Материал: технология 2008-3

8.11. Импульсы помех

Как уже указывалось, одним из признаков наличия несплошности является появление на дисплее импульса в зоне контроля. Однако в некото­рых случаях причиной таких импульсов могут быть не только несплошности, но и другие факто­ры.

Импульсы, возникающие в зоне контроля, но не связан­ные с наличием несплошностей в ожидаемой области объема заго­товки, называют импульсами помех.

Рассмотрим некоторые слу­чаи возникновения импульсов помех.

Особую группу образуют импульсы помех в начале развертки, связанные с отражениями от элементов конструкции (демпфера и призмы) ПЭП. Такие импульсы называют также реверберационными помехами преобразователя, (реверберация - многократные повтор­ные отражения). Также в начале развертки наблюдаются "контакт­ные" эхо - импульсы, которые возникают от контактной поверхности ПЭП и поверхности изделия. При работе с наклонными ПЭП такие импульсы занимают постоянное положение на горизонтальной раз­вертке дисплея в отличие от эхоимпульсов от дефектов, которые пере­мещаются по экрану при перемещении ПЭП. При контроле прямым и PC ПЭП дефектоскопист должен в начале процесса контроля "привы­кнуть" к импульсам помех - они занимают на экране постоянное положение и существуют при установке ПЭП в любую точку изделия. Эхоимпульсы от дефектов возникают между импульсами помех. Если все же имеется сомнение относительно происхождения импульса, целесообразно подключить другой ПЭП того же типа, у которого им­пульсы помех могут занимать несколько иное положение на развертке, или использовать раздельно-совмещенный ПЭП. Тогда станет понятно, является рассматриваемый импульс помехой, или это - эхоимпульс от дефекта.

Помеху могут создавать импульсы, возникающие вследствие ре­верберации в слое контактной жидкости между поверхностями ПЭП и заготовки. Их особенностью в отличие от эхоимпульсов от дефектов является неустойчивость (амплитуда меняется на глазах при неподвижном ПЭП), зависимость от слоя контактной жидкости. От та­ких помех можно избавиться, применив ПЭП с меньшими размерами контактной поверхности. Иногда помехи снимает механическая обра­ботка поверхности с целью удаления ее волнистости.

При работе наклонными ПЭП могут существовать импульсы помех, обусловленные поверхностными волнами (ПВ). Особенно часто они возникают при больших углах ввода ( > 65°). Отражаясь от поверхностных царапин, рисок, усиле­ния шва, забоин, они дают эхоимпульсы на экране дефектоскопа. Происхождение таких импульсов легко установить, если провести пальцем по поверхности контроля вокруг ПЭП. При пересечении направления распространения ПВ амплитуда эхоимпульса будет резко падать. Таким же способом можно установить и конкретное место на изделии, откуда отражается ПВ: до этого места пальцем можно менять амплитуду эхоимпульса, после него - амплитуда не меняется. После зачистки установленного участка шлифовальным кругом эхоимпульс исчезает. Случается, что при больших чувствительностях контроля ПВ на­блюдается при работе с прямым ПЭП. Обычно это бывает на поверх­ности с рисками от механической обработки. Поверхностная волна возбуждается на рисках, отражается от грани и дает эхоимпульс (рис. 8.53). При перемещении ПЭП в сторону отражателя (например, грани) поверхностной волны импульс на экране дефектоскопа будет непрерывно перемещаться к зондирующему импульсу. Версия ПВ про­веряется так же, как и в случае наклонного ПЭП.

Рис. 8.53. Возбуждение поверхностной волны (ПВ) прямым преобразователем:

1 - направление распространения ПВ.

3 - зондирующий импульс; ИП - импульс помехи; Д - донный сигнал

При работе с PC ПЭП по поверхностям с рисками от механической обработки может также возбуждаться ПВ. Это случается тогда, когда ли­ния акустического экрана PC ПЭП совпадает с направлением рисок. При расположении акустического экрана перпендикулярно рискам импульсы помехи пропадают. Эти импульсы также можно исключить, зачистив по­верхность контроля.

