность и надежность НК можно обеспечить только путем его автоматизации, включая отработку информации посредством вычислительной техники и выдачи документа с заключением о качестве объекта. Однако для любой ступени автоматизации системы НК достоверность и надежность результатов НК в той или иной степени будут определяться надежностью оператора, эксплуатирующего систему контроля. Из всех известных методов контроля качества наибольшими функциональными возможностями обладают физические методы неразрушающего контроля – это самая массовая технологическая операция. Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Методы НК разделяют на группы, называемые видами, объединенные общностью физических признаков. ГОСТ 18353 79 различает 9 видов НК: магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиационный, акустический, проникающими веществами. Методы каждого вида НК классифицируют по следующим признакам. 1. Характер взаимодействия поля или вещества с объектом контроля. Взаимодействие при этом должно быть таким, чтобы контролируемый признак объекта вызывал определенные изменения поля или состояния вещества. 2. Первичный информативный параметр – конкретный параметр поля или вещества (амплитуда поля, фаза, время распространения), изменение которого используется для характеристики контролируемого объекта. 3. Способ получения первичной информации – конкретный тип датчика или вещества, которые используют для измерения и фиксации упомянутого информационного параметра. Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Классификация технического контроля по видам (ГОСТ 18353 79) Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Классификация методов неразрушающего контроля Вид контроля Магнитный Электрический по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом Магнитный Электрический Трибоэлектрический Термоэлектрический по первичному информативному параметру по способу получения первичной информации Коэрцитивной силы Намагниченности Остаточной индукции Магнитной проницаемости Напряженности Эффекта Баркгаузена Магнитопорошковый Индукционный Феррозондовый Эффекта Холла Магнитографический Пондеромоторный Магниторезисторный Электропотенциальный Электроемкостный Электростатический порошковый Электропараметрический Электроискровой Рекомбинационного излучения Экзоэлектронной эмиссии Шумовой Контактной разности потенциалов Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Классификация методов неразрушающего контроля (продолжение 1) Классификация методов неразрушающего контроля Вид контроля Вихретоковый Радиоволновый по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом Прошедшего излучения Отраженного излучения Рассеянного излучения Резонансный по первичному информативному параметру Амплитудный Фазовый Частотный Спектральный Многочастотный Амплитудный Фазовый Частотный Временной Поляризационный Геометрический по способу получения первичной информации Трансформаторный Параметрический Детекторный (диодный) Болометрический Термисторный Интерференционный Голографический Жидких кристаллов Термобумаг Термолюминофоров Фотоуправляемых полупроводниковых пластин Калориметрический Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Классификация методов неразрушающего контроля (продолжение 2) Классификация методов неразрушающего контроля Вид контроля Тепловой Оптический по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом Тепловой контактный Конвективный Собственного излучения Прошедшего излучения Отраженного излучения Рассеянного излучения Индуцированного излучения по первичному информативному параметру по способу получения первичной информации Термометрический Теплометрический Пирометрический Жидких кристаллов Термокрасок Термобумаг Термолюминофоров Термозависимых параметров Оптический интерференционный Калориметрический Амплитудный Фазовый Временной Частотный Поляризационный Геометрический Спектральный Интерференционный Нефелометрический Голографический Рефрактометрический Рефлексометрический Визуально оптический Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Классификация методов неразрушающего контроля (продолжение 3) Классификация методов неразрушающего контроля Вид контроля по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом по первичному информативному параметру по способу получения первичной информации Радиационный Прошедшего излучения Рассеянного излучений Активационного анализа Характеристического излучения Автоэмиссионный Плотности потока энергии Спектральный Сцинтилляционный Ионизационный Вторичных электронов Радиографический Радиоскопический Акустический Прошедшего излучения Отраженного излучения (эхо метод) Резонансный Импедансный Свободных колебаний Акустико эмиссионный Амплитудный Фазовый Временной Частотный Спектральный Пьезоэлектрический Электромагнитно акустический Микрофонный Порошковый Глоссарий

ВВЕДЕНИЕ Классификация методов неразрушающего контроля (окончание) Классификация методов неразрушающего контроля Вид контроля по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом Молекулярный капиллярный по первичному информативному параметру Жидкостной Газовый Яркостный (ахроматический) Цветной (хроматический) Люминесцентный Люминесцентно цветной Фильтрующих частиц Жидкостной Газовый Масс спектрометрический Пузырьковый Манометрический Галогенный Радиоактивный Катарометрический Химический Акустический Проникающими веществами Молекулярный течеискания по способу получения первичной информации Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 1. Продукция и качество продукции Продукция – это результат труда, полученный в определенном месте за определенное время и предназначенный для использования потребителями в целях удовлетворения их материальных или духовных потребностей. В соответствии с ГОСТ 15895 77 промышленную продукцию разделяют на изделия и продукт. Изделия – это промышленная продукция, количество которой может быть охарактеризовано дискретной величиной, исчисляемой в штуках или экземплярах. Промышленную нештучную продукцию, а также штучную сельскохозяйственную продукцию относят к продуктам. Так, генераторы электроэнергии – изделия, а генерируемая ими электроэнергия – продукт. Продукцию используют путем ее эксплуатации или потребления. В процессе эксплуатации изделий расходуется их ресурс. Продукты, а также изделия, которые потребляются, расходуются. Например, эксплуатируют генераторы, но потребляют электроэнергию. В любой продукции присущи объективные свойства, особенности, проявляющиеся при ее создании, эксплуатации или потреблении. Совокупность свойств, обуславливающих пригодность продукции удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначение, называют качеством продукции. При этом свойства продукции, не связанные с ее назначением, считаются не влияющими на ее качество. Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 1. Продукция и качество продукции Для количественной характеристики качества продукции используют показатели качества. Единичный показатель качества продукции характеризует количественно одно из ее свойств, комплексный показатель качества – несколько свойств продукции, входящих в ее качество. Интегральный показатель качества Q продукции есть соотношение суммарного полезного эффекта G от эксплуатации или потребления продукта к суммарным затратам Э , благодаря которым достигнут этот эффект. Запись этого выражения условна и операция деления недопустима. Естественно стремление при разработке и изготовлении продукции обеспечить наиболее высокие показатели ее качества. Значение показателей, принятых за основу при сравнительной оценке качества продукции, называют базовыми показателями качества. Отношение показателя качества оцениваемой продукции к соответствующему базовому показателю определяет уровень качества продукции. В процессе разработки продукции и ее производства в нормативно технической документации (НТД) на продукцию регламентируют номинальные (базовые) значения показателей ее качества и допустимые отклонения этих показателей от номинального значения. Выход фактического показателя качества продукции за установленные в НТД пределы, означает, что рассматриваемая продукция имеет дефект. Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 2. Дефекты и брак продукции Под дефектом понимают каждое отдельное несоответствие продукции установленным в НТД требованиям. Если продукция имеет дефект, то это означает, что хотя бы один из показателей качества вышел за предельные значения, установленные НТД. Дефекты могут быть обусловлены образованием несплошностей и структурных неоднородностей, отклонением размеров и физико механических характеристик от номинальных значений и другими причинами. Независимо от типа дефектов их разделяют на три вида: критические, когда использовать продукцию по назначению невозможно или недопустимо (небезопасно); значительные, оказывающие существенное влияние на использование продукции и на ее долговечность, но не являющиеся критическими; малозначительные, практически не влияющие на использование продукции по ее назначению и на ее долговечность. Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 2. Дефекты и брак продукции Вид дефекта, в отличие от типа, характеризует степень его влияния на эффективность использования продукции с учетом ее назначения, то есть его потенциальную опасность. Очевидно, что дефект одного и того же типа и размера может принадлежать к дефектам различного вида в зависимости от условий и режимов эксплуатации продукции, то есть в зависимости от ее назначения. Например: Пора размером 2 мм в стыковом сварном соединении толщиной 20 мм в сосуде для хранения воды относится к малозначительному дефекту, а в таком же соединении в пролетном строении моста – к критическому. Во многих отраслях промышленности ограничиваются разделением дефектов по потенциальной опасности на два вида: допустимые и недопустимые. Совокупность дефектов, каждый из которых является малозначительным и допустимым, может быть эквивалентна критическому и недопустимому. Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 2. Дефекты и брак продукции Дефекты, для выявления которых в НТД на продукцию предусмотрены методы, средства и правила, относят к классу явных дефектов. Дефекты называют скрытыми, если в НТД отсутствуют рекомендации по их обнаружению. Выявленный дефект может быть устранимым, если его исправление возможно и экономически целесообразно, в противном случае – неустранимым. Продукция, передача которой потребителю из за наличия дефектов недопустима, относят к браку. По аналогии с дефектами брак делят на исправимый и неисправимый. Неустранимый дефект не всегда оказывается причиной неисправимости брака. Например: Пора в стыке контактной сварки рельсов – неустранимый дефект, а стык с таким дефектом – исправимый брак, потому что, вырезав весь бракованный стык, рельсы можно сварить заново. Своевременное обнаружение дефектов достигается техническим контролем продукции на стадиях ее разработки, изготовления, эксплуатации и ремонта. Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 3. Контроль качества, испытания и диагностика Проверка соответствия продукции или процессов, от которых зависит качество продукции, установленным техническим требованиям составляет сущность технического контроля. Объектом технического контроля могут быть процессы разработки и соответствующая техническая документация, технологические процессы изготовления, транспортировки, хранения, технологического обслуживания, ремонта продукции. Технический контроль осуществляют на стадиях проектирования (контроль проектирования), производства (производственный) и эксплуатации (эксплуатационный контроль). Эксплуатационный контроль – составная часть технического диагностирования объекта. Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 3. Контроль качества, испытания и диагностика В процессе создания продукции выполняют контроль: входной (контроль продукции, предназначенной для изготовления или эксплуатации другой продукции); пооперационный (контроль продукции во время или после завершения технологической операции); приемочный (контроль продукции, по результатам которого принимают решение о ее пригодности к поставкам потребителю и использованию). В эксплуатационном различают входной, профилактический (необязательный) и текущий виды контроля. Контролю подвергают или все единицы продукции (сплошной контроль), или некоторую ее часть (выборочный контроль). При выборочном контроле решение о соответствии (несоответствии) всей продукции установленным техническим требованиям принимают по результатам контроля выборки из исследуемой партии продукции. Контроль проводят по запланированному графику (плановый контроль) или в случайные моменты, выбираемые службами контроля (летучий контроль). Эффективность летучего контроля определяется квалификацией операторов. Такой контроль чаще вскрывает недостатки в организации производства, ремонта или хранения продукции. Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 3. Контроль качества, испытания и диагностика В ряде случаев с целью проверки эффективности ранее выполненного контроля осуществляют вторичный, инспекционный контроль специально уполномоченными работниками. Этот контроль, как правило, летучий и выборочный. Сущность любого технического контроля сводится к осуществлению двух основных этапов: получение информации о фактическом состоянии объекта контроля, о признаках и показателях его свойств (первичная информация); сопоставление первичной информации с заранее установленными требованиями, нормами, критериями, то есть обнаружение соответствия или несоответствия фактических данных требуемым. Информацию расхождения фактических и требуемых данных называют вторичной. На основании вторичной информации вырабатывают соответствующее управляющее воздействие на объект. Технический контроль, вторичную информацию которого используют для регулирования технологического процесса изготовления или эксплуатации продукции, называют активным контролем. Глоссарий

1. Качество и контроль качества продукции 1. 3. Контроль качества, испытания и диагностика Технический контроль продукции обычно выполняют с применением технических средств контроля (измерительный контроль). В ряде случаев при техническом контроле первичную информацию воспринимают органами чувств (зрение, слух, осязание, обоняние, вкус). Такой контроль называют органолептическим. Наибольшее распространение при этом получил визуальный осмотр. Технический контроль, после проведения которого продукция может быть использована по прямому назначению, называют неразрушающим, а если нельзя – то разрушающий. Один и тот же метод контроля, в зависимости от назначения продукции, может быть отнесен как к разрушающему, так и неразрушающему контролю (например, измерение твердости). Только неразрушающие методы позволяют осуществлять сплошной контроль всей продукции. Глоссарий

2. Дефектоскопы Все дефектоскопы делятся на: 1. общего назначения 2. структуромеры 3. специального назначения Сравнительная таблица дефектоскопов: USN 52 R Нмах, м DIO 562 Пеленг А 1212 УД 2 70 УДЦ 201 П EPOCH 4 УД 2 Н ПМ УД 3 71 А 1212 мастер А 1214 эксперт 5. 0 7. 5 8. 0 2. 2 5. 0 2. 4 10. 0 3. 0 0. 3 3. 0 0. 8 – 15 0. 1; 0. 4; 1. 0; 1. 2; 0. 4 – 10. 0; 0. 4; 1. 25; 0. 62; 1. 25; 1. 8; 2. 5; f, МГц 0. 3 – 4. 0; 2 0. 5 – 20. 0 1. 8; 2. 5; 5. 0; 1. 8; 2. 5; 0. 1 – 25. 0 1. 8; 2. 5; 5. 0; 10. 0; – 8; 3 – 10 10. 0 5. 0; 10. 0 15. 0 Зад. разв, мкс 20 – 3330 0 – 1500 0 – 2500 0 – 50 0 – 600 0 – 200 1. 25; 2. 5; 0. 4 – 15 5. 0; 10. 0 А 1220 монолит УД 2 Н ПМ 3. 5 (бетон) 4. 0 (бетон) 0. 015 – 0. 25 0. 05; 0. 1; 0. 2; 0. 4 0 – 1000 0. 5 – 992 0 – 100 5. 0 – 1300 Зад. нуля, мкс 0 – 1600 0 – 50 ОЗР 0. 2 – 80 ОЗР АДД, д. Б 110 80; ± 23. 5 в 3 стробе 80 80 100 90 110 80 80 80 90 ΔА, д. Б 0. 1; 0. 5; 1. 0; 2. 0; 6. 0 0. 1; 0. 5; 1. 0; 6. 0 1 1 0. 5; 1. 0; 3… 30 1. 0; 6. 0 0. 1; 6. 0 0. 5; 1. 0; 2. 0; 6. 0 1. 0 0. 5; 1. 0; 2. 0; 6. 0 >10 30; 60; 120; 250; 500; 1000 500 Атвом До 800 300 1 – 32 F, Гц 56; 113; 226; 452; 50 – 5000 25 – 5000 905 0 – 25 ОЗР 0 – 100 ОЗР 0 – 50 0 – 350 ОЗР Глоссарий

2. Дефектоскопы Сравнительная таблица дефектоскопов (продолжение): USN 52 R А 1212 УД 2 70 УДЦ 201 П EPOCH 4 УД 2 Н ПМ УД 3 71 А 1212 мастер А 1214 эксперт А 1220 монолит УД 2 Н ПМ По времени, По времени датчику пути Режим профиль По времени 20 +45 30 +45 DIO 562 Пеленг В разв. ΔT, ºС 20 +55 10 +50 30 +50 20 +45 20 +50 20 +50 Размеры, мм 250 х133 х 0 – 1500 0 – 2500 0 – 50 0 – 600 0 – 200 0. 5 – 992 146 185 х130 х 0 – 50 ОЗР 0. 2 – 80 ОЗР 0 – 25 ОЗР 0 – 100 ОЗР 0 – 50 0 – 350 ОЗР 0 – 100 40 165 х270 х 80; ± 23. 5 в 3 стробе 80 80 100 90 110 80 60 235 х98 х33 245 х145 х 1 1 0. 5; 1. 0; 3… 30 1. 0; 6. 0 0. 1; 6. 0 0. 5; 1. 0; 2. 0; 6. 0 5. 0 – 1300 20 +50 10 +50 0 – 1000 80 80 90 1. 0 0. 5; 1. 0; 2. 0; 6. 0 Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Рассмотрим дефектоскопы общего назначения: 1. Аналоговые широкое использование (УД 2 12 уже не выпускаются) 2. Цифровые ПЕЛЕНГ, УД 4 Т Для данных типов дефектоскопов характерно: • Все приборы имеют ЖКИ или ЭЛ экран. • Все имеют режим ВРЧ (динамический диапазон от 35 д. Б (УДЦ 201 П) до 80 д. Б (DIO 562)) • Все имеют световую и звуковую сигнализацию АСД • Все имеют режим толщиномера • Все имеют ручное и автоматическое определение параметров дефектов • Все имеют сопряжение с ПК по RS 232 (А 1212 – по ИК порту) Дефектоскоп УД 2 12 Дефектоскоп реализует эхо метод, теневой и зеркально теневой методы. Состоит из функционально законченных блоков, связь между которыми осуществляется через разъемы. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Дефектоскоп может работать в следующих режимах: 1. режим “д. Б” измерение отношений входных амплитуд сигналов в децибеллах; 2. режим “мм. Н” измерение глубины залегания дефекта в мм при работе с совмещенным или р. с. ПЭП; 3. режим “мм. Х” измерение Х координаты в мм при работе наклонным ПЭП; 4. режим “мм. Y” измерение Y координаты в мм (глубина залегания) при работе наклонным ПЭП; 5. режим “мs” измерение временного интервала электрических импульсов; 6. дежурный режим. Структурная схема дефектоскопа УД 2 12 ЭЛТ – электроннолучевая трубка БР – блок развертки ВП – возбудитель преобразователя ИО – измеритель отношений УП – устройство приемное АСД – автоматическая сигнализация дефекта БЦО – блок цифровой обработки В – выпрямитель СН – стабилизатор напряжения ПН – преобразователь напряжения Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Принцип работы дефектоскопа общего назначения УД 2 12 В режиме “д. Б” дефектоскоп работает следующим образом. СН вырабатывает синхроимпульсы, управляющие работой всех блоков и запускающие ГИВ который возбуждает колообразным радиоимпульсом ПЭП, подключенный одновременно к разъемам (> и >). УЗ, отраженный от дефекта или от границ изделия, принимается ПЭП и в виде радиоимпульсов поступают на вход УП, где он усиливается и выпрямляется. С выхода УП видеоимпульсы поступают на блок ЭЛТ для индикации на экране ЭЛТ, ИО для формирования временного интервала, пропорционального амплитуде дефекта в д. Б, и блок сравнения АСД для сравнения с тремя наперед заданными порогами. На второй вход УП поступает сигнал ВРЧ с выхода блока ИО, который выравнивает чувствительность УП по времени прихода сигналов, отраженных от дефектов. В блоке АСД вырабатывается строб АСД, который управляет работой ИО и поступает на вход БЦО, где обрабатывается и индуцируется на цифровом табло БЦО в д. Б. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Для регулировки ослабления входных сигналов УП снабжен аттенюатором. Для повышения разрешающей способности дефектоскопа УП снабжен схемой регулировки шумов, которая позволяет пропорционально уменьшать амплитуду помех, не искажая параметры полезных сигналов. В целях оперативности настройки дефектоскопа кривая ВРЧ выведена (с возможностью отключения) на экран ЭЛТ, а для компенсации неравномерности выравнивания амплитуд введен регулятор формы ВРЧ. БР вырабатывает пилообразное напряжение горизонтального отклонения луча ЭЛТ, подсветные и бланкирующие (гасящие) импульсы и обеспечивает возможность вывода на экран ЭЛТ кривой ВРЧ или строба АСД. БЦО кроме индикации результатов контроля, позволяет производить измерение временных интервалов: длительности и задержки развертки, длительности и задержки стробов АСД и ВРЧ, длительности импульса истановки “ 0”. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Выпрямитель СН и ПН служат для питания всех блоков необходимыми напряжениями. В режиме “мм. Н” глубиномер, расположенный в БР вырабатывает интервал времени, начало которого совпадает с зондирующим импульсом, а конец – с первым импульсом, находящимся в зоне строба АСД. Этот интервал измеряется и индуцируется в БЦО. Калибровка дефектоскопа по скорости УЗ осуществляется потенциометром “▼мм. Н”, расположенным в блоке ЭЛТ. Глубиномер может работать в ручном режиме, когда измеряемый интервал времени формируется между зондирующим импульсом и первым видимым на экране дефектоскопа импульсом. Предшествующие, не нужные для измерения импульсы, гасятся на экране ЭЛТ при вращении ручки глубиномера, расположенной на передней панели. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. В режимах “мм. Х” и “мм. Y” дефектоскоп работает аналогичным образом, а калибровка проводится потенциометрами “▼Х” и “▼У” соответственно. В режиме “мкs” БЦО измеряет длительность импульса непосредственно в мкс. При последовательном касании сенсорного поля “мs” происходит переключение пределов измерения. В дежурном режиме напряжение питания подается только на накал ЭЛТ, что значительно снижает потребляемую от аккумулятора мощность. Применяется при частой смене объектов контроля и рабочих мест. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Органы управления, индикаторы и разъёмы дефектоскопа УД 2 12 передняя панель 1. Сенсорный переключатель режима отсчета. При плотном прижатии пальца оператора на 1 1, 5 с происходит соответствующее переключение режима отсчета. Пауза между нажатиями на кнопки должна быть не менее 1 1, 5 с 2. Накал – нажатием кнопки выключается накал ЭЛТ 3. Работа – нажатием кнопки при нажатой кнопке Накал включается дефектоскоп 4. Кнопки аттенюатора. Нажатием кнопки вводится соответствующее ослабление 5. Ручка предназначена для ручного стробирования сигнала на экране ЭЛТ 6. ЭЛТ – электроннолучевая трубка 7. БЦО – блок цифровой обработки 8. Индикатор включенного питания (“Накал”) 9. Индикатор, показывающий какой режим БЦО включен 10. Индикатор АСД, автоматический световой индикатор дефекта 11. Разъем (>, выходной разъем для подключения ПЭП 12. Разъем >), входной разъем лючения ПЭП. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. задняя панель 1. Кнопка 125 Hz/500 Hz. При нажатой кнопке частота внутренней синхронизации 500 Гц, при отжатой – 125 Гц 2. Кнопка “х2”. При нажатой кнопке частота синхронизации увеличивается в 2 раза 3. Кнопка “Внеш/Внутр”. При нажатой кнопке включается внутренняя синхронизация дефектоскопа, при отпущенной – внешняя. 4. Выход “(> ∏” выход синхронизации 5. Вход “>) ∏” вход внешней синхронизации 6. Клемма “Ο” предназначена для заземления дефектоскопа 7. Плавкий предохранитель “ 220 V, 36 V, 24 V” или “ 220 V, 12 V” предназначен для защиты выпрямителя при к. з. и для переключения напряжения питания цепи 8. Предохранитель “ 1 А” предназначен для защиты стабилизатора напряжения при к. з. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. верхняя панель Органы управления блока ЭЛТ(А 5): 1 для калибровки в режиме координат Х 2 для калибровки в режиме координат Y 3 для калибровки в режиме координат H 4 земля 5 яркость 6 фокусировка 7 регулировка астигматизма луча 8 смещение развертки в горизонтальном направлениях 9 смещение развертки в вертикальном направлениях Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. верхняя панель Органы управления блока БР(А 6): 10 – гнездо для подачи импульсов на вход БЦО 11 – при нажатой кнопке надо подавать внешний импульс 12 – для установки нуля глубиномера 13 – гнездо для контроля длительности импульсов установки нуля. Если с 13 подать сигнал на 10 и нажать кнопку 11, то на БЦО будет длительность импульса установки нуля 14 – контроль длительности задержки развертки 15 – установка задержки развертки (грубая/точная настройка) 16 – включение второй развертки 17 – длительность развертки увеличивается в 10 раз 18 – для контроля длительности развертки 19 – установка длительности развертки Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. верхняя панель Органы управления блока А 7: 20 – амплитуда (для регулировки генератора импульсов, возбуждения ГИВ) 21 25 – частота ГИВ (излученные) 26 – регулировки для подстройки ГИВ (под отвертку) Органы управления блока А 8 панель ВРЧ : 27 при отпущенной кнопке на индикаторе БЦО д. Б, при нажатой пропорциональные размеры дефекта 28 регулировка усиления в средней части ВРЧ в стробе рис 29 регулировка усиления в конце зоны 30 при соединении с гнездом 10, то на БЦО длительность зоны ВРЧ при включенных микросекундах 31 для установки длительности ВРЧ или строба 32 задержка ВРЧ 33 для контроля задержки ВРЧ (+10 или 11) Глоссарий 34 регулировка усиления приемного устройства

