Идентификационные признаки дефектов при УЗК - Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Вернуться   Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист > Форум Дефектоскопист > Статьи о дефектоскопии


Старый 20.03.2015, 00:59   #1
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию Идентификационные признаки дефектов при УЗК

Идентификационные признаки дефектов при УЗК

Об авторе:


Цомук Сергей Роальдович
Генеральный директор ЗАО «Фирма Зонд»,
Санкт-Петербург, к. т. н.,
III уровень по акустическому виду НК

Ультразвуковой (акустический) метод НК позволяет измерить значительное число характеристик дефектов и по величине как самих характеристик, так и их соотношений (признаков дефектов) получить внушительный объем информации о выявленном дефекте. Высокая информативность УЗК - одно из основных достоинств данного метода.

По величине основных измеряемых характеристик (амплитуда сигнала, коэффициент выявляемости, координаты и условные размеры дефекта, эквивалентная площадь) производят разбраковку изделий, а по величине дополнительных измеряемых характеристик и соотношениям между измеряемыми характеристиками получают дополнительную информацию о виде, форме, ориентации, реальных размерах выявленных дефектов. Решение последней задачи особенно актуально вследствие наличия двух известных факторов:

1) потенциальная опасность плоскостного дефекта на 1 - 2 порядка выше, чем объемного;

2) количество имеющих место объемных дефектов зачастую значительно превосходит количество плоскостных.

Вследствие этих двух причин система разбраковки только по основным измеряемым характеристикам обычно приводит к неоправданным потерям на ремонтные работы. Именно поэтому в течение последних сорока лет ведутся активные исследования возможности оценки формы дефектов и разделения их на несколько классов - такую процедуру называют идентификацией дефектов. К настоящему моменту времени разработано и исследовано большое количество идентификационных признаков дефектов. Их можно разделить по:

- частотной характеристике (измерение параметров спектра сигнала или моночастотного сигнала);

- природе используемых волн (отраженные, дифрагированные);

- типу используемых волн (продольные, поперечные или те и другие);

- количеству ПЭП (от одного до трех), используемых в измерениях;

- типу используемых в измерениях ПЭП (типовой наклонный, с переменным углом ввода луча типа «Парус» и т. д.);

- углу между направлением озвучивания и приема волн и пр.

Весьма интересны и перспективны признаки, основанные на измерении характеристик спектра отраженного сигнала. Теория этой группы и вопросы ее применения на практике в нашей стране развиты в основном в работах НПО «ЦНИИТМАШ» [1, 2] и требуют использования специализированной аппаратуры, включая широкополосные ПЭП, с соответствующим ПО. В данном обзоре, не претендующем на анализ всех известных в настоящее время признаков, оставим за рамками рассмотрения как спектральные характеристики, так и широко известные методы акустической голографии с когерентной обработкой сигналов (например, [3]), линейный метод фокусированной синтезированной апертуры (SAFT) и пр. и ограничимся только признаками, которые можно измерить на типовой дефектоскопической аппаратуре для ручного контроля.

В современных публикациях по УЗК такие признаки обычно разделяют на три группы:

1. Основанные на измерениях условных размеров дефектов (эхо-метод);

2. Основанные на определении акустического коэффициента формы (эхозеркальный метод);

3. Основанные на регистрации сигналов, возникающих при дифракции ультразвуковых колебаний на дефекте (TOFD, дельта-метод, Ktl-метод).

Группа 1. Условные размеры дефекта являются параметрами огибающей амплитуд эхо-сигналов, измеренными на ее определенном уровне [4]. Наиболее широко известны и используются линейные условные размеры, мм, соответствующие расстоянию между двумя «крайними» положениями преобразователя, перемещаемого в плоскости падения луча или в дополнительной плоскости. Схема измерения условных ширины ΔХ, высоты ΔН и протяженности ΔL дефекта приведена на рис. 1.


Рис. 1. Схема измерения линейных условных размеров дефекта

Различают два способа определения «крайних» положений преобразователя, отличающихся по информативности: «относительный» и «абсолютный» [5].

