Дефектоскопия / УЗ-дефектоскопия / Торец_вместо_зарубки

И.Н. Ермолов

Торец вместо зарубки

Зарубка – очень распространенный тип искусственного дефекта при ультразвуковом кон троле сварных соединений малой и средней толщины. Показано, как отражение от зарубки можно заменить отражением от углов на торце трубы или листа.

Зарубка с плоской отражающей гранью [1] – опти мальный тип искусственного отражателя, по которо му настраивают дефектоскоп при контроле сварных соединений малой и средней толщины. Такая зарубка прекрасно имитирует непровары и трещины в корне сварного шва (наиболее опасные дефекты). Если эхо сигнал в сварном шве больше, чем от зарубки, то на лицо признаки опасного дефекта.

Однако правильно изготовить зарубку непросто. Нужно обеспечить перпендикулярность к поверхно сти отражающей грани, выдержать правильные разме ры зарубки с точностью до 0,1 мм, достичь определен ного качества отражающей поверхности. В работе [2] показано, что даже при оптимальном способе изго

товления зарубок разброс амплитуд эхосигналов от них очень велик.

Н.А. Кеслер предложил настраивать дефектоскоп по торцу трубы, а потом повышать чувствительность на строго определенную величину, провел расчеты и эксперименты. На основе его работы составлена ин струкция [3], содержащая таблицы перехода к зарубке путем увеличения амплитуды эхосигнала. В инструк ции предписывается настраивать чувствительность не только по торцу образца в виде отрезка трубы, но и по отражению от цилиндрической вогнутой поверхности образца V 2 или по отражению от угла пластины тол щиной 4 или 6 мм. Притирать преобразователь к по верхности трубы согласно инструкции не нужно.

42 Контроль. Диагностика ¹ 5. 2007

ТЕОРИЯ, МЕТОДЫ, ПРИБОРЫ, ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 1. Соответствие экспериментальных точек и расчет ных кривых настройки дефектоскопа (преобразователь П121 5 65 002, = 7,3 мкс, амплитуда от образца СО 2 равна 30 дБ). Рассчитанные кривые для отражателей с площадями:

1, 2 – s = 3 мм2; 3, 4 – s = 5 мм2; 5, 6 – s = 4 мм2; 7 – s = = 5,6 мм2; 8 – s =2,6 мм2; 9 – s = 4,3 мм2; 10 – s = 3,7 мм2. Экспериментальные точки в паре полуплоскостной отра жатель – двугранный угол: – для прямого и – для от раженного лучей; в паре зарубка – двугранный угол: – для прямого и – для отраженного лучей

Недостатки такого подхода критиковались в рабо те [4]. Проверка показала, что кривые в отчете [5], на основе которого написана инструкция [3], не соответ ствуют расчетным формулам, приведенным здесь же. Экспериментальные точки подозрительно точно сов падают с этими кривыми. Более убедительными пред ставляются экспериментальные точки с большим раз бросом (рис. 1), приведенные в [2].

Таким образом, правильная идея замены отраже ния от зарубки отражением от торца трубы была ис порчена. Предлагаемый путь устранения недостатка отражателя типа зарубка состоит в том, что после на стройки по отражениям от торца трубы чувствитель ность повышается на величину, определяемую расче том отражения от зарубки требуемых размеров.

Для этой цели из плоскодонного отверстия, разре зав его по диаметру, делаем полуплоскодонный отра жатель. Режущая плоскость служит донной поверхно стью зарубки. Между торцом трубы, ее поверхностью и преобразователем образуется двугранный угол. Да лее измеряем разность амплитуд сигналов между па

рами полуплоскодонный отражатель – двугранный угол и зарубка – двугранный угол.

Определим, в какой зоне поля преобразователя выполняется контроль. Длина ближней зоны N = a2/ , где а – радиус пьезоэлемента преобразователя. При нимая а = 5 мм, – длина волны в объекте контроля (ОК), равная 0,65 мм на частоте 5 МГц, найдем N = = 9,6 мм. Общий путь УЗ импульса r = H/cos + rпр, где Н – толщина ОК; – угол ввода; rпр – приведен

ный путь			импульса в призме преобразователя,
r	c 2	2 c	; c	пр	= 2,72 мм/с – скорость продольных
пр	пр	t

волн в призме; ct = 3,25 мм/с – скорость поперечных волн в ОК; – время задержки в призме, оно опреде ляется как разность общего времени пробега импуль са в стандартном образце СО 3 и расчетного времени пробега: 2 55/3,25 = 33,85 мкс. Для толщины Н = = 4 мм, = 65 и величины = 6,7 мкс путь r = 17 мм, т.е. примерно в 2 раза больше длины ближней зоны. Так что при H > 4 мм контроль ведется в дальней зоне.