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. верхняя панель Органы управления блока А 9: 35 гнездо для контроля видеосигнала с приемного устройства (при подключении осциллографа наблюдаем сигнал, который приходит) 36 регулятор, предназначенный для регулирования отсечки (под отвертку) 37 ручка для отсечки уровня шумов 38 приемные частоты Органы управления блока А 10: 39 контроль длительности стробов 40 при нажатой только строб АСД; при отжатой включается вторая развертка 41 - регулировка длительности ВРЧ 42 регулировка задержки ВРЧ 43 гнездо для контроля длительности строба 44 регулировка порогов срабатывания АСД 45 звуковая сигнализация Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Основные настройки дефектоскопа УД 2 12 Настройка ВРЧ Настройка производится на стандартном образце (СО) или на изделии, какой либо участок которого известен. Для настройки ВРЧ необходимо иметь три одинаковых отражателя (по площади, но лежащие на разной глубине). 1) Преобразователь ставим на самый ближний отражатель. Нажимаем 16 на А 6 и 34 на А 8 устанавливаем амплитуду сигнала на стандартный уровень. На А 8 32 устанавливаем задержку строб должна быть от начала сигнала от отражателя, так как строб срабатывает на передний фронт. Если длительность развертки меньше длительности строба, то работаем со II вторым стробом, так как I первый – это конец строба на первой линии развертки. 2) Ставим преобразователь на самый дальний отражатель и устанавливаем строб в конце сигнала, если отражатель 3 находится на глубине = Н, то конец строба может быть установлен на начало импульса 3. 3) Ручкой 29 на А 8 вытягиваем сигнал 3 до стандартного уровня. 4) Преобразователь на средний отражатель (2). Сигнал от него может быть чуть больше или чуть меньше U 0. Ручкой 28 устанавливаем сигнал 2 по тому же U 0. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Когда ставим преобразователь на отражатель 3, мы задаем угол наклона кривой ВРЧ , а при регулировке сигнала 2 задаем изгиб кривой (выпуклость, вогнутость). Установка порогов срабатывания АСД Устанавливаем преобразователь на средний отражатель на СО. Кнопками аттенюатора устанавливаем значение 40 ∂Б, ручкой 34 (А 8) устанавливаем амплитуду сигнала, пропорциональную 8 делениям по экрану, при этом БЦО должно показывать 0. 02 0. 05 ∂Б. Если этого нет, то кнопками аттенюатора добиваемся этого значения. Потом стробируем ручками 41, 42 (А 10) сигнал от среднего отражателя и ручкой 20 (А 7) добиваемся уменьшения сигнала, когда БЦО будет показывать 1± 0. 3 ∂Б. С помощью отвертки регулятором I (44 на А 10) добиваемся устойчивого срабатывания световой сигнализации дефекта. Потом ручкой 20 уменьшаем сигнал еще на 6 ∂Б, при этом на БЦО должно быть 7± 0. 5 ∂Б и регулятором II (44 на А 10) добиваемся срабатывания второй лампочки. С третьим делаем то же самое, на БЦО 13± 0. 5 ∂Б. Проверяем еще раз. Получается три вида чувствительности: поиска, фиксации, брака. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Режим измерения временного интервала Существует несколько режимов: • длительность развертки • задержка развертки • длительность строба ВРЧ • длительность строба развертки • задержка строба ВРЧ/развертки Временной интервал меряется между ЗИ и первым импульсом в стробе Если не можем по каким либо причинам двигать строб, а в стробе несколько сигналов и нам нужен, например, 2, то ручкой 5 мы гасим всю развертку до нужного сигнала. Измерение отношений амплитуд по цифровому индикатору БЦО Преобразователь на СО, получаем сигнал от отражателя, стробируем этот сигнал или суммируем показатели индикатора с аттенюатора. Всегда или +, или -!!! Во всех режимах мы измеряем максимальное значение сигналов в стробе. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Настройка нуля глубиномера Берем СО, ставим преобразователь на дефект 1, на сенсорном переключателе включить режим “mm H”. Сигнал надо застробировать. На БЦО устанавливаем истинное значение глубины залегания. Потом преобразователь – на 3. Колесиком “Н” (3 А 5) устанавливаем значение глубины. Повторяем эту операцию несколько раз и добиваемся нужной точности, как правило, это 0, 01 Н=0, 5 мм. Для проверки – преобразователь на 2. (Преобразователь прямой). Для наклонного преобразователя: “mm X”, “mm Y” X – расстояние до дефекта; Y – глубина залегания Расстояние до дефекта (Х) меряется от точки ввода (надо учитывать стрелу преобразователя), Н – на близком отражателе, X, Y – на дальнем отражателе. Точность: (0, 03 X(Y)± 1) мм. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Оценка эквивалентных размеров (площади) отражателя Преобразователь – на отражателе с известной площадью. Рабочую область застробировали. Нажимаем кнопку 27 (А 8). Диапазон измерений УД 2 12 – 3÷ 30 мм 2. Ручкой 34 (А 8) добиваемся значения, эквивалентного площади на индикаторе. Начинаем контроль. Настройка чувствительности Не допускаются протяжные дефекты. Лучше работать на чувствительности поиска Настройка по АРД диаграммам и по СОПам. Получаем сигнал от отражателя на максимальной глубине (=Н) По ГОСТу смотрим недопустимый размер дефекта. Пусть dп = 10 мм dд = 5 мм dд /dп =0, 5 Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 1. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 2 12. Н≤ 40 мм – затухание μ не учитывать Δ – то ослабление, которое надо ввести в дефектоскопе. Пусть Δ = 12 ∂Б. Преобразователь ставим на ОК на бездефектный участок, получаем ДС. Мы устанавливаем хороший вид ДС – пороговый уровень. Отжимаем с аттенюатора 12 ∂Б. ДС возрастает, на него не обращаем внимания (при ЭМ) – это Sб. С учетом затухания: Получаем 2 ДС Z = H и все то же самое Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 2. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 3 103 Пеленг. Ультразвуковой дефектоскоп “ПЕЛЕНГ” УД 3 103 является новейшей разработкой НПГ “Алтек”. Дефектоскоп позволяет работать в опасных условиях, на высоте и при низких температурах, повысить производительность и облегчить работу оператора, снизить вероятность пропуска дефектов: Технические характеристики 1) масса со встроенным аккумулятором 2, 15 кг; 2) рабочая температура до минус 30. 3) автоматическое измерение и оперативная индикация характеристик выявленного дефекта (координаты, амплитуда отраженного сигнала, эквивалентная площадь и др. ); 4) возможность "ручного" измерения характеристик дефекта (в том числе для вызванных из памяти протоколов с кадром А и В развертки); 5) автоматическая сигнализация дефекта (АСД) звуковая (встроенная и/или на головные телефоны) и световая; 6) наличие двух зон временной селекции, позволяющих реализовать контроль любых изделий различными методами; 7) режим оптимизации длительности развертки; 8) встроенная таблица скоростей УЗК для основных материалов; 9) автоматическая корректировка частоты следования зондирующих импульсов; 11) возможность работы с блоками настроек (этапов); 10) предварительное создание и запись в память до 100 настроек; Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 2. Дефектоскопы общего назначения. Дефектоскоп УД 3 103 Пеленг. Технические характеристики (продолжение) 12) автоматическое запоминание номеров последних используемых настроек и блоков настроек; 13) наличие режима "ПАУЗА"; 14) 6 ти степенная ручная регулировка ВРЧ; 15) возможность автоматического выравнивания чувствительности в зоне контроля (за счет ВРЧ или криволинейного порога); 16) встроенный расчет АРД; 17) индикация фактического значения чувствительности; 18) наличие автоматической регулировки чувствительности (АРУ), позволяющей оперативно учитывать изменения затухания УЗК и качество акустического контакта по опорному сигналу; 19) различные режимы А развертки (в том числе "СТОП КАДР", "ЛУПА", "ОГИБАЮЩАЯ"); 20) В развертка; 21) W развертка (визуализация хода распространения лучей с указанием места расположения дефекта); 22) "затягивание" индикации отраженного сигнала на экране, а так же удлинение срабатывания АСД. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры Для контроля структурных характеристик в большинстве случаев используется влияние структуры и фазового состава на затухание или скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлах и сплавах. Предпосылкой ультразвукового структурного анализа металлов явились теоретические и экспериментальные исследования процессов поглощения и рассеяния ультразвука в поликристаллических материалах, проведенные отечественными и зарубежными учеными. Установленные закономерности влияния структуры и химического состава на затухание ультразвуковых колебаний в металлах и сплавах позволили разработать методики производственного контроля и создать специальную аппаратуру. Ультразвуковой структурный анализ позволяет контролировать величину зерна, его внутреннюю структуру (наличие разных фаз, структурных областей). Например, позволяет контролировать величины и формы графитных включений в чугунах. Также такой анализ дает возможность контроля глубины межкристаллитной коррозии. И все это не только на образцах, но и в изделиях, непосредственно в цеховых условиях, причем, с достаточной для практики точностью. Для структурного анализа разных видов изделий (поковок, штамповок, отливок, проката и др. ) используют разные типы волн. Для определения структуры массивных изделий, толщина которых значительно превосходит длину волны, применяют объемные волны (продольные и поперечные). Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры Волны в пластинах применяют для контроля листов, оболочек, труб толщиной не более 3. . 5 мм. Для контроля обычно применяют низкие моды: ao, so, a 1, s 1. Поверхностные волны применяют для исследования поверхностного слоя, размером не превышающим длину поверхностной волны. Как средство всестороннего неразрушающего контроля поверхности и поверхностного слоя образцов и материалов (определение дефектов, степени и глубины термической закалки, остаточных механических напряжений, качества обработки поверхности и т. д. ) в последние годы интенсивно используются ультразвуковые рэлеевские волны: скорость, затухание и структура рэлеевской волны неразрывно связаны с механическими, термическими и прочими характеристиками поверхностного слоя образца, в котором она распространяется. Основными материалами для изготовления разного вида изделий являются сплавы на основе железа – чугуны и стали, меди – бронзы и латуни, свинца и олова. Механические свойства конструкционных материалов, а также склонность этих материалов к межкристаллитной коррозии в значительной мере зависят от величины зерна металла. Например, лучшие свойства в отношении сочетания прочности с пластичностью нержавеющая хромоникелевая аустенитная сталь приобретает при мелкозернистой аустенитной структуре. Крупнозернистый металл более склонен к межкристаллитной коррозии в агрессивной среде. Поэтому в деталях ответственного назначения очень важен контроль величины зерна. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Прочностные характеристики материала Упругие постоянные низшего порядка однозначно связаны со скоростями продольных и поперечных волн и не зависят от механических напряжений, приложенных к материалу. Измеряя скорости УЗК можно определить упругие постоянные E, G, K, ν, и, следовательно, оценить поведение материала в условиях напряженного состояния. По скорости распространения волн для различных типов акустических колебаний упругие постоянные могут быть рассчитаны при помощи несложных формул, рассмотренных ниже. Акустические колебания происходят в области упругих деформаций среды, где напряжения и деформации связаны пропорциональной зависимостью. Упругие волны характеризуются параметрами: длиной λ, частотой f и скоростью распространения С. Эти величины связаны зависимостью λ = С/f. В зависимости от упругих свойств могут распространяться колебания различных типов, отличающиеся направлением смещения колеблющихся частиц. В связи с этим различают следующие типы колебаний: продольные, поперечные (сдвиговые), поверхностные, нормальные и др. Если колебания частиц среды происходят в направлении, совпадающем с направлением распространения среды, то такие колебания называются продольными. В неограниченной среде скорость распространения продольных волн равна , где Е – модуль объемной упругости (модуль Юнга); ρ плотность среды; κ коэффициент сопротивления окружающей среды. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Прочностные характеристики материала. Если направление колебаний частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны, то такие колебания называются поперечными или сдвиговыми. Они могут распространяться только в твердой среде, которая обладает упругостью формы, т. е. способна сопротивляться деформации сдвига. Скорость распространения сдвиговых волн в неограниченной среде определяется выражением: , где G – модуль сдвига; ρ плотность среды. На свободной поверхности твердого тела могут распространяться поверхностные волны или волны Релея. По характеру траектории частиц поверхностная волна как бы состоит из комбинаций продольных и поперечных волн. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Прочностные характеристики материала. В общем виде линеаризированное уравнение, связывающее относительное изменение скорости распространения УЗ волн от одноосных напряжений, можно записать следующим образом: с/с = βσ, где β – акустоупругий коэффициент одноосных напряжений, зависящий от упругих постоянных второго (λ и μ) и третьего (l, m, n) порядков. Для точного измерения скоростей волн требуется применение сложных методик контроля и установок. Измерения усложняются тем, что погрешности определения упругих постоянных примерно вдвое больше погрешностей измерения скоростей. Однако для определения напряженного состояния материала достаточно измерить лишь относительное изменение скорости различных типов волн. В зависимости от решаемой задачи и размеров контролируемого объекта в некоторых случаях можно пользоваться достаточно простыми методами измерений, обеспечивающими необходимую точность определения величины с/с. Методы акустической тензометрии условно можно разбить на три типа измерений: 1. абсолютного значения некоторого параметра, по которому впоследствии определяется контролируемый параметр; 2. изменения (или относительного изменения) абсолютного значения времени или скорости распространения; 3. разности (или относительной разности) скоростей двух поляризованных колебаний с ортогональными плоскостями. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Прочностные характеристики материала. Относительная разность скоростей двух поляризованных УЗ волн получила название акустической анизотропии. Первые два типа измерений принципиально могут быть реализованы одними и теми же устройствами. Эти методы являются универсальными в том смысле, что пригодны для любых ультразвуковых волн, в то время как третий тип относится только к сдвиговым. С целью решения практических задач с помощью акустических методов относительная погрешность измерений должна быть не больше (1 3)10 4. Для контроля величины натяга резьбовых деталей используют наиболее простой счетно импульсный метод измерений временных параметров. Напряжения в резьбовых деталях (болтах, шпильках) определяют путем измерения относительного изменения времени пробега УЗ волн до и после сборки соединения. В упругой области увеличение времени пробега пропорционально напряжению. Простые приборы, построенные с использованием этого принципа, обеспечивают необходимую точность определения напряжений. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Прочностные характеристики материала. Для повышения объема информации при определении физико механических свойств измеряют скорости УЗ волн различных типов. Это достигается применением ЭМА метода, обеспечивающего одновременно повышение точности измерения за счет устранения слоев контактной жидкости. Используя ЭМА преобразователи, можно добиться излучения и приема одновременно трех волн – продольной и двух поперечных. Изменяя скорость и коэффициент затухания каждой волны, определяют анизотропию, упругие постоянные, главные направления кристаллографических осей. Измерив таким образом акустическую анизотропию, можно оценить некоторые технологические параметры металлических листов, например их штампуемость. Итак, методы ультразвукового контроля не ограничиваются только одной дефектоскопией. Так, измеряя скорость распространения и коэффициент поглощения ультразвука в различных средах, можно судить об упругих параметрах материала – плотности, вязкости и модуле упругости, ибо они – то и определяют величины скорости и поглощения ультразвуковых колебаний. При этом появляется возможность связать данные подобных измерений со структурой испытуемых материалов. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Прочностные характеристики материала. Например, по величине поглощения звука в металлах можно определять величину зерна, а следовательно, и структуру исследуемого металла. По данным измерений скоростей распространения продольных и поперечных ультразвуковых волн определяют упругие константы (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициента Пуассона) металлов. А так как подобные измерения позволяют исследовать также кинетику процессов, происходящих в твердых телах, то этим методом можно контролировать напряженное состояние материала, например, измерять модули упругости сильно нагруженных железобетонных или стальных конструкций. Измерение пределов прочности и текучести Предел прочности — механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно мгновенным пределом прочности, или хрупко кратковременным пределом прочности. Предел текучести — механическое напряжение, дальше которого упругая деформация тела (исчезающая после снятия напряжения) переходит в пластическую (необратимую, когда геометрия тела не восстанавливается после снятия деформирующего напряжения). Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Измерение пределов прочности и текучести. Предел текучести соответствует площадке текучести материала. В случае, если такая площадка отсутствует, вместо σт используется напряжение σ0, 2, которое соответствует напряжению, при котором остаточные деформации конструкции (пластические деформации) составляют 0, 2% от длины испытываемого образца. По нормативным документам прочностные характеристики определяются путем разрыва образцов из данного материала круглого или квадратного поперечного сечения. Образец зажимается и растягивается с некоторой силой до его полного разрыва. σT предел прочности, σB предел текучести. При этом строится кривая напряжения от относительной деформации На прямолинейном участке в переде упругости действует закон Гука. Относительное удлинение где l 0 начальная длина образца, lk конечная длина Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Измерение пределов прочности и текучести. Относительное сужение: Для контроля прочностных характеристик необходимо из готового материала вырезать куски, сделать из них образцы, разорвать их и померить характеристики. Все акустические методы контроля прочности являются косвенными. Они основаны на корреляционных зависимостях прочности от параметров материалов или соединений, которые можно измерить акустическими методами. Однако, несмотря на относительную простоту реализации акустических методов и наличие соответствующей аппаратуры, определять значения физико механических свойств материалов по измеренным значениям скорости и времени пробега УЗ волны вследствие незначительного изменения этих акустических характеристик с достаточной для практики точностью довольно сложно. Используя результаты измерений абсолютных значений коэффициента затухания и его частотной зависимости совместно с измерениями скорости ультразвука, можно решать ряд специфических задач структуроскопии, таких как определение величины зерна, микроструктуры, фазовых превращений, происходящих при термообработке некоторых марок сталей, выявление в чугунных отливках участков, подверженных термоциклированию, определение межкристаллитных областей использование данных акустических характеристик перспективно, однако попытки определения с их помощью прочностных характеристик материала: пределов прочности и текучести, относительного удлинения и сужения в широком интервале варьирования последних – не достигают цели. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Измерение пределов прочности и текучести. Физико механические характеристики материала поверхностного слоя твердого тела чаще исследуются склерометрическими методами, позволяющими оценить прочностные свойства материалов по косвенным параметрам, таким как величина царапины, оставленной на поверхности индентором определенной формы, величина отпечатка индентора при нагружении его постоянной силой, коэффициент восстановления скорости при соударении индентора с исследуемой поверхностью. Определяемая твердость является сложной интегральной характеристикой, зависящей от упругих свойств, текучести и хрупкости материала, по которой с помощью специально подобранных коэффициентов могут быть определены основные механические характеристики – пределы текучести и прочности, однако точность такого определения не превышает 10 % и зависит не только от свойств материала, но также от условий и способов измерений. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Измерение пределов прочности и текучести. Склерометрические методы только условно можно отнести к неразрушающим, так как на поверхности исследуемого объекта после испытания остаются следы пластической деформации, а место взаимодействия индентора с материалом является концентратором напряжений, способных уменьшить эксплуатационную надежность. Поэтому, несмотря на то, что акустические методы определения прочностных характеристик конструкционных материалов еще находятся в стадии становления и развития, можно с уверенностью сказать, что появился новый мощный инструмент для определения качества материалов. В совокупности с другими способами акустические методы образуют неразрывный комплекс, обладающий высокой экспрессностью и информативностью, а также стабильностью результатов измерений, достигаемой за счет получения интегральных характеристик контролируемого объекта. Внедрение таких комплексных систем неразрушающего контроля прочностных характеристик в практику заводских испытаний и серийной эксплуатации гарантирует высокое качество выпускаемых изделий в целом. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Методика определения затухания ультразвука Реальные процессы распространения ультразвуковых волн сопровождаются уменьшением амплитуды с проходимым расстоянием r. Уравнение идеальной плоской волны: U = U 0 ej(wt kr) не учитывает этот факт. В уравнении cферической волны: U = (U 0/r)ej(wt kr) учитывается лишь уменьшение амплитуды, обусловленное расхождением фронта волны множитель 1/r. В реальных средах наблюдается дополнительное уменьшение амплитуды смещения в волнах, определяемое термином затухание. Затухание обусловлено: 1. поглощением энергии волны за счет перехода ее в тепло; 2. рассеянием волн на неоднородностях среды, ослабляющим поток звуковой энергии в первоначальном направлении (рассеянные волны, распространяясь в произвольных направлениях, не поддерживают основной волновой поток); 3. дифракционными расхождениями звукового пучка. Процесс поглощения звука обусловлен двумя причинами – вязкостью и теплопроводностью. Вязкость оказывает своего рода торможение колебаний частиц. Так как при быстрых колебаниях должно теряться больше энергии, чем при медленных, то поглощение звука в твердом теле увеличивается пропорционально частоте. Механизм теплопроводности связан с тем, что процесс распространения волны связан с изменением элементарных объемов и, следовательно изменением температуры. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Методика определения затухания ультразвука В однородных средах (пластмасса, стекло) затухание определяется, главным образом, поглощением ультразвука. При этом коэффициент поглощения пропорционален либо частоте f (стекло), либо f 2 (пластмассы). В металлах потери акустической энергии за счет поглощения, как правило, невелики по сравнению с потерями на рассеяние. Рассеяние звука происходит на границах неоднородностей среды (микровключения, поры, дефекты в металле, беспорядочно ориентированные кристаллы (зерна) в поликристаллах). Особенно резкий рост рассеяния наблюдается, если размер неоднородностей, например средний размер зерна D, сравним с длиной ультразвуковой волны в области рэлеевского рассеяния; рассеяние оказывается пропорционально четвертой степени D. Эта закономерность положена в основу определения структуры поликристаллических материалов и изделий из них. В свою очередь структура тесно связана с прочностными характеристиками металлов, с режимами термообработки и может служить критерием соответствия изделий ТУ и ГОСТ. Рассеяние ультразвука в существенной степени зависит от анизотропии материала, т. е. различия упругих свойств (или скоростей распространения УЗ) вдоль различных направлений. Вследствие этого ультразвук сильно затухает в меди, чугуне, аустенитной коррозионно стойкой стали; малоупругая анизотропия характерна для вольфрама, алюминия. Углеродистая сталь относится к промежуточным материалам в отношении упругой анизотропии и рассеяния. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Методика определения затухания ультразвука Оба механизма затухания математически учитываются коэффициентом затухания δ = δп + δр. При этом затухание происходит по экспоненциальному закону е δr, где r – пройденный путь в среде. Тогда уравнение плоской волны с учетом затухания будет иметь вид: U = U 0 ej(wt kr)e δr. Импульсный метод определения коэффициента затухания ультразвука основан на измерении изменения амплитуды импульса при прохождении некоторого расстояния. Чаще всего измеряются амплитуды сигналов, многократно отраженных от граней образца. На экране ЭЛТ дефектоскопа будет наблюдаться уменьшающаяся последовательность импульсов. Твердость материала Одной из наиболее распространенных характеристик, определяющих качество металлов и сплавов, возможность их применения в различных конструкциях и при различных условиях работы, является твердость. Испытания на твердость производятся чаще, чем определение других механических характеристик металлов: прочности, относительного удлинения и др. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Твёрдостью материала называют способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твёрдого тела. определения в Для твёрдости материала силой поверхность с определённой вдавливается тело (индентор), выполненное в виде стального шарика, алмазного конуса, пирамиды или иглы. По размерам получаемого на поверхности отпечатка судят о твёрдости материала. В зависимости от способа измерения твёрдости материала, количественно её характеризуют числом твёрдости по Бринеллю (НВ), Роквеллу (HRC) или Виккерсу (HV). Указанные механические характеристики связаны между собой, поэтому их конкретные значения могут быть найдены расчётным путём на основе данных о твёрдости с помощью формул, полученных для конкретного материала с определённой термообработкой. Так, например, предел выносливости на изгиб сталей с твёрдостью 180 350 НВ равен примерно 1, 8 НВ, с твёрдостью 45 55 HRC 18 HRC+150. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Конкретным образцам конструкционных материалов, а также выполненным из них изделиям, присуща индивидуальность прочностных и упругих характеристик. Разброс их значений для различных образцов, выполненных из одного и того же материала, обусловлен статистической природой прочности твёрдых тел, различием структур внешне одинаковых образцов. Из за неопределённости реальных механических характеристик материала, неопределённости некоторых внешних нагрузок, действующих на технический объект, погрешности расчётов для обеспечения безопасной работы проектируемых конструкций должны быть приняты соответствующие проектному этапу обеспечения надёжности меры предосторожности. качестве В меры относительно такой используется в опасного понижение раз n напряжения материала (предела прочности, предела текучести, предела выносливости или предела пропорциональности) величины максимально допускаемых напряжений, используемых в условии прочности. Величина n получила название нормативного коэффициента запаса прочности, который выбирается по таблице или рассчитывается как произведение: n = n 1 · n 2 · n 3, где n 1 учитывает среднюю точность определения напряжений, n 2 учитывает неопределённость механических характеристик материала, n 3 – учитывает среднюю степень ответственности проектируемой детали. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Существует несколько способов измерения твердости, различающихся по характеру воздействия наконечника. Твердость можно измерять вдавливанием индентора (способ вдавливания), ударом или же по отскоку наконечника шарика. Твердость, определенная царапаньем, характеризует сопротивление разрушению, по отскоку упругие свойства, вдавливанием сопротивление пластической деформации. В зависимости от скорости приложения нагрузки на индентор твердость различают статическую (нагрузка прикладывается плавно) и динамическую (нагрузка прикладывается ударом). Широкое распространение испытаний на твердость объясняется рядом их преимуществ перед другими видами испытаний: 1. простота измерений, которые не требуют специального образца и могут быть выполнены непосредственно на проверяемых деталях; 2. высокая производительность; 3. измерение твердости обычно не влечет за собой разрушения детали, и после измерения ее можно использовать по своему назначению; 4. возможность ориентировочно оценить по твердости другие характеристики металла, в первую очередь предел прочности. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Наибольшее применение получило измерение твердости вдавливанием в испытываемый металл индентора в виде шарика, конуса и пирамиды (соответственно методы Бринелля, Роквелла и Виккерса). В результате вдавливания достаточно большой нагрузкой поверхностные слои металла, находящиеся под наконечником и вблизи него, пластически деформируются. После снятия нагрузки остается отпечаток. Величина внедрения наконечника в поверхность металла будет тем меньше, чем тверже испытываемый материал Таким образом, под твердостью понимают сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела индентора. Лабораторный контроль проводится на образцах, однако разработаны и широко применяются портативные приборы для измерения твердости. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Измерение твердости по Бринеллю Твердость по методу Бринелля измеряют вдавливанием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра D под действием заданной нагрузки P в течение определенного времени. В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Число твердости по Бринеллю, обозначаемое HB, представляет собой отношение нагрузки P к площади поверхности сферического отпечатка F и измеряется в кгс/мм 2 или МПа. Для перевода твердости по Бринеллю в единицы СИ необходимо умножить число твердости в кгс/мм 2 на 9, 81, т. е. HB=9, 81·HB (МПа). Для получения сопоставимых результатов при определении твердости HB шариками различного диаметра необходимо соблюдать условие подобия. Подобие отпечатков при разных D и P будет обеспечено, если угол остается постоянным. В практике при определении твердости пользуются таблицами, составленными для установленных диаметров шариков, отпечатков и нагрузок. Шарики применяют диаметром 10, 5 и 2, 5 мм. Диаметр шарика и нагрузка выбираются в соответствии с толщиной и твердостью образца. При этом для получения одинаковых чисел твердости одного материала при испытании шариками разных диаметров необходимо соблюдать закон подобия между получаемыми диаметрами отпечатков. Поэтому твердость измеряют при постоянном соотношении между величиной нагрузки P и квадратом диаметра шарика D 2. Это соотношение должно быть различным для металлов разной твердости. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Метод Бринелля не рекомендуется применять для материалов с твердостью более 450 HB, так, как стальной шарик может заметно деформироваться, что внесет погрешность в результаты испытаний. Число твердости по Бринеллю, измеренное при стандартном испытании (D = 10 мм, P = 3000 кгс), записывается так: HB 350. Если испытания проведены при других условиях, то запись будет иметь следующий вид: HB 5/250/30 200, что означает число твердости 200 получено при испытании шариком диаметром 5 мм под нагрузкой 250 кгс и длительности нагрузки 30 с. При измерении твердости по методу Бринелля необходимо выполнять следующие условия: 1. образцы с твердостью выше HB 450 кгс/мм 2 (4500 МПа) испытывать запрещается; 2. поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ; 3. диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0, 2 D<d<0, 6 D; 4. образцы должны иметь толщину не менее 10 кратной глубины отпечатка (или менее диаметра шарика); 5. расстояние между центрами соседних отпечатков и между центром отпечатка и краем образца должны быть не менее 4 d. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Определение твердости HB производится на прессе Бринелля (твердомер типа ТШ) в следующем порядке. Испытываемый образец (деталь) устанавливают на столике шлифованной поверхностью кверху. Поворотом маховика по часовой стрелке столик прибора поднимают так, чтобы шарик мог вдавиться в испытываемую поверхность. Маховик вращают до упора, и нажатием кнопки включают электродвигатель. Двигатель перемещает коромысло и постепенно нагружает шток с закрепленным в нем шариком. Шарик под действием нагрузки, сообщаемой приведенным к коромыслу грузом, вдавливается в испытываемый материал. Нагрузка действует в течение определенного времени (10 . . . 60 с), задаваемого реле времени, после чего вал двигателя, вращаясь в обратную сторону, соответственно перемещает коромысло и снимает нагрузку. После автоматического выключения двигателя, поворачивая маховик против часовой стрелки, опускают столик прибора и снимают образец. Диаметр отпечатка измеряют при помощи отсчетного микроскопа (лупы Бринелля), на окуляре которого имеется шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра. Измерение проводят с точностью до 0, 05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях; для определения твердости следует принимать среднюю из полученных величин. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Измерение твердости по Виккерсу При испытании на твердость по методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине = 1360. После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d 1. Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки к площади поверхности пирамидального отпечатка. Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм 2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 15 с, а для цветных металлов 30 с. Например, 450 HV 10/15 означает, что число твердости по Виккерсу 450 получено при P = 10 кгс (98, 1 Н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15 с. Преимущества метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материаллы более высокой твердости из за применения алмазной пирамиды. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Измерение твердости по Роквеллу При этом методе индентором является алмазный конус или стальной закаленный шарик. В отличие от измерений по методу Бринелля твердость определяют по глубине отпечатка, а не по его площади. Глубина отпечатка измеряется в самом процессе вдавливания, что значительно упрощает испытания. Нагрузка прилагается последовательно в две стадии: сначала предварительная, обычно равная 10 кгс (для устранения влияния упругой деформации и различной степени шероховатости), а затем основная. После приложения предварительной нагрузки индикатор, измеряющий глубину отпечатка, устанавливается на нуль. Когда отпечаток получен приложением окончательной нагрузки, основную нагрузку снимают и измеряют остаточную глубину проникновения наконечника t. Твердость измеряют на приборе Роквелла, в нижней части станции которого установлен столик. В верхней части станции индикатор, масляный регулятор и шток, в котором устанавливается наконечник с алмазным конусом (имеющим угол при вершине 1200 и радиус закругления 0, 2 мм) или стальным шариком диаметром 1, 588 мм. Индикатор представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две стрелки большая (указатель твердости) и маленькая для контроля величины предварительного нагружения, сообщаемого вращением маховика. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Столик с установленным на нем образцом для измерений поднимают вращением маховика до тех пор, пока малая стрелка не окажется против красной точки на шкале. Это означает, что наконечник вдавливается в образец под предварительной нагрузкой, равной 10 кгс. После этого поворачивают шкалу индикатора (круг циферблата) до совпадения цифры 0 на черной шкале с большой стрелкой. Затем включают основную нагрузку, определяемую грузом, и после остановки стрелки считывают значение твердости по Роквеллу, представляющее собой цифру. Столик с образцом опускают, вращая маховик против часовой стрелки. Твердомер Роквелла измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной и предварительной нагрузок. Каждое давление (единица шкалы) индикатора соответствует глубине вдавливания 2 мкм. Однако условное число твердости по Роквеллу (HR) представляет собой не указанную глубину вдавливания t, а величину 100 t по черной шкале при измерении конусом и величину 130 t по красной шкале при измерении шариком. Числа твердости по Роквеллу не имеют размерности и того физического смысла, который имеют числа твердости по Бринеллю, однако можно найти соотношение между ними с помощью специальных таблиц. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердость материала. Твердость по методу Роквелла можно измерять: • алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс. Твердость измеряется по шкале С и обозначается HRC (например, 65 HRC). Таким образом определяют твердость закаленной и отпущенной сталей, материалов средней твердости, поверхностных слоев толщиной более 0, 5 мм; • алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс. Твердость измеряется по шкале А, совпадающей со шкалой С, и обозначается HRA. Применяется для оценки твердости очень твердых материалов, тонких поверхностных слоев (0, 3 . . . 0, 5 мм) и тонколистового материала; • стальным шариком с общей нагрузкой 100 кгс. Твердость обозначается HRB и измеряется по красной шкале B. Так определяют твердость мягкой (отожженной) стали и цветных сплавов. При измерении твердости на приборе Роквелла необходимо, чтобы на поверхности образца не было окалины, трещин, выбоин и др. Необходимо контролировать перпендикулярность приложения нагрузки и поверхности образца и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояние отпечатка должно быть не менее 1, 5 мм при вдавливании конуса и не менее 4 мм при вдавливании шарика. Твердость следует измерять не менее 3 раз на одном образце, усредняя полученные результаты. Преимущество метода Роквелла по сравнению с методами Бринелля и Виккерса заключается в том, что значение твердости по методу Роквелла фиксируется непосредственно стрелкой индикатора, при этом отпадает необходимость в оптическом измерении размеров отпечатка. Твердость можно мерить как на образцах, так и на готовых статических (т. е. неподвижных) изделиях. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердомер ТЭМП 2. Твердомер малогабаритный электронный переносной ТЭМП 2 Твердомер предназначен для неразрушающего контроля твердости металлов непосредственно в единицах шкал Бринелля, Роквелла "С", Виккерса и Шора "D" и может быть использован в производственных, эксплуатационных и лабораторных условиях в различных отраслях машиностроения, металлургии, энергетике, в ремонтных и монтажных организациях и т. д. По согласованию с заказчиком шкала "D" Шора настраивается на определение твердости резины. Принцип действия прибора основан на измерении и обработке параметров ударного импульса в процессе соударения индентора с контролируемой поверхностью. Твердомер изготовлен на импортной элементной базе с использованием микропроцессора. Объектами измерений могут быть: сосуды давления различного назначения, трубопроводы, роторы турбин и генераторов, прокатные валки, коленчатые валы, шестерни, детали различных транспортных средств, промышленные полуфабрикаты, в том числе отливки, поковки, листы, трубы, а так же различные сварные соединения (возможен вариант твердомера и для измерений твердости металла угловых швов). Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердомер ТЭМП 2. Обладает следующими особенностями: 1. возможность измерения твердости деталей сложной формы и крупногабаритных изделий, имеющих труднодоступные зоны измерений, в различных пространственных положениях; 2. высокая производительность, простота измерений и обслуживания прибора; 3. возможность оперативного контроля твердости деталей массового производства, в цеховых условиях, например, для оценки стабильности технологических процессов (термическая и механическая обработки, сварка, обработка давлением и т. д. ); 4. возможность усреднения результатов измерения прибором, внесения их в буфер памяти и последующего вывода из него на дисплей прибора или на компьютер; 5. возможность автоматического пересчета с НВ в предел прочности Rm (σk) по ГОСТ 22761 77 для углеродистых сталей перлитного класса; 6. подсветка дисплея (ЖКИ) и индикация ресурса батарей питания; Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердомер ТЭМП 2. Технические характеристики твердомера ТЭМП 20 Параметр Значение Диапазоны измерений твердости: по шкале "С" Роквелла, HRC 22 68 по шкале Бринелля, HB 100 450 по шкале "D" Шора, HSD 23 99 по шкале Виккерса, HV 100 950 Погрешность измерения, %, не более 1, 5 Количество измерений для проведения усреднения прибором, не менее 5 Минимальная масса контролируемого изделия, кг 2 Рабочий диапазон температур, o. С: без включения подсветки +5 +55 с включением подсветки 15 +55 Время непрерывной работы прибора на 3 х элементах типа А 316 (по 1, 5 В), час без включения подсветки 100 с включением подсветки 60 Шероховатость контролируемой поверхности, Ra, не более 2, 5 Время до автоматического выключения, с 30 Количество запоминаемых результатов измерений 45 Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм 35 х90 х175 Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердомер МЭТ У 1. Твердомер портативный ультразвуковой МЕТ У 1 предназначен для измерения твёрдости металлов и сплавов по всем стандартизованным в России шкалам твёрдости Роквелла (HRC), Бринелля (HB), Виккерса (HV) и Шора (HSD). Твердомер предназначен для неразрушающего контроля твёрдости изделий в цеховых, лабораторных и полевых условиях. В твердомере имеется шкала предела прочности (Rm), которая позволяет в соответствии с ГОСТ 22791 77 определять предел прочности на растяжение изделий из углеродистых сталей перлитного класса путём автоматического пересчёта со шкалы твёрдости Бринелля (HB). В твердомере предусмотрены 3 (три) дополнительные шкалы твёрдости (Н 1, Н 2, Н 3), которые позволяют: 1. проводить измерения твёрдости по другим шкалам (например шкала "В" Роквелла (HRB), шкалы Супер Роквелла (HRN и HRT), Лейба (HL) и др. ); 2. проводить контроль твёрдости металлов, которые существенно отличаются по свойствам от стали (чугуна, алюминиевых, медных сплавов и т. д. ). Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердомер МЭТ У 1. Твердомер оснащён микропроцессором, который позволяет: 1. удалять измеренное число твёрдости в случае сомнения в корректности произведённого измерения; 2. вычислять среднее значение из серии проведённых измерений; 3. сохранять данные в энергонезависимой памяти при выключении твердомера; 4. вычислять среднее значение из данных, сохранённых в энергонезависимой памяти; 5. переносить данные из энергонезависимой памяти твердомера в компьютер для дальнейшей распечатки и сохранения в виде файла. 6. Принцип действия этого твердомера заключается в определении изменений частот свободных колебаний индентора (акустический резонатор с алмазной пирамидой Виккерса), находящегося под действием постоянной нагрузки метод ультразвукового контактного импеданса UCI. Отличительные особенности твердомера МЕТ У 1 включают в себя: 1. измерение твердости без видимого отпечатка на поверхности изделия; 2. измерение твердости любых по массе изделий толщиной более 1 мм недоступное для динамических твердомеров (малые детали, тонкостенные конструкции, фольга и др. ); 3. измерение твёрдости изделий сложной формы в труднодоступных местах (пресс формы, шестерни и др. изделия сложной конструкции); 4. нагрузка на индентор 14, 7 H (усилие на датчик ~ 1, 5 к. Гс). Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердомер МЭТ У 1. Твердомер портативный ультразвуковой МЕТ У 1 подходит для измерений твёрдости на изделиях различной массы и толщины и, особенно, на готовых изделиях с глянцевой поверхностью, поскольку не оставляет видимых отпечатков после измерений от маленьких бит и тонких ножей до авианесущих кораблей. Конструкция датчика ультразвукового У 1 позволяет проводить измерения в любом пространственном положении в труднодоступных местах (например, поверхность зубьев шестерён и пр. ), а также на тонкостенных конструкциях (например трубопроводах и пр. ), которые невозможно измерить датчиком динамическим Д 1. Работа с датчиком ультразвуковым У 1 требует специальных навыков от оператора в момент проведения измерения рука не должна дрожать, обеспечивая постоянное вертикальное усилие на корпус датчика (не менее 1, 5 кг на протяжении 3 4 сек. ) пока не прозвучит звуковой сигнал. Для исключения возможной погрешности оператора при измерении малых изделий рекомендуется использовать штатив или кондуктор к датчику ультразвуковому У 1. Недопустимо измерение изделий с крупнозернистой структурой (напр. чугун) или массой менее 10 г, или толщиной менее 1 мм. В отдельных случаях измерение изделий массой менее 10 г или толщиной менее 1 мм возможно, но только при условии использования смазки для притирки изделия к подложке штатива или втулки подложки к датчику ультразвуковому У 1. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Твердомер МЭТ У 1. Для целого ряда материалов (например, чугун) прочностные характеристики (предел прочности, предел текучести и твердость) измеряют на основе корреляционных зависимостей между скоростью распространения упругой волны (продольной, поперечной или поверхностной) и указанными характеристиками. В частности в чугуне в зависимости от содержания и формы углерода (серый, белый или черный чугун; шаровидный или пластинчатый графит) скорость продольной волны меняется почти в два раза. Это весьма структурно чувствительная характеристика. Для стали известны корреляционные характеристики, которые получены путем предварительных измерений на многих образцах. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Структурная характеристика Средний размер зерна определяется путем измерения их истинных размеров с помощью металлографического микроскопа на образце со шлифованной и протравленной различными химическими реактивами поверхности. В зависимости от вида материалов (сталь, цветные металлы и пр. ) реактивы для травления разные. В основном используются растворы кислот с определенными добавками. Эти кислоты действуют на межзерновые слои, растворяют их и делают видимыми зерна. В зависимости от целей контроля (средний размер зерна, фазовый состав, форма графитных включений и т. д. ), сортамента изделий и особенностей акустического тракта получили развитие различные методы контроля физико механических свойств материалов и сплавов. Наиболее широко известен метод определения среднего размера зерна путем измерения коэффициента затухания ультразвука. Одним из важнейших показателей качества кристаллических материалов, в частности металлов, является структура, главным образом величина зерна, влияющая на прочностные характеристики изделия. Величина зерна определена стандартом как средний диаметр зерна и оценивается в номерах шкалы (баллах). Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Структурная характеристика. Связь размера зерна и коэффициента затухания: Номер 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Ď, мкм 1000 694 500 352 250 177 125 88 60 Номер 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ď, мкм 41 31 22 15 12 7, 9 5, 6 3, 9 2, 7 Наибольшее влияние величины зерна на коэффициент затухания ультразвука наблюдается при 5 ≤ λ/Ď ≤ 15, где λ – длина волны ультразвука; Ď – средний диаметр зерна. Распределение величины затухания, полученное при контроле изделия в различных точках, подчиняется логарифмически нормальному закону и характеризует параметры распределения величин зерен исследуемого металла. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Структурная характеристика. Для измерения коэффициента затухания наибольшее применение получил импульсный (эхо или теневой) метод, основанный на сравнении амплитуд УЗ сигналов, применяемый в контактном или иммерсионном варианте. Структуру материала оценивают путем сопоставления данных, полученных на 1. измерять скорость распространения (в м/с) и затухание (в д. Б) упругих колебаний с представлением результатов в цифровой форме; 2. автоматически сортировать объекты контроля на группы качества по программируемым параметрам распределения амплитуд сигналов; 3. выводить на ЭВМ результаты измерения для их обработки и документирования. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Структурная характеристика. В некоторых структуромерах используется относительный метод контроля структуры, основанный на прозвучивании металла на различных частотах. При этом одну из частот (опорную) выбирают низкой: так что затухание УЗК в небольшой степени зависит от структурных составляющих. Другие частоты (рабочие) соответствуют рэлеевской области рассеяния. Отношения амплитуд донных сигналов, соответствующих рабочим и опорным частотам, называемые структурными коэффициентами, определяют на исследуемом изделии для различных рабочих частот и сравнивают со структурными коэффициентами, полученными на образцах. Контроль можно проводить, используя продольные и сдвиговые волны. При частоте 0, 65 10 МГц можно оценить величину зерна от 1 до 7 баллов. Один из перспективных способов оценки структуры материала – анализ спектра данных сигналов (спектроскопический метод). Частота заполнения ультразвуковых импульсов меняется от посылки к посылке, при этом по амплитуде определяется область рэлеевского рассеяния. Влияние величины зерна на затухание усиливается вследствие многократного прохождения УЗ волн через границы зерен. Для определения величины зерна также применяют резонансные методы, особенно иммерсионный. Например, при контроле импульсно резонансным способом затухание определяют по отношению амплитуды колебаний в стенке изделия на резонансной частоте к амплитуде колебаний при отсутствии резонансных явлений. Для автоматизации измерений с помощью спектрального метода необходимы приборы, реализующие быстрое преобразование Фурье. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Структурная характеристика. При контроле тонкостенных изделий для автоматической регистрации изменений структуры используют нормальные волны. Волны определенной моды возбуждают и принимают раздельными преобразователями после прохождения их через контролируемый участок. Усредняя данные измерений на определенном участке, например по окружности трубы, получают высокую разрешающую способность в определении структуры (± 1 балл) и повышают помехоустойчивость. Описанный метод реализован в приборах и установках. Для контроля тонкостенных изделий может быть применен относительный метод. При этом на одной и той же частоте возбуждают и принимают волны Лэмба двух различных мод, имеющие вследствие различия фазовых скоростей различные длины волн. Широко применяется статистический метод анализа структуры, который основан на том, что при использовании эффекта локализации упругих волн в малом объеме (например, при контроле особотонкостенных труб) и статистической обработке прошедших ультразвуковых импульсов можно производить измерения среднего размера зерна металла. Величину зерна в ферромагнитных материалах можно также определять, используя акустическое проявление эффекта Баркгаузена. При этом к контролируемому участку изделия прикладывают источник медленно изменяющегося магнитного поля. Изменение в материале сопровождается вращением доменных стенок, что вызывает генерацию импульсов УЗК. Число импульсов соответствует числу пересечений доменной стенкой границ зерен, т. е. числу зерен. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Структурная характеристика. Возможен также контроль содержания включений. В материалах, содержащих включения веществ с резко различными акустическими свойствами (например, в высокопрочных чугунах с пластинчатыми или сфероидальными графитными включениями), наблюдается зависимость скорости продольных волн от формы включений. Степень поражения металла межкристаллитной коррозией можно контролировать, сравнивая амплитуды сигналов, прошедших один и тот же путь через образец до и после поражения коррозией. Коэффициент коррозии принимают равным отношению амплитуд этих сигналов и определяют на частоте, для которой в данном материале он в большой степени зависит от степени поражения. В зависимости от конкретных условий кроме продольных волн можно использовать сдвиговые или поверхностные волны. Относительный метод с использованием двух различных частот также применяют для контроля межкристаллитной коррозии при испытании сталей на склонность к межкристаллитной коррозии. В этом случае коэффициенты коррозии аналогичны соответствующим структурным коэффициентам. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Структурная характеристика. Средний размер зерна определяет также прочностные характеристики материала и для целого ряда материалов подлежат обязательному измерению. Величина зерна влияет в первую очередь на затухание ультразвука, поэтому любой метод измерения затухания позволяет оценить величину зерна. Если вспомнить, что коэффициент затухания звука , где коэффициент поглощения, коэффициент рассеяния, то средний размер зерна определяется коэффициентом рассеяния звука. Существует ГОСТ на ультразвуковой контроль среднего размера зерна, с использованием метода структурных коэффициентов (структурным коэффициентом называют отношение двух донных сигналов, полученных на различных частотах). Сущность его состоит в следующем: измеряется амплитуда донного сигнала на двух различных частотах . При этом f 1 низкая частота и коэффициент рассеяния стремится к нулю (только поглощение), f 2 высокая частота. Величина отношения донных сигналов измеренных на образцах стандартных размеров по высоте (и известным размером зерна) называется структурным коэффициентом Его значение, естественно, различно для материалов с разным размером зерна. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 3. Структуромеры. Структурная характеристика. Далее измеряют отношение донных сигналов на таком же образце с неизвестной величиной зерна. Полученное число сравниваю с эталонными значениями и тем самым определяют величину зерна в неизвестном материале. Методы определения структурных коэффициентов могут быть использованы только на образцах и не могут применяться самом изделии, тем более в динамическом режиме. Однако разработан способ определения среднего размера зерна для листового проката. Он основан на исключении коэффициента поглощения и измерении только коэффициента рассеяния. Точность такого способа при экспериментальной проверке на материалах из сплавов на основе меди дает ошибку (по сравнению с методами металлографии) балла размера зерна. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 4. Дефектоскопы специального назначения. В последние годы появилось большое количество конструкционных материалов на базе химии различных полимеров: металлы, пластики и т. д. Эти материалы являются ортотропными (анизотропными), т. е. свойства их существенно различаются в 3 х направлениях. Большое число трансверсально изотропных материалов (свойства по толщине и по длине различны), слоистые материалы, сотовые материалы получаются путем склеивания листов, пластин и заполнителей, изготовленных из различных, весьма разнородных, металлических и неметаллических материалов. Контроль таких материалов встречает определенные трудности, связанные в основном с большим поглощением звука, что требует перехода на низкие частоты при использовании традиционных методов контроля (теневого, эхо метода). Однако традиционные методы (теневой, эхо метод) не обладают универсальностью и в большинстве случаев не могут быть использованы. Поэтому необходимо использовать альтернативные низкочастотные методы. Кроме названных материалов имеется большое количество строительных материалов (гранит, мрамор, бетон), которые требуют своего подхода и контроля. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 4. Дефектоскопы специального назначения. Импедансный метод контроля Метод основан на использовании зависимости полного механического сопротивления (импеданса) контролируемого изделия от качества соединения отдельных его элементов между собой. Изменение входного импеданса системы (контролируемого изделия) может быть обнаружено различными способами, например, по изменению амплитуды и фазы реакции, оказываемой на датчик, возбуждающий в изделии упругие (главным образом изгибные) колебания или по изменению собственной частоты датчика. Многие материалы из названной группы имеют плохую поверхность (бетон, пенопласт), а следовательно, существует проблема ввода ультразвука. В импедансном методе контроля применяют контактный способ без какой либо смазки. Существует 2 варианта: 1. используются катящиеся по поверхности цилиндрические преобразователи (с реализацией теневого метода) 2. Применяется сухой точечный контакт. Этот контакт осуществляется с помощью сферического наконечника, который вдавливается в поверхность материала с переменной силой, состоящей из постоянных составляющих (статического давления) и переменного давления. Такой точечный контакт характеризуется некоторым импедансом, который является чисто упругим. где коэффициент упругости. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 4. Дефектоскопы специального назначения. Импедансный метод контроля. Чем выше рабочая частота w, тем меньше контактный импеданс. Такой контакт реализуется в импедансных дефектоскопах. Преобразователь импедансного дефектоскопа представляет собой стержень в котором возбуждаются продольные колебания с помощью пьезопластины И. Пьезопластина, стер жень, сферический наконечник и контро лируемое изделие представляет собой общую колебательную систему. Максимальные колебания соответствуют случаю, когда на длине стержня укладывается. Если стержень контактирует с участком поверхности, жестко склеенной с внутренним листом, то вся конструкция колеблется как единое целое, и механическое сопротивление, оказываемое стержню, определяется жесткостью всей конструкции. При этом сила реакции изделия на стержень достигает большой величины. Если же стержень расположен над дефектной зоной, то не приклеенный к внутреннему листу участок обшивки колеблется, как зажатый по контуру диск, независимо от всей конструкции. При этом, поскольку жесткость обшивки намного меньше жесткости всей конструкции, сила реакции резко уменьшается. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 4. Дефектоскопы специального назначения. Импедансный метод контроля. Излучатель возбуждается от генератора непрерывных колебаний, работающего в определенном диапазоне частот. Наконечник имеет некоторую колебательную скорость ξ, которая определяется величиной силы, действующей на поверхность и общим импедансом: Эквивалентная схема преобразователя в режиме излучения: F 0 статическая составляющая, F≈ переменная составляющая, zвн внутреннее сопротивление генератора, zк импеданс контакта, zн импеданс нагрузки (материала). Величина zк зависит от характера поверхности на которую опирается сферический наконечник. Если частота высокая и коэффициент упругости большой, то этот импеданс шунтирует нагрузку. Поэтому контроль ведется в области низких частот (не более 40 к. Гц). О величине суммарного импеданса судят по амплитуде электрического напряжения, которая снимается с приемной пьезопластины. Это напряжение усиливается и поступает в индикатор и регистрирующее устройство. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 4. Дефектоскопы специального назначения. Импедансный метод контроля. Коэффициент передачи: Существуют 3 варианта импедансных методов и приборов: 1. амплитудный, при котором измеряется 2. фазовый, при котором измеряется 3. амплитудно фазовый: Существует большое количество приборов, использующих импедансный метод контроля. Велосиметрический метод контроля cs скорость поверхностной волны Этот метод используется для контроля изделий с плоскими дефектами в виде расслоений или для контроля клееных конструкций. Датчик представляет собой излучатель и приемник, расположенные на некоторой штатной базе . При работе прибора на низкой частоте такой датчик создает изгибную волну, распространяющуюся вдоль изделия. Скорость распространения такой волны обладает дисперсией (зависит от частоты) и зависит от толщины контролируемого изделия. Глоссарий