Все признаки группы 1 базируются на сравнении измеренного на дефекте значения условного размера (обозначаются индексом «д») со значением, измеренным на отражателе с известной индикатрисой рассеяния (обозначаются индексом «0»). При использовании линейных условных размеров в качестве такого отражателя применяют боковое цилиндрическое отверстие, в качестве идентификационных признаков предлагают следующие:



где условные размеры, как правило, измерены относительным способом.

С помощью признака KΔl оценивают не форму, а протяженность дефекта [5], и по его значению дефекты разделяют на компактные K Δl ≤1 ( Δlд ≤ L0 )и протяженные K Δl > 1 (ΔLд >ΔL0)


Рис. 2. Расчетные зависимости ц от характеристического размера отражателя, расположенного на глубине Н

С помощью признака Кμ дефекты пытаются разделить на плоскостные и объемные, а также оценить ориентацию плоскостных дефектов. Очевидно, что для объемного дефекта величина Кμ постоянна, и измерения показывают, что она чуть больше двух. График зависимости имеет вид, показанный на рис. 2 [6]. К основным недостаткам этого признака относятся:

- низкая информативность для дефектов с зеркальной отражающей поверхностью;

- большие суммарные погрешности, обусловленные необходимостью измерения четырех величин;

- низкая разрешающая способность распознавания при b/Н < 0,2.
Изображения
Тип файла: jpg 00.jpg (10.7 Кб, 717 просмотров)
Тип файла: jpg 1.jpg (43.4 Кб, 721 просмотров)
Тип файла: jpg f1.jpg (14.1 Кб, 702 просмотров)
Тип файла: jpg 2.jpg (22.4 Кб, 705 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 20.03.2015, 01:01   #2
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию

Менее известны и применимы угловые условные размеры дефектов. Их измеряют в градусах и часто называют углами индикации дефектов в центре (Δγц) и на краю (Δγк для протяженных дефектов). Процедура измерений аналогична измерениям линейных условных размеров, но преобразователь смещают по окружности радиуса 1д с центром в проекции дефекта на контактную поверхность. На рис. 3 в качестве примера приведена схема измерений Δγц отражателя типа бесконечная плоскость.


Рис. 3. Схема измерения угла индикации

Угловые условные размеры характеризуют форму дефекта в плане соединения. Точность измерения и идентификации повышается, если в качестве идентификационного признака использовать не абсолютное значение углов индикации, а относительное, применяя в качестве эталонного отражателя бесконечную плоскость (рис. 3):



В этом случае решающее правило распознавания дефектов, например, при измерении в центре, имеет следующий вид: плоскостной дефект Кγц = 1; округлый дефект Кγц >> 1.

Погрешность измерения этих признаков подобна погрешности измерения координат дефекта, к которой необходимо добавить составляющие, связанные с точностью определения центра окружности и траектории поворота. Для повышения точности применяют приспособления циркульного типа.

Группа 2. Для измерения признаков этой группы используют так называемую тандем-схему включения преобразователей, то есть схему, при которой два соосно расположенных преобразователя работают в режиме «излучение - прием». В основу работы по этой схеме положен анализ индикатрисы рассеяния при озвучивании отражателя с определенных направлений [7].

Из имеющих место сигналов для рассмотрения обычно выбирают два: эхо-сигнал, отраженный от дефекта, и сигнал, испытавший отражение от дефекта и от донной поверхности. Соотношение между амплитудами этих сигналов называют коэффициентом формы дефекта Кф.


Рис. 4. Измерение Кф при наличии округлого дефекта

Для округлого отражателя, залегающего на глубине Нд (рис. 4), разность хода лучей, а, следовательно, и затухания приводит к следующим соотношениям:

Изображения
Тип файла: jpg 3.jpg (20.6 Кб, 694 просмотров)
Тип файла: jpg f2.jpg (7.1 Кб, 675 просмотров)
Тип файла: jpg 4.jpg (25.8 Кб, 687 просмотров)
Тип файла: jpg f3.jpg (7.4 Кб, 672 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 20.03.2015, 01:03   #3
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 5. Измерение Кф при наличии плоскостного дефекта