При контроле PC ПЭП по негладкой поверхности импульс помехи может возникнуть от поверхности углубления, заполненного контактной жидкостью. Так как скорость продольной волны в контактной жидкости в 3-4 раза меньше скорости в стали, глубиномер дефектоскопа покажет значение, в 3-4 раза большее глубины впадины на изделии.

Иногда при обнаружении дефекта PC ПЭП на экране дефекто­скопа на некотором расстоянии за эхоимпульсом от дефекта возникают один или несколько импульсов помехи. Рассмотрим одну из возможных причин их образования (рис. 8.54).

Рис. 8.54. Образование импульса помехи вследствие повторного отражения в призме

раздельно-совмещенного преобразователя

Импульс, излученный пьезоэлементом И, отражается от дефекта д, попадает на приемный пьезоэлемент П, частично преобразуется в электрический импульс и дает эхо-сигнал (ИД). Другая часть импульса отражается от пьезоэлемента П, возвращается на контактную поверх­ность, отражается от нее, опять попадает на приемный пьезоэлемент П и дает импульс помехи (ИП). Таким образом, расстояние между им­пульсом от дефекта и импульсом помехи определяется временем двойного прохождения звуком пути от пьезоэлемента П до контактной поверхности ПЭП. Импульс помехи, вызванный этой причиной, для конкретного экземпляра ПЭП всегда будет находиться на одном и том же расстоянии от эхоимпульса от дефекта. При подключении другого эк­земпляра ПЭП такой импульс помехи может возникнуть но, обычно на другом расстоянии, поскольку высота призмы у рабочих экземпляров ПЭП вследствие разного износа, как правило, не совпадает. Еще одной причиной появления импульса помехи при контроле РС ПЭП может быть эхо-сигнал, полученный от поперечной волны, которая возбуждается на границе раздела одновременно с продольной, но имеет заметно меньшую амплитуду.

Импульсы помехи могут образовываться в результате трансфор­мации волн на каких-либо поверхностях детали. Так, при контроле из­делия с цилиндрическим отверстием, от продольной волны с_l, падающей в точку А (рис. 8.55), отщепляется сдвиговая волна с_t, которая, отража­ясь от грани Б, возвраща­ется в точку А, преобразу­ется в продольную волну и дает на экране дефекто­скопа импульс помехи.

Рис. 8.55. Образование импульсов помехи при трансформации волн

Для таких импуль­сов характерно, что они возникают всегда в опре­деленных местах детали, в рассмотренном примере - при переме­щении ПЭП параллельно оси цилиндра по линии, проходящей че­рез точку О. Их положение на экране можно обосновать, подсчитав путь, проходимый волной в детали, с учетом типа волны и ее ско­рости на каждом участке.

При работе наклонными ПЭП с углами ввода поперечной волны 35° - 40° следует иметь в виду возможность существования продоль­ной волны под углом около 80°. Хотя ее интенсивность значительно ниже, чем у поперечной волны, при высокой чувствительности может возбуждаться импульс помехи.

В изделиях большой толщины и с низким затуханием ультразву­ка могут возникать реверберационные импульсы помех (фантомы). Физическая причина их образования и особенности, отличающие их от эхоимпульсов от дефектов, указаны в главе 6. Дополнительным способом идентификации таких импульсов является способ "пальпирования" (прощупывания пальцем, смоченным контактной жидкостью) поверхности изделия в области отражения донного сигнала. Если это импульс помехи, то его высота будет изменяться синхронно с касанием поверхности.

Вообще способ пальпирования довольно часто оказывается хо­рошей помощью в расшифровке причин тех или иных эхоимпульсов. Следует иметь в виду, что он действует только на продольную волну, либо когда она существует непосредственно (например, при падении продольной волны на плоскость), либо когда она возбуждается в результате трансформации (например, при падении поперечной волны в двугранный угол).