2. Дефектоскопы 2. 4. Дефектоскопы специального назначения. Велосиметрический метод контроля. Чем больше толщина изделия, тем больше фазовая (и групповая) скорость этой волны. Если в изделии появляется расслоение размер которого больше базового расстояния между преобразователями то такой преобразователь излучает изгибную волну, распространяющуюся в слое толщиной . Время распространения этой волны через базовое расстояние Т. о. время прихода волны на дефектном и бездефектном участках будет различным. Задача состоит в измерении этого времени. Т. к. базовое расстояние не велико, то разность времен, есть сами времена, и она тоже невелика. Для повышения точности измеряется разность фаз на дефектном и бездефектном участках. Т. к. сущность метода состоит в измерении скорости изгибной волны, то сам метод называется велосиметрическим. Глоссарий

3. Толщиномеры Объекты, отработавшие назначенный ресурс (котлы, сосуды, трубы и т. д. ) подвергают техническому диагностированию для решения вопроса о продлении ресурса на какой то срок. В состав нормативно технической документации обычно входит: • визуально измерительный контроль • контроль остаточной толщины стенки объекта • контроль сварных соединений • контроль твердости материала (или определение предела прочности) • проведение расчетов на прочность данного изделия Среди множества методов НК, широко использующихся в практике, важное место занимают методы измерения толщины и особенно те из них, которые реализуются при одностороннем доступе к КИ. В настоящее время наибольшее распространение получили магнитные, электромагнитные (вихретоковые), радиометрические (использующие тормозное и γ излучение), УЗ толщиномеры. Интенсивное развитие УЗ методов, являющихся одним из наиболее универсальных, высокочувствительных и относительно дешевых средств НК, привело к тому, что УЗТ стали в настоящее время наиболее массовыми приборами. Глоссарий