При наличии плоскостного дефекта с зеркально отражающей поверхностью или близкой к ней ситуация меняется на противоположную: поскольку такой дефект имеет направленную индикатрису рассеяния, основная энергия уходит от него в сторону донной поверхности, отразившись от которой принимается вторым преобразователем (рис. 5). Вследствие этого соотношение сигналов (U1 - U2) меняется, и для плоскостного дефекта получают:



Экспериментально доказано [8], что разница в коэффициенте формы для объемных и округлых дефектов (разрешающая способность распознавания) составляет 10 - 15 дБ. К достоинствам этого признака также относятся:

- высокая вероятность правильного определения вида дефекта;

- конкретность числового значения Кф, что позволяет использовать его в качестве браковочного критерия;

- независимость результатов от уровня чувствительности.

Для более надежного распознавания вида дефекта Кф, как правило, измеряют с двух сторон шва, а при наличии протяженного дефекта - в нескольких его сечениях. Из понятных физических соображений окончательный вывод делается по наименьшему значению Кф. Отметим, что различие знаков коэффициента формы при измерениях с разных сторон обычно свидетельствует о наличии непровара. Это объясняется тем, что поверхность непровара часто является комбинацией плоской и выпуклой поверхностей, о чем и свидетельствует неопределенность знака Кф на данном дефекте.

Наряду с перечисленными достоинствами имеет место ряд недостатков Кф, основными из которых являются:

- возможность эффективного применения только при значительной толщине изделия (более 60 мм);

- неинформативность для плоскостных дефектов с диффузной отражающей поверхностью;

- необходимость использования так называемой бинарной системы преобразователей и, как следствие этого, необходимость подбора преобразователей с одинаковыми параметрами, правильного взаиморасположения преобразователей и обеспечения для них акустического контакта;

- наличие дополнительных требований к габаритам изделия и размеру преобразователей.


Рис. 6. Схема измерения Кфт

Исключению последнего недостатка способствуют использование тандем-схемы с трансформацией волн (7-тандем, рис. 6) и измерение признака Кфт [9], а также так называемой схемы «корневой тандем» [10].

Группа 3. Признаки этой группы базируются на сравнении амплитудновременных характеристик волн, дифрагированных и/или отраженных дефектами разной формы.

Временные методы основаны на определении времени задержки между сигналом дифрагированной волны и каким-либо опорным сигналом или между двумя дифрагированными сигналами. Эта задержка пересчитывается в размер дефекта. Амплитудные методы основаны на определении соотношения амплитуд двух дифрагированных волн или дифрагированной и отраженной волн. По измерениям амплитуд (соотношениям амплитуд) судят о форме дефекта.

Используют разные схемы измерения. Наиболее известными являются:


Рис. 7. Схема дельта-метода

1. Дифракционно-аплитудно-временной (дельта-метод наклонными ПЭП [11]) и вариант этого метода - дифракционно-временной (метод TOFD наклонными ПЭП). Эти методы (рис. 7) предполагают применение двух наклонных преобразователей и анализ параметров отраженных или дифрагированных на дефекте волн.

Измерение величины Δt - разности времен прихода сигналов при озвучивании верхнего и нижнего края дефекта позволяет оценить размер дефекта. Измерение соотношения амплитуд позволяет оценить остроту кромок, то есть форму и потенциальную опасность дефекта. В связи с этим при измерении по такой схеме вводят признак Кξ [11], зависящий от соотношения амплитуд, угла ввода, рабочей частоты и величины Δt. Расчетами и экспериментальными исследованиями показано, что, например, для плоскостных дефектов значение Кξ не превосходит 0,05 - 0,06, для объемных составляет ~ 0,1 - 0,13.
Изображения
Тип файла: jpg 5.jpg (21.2 Кб, 679 просмотров)
Тип файла: jpg 6.jpg (13.0 Кб, 676 просмотров)
Тип файла: jpg f4.jpg (6.8 Кб, 670 просмотров)
Тип файла: jpg 7.jpg (13.3 Кб, 677 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 20.03.2015, 01:07   #4
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию

2. Дельта-метод наклонным и нормальным ПЭП: здесь также измеряют амплитуды как отраженных, так и дифрагированных на дефекте волн; при этом используют два ПЭП (нормальный и наклонный), которые включают на разных стадиях измерений по совмещенной и/или раздельной схемам. Две наиболее опробованные схемы такой дельтаметодики представлены на рис. 8.