Амплитуда отражения от двугранного угла (Рy) тру

бы Pу в функции от толщины ОК для дальней зоны

P0

определяется по формуле из [5]
	Pу		GS	,	(1)
	P0		2 r

где G – коэффициент, характеризующий отражение от углового отражателя (для углов ввода = 65…75 G = = 0,5), S – площадь пьезоэлемента преобразователя Р0 – амплитуды зондирующего импульса. Формула для амплитуды отражения от зарубки (Рз) согласно [6] имеет вид

P		Gs S
з			,	(2)
		2 r 2
P
0

где s – площадь отражающей грани зарубки. Делением (2) на (1) получим

P		2 s
з			.	(3)
Pу		r

На рис. 2 показаны кривые, рассчитанные по этой формуле, для различных преобразователей, использо ванных в [2]. Площадь s принята равной 1 мм2. Для перехода к отражателям другой площади нужно доба вить величину 20lgs .

Таким образом, для толщин по крайней мере 4…20 мм рекомендуется следующий алгоритм на стройки дефектоскопа.

1.По образцам СО 2 и СО 3 определяют угол вво да , точку выхода О и время пробега в призме преоб разователя .

2.Выбирают на рис. 2 кривую, соответствующую типу используемого преобразователя, либо, если нет

Контроль. Диагностика ¹ 5. 2007

43

ТЕОРИЯ, МЕТОДЫ, ПРИБОРЫ, ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 2. Ослабление амплитуды сигнала в зависимости от тол щины ОК для преобразователей:

1 – П121 5 65 092, = 7,3 мкс (угол ввода 65 , время про бега в призме = 7,3 мкс); 2 – П121 5 7 098, = 7,3 мкс; 3 – П121 5 75 100, = 6,7 мкс

подходящей кривой, выполняют расчет 2/ r (дБ) по формуле (3). При контроле отраженным лучом тол щину ОК удваивают.

3.Рассчитывают величину 20lgs , соответствую щую требуемому размеру зарубки.

4.Рассчитывают 20lgs + 20lg(2/ r).

5.По торцу настраивают развертку, автоматиче ский сигнализатор дефектов и чувствительность де фектоскопа.

6.Увеличивают чувствительность дефектоскопа на

величину 20lgs + 20lg(2/ r).

По указанному алгоритму были рассчитаны штри ховые кривые 7; 8; 9; 10 на рис. 1.

Приведенные формулы (1)–(3) соответствуют от ражениям в плоскопараллельном образце. На ампли туды отражений может существенно влиять кривизна поверхности трубы, а также степень притирки преоб разователя к поверхности трубы. Тем не менее эти факторы, по видимому, окажут меньшее влияние на изменение амплитуд, чем наблюдаемый разброс от изготовления зарубок. Удовлетворительное согласие с опытными данными (см. рис. 1), а часть эксперимен тальных точек получена на образцах в виде труб, сви детельствует о целесообразности применения предла гаемой методики настройки чувствительности.

ЛИТЕРАТУРА

1.Ермолов И.Н., Лагне Ю.В. Ультразвуковой контроль. М.: Машиностроение, 2004. 864 с. (Неразрушающий кон троль: справ.: в 8 т. Т. 3.)

2.Перевалов С.П. Метрологическое обеспечение нераз рушающего ультразвукового контроля. II. Сравнительный анализ различных методов изготовления компактных угло вых отражателей // Дефектоскопия. 1994. № 9. С. 32–40.

3.Инструкция по эталонированию чувствительности де фектоскопа при УЗК стыковых сварных соединений листо вых конструкций и трубопроводов с толщиной стенки ме нее 20 мм: И 18 292.00. М.: ПТИ Энергомонтажпроект, 1992.

4.Ермолов И.Н. Неудачная замена // Дефектоскопия. 2000. № 7. С. 88–90.

5.Технический отчет по теме "Разработка новых мето дов, технологий и средств УЗ контроля…". М.: НИПТКО Энергомонтажпроект, 1993.

6.Ермолов И.Н., Вопилкин А.Х., Бадалян В.Г. Расчеты в ультразвуковой дефектоскопии. М.: ООО НПЦ "ЭХО+", 2002.