3. Толщиномеры Существует 2 метода ультразвуковой толщинометрии: резонансный импульсный 1. В резонансном методе используется непрерывное излучение или импульсное, но рабочая частота меняется и фиксируется моментом, когда в толщине изделия укладывается целое число полуволн. В момент наступления резонанса наступает срыв колебаний и измеряется частота ультразвука. Т. к. число полуволн неизвестно, то продолжают менять частоту до следующего срыва, когда увеличивается на 1. По разности частот высчитывают толщину изделия. Для точного измерения толщины необходимо знать точное значение скорости звука в материале изделия. Для этого имеются специальные эталоны. Однако, в процессе контроля скорость звука может меняться в отдельных точках (анизотропия скорости), то соответственно, могут возникать ошибки измерения толщины в отдельных точках. Глоссарий

3. Толщиномеры Кроме того, необходимо использовать широкополосные преобразователи. Иногда применяется импульсно резонансный метод – вместо непрерывного излучения импульсное. В настоящее время резонансный метод находит применение в автоматизированных системах, в частности, для контроля толщины стенки тонкостенных труб (толщина стенки 1 2 мм) в процессе производства. и др 2. Ручной контроль осуществляется эхо импульсным методом. Сущность метода состоит в измерении интервала времени между двумя опорными импульсами. В качестве опорных импульсов обычно исползуются зондирующий или эхо сигнал от передней грани при иммерсионном способе и донный сигнал в методе отражения. При сквозном прозвучивании изделия в качестве опорных сигналов выбираются два прошедших импульса (1 и 2). В большинстве случаев этот временной интервал различными способами преобразуют в цифровой код времени. Т. к. цифру можно измерить с любой точностью, то точность измерения толщины определяется точностью представления этого временного интервала. УЗ и, в частности, эхо импульсные толщиномеры обладают очевидными достоинствами: • Независимость результатов измерений от неоднородности и непостоянства магнитной и электрической структуры материала изделия; • Возможность контроля суммарной толщины биметаллических изделий; • Отсутствие воздействия на оператора вредного излучения; • Принципиальная возможность измерения как малых, так и больших толщин. Глоссарий

3. Толщиномеры Однако этим приборам присущ существенный недостаток – зависимость показаний от скорости УЗ в контролируемом изделии. Указанный недостаток связан с тем, что принцип работы эхо импульсных толщиномеров состоит в измерении временных интервалов между УЗ эхо импульсами, отраженными от поверхностей изделия. Поэтому перед проведением измерений толщиномеры обязательно калибруются по 1 или 2 эталонным образцам. Контроль импульсным эхо методом осуществляется по временному интервалу между зондирующим и донным импульсом. Основная проблема состоит в точной оценке временного интервала. Т. к. временной интервал дается с ошибкой, то возникает погрешность: Глоссарий

3. Толщиномеры В основном, в эхо импульсных толщиномерах (ЭИТ) используются 4 типа акустического тракта: Контактный с применением раздельно совмещенных ПЭП Контактный с применением совмещенных ПЭП без линии задержки Контактный с применением совмещенных ПЭП с линией задержки Иммерсионный с совмещенным ПЭП Глоссарий

3. Толщиномеры Акустический тракт состоит из следующих частей: • Активного ПЭ элемента (электромеханическое преобразование) • Применяемых к ПЭП акустических цепей – защитного протектора, защитного покрытия, демпфера • Самого объекта, в который излучаются УЗ колебания и переходный слой (чаще всего жидкость). Часто для лучшего акустического согласования с КИ и расширения полосы пропускания к ПЭП приклеиваются несколько согласующих слоев, для уменьшения мертвой зоны между ПЭП и КИ помещают жидкостную или твердотельную линию задержки. Однако существуют также и безэталонные УЗ толщиномеры. Их принцип настройки заключается в том, что скорость УЗ измеряется в контролируемом изделии в каждый момент времени. Для этого используется специальный ПЭП, состоящий из трех ПЭП. При этом 2 наклонных датчика излучают (принимают) поверхностную волну, скорость которой близка к скорости продольной волны. Т. к. расстояние между этими ПЭП известно, то по измеренному времени прихода поверхностной волны можно определить ее скорость. Это значение скорости УЗ используется для определения толщины изделия, по измеренному третьим ПЭП временному интервалу прихода донного сигнала. Глоссарий

3. Толщиномеры Предлагаемые на российском рынке толщиномеры можно отнести к четырем классам: 1. 2. 3. 4. простые толщиномеры без памяти толщиномеры с памятью и с цифро знаковым индикатором толщиномеры с В сканом толщиномеры с А сканом 3. 1. Толщиномеры без памяти Все приборы имеют ЖКИ или светодиодный цифро знаковый экран, на котором высвечиваются значения измеряемой толщины (как правило 4 цифры). Размер шрифта порядка 15 мм, что делает их хорошо различимыми. Как правило у них нет подсветки экрана. Производители настоятельно рекомендуют использовать приборы с фирменными ( «своими» ) преобразователями. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 1. Толщиномеры без памяти Марка Длина Темпера Скорость Разре Время толщи по стали, турный УЗ, м/с шение работы, ч номера мм диапазон Вес УТ 65 1. 0– 200 4000– 6500 0. 1 – 10 … +50 100 0. 8– 1000 5930 0. 1 – 35 … +50 200 0. 6– 1000 3000– 6400 0. 1 – 10 … +50 300 0. 5 УТ 96 0. 8– 3000– 6600 0. 1 – 40 … +50 25 0. 8– 35 1000– 9000 0. 1 – 30 … +55 24 А 1207 С 10– 200 1000– 9000 0. 1 – 30 … +55 24 А 1208 0. 8– 300 1000– 9000 0. 01/0. 1 – 30 … +55 80 ТУЗ 2 0. 6– 300 4000– 6500 0. 1 – 30 … +50 20 0. 5 ТАУ 326 1. 0– 200 3000– 7500 0. 1 – 30 … +50 150 0. 32 WT 610 0. 6– 500 0. 01 – 10 … +50 200 0. 19 Примечание 3. 5 А 1207 Преобра зователь 0. 5 УТ 93 П Дисплей 0. 35 УТ 80 М Габа риты 500– 15000 ЖКИ Р. с. 5, 10 Взрывобезопасно МГц е исполнение Светодиод. 4 Наличие V Р. с. 10 МГц разр. , 7 сегм. коррекции Светодиод. 4 0. 55 С. 5 МГц разр. , 7 сегм. С. 2 МГц, Измерение по 120 65 Светодиод. 5 0. 155 доп. 10 многократ ным 25 разр. , 7 сегм. МГц эхо сигналам 0. 55 140 25 16 ЖКИ 2. 5; 5 МГц (ЭМА) 94 63 ЖКИ с подсв 33 • Экран ЖКИ или светодиодный. Как правило 4 цифры, размер шрифта около 15 мм. Подсветки нет. • Используется в основном фирменные «свои» преобразователи. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 1. Толщиномеры с памятью В этом классе предлагается наибольшее количество приборов. 1. 2. 3. 4. 5. Подсветка экрана предлагается как стандартная опция, Имеется возможность работы с преобразователями других производителей, Основной диапазон рабочих температур – 10 +50 Практически все приборы имеют разрешение 0. 01 мм Обладают памятью на 1200 – 40000 измерений. Сопряжение с ПК по RS 232 или ИК порт Марка Длина Темпера Скорость Разре Время толщи по стали, турный УЗ, м/с шение работы, ч номера мм диапазон A 1209 0. 6– 300 1000– 9999 0. 01/0. 1 – 20 … +45 100 ТУЗ 1 0. 6– 300 1000– 9999 – 20 … +50 Вес Дисплей Преобра Приме Память зователь чание ЖКИ, 127 66 Р. с. 2. 5, 5; Rкр > 3 светодиод. 30 10 МГц мм подсв. 20 DIO 570 1. 1– 200 0. 01 1000– 9900 0. 01/0. 1 – 20 … +50 8 0. 345 Габа риты 8040 2400 0. 4 70 115 15 Таблица ст. матер. 1500 и 1– 15 МГц (7) и зн. архив настроек Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 1. Толщиномеры с памятью Марка Длина Темпера Скорость Разре Время толщи по стали, турный УЗ, м/с шение работы, ч номера мм диапазон Вес Габа риты Дисплей Приме Преобра чание Память зователь 100 конфигу р. Взлет УТ 1. 0– 300 1000– 15000 0. 01 – 20 … +50 8 Булат 1 S 0. 4– 200 1000– 9999 0. 01 – 20 … +50 20 3600 ТАУ 538 1. 0– 200 3000– 7500 0. 01 – 20 … +50 150 2000 DM 4 DL 0. 5– 500 1000– 9999 0. 01 – 20 … +50 200 5390 T Mike E 0. 6– 500 2000– 13000 0. 01 – 20 … +50 300 40000 – 20 … +45 20 ЭМА A 1270 0. 5– 100 по 1000– 9999 0. 01/0. 1 Al A скан 0. 08– 500 25 DL Plus до 0. 0001 0. 65 0. 59 245 120 40 ЖКИ 1000 ст. защ. 2. 5; 5 МГц 18000 и от возд. (ЭМА) зн. IP 65 ЖКИ с подсв Глоссарий 1750 A раз

3. Толщиномеры 3. 3. Толщиномеры с В сканом Несмотря на очевидные удобства в работе производители реже обращаются к толщиномерам этого класса. Приборы имеют графический экран, на котором в режиме В скана высвечивается профиль толщины. Предлагается регулируемая подсветка экрана. Рекомендуется использование «своих» преобразователей, однако возможно применение преобразователей других производителей. Рабочий диапазон температур – 10 +50 Сопряжение с ПК по RS 232. Марка Длина по стали, мм Скорость УЗ, м/с Память измерений Разреш ение, мм Вес, кг СКАТ 4000 0. 6 – 200 1000 – 9999 4000 0. 05 0. 4 T Mike EL 0. 6 – 500 2000 – 13000 40000 0. 01 0. 4 WT 630 0. 6 – 500 – 15000 1500 0. 01 0. 2 Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П Рассмотрим принцип работы этого толщиномера. Структурная схема показана на рисунке. Передающ. часть ПЭП ИП (батарея) U=5. 4 9 В Приемно передающий блок S 1 Управля емый ключ Стабилиза тор напряжения Синхро низатор Формиров. ипульса длительн. t=200 мкс Формиров. ипульса перезаписи. Схема сравнения вх и опорн напряжен Эл. реле времени Схема сигнализ. наличия акуст. контакта Генер импульсов возбужден ия ПЭП Формиров. напряж. ВРЧ Схема подключ. питания Схема формир. стабильн. импульсн. напряжения Формир. импульса сброса Электрон схема задержки R 1 S 2 R 2 Усилитель Эл. Коммут. измер. импульса Измерит. триггер Приемная часть ПЭП Генер. счетных импульсов Схема совпад. «И» Счетчики Паралл. Регистры памяти Дешифрат 2 10 кода в 7 сегментный R 3 Глоссарий 4 х разряд цифровой индикатор со схемами управления

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П Толщиномер УТ 93 относится к классу толщиномеров не обладающих памятью, однако до сих пор широко применяется в практике ультразвукового контроля. Это связано с простотой настройки, высокой чувствительностью, большим диапазоном измеряемых толщин и небольшими габаритными размерами. Питание толщиномера осуществляется от источника постоянного напряжения (батареи) напряжением 5. 6 9 В, подключаемого к управляемому ключу, собранному на транзисторах VT 16, VT 17 и элементе «ИЛИ НЕ» DD 9. 4. Включение питания толщиномера осуществляется нажатием на кнопку включения «С» . Электронное реле времени, использующее 14 разряд счетчика DD 4. обеспечивает поддержание уровня логического нуля на DD 9. 4 в течение 1. 5 4. 5 мин. после нажатия на кнопку S 1 и ее отпускания, если за этот промежуток времени измерения не проводились (отсутствовал акустический контакт). Если проведения проводились (был осуществлен акустический контакт), то уровень логический «О» будет сохраняться еще в течение 1. 5 4. 5 мин. последнего измерения. Если измерения не проводились, то на DD 9. 4 устанавливается уровень логической « 1» , что приводит к отключению электронной схемы толщиномера от источника питания. Для отключения электронной схемы толщиномера от источника питания при напряжении на нем 5. 6 5. 4 В служит схема сравнения выходного и опорного напряжения на транзисторах VT 18, VT 19, VT 20. При уменьшении входного напряжения до 5. 4 В обеспечивает уровень логической « 1» на DD 9. 4 и электрическая схема толщиномера отключается от источника питания. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П Если кнопка «S 1» при этом принудительно нажата, это приводит к засветке дополнительных служебных знаков (точек после двух старших разрядов) на цифровом индикаторе толщиномера. Таким образом, производится диагностика напряжения питания на батарее и определение необходимости ее замены. Питание электронной схемы толщиномера производится от подключенного к выходу управляемого ключа стабилизатора напряжения компенсационного типа. При появлении напряжения на выходе стабилизатора напряжения начинает работать синхронизатор толщиномера. Он вырабатывает временную последовательность импульсов. Центральным узлом синхронизатра является кварцевый автогенератор, генерирующий импульсы с частотой 1. 28 МГц. Эти импульсы подаются на вход двоичного счетчика импульсов. Снимаемые с него импульсы «с» подаются через дифференцирующую цепь RC на вход генератора импульсов возбуждения ПЭП. На выходе при подаче логического «О» на вход ( «s» ) формируется последовательность импульсов «d» положительной полярности, длительностью 20 мкс и периодом повторения 1. 6 мс. Эти импульсы поступают на запуск трансформаторного ключа. Снимаемым с повышающей обмотки трансформатора напряжением через диод за время 20 мкс происходит заряд накопительной емкости до напряжения 150 В. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П Сразу после окончания заряда емкости задним фронтом импульса отрицательной полярности через дифференциальные цепи запускаются тиристоры и через них происходит быстрый разряд накопительной емкости и формируется отрицательный видеоимпульс «β» амплитудой 150 В, длительностью переднего фронта 30 нс. Данные импульсы поступают на разъем «XI» , к котором подключается передающая пластина раздельно совмещенного преобразователя. При подаче логической « 1» на вход генератора на его выходе поддерживается уровень логического « 0» . Импульсы возбуждения ПЭП на выходе генератора перестают вырабатываться и генератор в этом режиме ток источника питания не потребляет. Таким образом, реализуются 3 режима работы генератора импульсов возбуждения. • В первом экономичном по потребляемой мощности режиме, реализующемся при отсутствии измерительных импульсов (отсутствие акустического. контакта и кнопка S 1 не нажата), управление генератором осуществляется импульсом «v» и генератор импульсов возбуждения вырабатывает один импульс с периодом повторения 819. 2 мс. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П • Во втором режиме, реализующимся при наличии непрерывной последовательности измерительных импульсов (наличие акустического контакта, S 1 нажата)управление производится импульсом «s» и генератор вырабатывает серию из 32 импульсов с периодом повторения внутри серии 1. 6 мс и периодом повторения серии импульсов 819. 2 мс. • Третий режим реализуется при нарушении акустического контакта (на вход импульс «и» ) генератор вырабатывает серию из менее, чем 32 импульсов, с периодом повторения 819. 2 мс. По потребляемой мощности последний режим является промежуточным, между 1 и 2. Импульсом «β» запускается электронная схема задержки, предназначенная для компенсации времени распространения УЗК в призме преобразователя. Длительность импульса «γ» ждущего мультивибратора регулируется резистором R 1. Импульс «δ» запускает измерительный триггер. Переброс измерительного триггера происходит донным эхо сигналом, сформированным на выходе усилителя ( «υ» ). С целью снижения потребляемой мощности напряжение питания подастся только на время измерительного цикла (логический 0 на «и» и «υ» ). Для исключения неправильной установки измерительного триггера на него подается импульс «τ» . В режиме измерения толщины на выходе измерительного триггера формируются импульсы «ρ» и «σ» . Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П На приемной части ПЭП формируются импульс «μ» , который подается на усилитель толщиномера. Для эффективного подавления электрических ложных сигналов, вызванных акустической помехой, в усилитель заводится цепь временной регулировки чувствительности (ВРЧ). Напряжение ВРЧ экспоненциальной формы ( «λ» ). Глубина регулировки определяется положением движка резистора R 2, позволяющего скомпенсировать разброс шумовых характеристик ПЭП, входящих к комплект толщиномера. На выходе усилителя формируется импульс «υ» , подаваемый на измерительный триггер. Для уменьшения тока, потребляемого электронной схемой толщиномера, напряжение питания подается на усилитель только на время измерительного цикла. Импульс измерительного триггера подается на один из входов электронного коммутатора измеряемого импульса. На второй вход коммутатора подается импульс «f» длительностью 200 мкс. Указанный импульс используется при юстировке толшиномера по известной скорости УЗ в материале изделия при известной толщине, либо наоборот. Прошедший через электронный коммутатор измерительный импульс поступает на цифровую схему измерения временного интервала, в масштабе, позволяющим производить измерения с дискретностью 0. 1 мм. Для повышения точности измерений и помехоустойчивости в измерительной схеме реализован статистический метод измерения среднего значения по 32 выборкам. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П Результат измерения заносится в электронную память и индуцируется цифровым индикатором, если во время измерения не был нарушен акустический контакт. Питание подается только во на время измерительного тракта. И отключается между циклами. Для этого служит схема подключения питания, состоящая из триггера и коммутирующих транзисторов. Только при полностью законченном измерительном цикле через 51. 2 мс с момента его начала на выходе формирователя перезаписи формируется импульс «w» перезаписи и результат измерений из счетчиков перезаписывается в регистры памяти. При нарушении акустического контакта во время измерительного тракта или при отсутствии акустического контакта в регистрах хранится предыдущее значение. Для визуального наблюдения за наличием или отсутствием акустического контакта по цифровому индикатору толщиномера применена схема сигнализации наличия акустического контакта, управляющая засветкой служебного знака точки справа от младшего разряда цифрового индикатора. Необходимая дискретность отсчета (0. 1 мм) на цифровом индикаторе толщиномера достигается подбором частоты счетных импульсов, поступающих с генератора счетных импульсов. Частота счетных импульсов при реализованном в толщиномере алгоритме обработки (вычисление среднего статистического значения за 32 выборки) вычисляется по формуле: Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П Изменение частоты счетных импульсов осуществляется резистором R 3. Генератор счетных импульсов собран по схеме автогенератора с индуктивной трехточкой и буферном эмиттерном повторителе. Необходимая высокая стабильность частоты автогенератора при влиянии дестабилизирующих факторов (изменение температуры, напряжения источника питания) достигается путем использования для питания генератора схемы формирования стабилизированного импульсного напряжения, обеспечивая одновременно малое энергопотребление. Измеряемый импульс и счетные импульсы поступают на схему совпадений, где реализуется логика случайного (нефазируемого) совпадения их во времени с дальнейшим подсчетом количества счетных импульсов, укладывающихся во временной интервал, определяемый измеряемым импульсом. Счетчики производят суммирование импульсов в каждом измерительном цикле. Двоично десятичный код просуммированного и затем поделенного на 16 количества импульсов устанавливается на выходах счетчиков и только при полном измерительном цикле перезаписываются в параллельные регистры памяти. Одновременно осуществляется дешифрация двоично десятичного кода в семисегментный код управления цифровым ЖК семисегментным индкатором. При этом на индикаторе будет воспроизводиться значение толщины или скорости. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П Подготовка толщиномера УТ 93 П к работе 1. Подсоединить к разъемам с помощью соединительных кабелей преобразователь на требуемый диапазон толщин. При выборе преобразователя в перекрывающимся диапазоне толщин необходимо руководствоваться следующим: При контроле труб с радиусом кривизны меньше 50 – 60 мм, изделий с относительно хорошей чистотой обработкой поверхности и малым затуханием УЗ в материале (алюминиевые сплавы), а также при необходимости определения локальных утонений малой площади, предпочтительно использовать преобразователи с частотой 5, 10 МГц с малой площадью контактирующей поверхности. Преобразователям П 112 10 6/2 А 001 и П 112 5 4 х4 А 003 следует отдать предпочтение, если условия контроля особо сложные, например, при измерении толщины труб в местах гибов. А также если поверхность труб грубо обработанная, шероховатая; При контроле изделий с большим радиусом кривизны и грубо обработанной поверхностью, изделий с большим затуханием УЗК в материале. А также при толщине изделия более 50 мм предпочтительно использовать преобразователи с частотой 2. 5, 5 МГц. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П При подключении преобразователя разъем (> толщиномера должен подключаться к ответвлению с отличной белой биркой соединительного кабеля. Ручку регулятора « 0» поверните до упора по часовой стрелке, а ось резистора «>» до упора против часовой стрелки. 2. Проверьте наличие батареи (достаточного уровня напряжения) для чего нажмите кнопку «С» на панели управления в течение 2 3 с и убедитесь, что на индикаторе высвечиваются цифры и только одна точка. 3. Проведите проверку общей работоспособности прибора и стыковку реверберационно шумовой характеристики преобразователя с чувствительностью приемника толщиномера, для чего: • Нажмите кнопку «С» и при нажатой кнопке установите регулировкой «>» в зависимости от типа преобразователя показание цифрового индикатора П 112 10 6/2 А 001 6240 П 112 10 4 х4 Б 003 6080 П 112 5 4 х4 А 003 6240 П 112 5 12/2 Б 002 6080 П 112 2. 5 12/2 Б 002 6080 Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П • Отпустите кнопку «С» , нанесите контактную жидкость на юстировочную плитку толщиной 10 мм, прижатием преобразователя добейтесь засветки точки справа от младшего разряда цифрового индикатора. • Определите, вращая отверткой по часовой стрелке ось резистора «>» , зону, в пределах которой показания цифрового индикатора однозначно и не зависит от положения ручки >, а значение на индикаторе находится в диапазоне 12 16 мм. Установите ось резистора в пределах это зоны при максимально возможном усилении (возрастает при повороте оси по часовой стрелке) • Установите преобразователь на юстировочную плитку с маркировкой 3 мм и вращая ручку « 0» , добейтесь показания цифрового индикатора 3 мм. • Установите преобразователь на плитку 10 мм и убедитесь, что показания находятся в пределах 9, 9 – 10, 1. 4. Проведите юстировку отсчетного устройства толщиномера на материал КИ. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П 4. 1. При неизвестной марке материала КИ или неизвестном значении скорости распространения УЗ в материале и измерении толщин в диапазоне 0. 6 – 30 мм: • Установите преобразователь на стандартный образец и с помощью регулировки «>» установите показания цифрового индикатора, соответствующее толщине образца. • Нажмите кнопку «С» и, удерживая ее в нажатом состоянии, запишите значение скорости распространения УЗ в данном материале. В дальнейшем при юстировке толщиномера на подобные материалы (с данным преобразователем) используйте это значение скорости. • Отпустите кнопку «С» и проведите 2 3 контрольных измерения на участках с известной толщиной. После обеспечения надежного акустического контакта преобразователя с поверхностью КИ (засветится точка после младшего разряда) оторвите преобразователь от изделия. На индикаторе останется значение толщины. • Установите преобразователь на вмонтированную в корпус толщиномера юстировочную плитку и запишите показания индикатора. В дальнейшем записанное показание используется для юстировки и проверки толщиномера ручкой « 0» при контроле однотипной продукции. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 4. Толщиномер УТ 93 П 4. 2. При известном материале или известной скорости УЗ: • Нажмите кнопку «С» и, удерживая в нажатом состоянии, установите на цифровом индикаторе значение скорости распространения УЗ в материале. • Установите преобразователь на юстировочную плитку толщиной 3 мм и, вращая ручку « 0» , установите показания на цифровом индикаторе, соответствующее двум старшим разрядам числа, деленного на 2 (5780/2=2890→ 2, 9). 4. 3. При необходимости измерения толщины изделий с максимальной точностью в динамическом диапазоне измеряемых толщин не более 10 целесообразно юстировку проводить по стандартным образцам с минимальной и максимальной толщиной. • Установите преобразователь на образец с минимальной толщиной диапазона измерений, и, вращая ручку « 0» добейтесь правильных показаний индикатора. • Установите преобразователь на образец с максимальной толщиной, и, вращая ручку «>» добейтесь правильных показаний индикатора. • Повторите до тех пор, пока не добьетесь полного совпадения показаний. • Нажмите кнопку «С» и, удерживая ее, запишите значение скорости УЗ. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 5. Толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» Центральным элементом УТ является микропроцессорное устройство управления и вычисления (УУВ), связанное с клавиатурой и индикатором. УУВ дает команду генератору запускающих импульсов на формирование импульса возбуждения ПЭП. Одновременно запускается измеритель временных интервалов (ИВИ). Принятый ПЭП отраженный эхо сигнал после усиления, амплитудной и временной селекции поступает в ИВИ. ГОИ Врем. селекция ИВИ ИП Схема задержки УУВ Клав У ИДН – индикатор ИП – источник питания ЦАП ГЗИ ИНД RS 232 Компа ратор RS 232 – порт подсоединения к компьютеру Клав – клавиатура УУВ – устройство управления вычислениями ПЭП ИВИ – измеритель временных интервалов ГОИ – генератор опорных импульсов ГЗИ – генератор зондирующих импульсов ПЭП – пьезоэлектрический преобразователь Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 5. Толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» Амплитудная селекция и формирование нормализованного импульса, «привязанного» к характерной точке принятого сигнала, осуществляется с помощью компаратора и ЦАП, управляемого УУВ. Временная селекция эхо импульса выполняется на временном селекторе с использованием схемы задержки, управляемой также от УУВ. Закон управления схемой задержки и ЦАП определяется УУВ в соответствии с установленными в толщиномере параметрами временной регулировки чувствительности (ВРЧ) – максимальным значением и скоростью спада уровня амплитудного ограничения принимаемого эхо сигнала. Измерение временных интервалов и формирование управляемой линии задержки осуществляется с помощью генератора опорной частоты. Измеренный в ИВИ временной интервал считывается УУВ для выполнения обработки результатов измерения и формирования выходной информации. Значение скорости распространения продольных волн в материале КИ, необходимое для вычисления толщины, либо устанавливается в УТ вручную, либо измеряется, исходя из известного значения толщины. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 5. Толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» Настройка толщиномера на используемый ПЭП производится на эталоне с известной скоростью звука и толщиной. При этом в УУВ сохраняются данные о задержке в призмах преобразователя. При типовой поставке в толщиномере используется р. с. преобразователь типа П 112 5 12/2 Б. Использование толщиномера. 1. Режимы работы толщиномера. В толщиномере имеется три основных режима работы «Измерение» «Результаты» «Калибровка» Режим «Измерение» используется для измерения толщины объекта и записи результатов в архив, состоящий из 10 групп по 100 ячеек в каждой. Для записи необходимо задать номер группы и номер ячейки. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 5. Толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» Режим «Результаты» предназначен для работы с архивом результатов измерений: чтения и очистки архива. При чтении архива на ЖКИ индуцируется запись одной ячейки. При очистке архива за одну операцию обнуляется содержимое всех ячеек одной группы. Режим «Калибровка» состоит из двух подрежимов «Эталон» «Настройка» В подрежиме «Эталон» производится калибровка толщиномера с подключенным преобразователем по эталонному образцу. Подрежим «Настройка» предназначен для настройки толщномера к проведению измерений и для измерения скорости УВ в объекте известной толщины. При подготовке толщиномера к измерению производится: • Ввод с клавиатуры, из справочника или архива значения скорости Уз в материале объекта или толщины образца для измерения скорости УЗ. • Ввод с клавиатуры или архива параметров временной регулировки чувствительности: максимального значения и скорости спада амплитудного ограничения в тракте приема эхо сигнала. • Ввод из архива значения задержки в используемом ПЭП. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 5. Толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» 2. Управление толщиномером организовано с помощью системы меню различного уровня и окон операций, высвечиваемых на ЖКИ, и набора клавиш. Кнопкой осуществляется переход от меню верхнего уровня к меню нижнего уровня, а также ввод параметра. Обратный переход и отмена ввода – кнопка «сброс» . 3. Порядок работы При первоначальном использовании толщиномера или смене преобразователя необходимо выполнить операцию калибровки, используя входящий в комплект толщиномера эталон с известной толщиной и скоростью распространения УЗ. • Выбрать из «Основного меню» режим «Калибровка» , «Эталон» ; • Установить преобразователь на эталон; • По индикатору убедиться в окончании процедуры калибровки по появлению индикации «Готово» . Результаты калибровки, рекомендуемые к использованию с данным преобразователем, могут быть сохранены в архиве настроек. Перед проведением измерений необходимо подготовить поверхность КИ. Для передачи УЗ преобразователь должен быть плотно прижат к КИ, при контроле труб малого диаметра преобразователь устанавливается так, чтобы линия раздела призм находилась перпендикулярно оси трубы. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 5. Толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» Наличие акустического контакта отображается на экране. Через 2 3 мин после нарушения акустического контакта толщиномер отключается. После снятия преобразователя необходимо следить за тем, чтобы на рабочей поверхности преобразователя не оставался толстый слой смазки, что может привести к появлению ложных сигналов. При неизчестной марке материала КИ и неизвестной скорости УЗ перед измерением толщины необходимо измерить скорость по контрольному образцу известной толщины. Алгоритм измерения толщины при использовании настроек, хранящихся в архиве: Основное меню Измерение Однократное Калибровка Выбор и считывание Настройка ВРЧ Измерение Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 5. Толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» Для случая проведения измерений после длительного перерыва в использовании толщиномера рекомендуется начать с калибровки толщиномера. Параметры ВРЧ, которые записываются в оперативную память толщиномера после калибровки по эталону, являются оптимальными для измерения объектов, близких по характеристикам к эталону. При проведении измерений объектов с иными характеристиками рекомендуется устанавливать или корректировать параметры ВРЧ. Основное меню Ввод Калибровка Ввод скорости Эталон Скорость Калибровка по эталону: Настройка Ввод толщины Измерение Настройка Измерение ВРЧ Однократное Выбор и считывание Измерение Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 5. Толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» Устанавливая значение параметров ВРЧ следует иметь в виду, что: • Чем меньше значение максимума ВРЧ, тем выше чувствительность толщиномера к эхо сигналу; • Чем выше значение скорости спада ВРЧ, чем быстрее уменьшается чувствительность толщиномера к эхо сигналу. • При обмере стальных изделий с использованием датчика типа П 112 5 12/2 Б рекомендуется: • Для плоскопараллельного толщиной более 50 мм или цилиндрического объекта диаметром более 100 мм при любой шероховатости поверхности в месте контакта ПЭП значение максимума ВРЧ должно быть в пределах 45 50 д. Б или +10 д. Б к значению максимума, полученного при калибровке; • Значение спада характеристики ВРЧ для объектов из стали толщиной более 10 мм должно составлять 2 д. Б/мкс. При толщине менее 10 мм значение спада ВРЧ не играет роли. Для других материалов параметры спада ВРЧ могут определяться, исходя из коэффициента поглощения для данного материала. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 6. Точность измерений толщины с помощью эхо импульсного УЗ толщиномера определяется погрешностью, обусловленной (как в любых приборах косвенных измерений) методической, систематической, инструментальной и случайной составляющими. Т Т` Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 6. Точность измерений Амплитуда импульсов, отраженных от донной поверхности КИ сильно изменяется в силу ряда причин: нарушения акустического контакта, не параллельности граней изделия, шероховатости донной поверхности, различного затухания УЗ в разных материалах, изменения толщины во всем диапазоне измерений, уменьшения чувствительности раздельно совмещенных ПЭП, как в области малых толщин (1 5 мм) так и в области больших толщин (>100 мм). Это приводит к “сползанию” точки отсчета времени в большую сторону на значение ΔТ΄. Эта погрешность особенно сказывается на малых толщинах, т. к. крутизна фронтов УЗ импульсов сравнима с измеряемыми временными интервалами. Еще одна характерная причина погрешности, вызванная изменением амплитуды эхо импульса – дискретный скачок показания прибора из за “потери” волны. Реальные эхо импульсы, на выходе ПЭП, как правило, имеют форму колокольного радиоимпульса. При уменьшении амплитуды эхо импульса возможен переход момента срабатывания измерительной системы с первой на вторую или последующие полуволны. T 1 T 2 Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 6. Точность измерений Основными средствами борьбы с методической погрешностью являются: • Увеличение амплитуды принимаемого эхо импульса за счет увеличения амплитуды ЗИ и увеличения коэффициента усиления; • Снижения порога срабатывания измеряемой системы; • Увеличения частоты заполнения УЗ импульсов, а, следовательно увеличение крутизны фронтов принимаемого эхо сигнала (до тех пор, пока уменьшение амплитуды импульсов из за увеличения затухания не начнет вносить заметную погрешность, т. к. с увеличением частоты увеличивается затухание). В современных толщиномерах используется устройство автоматического регулирования усиления АРУ, которое донный сигнал при любых условиях прозвучивания устанавливает одинаковой амплитуды. При этом возникающая ошибка при жестком уровне порога будет постоянной. Систематическая погрешность вызвана изменением толщины слоя контактной смазки между рабочей поверхностью ПЭП и КИ с криволинейной, грубообработанной поверхностью или при измерении изделий с клиновидной формой. Уменьшение рабочей поверхности ПЭП позволяет снизить систематическую погрешность за счет уменьшения высоты сегмента или клина между ПЭП и КИ. Экспериментально установлено, что минимальная ширина рабочей поверхности ПЭП, при которой он сохраняет устойчивость на поверхности изделия, составляет 2 3 мм. Глоссарий