Рис. 8. Схемы реализации дельта-метода наклонным и нормальным ПЭП при излучении поперечной (а) и продольной волны (б)

Метод, проиллюстрированный на рис. 8а, предполагает [12] измерение координаты дефекта и амплитуд сигналов продольных волн, рассеянных на дефекте, при двух положениях излучателя, соответствующих озвучиванию прямым (U1) и отраженным (U2) лучом. Затем значения полученных характеристик



переносят на специальный график «идентификатор дефектов», по которому и оценивают форму выявленного дефекта.


Рис. 9. Кл-метод

3. Ки-метод идентификации дефектов [13] интересен тем, что не требует использования бинарной системы ПЭП, всегда имеющей ряд ограничений. Он базируется на анализе соотношения амплитуд двух сигналов (рис. 9): обычного отраженного эхо-сигнала поперечной волны (Utt) и сигнала продольной волны, рассеянной дефектом обратно к излучающему преобразователю, который возникает в результате трансформации на дефекте падающей поперечной волны (Utl). Таким образом, Кtl = Utl / Utt.

Для приема трансформированного сигнала используют дополнительную пьезопластину, расположенную на призме с углом, который несложно определить по закону Снеллиуса.

Учет разницы чувствительностей используемого преобразователя по каналам «tt» и «Н» требует нормирования по эталонному отражателю, в качестве которого используют боковое цилиндрическое отверстие, вследствие чего в окончательном виде в качестве признака используют



Исследованиями показано, что разница в значениях K*tl для плоскостных и объемных дефектов существенна и составляет порядка 13 дБ.

В заключение необходимо отметить, что вследствие разнообразия типоразмеров дефектов использование только одного признака не может эффективно решить задачу определения формы, ориентации, размера дефекта. Для достоверного решения этой сложной задачи необходимо использовать алгоритм, оптимизирующий сочетание разных признаков с учетом как их эффективности, так и экономической целесообразности использования. Среди теоретических попыток разработать такой алгоритм необходимо отметить работу [14], среди практических - европейские программы серии PISC, а также подобную работу, проведенную в СССР в конце 1980-х гг., инициатором которой выступало НПО «ЦНИИТМАШ», а участниками - ряд ведущих в области УЗК организаций страны (НИИ мостов, ПО «Ижорский завод», ПО Атоммаш, РИСХМ и др.).


Литература

1. Вопилкин А. Х., Ермолов И. Н., Стасеев В. Г. Экспериментальные исследования ультразвукового спектрального метода определения характера дефектов. - Дефектоскопия. 1978. № 1. С. 40-53.

2. Ермолов И. Н., Вопилкин А. Х., Рыжов-Никонов В. И. Исследование спектрального метода ультразвуковой дефектоскопии. - В кн.: Ультразвуковой контроль сварных соединений. -Л.: ЛДНТП, 1972, с. 5-9.

3. Бадалян В. Г., Базулин Е. Г., Вопилкин А. Х. и др. Ультразвуковая дефектометрия металлов с применением голографических методов / Под ред. А. Х. Во-пилкина. - М.: Машиностроение, 2008. - 368 с.

4. Гурвич А. К. Огибающие последовательности эхо-сигналов и их основные числовые характеристики. - Дефектоскопия. 1975/ № 1. С. 141-144.

5. Гурвич А. К., Кузьмина Л. И. Справочные диаграммы направленности искателей ультразвуковых дефектоскопов. - Киев: Техника, 1980. - 101 с.

6. Гурвич А. К., Кузьмина Л. И. Отношение условной ширины к условной высоте дефекта как информационная характеристика конфигурации и ориентации дефекта. - В кн.: Ультразвуковой контроль сварных соединений. - Л.: ЛДНТП, 1972, с. 29-35.

7. Щербинский В. Г., Белый В. Е. Новый информативный признак характера дефектов при ультразвуковом контроле. - Дефектоскопия. 1975. № 3. С. 27-37.