Особый вид помех может возникать в заготовках из аустенитной стали (например, из стали 08Х18Н10Т) с выраженными зонами разнозернистости, где в пределах одной заготовки величина зерна может изменяться от 45 мкм (5 - 6 балл) до 350 – 500 мкм (-1  0 балл). Если локализованная зона крупного зерна находится у поверхности заготовки, то при УЗ контроле поперечными волнами наклонным ПЭП могут возникать отдельные индикации вследствие отражения от двугранного угла, образованного границей крупного зерна и поверхностью заготовки. Индикации могут иметь большую амплитуду и по многим признакам могут быть похожи на эхо-сигналы от поверхностных трещин. В частности, при пальпировании поверхности в области падения УЗ волны индикации меняют свою амплитуду. Для подтверждения наличия крупнозернистой зоны и отсутствия несплошностей в этом случае целесообразно выполнить следующие действия:

- провести УЗ контроль по поверхности, на которую выходит зона крупнозернистости. При этом могут быть применены как прямые, так и наклонные РС ПЭП, возбуждающие продольную волну;

- выполнить контроль поверхности крупнозернистой зоны капиллярной дефектоскопией;

- выполнить травление поверхности и макроконтроль как с целью проверки отсутствия несплошностей, так и для определения величины зерна.

Если выполняется УЗ контроль объекта сложной геометрической формы или ограниченных геометрических размеров, то в рабочей части экрана могут постоянно находиться эхоимпульсы от элементов формы - выступов, поверхностей цилиндров, двугранных углов и др. Картина может усложняться импульсами, воз­никающими в результате трансформации волн.

Характерным примером является УЗ контроль кольцевого сварного шва трубы при наличии под швом подкладного кольца (рис. 8.56). При перемещении преобразователя со стороны позиции 1 в направлении позиции 2 сначала появится эхо-сигнал от дефекта (позиция 1), а затем от двугранного угла в подкладном кольце (позиция 2). При определенных соотношениях между геометрическими размерами кольца и глубиной залегания дефекта расстояние по лучу до дефекта r_д (позиция 1) равно расстоянию по лучу до двугранного угла в подкладном кольце r_к (позиция 2). Соответственно, совпадают показания глубины залегания отражателя h и расстояние до его проекции на поверхность контроля x_д = x_к. В связи с этим отражение от подкладного кольца может быть ошибочно принято за сигнал от дефекта. Отличить эти сигналы позволяют следующие особенности их выявления:

- проекция дефекта на поверхность контроля Д показывает, что отражатель находится в наплавленном металле, в то время, как проекция двугранного угла К оказывается либо за пределами наплавленного металла, либо на заметном расстоянии от центра шва;

- эхо-сигнал от кольца наблюдается на многих участках по периметру шва, а от дефекта – на отдельных участках периметра;

- дефект выявляется с двух сторон шва: справа на рисунке – однажды отраженным лучом, слева – прямым лучом. При этом проекция несплошности попадает в одну точку поверхности контроля. Кольцо выявляется также с двух сторон, однако проекции двугранных углов на поверхность контроля не совпадают: при контроле справа выявляется левый двугранный угол, а слева – правый. При необходимости, для проверки выявляемости прямым лучом следует удалить усиление шва.

Рис. 8.56. Выявление несплошностей на фоне эхо-сигналов от подкладного кольца

При анализе индикаций в объектах сложной формы или ограниченных геометрических размеров очень полезно использовать графическое представление результатов контроля как это указано в разделе 10.8.10. При этом необходимо насколько возможно точно прорисовать фактическое сечение объекта контроля в плоскости падения лучей, ход лучей и положение отражателя.

Во всех случаях тщательный анализ конкретной ситуации с учетом всех особенностей, изложенных в этом разделе, позволит отличить эхоимпульсы от дефектов от импульсов помех. При анализе целесообразно провести сравнение картины на дисплее в ис­следуемом месте с картинами в таких же местах других изделий того же типоразмера. Полная повторяемость картины укажет на на­личие импульсов помех. Некоторые типы современных УЗ дефектоскопов позволяют запомнить А-развертку с эхо-сигналами от элементов формы и в дальнейшем, во время контроля, воспроизводить ее на экране в виде фонового изображения пониженной яркости (или другого цвета). В процессе контроля можно постоянно сравнивать текущую А - развертку с фоновой.