3. Толщиномеры 3. 6. Точность измерений Уменьшение погрешности на клиновидных изделиях, вызванной в основном уменьшением амплитуды эхо сигнала из за ухода импульсов отраженных от донной поверхности изделия в сторону от акустической оси приемного ПЭП, можно добиться некоторым увеличением размеров ПЭП, т. е. увеличением ширины УЗ луча. Однако эта мера при достаточно большой толщине приводит к значительному увеличению размеров ПЭП. Инструментальная погрешность определяется качеством усилительного и измерительного трактов толщиномеров. На нее влияют частотная полоса пропускания усилителя, линейность и стабильность измерения временных интервалов, класс точности и т. д. Современный уровень электроники позволяет свести инструментальную погрешность до сотых долей процента, что дает возможность практически ее не учитывать. Случайная погрешность является следствием субъективной оценки измерений оператором. Погрешности могут быть вызваны неплотным прилеганием ПЭП к КИ, ошибочным считыванием и др. Значения этих погрешностей не может быть оценено заранее, однако они могут быть устранены многократным проведением измерений на одном участке. Аналитический расчет суммарной погрешности из за многообразия источников, порой противоречащих и взаимоисключающих средств ее уменьшения крайне затруднителен. Поэтому оценку реальной погрешности толщиномера проводят на стандартных образцах толщины, кривизны, клиновидности, шероховатости и т. д. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода Акустико эмиссионный метод — один из пассивных методов акустического контроля. Акустическая эмиссия (АЭ) заключается в генерации упругих волн напряжения в твердых телах в результате локальной динамической перестройки их структуры. Метод основан на анализе параметров этих волн. Главные источники АЭ — процессы пластической деформации, связанные с появлением, движением и исчезновением дефектов кристаллической решетки, возникновением и развитием микро и макротрещин; трение (в том числе «берегов» трещины друг о друга); фазовые (например, аллотропические) превращения в твердом теле. Эмиссия проявляется в виде отдельных акустических импульсов. Объясним это па примере механических разрушений. Процесс нагружения изделия происходит значительно медленнее, чем распространение упругого импульса в объекте. При этом внутренние напряжения в изделии распределяются неравномерно, поскольку по конструкции и внутренней структуре объекты нагружения всегда неоднородны. В некоторой области твердого тела локальные напряжения достигают предельного значения и возникает разрыв внутренних связей. В результате происходит снятие (релаксация) напряжения в этой об ласти. Накопленная здесь энергия быстро выделяется и определенная доля ее излучается в виде упругого импульса — сигнала АЭ. Существует ряд теорий — моделей АЭ, — уточняющих и детализи рующих этот процесс. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода Связь АЭ с дефектами кристаллической решетки. В идеальной решетке атомы распо ложены в узлах и совершают тепловые колебания, создающие «белый» (не зависящий от частоты) акустический шум. Энергия этого шума в единичном интервале частотного диапазона при комнатной температуре равна: Дж/Гц Точечные дефекты кристаллической решетки — атомы внедрения и вакансии (лишний атом или отсутствие атома в узле решетки). Они могут возникнуть под действием тепловых колебаний. С ними связана дополнительная потенциальная анергия. Искажения перемещаются по решетке. Если атом внедрения встречается с вакансией, дефект решетки аннигилирует, выделял энергию порядка 10 19 Дж в виде упругого импульса. Сигналы такого уровня обычно не регистрируются. Более крупный линейный дефект кристаллической решетки — дислокация (от позднелат. dislocatio — смешение, перемещение). Это линейное несовершенство кристаллической решетки, которое в двух измерениях имеет размеры порядка атомных, а в третьем гораздо больший. Когда между атомными плоскостями «вставлена» дополнительная неполная плоскость, край ее называют краевой дислокацией. Ее энергия порядка 10 16 ÷ 10 17 Дж. Она ослабляет прочность кристалла на 2 … 3 порядка, т. к. участки с разным количеством плоскостей сдвигаются относительно друга при значительно меньших напряжениях, чем на других участках, где атомы расположены регулярно в узлах решетки. Это смещение представляют как движение дислокации по кристаллу. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода Если два участка кристалла с лишними кристаллическими полуплоскостями встретятся, образуется полная плоскость. Дислокация аннигилирует. Существуют другие типы дислокаций, например винтообразные. Дислокации накапливаются у препятствий — других нарушений кристаллической решетки. Преодоление препятст вий роисходит путем совместного движения группы дислокаций и вызывает п более интенсивные упругие сигналы. Плоским дефектом кристаллической решетки является двойникование — поворот узлов одной части кристалла в положение, симметричное другой его части. Возникновение таких дефектов связано с изменением энергии на 10 13 Дж. Форма импульсов АЭ, возникающих в результате перестройки структуры, зависит от природы процесса и материала изделия. Рассмотренный выше процесс снятия локальных напряжений пу тем разрушения вызывает импульс с крутым фронтом, как большинство импульсов на рисунке. Процесс восстановления первоначального состояния называют релаксацией. Первоначальное состояние — ненагруженное. Разрыв связей соответствует возвращению к ненагруженному состоянию. Он происходит быстро, за время порядка 10 13 с. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода Спад импульса соответствует восстановлению внутренних напряжений (иногда они не восстанавливаются или восстанавливаются не полностью). Здесь первоначальное состояние — напряженное, и под релаксацией понимают возвращение к напряженному состоянию. Оно происходит медленнее, чем разрыв, может сопровождаться быстрозатухающими колебаниями, как показано для первого импульса на рисунке. Импульсы рассматриваемого типа называют релаксационными. Они характерны для процессов возникновения и движения дислокаций и их групп, возникновения и развития трещин. Третий импульс соответствует процессу акселерационного типа. Когда дислокации противоположного знака сближаются и аннигилируют или дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает, их энергия преобразуется в упругую. Энергия процесса аннигиляции дислокаций порядка 10 18÷ 10 16 Дж, длительность импульса – 10 11 с, ширина спектра — сотни мегагерц. Другие дислокационные источники имеют большую длительность и энергию (до 10 6 Дж). Точечный удаленный от поверхности источник АЭ излучает сферические продольную и поперечную волны. Затухание волн в металле вызывает наиболее сильное ослабление высокочастотной составляющей сигнала, так коэффициент затухания быстро возрастает с частотой. При падении на поверхности ОК волны отражаются и трансформируются. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода В результате появляются поверхностные волны, амплитуда которых уменьшается с расстоянием значительно медленнее, чем сферических волн, поэтому поверхностные волны преимущественно регистрируются приемником. В результате прохождения импульсов через приемный преобразователь и усилительный тракт с ограниченной полосой пропускания происходит дальнейшее искажение импульсов. Они приобретают характер колебаний, длительность их увеличивается, быстро следующие друг за другом импульсы сливаются в один. Эмиссию называют дискретной, когда длительность регистрируемых импульсов меньше интервала между ними. В противном случае говорят о непрерывной АЭ. Появление импульсов АЭ в значительном объеме материала — процесс во времени статистический, поэтому можно говорить лишь о средней длительности импульсов и интервалов между ними. Основные параметры АЭ (ГОСТ 27655 88) – это число импульсов за время наблюдения и активность, равная количеству импульсов за некоторый интервал времени наблюдения (обычно 0, 1 или 1 с). Фактически регулируют не все импульсы АЭ, а лишь превышающие определенный порог Un. Параметры эмиссии обозначают: суммарный счет N и скорость счета N. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода Для характеристики процесса АЭ важно не только количество импульсов, но также их амплитуда. Параметром, учитывающим обе величины, является эффективное значение АЭ V, пропорциональное произведению активности (или скорости счета) АЭ на среднее значение амплитуды сигналов АЭ за единицу времени. Ее обычно выражают в вольтах (точнее — в микровольтах). Акустическую эмиссию при деформации материалов вначале рассмотрим на примере механических испытаний гладких образцов. Каждому типу диаграммы напряжение – деформации (σ ε), получаемой при испытании на растяжение различных материалов, соответствует своеобразное изменение процесса АЭ. Она возникает от того, что материал неоднороден, нагружен неравномерно и в отдельных областях происходит пластическая деформация, хотя в целом процесс упругий. Как видно из кривых на рисунке, АЭ резко возрастает при переходе к пластической деформации (σ не пропорционально ε) в большом объеме образца. Деформация связана с массовым образованием и перемещением дефектов кристаллической решетки. Происходит образование, движение дислокаций и их групп, двоиникование. Все эти процессы связаны с появлением сигналов АЭ. Пластическая деформация объема 10 3 мм 3 вызывает импульсы АЭ с энергией порядка 10 4 Дж и шириной спектра порядка 0, 5 МГц. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода Максимум эффективного значения и активности АЭ достигается вблизи предела текучести σT. Это напряжение соответствует условию, что пластическая деформация составляет 0, 2% от длины образца. Затем значения V и N уменьшаются из за того, что движение вновь образующихся дислокаций ограничивается уже существующими (дислокации не могут пересекаться). В результате сигналы АЭ с достаточной для регистрации амплитудой появляются все реже. Дополнительные максимумы АЭ для некоторых материалов (рис. а) наблюдаются в конце площадки текучести или вблизи максимума напряжения σв. Они связаны с разрушением цементитовых пластинок в стали (рис. а, кривая 2) и двойникованием (рис. в). Перед разрушением образца обычно наблюдают импульсы большой амплитуды. Важный параметр АЭ при пластической деформации — амплитудное распределение. Металлы с решеткой типа гранецентрированный куб (алюминий, γ железо) имеют небольшую среднюю энергию импульса (меньше 10 10 Дж), сигналы большой амплитуды в них наблюдают редко. Для них характерна деформация скольжением. Металлы с решеткой типа объемно центрированный куб (в том числе α железо) имеют несколько большее среднее значение энергии импульсов. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода Отмечают следующие факторы, повышающие амплитуду сигналов АЭ: высокая прочность, анизотропия, неоднородность, крупнозернистость (литая структура), большая общая толщина материала, большая скорость деформации, низкая температура, наличие надрезов В образцах с дефектами, как искусственными (надрезами), так и естественными трещинами, происходит концентрация напряжений вблизи острого края дефекта. В этом месте образуется локальная зона пластической деформации, объем которой пропорционален коэффициенту интенсивности напряжений K — величине характеризующей сложное напряженное состояние. Например, для тонкой пластины с трещиной длиной , от этой зоны появляются импульсы АЭ, число которых также связано с K. Когда локальное напряжение превосходит предел прочности, происходит микроразрыв — скачкообразное увеличение дефекта; он проходит через эту зону, в результате чего также появляются сигналы АЭ. При дальнейшем нагружении процесс повторяется. Таким образом, число импульсов N АЭ должно расти с ростом K. Связь эту определяет формула где а к т зависят от материала и условий испытаний, а т может меняться от 1 до 20. Эмиссия при многократном нагружении. При повторном нагружении АЭ резко уменьшается и вновь начинает регистрироваться после достижения максимальной нагрузки первого цикла. Это явление называют эффектом Кайзера. Он особенно хорошо проявляется на гладких образцах и хуже — на образцах с надрезом. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода На рисунке показан рост числа N импульсов АЭ в зависимости от числа циклов нагружения п при малоцикловых испытаниях образца с надрезом. Участок АВ соответствует первому циклу, суммарный счет импульсов здесь быстро растет. В окрестностях точки В рост замедляется в 10. . . 100 раз, а на участке ВС суммарный счет остается практически постоянным. В этом проявляется эффект Кайзера. В процессе циклических нагрузок происходит медленное накопление повреждений в металле образца, после этого эффект Кайзера перестает действовать и перед моментом появления видимой трещины происходит ускоренный рост N (участок CD) и далее медленное увеличение N с ростом трещины (DE). При достижении ею определенного размера происходит разрушение, сопровождающееся ростом N (EF). Изображение на рисунке несколько условно. В действительности трещина растет скачками и соответственно линия имеет ряд ступеней, которые на рисунке сглажены. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 1. Физические основы метода Для неметаллических материалов существуют особенности в поведении АЭ. Для стеклопластиков, например, установлен эффект послезвучания, т. е. при неизменной нагрузке и при разгрузке АЭ продолжается. Отсутствует эффект Кайзера: при повторном нагружении каждый раз возника ют сигналы АЭ, активность которой несколько уменьшается при повторных циклах. 4. 2 Аппаратура экусто эмиссионного метода На рисунке показана функциональная схема аппаратуры для контроля методом АЭ. В состав одного канала входят следующие узлы. Преобразователь 1, чувствительный элемент которого изготовляют обычно из пьезокерамики типа ЦТС. Для работы при температурах выше 300. . . 400 °С и высоком уровне радиации применяют пьезокерамику типа ниобата лития, у которого точка Кюри около 1200°С. Используют широкополосные (fmax/fmin>2), полосовые (fmax/fmin≈1) и узкополосные (fmax/fmin≈0, 1 ) ПЭП. Последние обычно применяют, когда на основе предварительных исследо ваний выбран оптимальный для контроля диапазон частот, а широкополосные — когда нужно исследовать форму и частотный спектр сигналов АЭ. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 2 Аппаратура экусто эмиссионного метода Преобразователи рассчитывают на прием колебаний, нормальных к поверхности. Диаграмма направленности ПЭП, как правило, весьма широкая. Преобразователи приклеивают к поверхности ОК легкорастворимым клеем. ПУ имеет небольшое усиление (до 20 д. Б) и низкий уровень собственных шумов. Фильтром 3 устанавливают спектр частот принимаемых сигналов. Оптимально условие, чтобы спектр частот приемника совпадал со спектром сигналов АЭ, однако этот спектр очень широк, поэтому частоту приема выбирают выше частот помех. Помехи от механических ударов имеют частотный спектр не выше 0, 4 МГц, от трения — до 1 МГц. Спектр электромагнитных помех еще более высокочастотный. Повышение частоты принимаемых сигналов более 1 МГц нежелательно, так как это уменьшает дальность приема сигналов АЭ. Основной усилитель 4 обычно обладает равномерной амплитудночастотной характеристикой в диапазоне наблюдаемых частот при коэффициенте усиления 60. . . 80 д. Б. Характеристика усиления — линейная либо (в случае большого динамического диапазона) логарифмическая Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 2 Аппаратура экусто эмиссионного метода При конструировании усилителя принимают меры для подавления помех в основном электромагнитного происхождения: хорошо экранируют весь капал, включая преобразователь и кабель; выключают прием на время действия интенсивной помехи, которую принимают отдельной антенной; применяют корреляционную обработку входных воздействий; используют дифференциальные преобразователи и усилители. Последний способ основан на том, что пьезопластину в преобразователе разрезают на две части и одну половину переворачивают, меняя, таким образом, ее поляризацию. Сигналы от каждой половины усиливают отдельно, после этого в одном канале меняют фазу на π и складывают оба сигнала. В результате двойного изменения фаз сигналы АЭ сохраняются. Сигналы электромагнитных помех, прошедшие два канала усилителя, оказываются в противофазе и подавляются. Блок определения местоположения источника сигналов АЭ 6 использует информацию от нескольких преобразователей, расположенных в различных местах ОК. Когда сигнал АЭ достигает ближайшего к источнику преобразователя, начинается отсчет времени. Затем измеряют, запаздывание времени прихода того же сигнала на другие преобразователи. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 2 Аппаратура экусто эмиссионного метода Для определения положения источников АЭ в линейной системе (стержне) достаточно иметь два преобразователя. Для определения местоположения источника на плоскости нужно иметь не менее трех преобразователей, окружающих источник, чтобы найти его положение методами триангуляции. Увеличение чис ла преобразователей облегчает задачу локации источника. Для решения триангуляционных задач применяют быстродействующую ЭВМ. После обработки сигналы ЛЭ подают на экран ЭЛТ, на котором одновременно представлена развертка, соответствующая поверхности изделия, и показано расположение на ней преобразователей. Источник сигналов АЭ появляется на экране в виде светящейся точки. Таким образом, получается картина сигналов, подобная показанной на рисунке. Кроме того, на экране дисплея иногда изображают амплитудное, временное или частотное распре деление сигналов. Погрешность определения местополо жения источника составляет обычно 3. . . 5% от максимального расстояния между преобразова телями, но не менее чем значение порядка толщины стенки ОК. Последнее связано с тем, что местоположение источника по толщине ОК обычно не определяют. Локации подлежит только место эпицентра ( «следа» ) источника на поверхности. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 2 Аппаратура экусто эмиссионного метода Имитаторы сигналов АЭ используют для оценки точности локации объектов и проверки работоспособности аппаратуры. Калиброванный по амплитуде упругий сигнал можно возбудить, бросая на поверхность объекта шарик определенной массы с определенной высоты. Однако для такого сигнала характерен низкочастотный спектр (не выше 0, 15 МГц). Сигналы АЭ имитируют так же, царапая поверхность или прижимая к ней вращающуюся металлическую щетку. Однако таким образом трудно гарантировать постоян ную амплитуду и частотный спектр. В качестве имитатора применяют электроискровой разряд, но здесь мешают возникающие электромагнитные помехи. Лучший способ градуировки ПЭП и усилительных каналов ус тановок Э — А применение стержневой меры. На одном конце длинного (около 0, 5 м) металлического стержня устанавливают калибруемый ПЭП. На другом конце возбуждают упругий импульс с помощью лазера определенной мощности. Простой (но менее стабильный по амплитуде воздействия) способ проверки работоспособности установок АЭ и точности определения координат источника — возбуждение сигналов с помощью излучающего ПЭП с генератором. Излучатель помещают в разные точки контролируемого объекта, прижимая его, через слой масла. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 3. Области применения АЭ Приведем ориентировочные характеристики аппаратуры АЭ. Диапазон рабочих частот — от 20 до 2000 к. Гц. Частоты 20. . . 100 к. Гц применяют для контроля пластиков, а 200 . . . 2000 к. Гц — для контроля металлов. Общий коэффициент усиления — 80. . . 100 д. Б. Уровень шумов, приведенных по входу, — около 10 мк. В. Число каналов от 1 до 64. Испытания и эксплуатация конструкций. Задачи АЭ в этой области состоят в оценке разрушающей нагрузки для объекта при воздействии на него более низкой (испытательной) нагрузки или s диагностике работы объекта при воздействии рабочей нагрузки. Объектами испытаний могут быть сосуды, работающие под давлением (сосуды давления), трубные системы, детали самолетов и ракет, мосты и другие строительные сооружения (в том числе железобетонные). Для испытаний на конструкции размещают некоторое количество ПЭП и регистрируют их показания. Для успешного проведения испытаний важен правильный выбор параметров и методики контроля. Частоту или диапазон частот, в котором регистрируют сигналы АЭ, выбирают с учетом уровня шумов ОК. Для этого проводят анализ шумов до нагружения и при малом уровне нагружений. Шумы имеют различное происхождение и, как правило, уменьшаются с частотой. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 3. Области применения АЭ При применении испытательных машин источники шумов — системы нагружения и крепления. Возмож ной причиной помех может быть разрушение покрытия изделия (лаков, красок) или поверхностного окисного слоя. Чем выше частота, на которой ведут испытание, тем лучше отстройка от шумов, но тем быстрее затухают с расстоянием сигналы АЭ. Это вызывает необходимость близкого расположения ПЭП в системах наблюдения за АЭ некоторых объектов. Отсюда следует, что чрезмерное повышение частоты нежелательно. Количество преобразователей выбирают в зависимости от задач контроля. Например, когда используют АЭ при механических испытаниях образцов в форме стержня, можно иметь один ПЭП, расположенный на торце или другой ненагруженной части образца. Однако даже в этом случае полезно применять систему с двумя ПЭП, расположенными по разные стороны от области, где ожидается разрушение. Тогда можно, используя систему локации источников АЭ, выделять сигналы от этой области и отстраиваться от шумов, возникающих в системе крепления образца. Более сложная проблема — контроль объектов с большой площадью поверхности. В этом случае определяют необходимое расстояние между ПЭП с учетом затухания ультразвука в выбранном частотном диапазоне, иногда — корректируют Глоссарий частоту.

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 3. Области применения АЭ Более сложная проблема — контроль объектов с большой площадью поверхности. В этом случае определяют необходимое расстояние между ПЭП с учетом затухания ультразвука в выбранном частотном диапазоне, иногда — корректируют частоту. Преобразователи размеща ют на объекте так, чтобы обеспечить надежный контроль областей, где наиболее вероятно появле ние и развитие дефектов: сварных соединений, мест концентрации напряжений. При контроле сосудов давления ПЭП размещают на расстоянии 200 . . . 5000 мм друг от друга. Их помещают вблизи особо напряженных сварных швов, радиусных переходов, патрубков (см. рис. ). Правильность расположения ПЭП и работоспособность каналов аппаратуры проверяют, используя имитаторы АЭ. Контролируют надежность регистрации сигналов, возникающих в различных участках конструкции и точность определения координат источников. Задание критериев опасного состояния объекта — наиболее сложная проблема методики дефектоскопического контроля с помощью АЭ. По какому параметру АЭ и по какому его количествен ному ризнаку следует принимать решение п о признании сигналов предвестниками разрушения? Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 3. Области применения АЭ Трудность задачи состоит в том, чтобы отделить АЭ от развития трещины на фоне сигналов, связанных с пластической деформацией. Изучение изменения в процессе испытаний различных параметров АЭ показало, что активность и амплитуда сигналов АЭ изменяется немонотонно: они могут достигать максимумов, превышающих значения этих параметров перед разрушением. В настоящее время считают, что наиболее информативный параметр, сигнализирующий о приближении разрушения, — рост суммарного числа импульсов N с начала испытаний. В пользу такого подхода говорит тот факт, что каждый импульс АЭ — это, как правило, единичный акт разрушения. Коэффициент интенсивности напряжения растет при каждом новом разрушении. Отсюда для разрушающегося объекта можно написать формулу: где а'—константа, а. П — параметр нагружения. Он может соответствовать механическому напряжению, числу циклов испытаний, времени испытаний при коррозионном растрескивании и т. д. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 3. Области применения АЭ На рисунке показана характерная кривая роста числа импульсов в режиме увеличения статической нагрузки объекта. На первом участке до P 1 рост определяется зависимостью N=a′Пm , m<1. На участке P 1 P 2 показатель m≈1. Локальная область, где происходит такой рост, соответствует активному источнику, требующему внимания. Участок P 2 – P 3 соответствует упрочнению материала. На участке P 3 – P 4 дефект преодолел зону упрочнения и развивается. Здесь, m≈2 источник АЭ критически активен. При дальнейшей нагрузке источник становится катастрофически активным, m≥ 6 . При сохранении режима нагружения объект обязательно разрушится по участку, где был источник эмиссии. Ступенчатый характер кривой соответствует скачкообразному росту трещин. Метод АЭ как средство НК конструкций позволяет проводить интегральный контроль и обнаруживать только несплошности, представляющие действительную опасность. Однако он не дает достаточной информации, чтобы предска зать работоспособность ОК задолго до разрушения. Например, по имеющимся в настоящее время данным, он непригоден для прогнозирования ресурса не имеющего явных Глоссарий дефектов ОК после его изготовления.

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 3. Области применения АЭ Испытания материалов. Исследования АЭ в этом случае могут быть направлены на уяснения поведения АЭ в процессе других, более сложных испытаний (например, процесса сварки), либо для излучения природы процессов, происходящих в материале. Применение метода АЭ при испытаниях композитных материалов, например стеклопластиков, позволило установить механизм разрушения. Слабые сигналы АЭ соответствуют разрушению адгезии эпоксидной смолы, наиболее сильные — разрыву стекловолокна. Исследования АЭ при термических испытаниях показали, что изменение агрегатного состояния (плавление, затвердение) вызывает появление значительной АЭ лишь тогда, когда образец «зажат» , т. е. условия испытаний ограничивают изменение размеров образца. Эмиссия в этом случае связала с механическими нагрузками. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 3. Области применения АЭ Аллотропические превращения кристаллической решетки в твердом состоянии сопровождаются сигналами АЭ большой интенсивности при мартенситном превращении. Такое превращение проис ходит при охлаждении ниже точки перекристаллизации, в небольших объемах, путем небольшого перемещения атомов в решетке. Появляющаяся фаза имеет больший объем, чем исходная. Характерный пример — образование мартенситных плоскостей в стали (на шлифе они видны как иглы) в переохлажденном аустените — растворе углерода в гамма железе. Мартенсит здесь—пересыщенный твердый раствор углерода в альфа железе. Применение АЭ позволяет определить скорость и полноту мартенситного превращения и время образования мартенситных игл. Применительно к коррозионным испытаниям материалов применение метода АЭ очень эффективно для слежения за коррозией под напряжением. При этих испытаниях механически нагруженный деформированный образец подвергают действию агрессивной среды. Напряжения интенсифицируют процесс коррозии. В образце появляются трещины, деформация усиливается, напряжение снимается. Возникновение коррозионных трещин сопровождается появлением интенсивных сигналов АЭ. По ним можно судить о протекании процесса без доступа к месту коррозии. Глоссарий

4. Акусто-эмиссионный метод контроля 4. 3. Области применения АЭ Испытания процесса сварки методом АЭ потребовали идентификации большого количества сигналов. Помехи, вызванные истечением защитного газа и горением дуги, имели амплитуду не более 10 д. Б (здесь — положительные д. Б). Процессы плавления и последующей кристаллизации основного и присадочного металлов вызывали сигналы АЭ амплитудой до 26 д. Б. Они связаны с деформацией объема и мартенситными превращениями при охлаждении. Растрескивание оксидной или шлаковой пленки на поверхности соединения давало сигналы до 35 д. Б. Горячие трещины давали сигналы не более 20 д. Б. Это связано с вязкостью нагретого металла и большим затуханием акустических волн. Наибольшие сигналы (до 50 д. Б) возникали от холодных трещин. За 0 д. Б при нят минимальный сигнал, регистрируемый аппаратурой. Для разных типов сварки характерно различное распределение сигналов АЭ во времени. Например, для бездефектной сварки под флюсом и в среде углекислого газа наблюдают непрерывную эмиссию на уровне 30 . . . 40 д. Б. Дуговая сварка сопровождается более четкими импульсами АЭ такой же амплитуды. Изменение в рас пределении сигналов АЭ говорит о нарушении сварочного процесса. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 1. Стандартные образцы применяют для проверки и настройки основных параметров аппаратуры и метода. Различают: государственные стандартные образцы (ГСО), отраслевые стандартные образцы (ОСО) и стандартные образцы предприятия (СОП), утверждаемые соответственно государственными, отраслевыми стандартами предприятий. Для проверки и настройки параметров метода отражений и соответствующей аппаратуры в основном используют государственные стандартные образцы СО 1, СО 2, (СО 2 Р), СО 3 и СО 3 Р по ГОСТ 14782— 86, выгодно отличающиеся принципами построения и технологичности изготовления от образцов аналогичного назначения, используемых в других странах. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 1. Стандартные образцы Образец СО 1 предназначен для настройки условной чувствительности дефектоскопа с преобразователем (преобразователь в положении А), а также для проверки работоспособности глубиномера (преобразователь в положении Б) и оценки разрешающей способности при работе прямым или наклонным преобразователем. Условная чувствительность дефектоскопа с преобразователем, измеренная по образцу СО 1, выражается максимальной глубиной расположения (в миллиметрах) цилиндрического отражателя, уверенно фиксируемого индикаторами дефектоскопа. Глубина расположения отражателя показана цифрами на образце. Согласно ГОСТ 14782— 86 исходный и выпускаемые государственные стандартные образцы изготовляют из органического стекла с единым значением коэффициента затухания продольной волны при частоте 2, 5 МГц лежащим в пределах 0, 26 … 0, 34 мм 1. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 1. Стандартные образцы Если коэффициент затухания продольной волны в органическом стекле не соответствует исходному, то образец должен быть аттестован; использование такого образца для эталонирования условной чувствительности допускается только при наличии аттестат графика, устанавливающего связь условной чувствительности в миллиметрах по исходному стандартному образцу СО 1 с условной чувствительностью в децибелах по стандартному образцу СО 2 и номером отражателя nотр диаметром 2 мм в аттестуемом образце СО 1. Для построения соответствующего графика к аттестуемому образцу определяют в децибелах разность амплитуд от отражателей № 20 и 50 диаметром 2 мм. в аттестуемом образце и амплитуду от отражателя диаметром 6 мм на глубине 44 мм в образце СО 2: где — показание аттенюатора, при котором амплитуда эхо сигнала от исследуемого отверстия с номером I в аттестуемом образце достигает уровня, при котором оценивают условную чувствительность, д. Б; N 0 — показание аттенюатора, соответствующее ослаблению эхо сигнала от отверстия диаметром 5 мм в образце СО 2 до уровня, при котором оценивают условную чувствительность, д. Б. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 1. Стандартные образцы Вычисленные значения соединяют их прямой линией. отмечают точками на поле графика и Время распространения Т ультразвуковых колебаний до прорези и обратно, составляющее около 20 мкс, указывается в паспорте образца СО 1. Образец СО 1 позволяет как бы «запомнить» условную чувствительность, необходимую для контроля конкретных объектов, исключает использование для этих целей аттенюатора, что во многих случаях упрощает процесс дефектоскопирования. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 1. Стандартные образцы Стандартный образец СО 2 применяют для определения условной чувствительности и погрешности глубиномера, а также угла а ввода луча, ширины основного лепестка диаграммы направленности, мертвой зоны и предельной чувствительности при контроле изделий из низкоуглеродистой и низколегированной стали. Условную чувствительность по стандартному образцу СО 2 выражают разностью (в д. Б) между показанием Nx аттенюатора при данной настройке дефектоскопа и показателем N 0 , соответствующим максимальному ослаблению, при котором цилиндрическое отверстие диаметром 6 мм на глубине 44 мм фиксируется индикаторами дефектоскопа, т. е. Если после измерения амплитуды от отражателя в образце СО 2 показание аттенюатора не изменяется, т. е. если , то дефектоскоп настроен на условную чувствительность . Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 1. Стандартные образцы Образец СО 2 изготавливают из стали 20 или Ст. З в соответствии с ГОСТ 14782— 86. Скорость распространения продольной волны в образце при температуре (20 ± 5) °С составляет (5900 ± 59) м/с. При контроле изделий из металлов, отличающихся по акустическим характеристикам от низкоуглеродистой и низколегированной сталей, для определения угла ввода луча, ширины основного лепестка диаграммы направленности, мертвой зоны и предельной чувствительности применяют образец СО 2 А, отличающийся от образца СО 2 тем, что блок его изготовлен из контролируемого металла. Шкалы значений угла ввода луча образцов СО 2 и СО 2 А градуируют в соответствии с уравнением центра глубина — расположения где , H отверстия диаметром 6 мм. Угол ввода луча отсчитывают по шкале образца СО 2 (СО 2 А) против метки на преобразователе, соответствующей точке выхода луча, при установке преобразователя в положение, при котором амплитуда эхо сигнала от отверстия диаметром 6 мм максимальна. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 1. Стандартные образцы Положение точки выхода луча определяют по стандартному образцу СО 3, изготовленному из стали той же марки, что и образец СО 2. По образцу СО 3 можно также определять время 2 tn (в мкс) распространения ультразвуковых колебаний в призме преобразователя: где t 1 — временной сдвиг между зондирующим импульсом и эхо сигналом от вогнутой цилиндрической поверхности в образце СО 3 при установке преобразователя в положение, соответствующее максимальной амплитуде эхо сигнала. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 1. Стандартные образцы В практике дефектоскопии вместо образцов СО 2 (СО 2 А) и СО 3 может быть применен один образец СО 2 Р (СО 2 РА). В образце СО 2 Р (СО 2 РА), геометрические размеры которого соответствуют образцу СО 2, шкалы углов а заменены линейными. В этом случае положение точки выхода луча определяют по соотношению n = 0, 52 x 1 1, 52 x 2, а значение угла ввода α луча по выражению α = аrctg[0, 34(x 1 x 2)], где x 1, x 2 — расстояния от проекции центра отверстия диаметром 6 мм на рабочие поверхности образца до передней грани преобразователя в положении, соответствующем максимальной амплитуде эхо сигнала от указанного отверстия. Отраслевые стандартные образцы и стандартные образцы предприятии используют, как правило, для настройки предельной или эквивалентной чувствительности и настройки временной селекции при контроле конкретных изделий и соединений, когда воспользоваться государственными стандартными образцами по техническим причинам не удается. Применение таких образцов оказывается необходимым и эффективным при контроле изделий с криволинейными поверхностями, малой толщины, сложного профиля, при использовании раздельно совмещенных и других преобразователей специальной конструкции. Требования к ОСО и СОП устанавливают в соответствующих стандартах. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 2. Эталонирование предельной чувствительности Для эталонирования предельной чувствительности по фокусирующей поверхности применяют АРД диаграммы, связывающие эквивалентную площадь выявленного дефекта (предельную чувствительность), условный коэффициент выявляемости дефекта относительно фокусирующей поверхности и глубину расположения искомого дефекта. Рабочую АРД диаграмму строят для конкретных материалов, частоты упругих колебаний, размеров преобразователя и угла ввода луча. Известно, что величину сигнала, отраженного от дискового отражателя, который находится в дальней зоне искателя, можно определить по формуле: Напряжение на искателе за счет эхо сигнала от бесконечной плоскости дается выражением: где λ длина волны; z глубина залегания отражателя, z∞ высота изделия; K чувствительность искателя; V напряжение на искателе в режиме излучения; Sп и Sq площади искателя и отражателя соответственно; δ коэффициент затухания ультразвука в образце. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 2. Эталонирование предельной чувствительности Выполнение расчетов на рабочей месте оператора в процессе контроля неудобно и, кроме того, занимает много времени. Поэтому на практике расчет выполняется с помощью специальных АРД диаграмма в обобщенных координатах представлена на рисунке. По оси ординат отложена величина ослабления звуки в акустическом тракте в децибелах» по оси абсцисс расстояние до отражающего объекта в долях ближней зоны искателя . Параметром кривых (за исключением верхней кривой, соответствующей донному эхо сигналу) является отношение b/a, где b радиус дискового отражателя; а - радиус искателя. По измеренным величинам глубины залегания дефекта z и высоты изделия z∞ рассчитываются значения z/zбл и z∞/zбл. Из соответствующих им точек на оси абсцисс m и n восста навливаются ерпендикуляры. Точка С (координата точки п на оси ординат) характеризует величину донного сигнала без учета затухания в материале изделия. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 2. Эталонирование предельной чувствительности При наличии затухания амплитуда донного сигнала будет меньше, и его величина в этом случае характеризуется точкой d. Точку d можно получить путем поворота OC на угол θ. Из ΔOCd Отсюда . От определенной таким образом точки d вниз по оси ординат откладывается отрезок dq равный измеренному отношению Uq/U∞ в децибелах. Проведем из точки q прямую qр параллельную 0 d. Кривая с параметром bj/a на которой пересеклись в точке S линия qp и перпендикуляр m. S будет соответствовать искомой эквивалентной площади дефекта, рассчитываемой как . С целью упрощения пользования АРД диаграммой на нее накладывается поворачивающийся прозрачный планшет с нанесенной на него системой параллельных прямых, а сбоку диаграммы дается шкала значений δzбл. Поворачивая планшет до совмещения центральной прямой с конкретным значением δzбл получают косоугольную систему координат, удобную для проведения упомянутых операций. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 2. Эталонирование предельной чувствительности Настройка дефектоскопа на заданную чувствительность начинается с расчета z/zбл и z∞/zбл (соответственно точек m и n). Если известна только зона залегания дефекта заданного размера b, то значение z берется по отношению к середине рассматриваемой зоны. Из точки m восстанавливается перпендикуляр до пересечения с кривой b/а, а из точки n до пересечения с кривой изменения величины донного сигнала с расстоянием. Под углом θ, определяемым величиной δzбл, из точек S и 0 проводятся параллельные прямые до пересечения с осью ординат. Отсекаемый отрезок dq дает искомое отношение X амплитуд эхо сигнала от дефекта и донного сигнала в децибелах. Затем в аттенюатор дефектоскопа вводится ослабление X децибел, искатель помещается на испытуемом образце и с помощью того же аттенюатора путем введения дополнительного ослабления амплитуда донного эхо сигнала на экране дефектоскопа устанавливается равной 10. . . 20 мм. После этого аттенюатором выключается X децибел и дефектоскоп готов к работе. При такой настройке он будет выявлять дефекты, эквивалентная площадь которых равна или превышает площадь диска радиуса b. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 2. Эталонирование предельной чувствительности Определение коэффициента затухания производится с помощью АРД диаграммы и вспомогательного эталонного образца. Для обеспечения одинаковой чувствительности искателя при прозвучивании испытуемого образца и эталона удельные акустические сопротивления материалов того и другого должны быть приблизительно одинаковыми, а обработка их поверхностей идентичной. Кроме того, должно выполняться . где указанные величины соответственно коэффициент затухания и высота эталона. Для определения коэффициента затухания измеряется отношение амплитуд донных эхо сигналов образца и эталона в децибелах, т. е. Для этого искатель устанавливается вначале на испытуемый образец. С помощью аттенюатора на экране дефектоскопа устанавливается определенная величина донного эхо сигнала. Затем искатель переносится на эталон. Поскольку амплитуда донного сигнала эталона получается выше, в аттенюатор вводится дополнительное ослабление, чтобы сигналы оказались одинаковой величины. Разность показаний аттенюатора дает искомую величину. Глоссарий

5. Дополнительные средства контроля 5. 2. Эталонирование предельной чувствительности После этого то же отношение, но без учета затухания, определяется по АРД диаграмме. Для этого сначала с помощью глубиномерного устройства дефектоскопа (по времени распространения сигнала) измеряется скорость распространения ультразвука в образце и эталоне и рассчитываются значения z∞/zбл и . Из соответствующих точек на оси абсцисс восстанавливаются перпендикуляры до пересечения с кривой донных эхо сигналов. Проведя из найденных точек прямые, параллельные оси абсцисс, до пересечения с осью ординат, находят отсекаемый ими отрезок. Последний дает искомое отношение амплитуд донных эхо сигналов без учета затухания в децибелах, т. е. Коэффициент затухания рассчитывается по формуле Глоссарий

6. Дополнительные средства контроля 6. 3. Эталонирование предельной чувствительности Для эталонирования предельной чувствительности по цилиндрическому отражателю (боковое отверстие), который обладает рядом преимуществ по сравнению с другими отражателями, удобно использовать расчетные SKH диаграммы, связывающие эквивалентную площадь выявляемого дефекта S (предельную чувствительность), условный коэффициент выявляемости Кд относительно цилиндрического отражателя и глубину Н расположения искомого дефекта. Формулы для расчета SKH диаграмм при условии, что отражатель (дефект) расположен в дальней зоне преобразователя, можно записать следующим образом: где H и Δr в мм; с - в мм/с; f — в Гц; δt 2 — в Нп/мм; Кд в д. Б. Глоссарий

6. Дополнительные средства контроля 6. 3. Эталонирование предельной чувствительности Согласно уравнению, SKH диаграмму следует рассчитывать для конкретного материала и наклонного преобразователя с заданными значениями r, с и угла α 0 ввода луча, независимо от размеров пластины в преобразователе, а также для определенного диапазона частот f, в пределах которых значение коэффициента затухания δt 2 можно считать постоянным. На рисунке приведена в качестве примера SKH диаграмма как функция Sп=F(Kд; Н) для низкоуглероди стых и низколегированных сталей (сt 2=3260 м/с; δt 2=0, 001 Нп/м) и типовых преобразователей (сl 1=2670 м/с; h=6 мм), по которой можно построить диаграммы для преобразователей с конкретными значениями α 0 и f 0. Глоссарий

6. Дополнительные средства контроля 6. 3. Эталонирование предельной чувствительности При настройке предельной чувствительности по любому отражателю на глубине H 0, отличному от плоскодонного, в основу расчета АРД или SKH диаграмм для обеспечения единства в эталонировании чувствительности целесообразно вначале измерить эквивалентную площадь Sэ данного отражателя, пользуясь соответствующими образцом и диаграммой, а далее определить предельную чувствительность Sп для глубины H по соотношению где q=2 – для эталонного отражателя, существенно меньшего ширины УЗ пучка (плоское или сферическое дно отверстия, сегментный или угловой отражатель, вертикальное отверстие и т. п. ); q=1, 5 — для эталонного отражателя, превышающего по протяженности ширину УЗ пучка (паз, боковое отверстие и т. п. ). По SKH диаграмме можно определить эквивалентные площади Sэ выявленных дефектов, если для них измерены значения Кд и Н. Глоссарий

ГЛОССАРИЙ Акустическая эмиссия (АЭ) заключается в генерации упругих волн напряжения в твердых телах в результате локальной динамической перестройки их структуры. Метод основан на анализе параметров этих волн. Базовые показатели – показатели, принятые за основу при сравнительной оценке качества продукции. Вакансия – лишний атом или отсутствие атома в узле решетки. Двойникование — поворот узлов одной части кристалла в положение, симметричное другой его части. Возникновение таких дефектов связано с изменением энергии на значение порядка Дж. Дефект – отдельное несоответствие продукции установленным в НТД требованиям. Дефектограмма – объективный документ, отображающий информацию о выполненном ручном контроле и о качестве проконтролированного объекта. Дискретная эмиссия – эмиссия, при которой длительность регистрируемых импульсов меньше интервала между ними. Дислокация – линейное несовершенство кристаллической решетки, которое в двух измерениях имеет размеры порядка атомных, а в третьем гораздо больший. Изделия – это промышленная продукция, количество которой может быть охарактеризовано дискретной величиной, исчисляемой в штуках или экземплярах.

ГЛОССАРИЙ Источники АЭ — процессы пластической деформации, связанные с появлением, движением и исчезновением дефектов кристаллической решетки, возникновением и развитием микро и макротрещин; трение (в том числе “берегов” трещины друг о друга); фазовые (например, аллотропические) превращения в твердом теле. Качество продукции – совокупность свойств, обуславливающих пригодность продукции удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Коэффициент интенсивности напряжений — величина, характеризующая сложное напряженное состояние. Например, для тонкой пластины с трещиной длиной . От этой зоны появляются импульсы АЭ, число которых также связано с. Мода волны – тип колебаний (нормальные колебания) в распределенных колебательных системах или тип волн (нормальные волны) в волноводных системах и волновых пучках Неразрушающий технический контроль – технический контроль, после проведения которого продукция может быть использована по прямому назначению. Отливка – заготовка или деталь, получаемая в литейной форме из расплава металла, горной породы, шлака, стекла, пластмассы и т. д. Поковка – заготовка, обработанный ковкой или горячим штампованием кусок металла.

ГЛОССАРИЙ Предел прочности — механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно мгновенным пределом прочности, или хрупко кратковременным пределом прочности. Предел текучести — механическое напряжение, дальше которого упругая деформация тела (исчезающая после снятия напряжения) переходит в пластическую (необратимую, когда геометрия тела не восстанавливается после снятия деформирующего напряжения). Продукт – промышленная нештучная сельскохозяйственная продукция, а также штучная Продукция – это результат труда, полученный в определенном месте за определенное время и предназначенный для использования потребителями в целях удовлетворения их материальных или духовных потребностей. Прокат – способ обработки металлов давлением обжатие между вращающимися валками прокатных станов. Различают продольную, поперечную и винтовую (косую) прокатку, а также поперечно винтовую и продольно винтовую прокатку; в зависимости от степени нагрева обрабатываемого металла горячую, холодную и теплую прокатку. Разновидность бесслитковая прокатка.

ГЛОССАРИЙ Склерометрия – учение об измерении твердости различных материалов. Скрытые дефекты – дефекты, для которых в НТД отсутствуют рекомендации по их обнаружению. Среда контроля условия, в которых осуществляется контроль. Сущность технического контроля – проверка соответствия продукции или процессов, от которых зависит качество продукции, установленным техническим требованиям. Штамповка – способ обработки давлением металлов и других материалов, при котором форма и размеры изделия определяются конфигурацией инструмента штампа. Эффект Баркгаузена – ступенчатое изменение намагниченности ферромагнетиков при непрерывном изменении внешних условий, например, магнитного поля. Обусловлен доменной структурой. Открыт Г. Баркгаузеном (1919). Эффективное значение АЭ – пропорциональное произведению активности (или скорости счета) АЭ на среднее значение амплитуды сигналов АЭ за единицу времени. Явные дефекты – дефекты, для выявления которых в НТД на продукцию предусмотрены методы, средства и правила.

Скачать презентацию ВВЕДЕНИЕ Научно технический прогресс обуславливает повышение требований к

пособие!!!1.ppt

Количество слайдов: 170