8. Щербинский В. Г., Белый В. Е. Эхозеркальный ультразвуковой метод обнаружения и распознавания дефектов сварных швов. -М.: Машиностроение, 1980. - 40 с.

9. Гребенников В. В., Лебедев Н. Е. Эхозеркальный способ ультразвукового контроля с трансформацией упругих волн. - Дефектоскопия. 1979. № 10. С. 73-78.

10. ПНАЭ Г-7-030-91. Унифицированные методики контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов, атомных энергетических установок. Ультразвуковой контроль. Ч. II. Контроль сварных соединений и наплавки.

11. Григорьев М. В., Гурвич А. К., Гребенников В. В., Семерханов С. В. Ультразвуковой способ определения размеров трещин. - Дефектоскопия. 1979. № 6. С. 50-56.

12. Гурвич А. К., Кузьмина Л. И., Федорова Е. Л. Об информативности измеряемых характеристик дефектов при контроле дельта-методом. - Сб. тезисов докладов Х Всесоюзной научно-техн. конф. «Неразрушающие физические методы и средства контроля», Львов: 1984.

13. Цомук С. Р. Экспериментальные исследования отношения амплитуд волн разного типа как идентификационного признака дефекта. -Сб. трудов XI Всесоюзной конф. по неразрушающему контролю. - М.: 1987, ч. 1, с. 134.

14. Гурвич А. К., Дымкин Г. Я., Фрадков А. Л. Постановка задачи оптимизации алгоритмов идентификации дефектов в сварных соединениях по данным ультразвукового контроля. - Дефектоскопия. 1980. № 3. С .9-17.
Изображения
Тип файла: jpg 8.jpg (22.3 Кб, 678 просмотров)
Тип файла: jpg f5.jpg (4.4 Кб, 662 просмотров)
Тип файла: jpg f6.jpg (3.5 Кб, 661 просмотров)
Тип файла: jpg 9.jpg (22.5 Кб, 675 просмотров)
  Ответить с цитированием
2 благодарности(ей) от:
Акреций (16.06.2018), селиван (19.04.2017)
Старый 20.03.2015, 04:46   #5
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 2,543
Благодарил(а): 58 раз(а)
Поблагодарили: 276 раз(а)
Записей в дневнике: 3
Репутация: 233
По умолчанию

Цомук С.Р. Идентификационные признаки дефектов при УЗК. − В мире НК. – Декабрь 2010 г. − № 4 (50). − С. 16–19. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.
Вложения
Тип файла: pdf 50_16-19.pdf (1.50 Мб, 300 просмотров)
admin вне форума   Ответить с цитированием
Старый 19.11.2015, 07:41   #6
vicsan
Новичок
 
Регистрация: 15.09.2014
Сообщений: 10
Благодарил(а): 7 раз(а)
Поблагодарили: 0 раз(а)
Репутация: 0
По умолчанию

Спасибо. Почитаем.
vicsan вне форума   Ответить с цитированием
Ответ
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Проблемы прогнозирования работоспособности конструкций по данным НК В мире НК Статьи о дефектоскопии 5 12.10.2015 04:56
Особенности и проблемы неразрушающего контроля литой заготовки В мире НК Статьи о дефектоскопии 1 06.09.2015 07:24
Оценка потенциальной опасности дефектов при автоматизированном УЗК объектов В мире НК Статьи о дефектоскопии 2 13.04.2015 04:39
Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций admin Статьи о дефектоскопии 4 03.04.2014 09:57
НК как компонент стратегии минимизации рисков и затрат admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 20:45


Опции темы
Опции просмотра

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход

VK Defektoskopist OK Defektoskopist Facebook Defektoskopist Instagram Defektoskopist YouTube Defektoskopist


Текущее время: 04:54. Часовой пояс GMT +3. Copyright ©2000 - 2018. Перевод: zCarot.
Внимание, коллеги! В целях нормальной работы форума администрация оставляет за собой право на обработку персональных данных зарегистрированных пользователей. В случае вашего несогласия просьба написать жалобу на defektoskopist.ru@gmail.com