8.12. Надежность, достоверность и воспроизводимость результатов ультразвукового контроля

Предположим, что при постановке задачи специалистам нераз­рушающего контроля, описываются фактические размеры и форма несплошностей, обязательных для регистрации. Используя все физичес­кие и аппаратурные возможности, разрабатываются две самые совер­шенные методики: одна - по радиографическому контролю, вторая - по УЗ контролю. В полном соответствии с этими методиками проводят кон­троль некоторого количества объектов. После этого объекты режут на тонкие пластины или сошлифовывают с целью определения фактичес­кого количества всех несплошностей, подлежащих регистрации.

Тогда показателем надежности метода неразрушающего контроля назовем отношение количества несплошностей, под­лежащих регистрации и выявленных данным методом контроля, к фактическому количеству таких несплошностей в объектах кон­троля. Не существует каких-либо общих оценок надежности метода контроля в такой постановке вопроса, она может быть определена только для конкретных объектов и при установленных требованиях к фактичес­ким размерам и другим характеристикам несплошностей, подлежащих выявлению.

При составлении реальных методик УЗ контроля всегда учиты­вают его физические особенности, поэтому и параметры несплош­ностей, подлежащих выявлению, описывают на основе косвенных ха­рактеристик - измеряемых акустических и условных геометрических параметров. Реальные методики контроля, как правило, ориентируют­ся на выявление наиболее вероятных, а не абсолютно всех несплош­ностей, с акустическими параметрами, подлежащими регистрации. Так, например, в листовом прокате наиболее вероятны несплошности с ориентацией, параллельной поверхности листа. Поэтому методика и ориентируется на выявление именно таких несплошностей. Несплош­ности небольших размеров, расположенные наклонно, при контроле по такой мето­дике не будут обнаружены.

Поэтому показателем надежности методики УЗ контроля назовем отношение количества несплошностей, подлежащих регистрации и выявленных при УЗ контроле по данной методи­ке, к фактическому количеству несплошностей, которые могут быть выявлены УЗ методом контроля и имеют акустические и условные геометрические параметры, подлежащие регистрации. С этим видом надежности тесно переплетается понятие выявляемости несплошностей. Под выявляемостью несплошностей понимают способность системы УЗ контроля, применяемой в соответствии с данной методикой контроля, выявлять в данном материале не­сплошности с заданными параметрами (размерами, ориентацией, типом, местоположением). Так, например, если при контроле сварного соединения не применяется способ тандем, можно говорить о низкой выявляемости дефектов с вертикальной ориентацией. При составле­нии методики УЗ контроля следует стремиться к тому, чтобы ее надеж­ность была не ниже 95%. Существует обоснованное мнение, что для повышения надежности выявления несплошностей с неблагоприятной ориентацией, следует повышать чувствительность УЗ контроля до уровня, соответствующего регистрации волн, дифрагированных на дефекте. Предельная чувствительность при этом составляет 0,4 1, 5 мм². Однако при этом может резко возрасти количество эхоимпуль­сов, которые должен анализировать дефектоскопист. Увеличивается и вероятность перебраковки объекта контроля.

Сформулируем также понятие надежности проведения УЗ кон­троля. При этом предположим, что УЗ контроль выполняется в полном соответствии с предписанными правилами (стандартом, методикой, инструкцией и т.д.): дефектоскопист имеет необходимую квалифика­цию, в полной мере выполнены требования к рабочему месту, аттес­тованы и поверены средства контроля, дефектоскопист внимателен, параметры контроля соблюдаются и т.д. Тогда назовем показателем надежности проведения УЗ контроля отношение количества не­сплошностей, подлежащих регистрации и обнаруженных дефектоскопистом, к количеству всех несплошностей, которые долж­ны быть выявлены при этом контроле.

Последний вид надежности имеет наибольшее значение для практики УЗ контроля, поскольку обычно задачей дефектоскопистов является проведение УЗ контроля по указанным ему методическим документам. Поэтому в дальнейшем будем называть надежность про­ведения контроля просто надежностью контроля. Показатель надеж­ности контроля при полностью правильном исполнении методики со­ставляет также не менее 95%. Почему все же существует вероятность того, что некоторые дефекты не будут выявлены? Реальный процесс УЗ контроля даже самым опытным дефектоскопистом имеет некото­рые отклонения от предписанных требований: