Конспекты - новый формат на "Дефектоскопист.ру". Это попытка структурировать информацию на форуме в более понятной и удобной форме. На истину в последней инстанции не претендуем - просто стремимся помочь тем людям, которые хотят разобраться в том или ином вопросе. В зависимости от вашей аппаратуры и руководящих документов на контроль могут быть расхождения с изложенным ниже. Поэтому форум форумом, но руководство по эксплуатации, технологическую карту, ТЗ на контроль, руководящую нормативно-техническую документацию нужно знать.
С правилами ухода за настроечными и мерами разобрались, с проверкой параметров и калибровкой наклонных ПЭП поперечных волн - тоже. Конспект #3 посвятим проверке параметров и калибровке "нормальных" (фокусирующие не берём) совмещённых и раздельно-совмещённых ПЭП продольных волн. В данном обзоре постараемся разобрать действия ДО этапа настройки чувствительности.
3.1. Внешний осмотр прямого ПЭП
Не должно быть сколов, трещин, разбитых разъёмов. Желательна читаемая маркировка. Недопустимы порезы, разрывы, отслоения изоляции у кабелей. Не должно быть заломов, перекрученных участков, узлов и пр. Перед работой с РС ПЭП - необходимо убедиться, что разъёмы излучателя (генератора) и приёмника не были перепутаны (см. РЭ к дефектоскопу). Далее - необходимо определить степень износа ПЭП. Для непритертых в паспорте (иногда) задают габаритную и минимальную высоту ПЭП. Оценить разность размеров ПЭП по высоте в 5 точках: в 4 углах и посередине. Оценить плоскостность рабочей поверхности прикладыванием линейки по диагоналям, а также в поперечном и продольном направлениях по нескольким позициям. При необходимости - заменить сменный эластичный протектор (если это предусмотрено конструкцией преобразователя). У притертого ПЭП проверить хотя бы прямолинейность образующих и оценить зазоры между ПЭП и НО соответствующего диаметра. При необходимости, откорректировать форму рабочей поверхности в пределах допуска на износ.
В настройках дефектоскопа нужно проследить, что после подключения ПЭП корректно заданы: а) скорость распространения продольной УЗ-волны, б) тип ПЭП (совмещённый или раздельно-совмещённый), в) рабочая частота, г) угол ввода (0 градусов), д) частота заполнения зондирующего импульса импульса (в УСД-60: для рабочей частоты 2,5 МГц, например, частота заполнения зондирующего импульса должна быть 250 Гц, для 5 МГц - 500 Гц и так далее), е) стрела - 0 мм. Значение отсечки, задержки в призме (протектора) и толщины образца (если оно осталось от ранее выполненной настройки) лучше обнулить, выключить ВРЧ/АРК. Чтобы было проще следить за максимальной амплитудой, можно рекомендовать включить огибающую. Форму пьезоэлемента тоже желательно знать. Также нужно настроить ширину (масштаб) развёртки. Для прямых ПЭП В.М. Лопатин (НУЦ "Качество") рекомендует задавать масштаб из расчёта 2t, где t - толщина образца. Также важно убедиться, что в настройках дефектоскопа правильно выбран метод измерения координат отражателей - "по пику", "по переходу через ноль" или "по фронту". Производить настройку и последующий контроль нужно при одном и том же режиме.
На руках к ПЭП неплохо бы иметь паспорт. Поверка не предполагается - вот здесь, здесь, здесь, здесь и здесь - окончательный вердикт по данному вопросу.
Важно:
- выполнять настройку по образцам, скорость распространения УЗ-волн и затухание в которых идентичны скорости и затуханию в материале ОК. Справочники со значениями скоростей для различных сплавов можно скачать здесь.
- делать это при той же температуре, при которой будет проводиться контроль.
- в процессе настройки использовать ту же контактную жидкость, что будет применяться для контроля. Подборка НТД с требованиями к КЖ.
- увы, даже наличие паспорта и свидетельства о калибровке меры - не 100% гарантия того, что она изготовлена по "фэншую". Сюрпризы случаются. Аналогично - с зарубками в НО.
- прижимать ПЭП к поверхности образца и ОК с равномерным, умеренным усилием, без фанатизма.
3.2. Определение задержки в протекторе прямого совмещённого ПЭП и в призме раздельно-совмещённого ПЭП
В ручном режиме может определяться по двум донным эхо-сигналам по СО-2 (положенный на бок СО-3 или другому плоскопараллельному образцу):
3.2.1. В настройках дефектоскопа перевести шкалу абсцисс в мкс. Убедиться, что на экране выводятся показания Sa, Sb и Sab (УСД-60).
3.2.2. Установить прямой совмещённый или раздельно-совмещённый ПЭП на верхнюю грань СО-2 (разумеется, предварительно нанести на неё контактную жидкость).
3.2.3. При необходимости - отрегулировать усиление, чтобы амплитуды первого донного сигнала превышала 50% высоты экрана, но не выходила за его пределы. Установить а-зону (первый строб) - на первый эхо-сигнал от донной поверхности, б-зону (второй строб) - на второй эхо-сигнал от донной поверхности. Амплитуда сигналов должна быть достаточной, чтобы пересекать стробы (ну или, как минимум, чтобы появлялись измерительные маркеры).
3.2.4. По формуле Тпр=Sa-Sab вычислить время задержки в призме или протекторе.
Также может определяться по первому донному эхо-сигналу в том же СО-2: после шага 3.2.2 корректируют значение протектора (задержки в призме) до получения значения глубины 20 мкс (если шкала абсцисс переведена в мкс) или до получения значения глубины 59 мм (если шкала абсцисс переведена в мм глубины).
В автоматическом режиме настройки откалибровать протектор (задержку в призме) прямого совмещённого или раздельно-совмещённого ПЭП можно по любому образцу известной толщины. Это может быть тот же СО-2 (высота - 59 мм, толщина, если положить меру набок, - 30 мм), либо положенные плашмя СО-3/СО-3Р/V1/V2/любой другой плоскопараллельный настроечный образец. Главное - точно знать скорость распространения продольной УЗ-волны (см. п. 3.1) и толщину. Для автоматической калибровки протектора (задержки в призме) необходимо:
3.2.5. В настройках дефектоскопа задать точное значение толщины образца.
3.2.6. Выбрать автоматическую калибровку протектора (задержки в призме) по образцу.
3.2.7. После перехода в режим калибровки нужно установить а-зону (первый строб) и б-зону (второй строб) на первый и второй эхо-сигналы, отражённые от донной поверхности, соответственно.
3.2.8. Убедившись, что амплитуда сигнала стабилизировалась и что на экране дефектоскопа отображается значение протектора (задержки в призме) в мкс (μs) - применить результаты калибровки.
3.2.9. После выхода из режима калибровки проверить корректность получившихся настроек по образцам известной толщины.
3.3. Оценка мёртвой зоны совмещённого прямого ПЭП
Выполняется после настройки чувствительности по тем же БЦО Ø2 мм на глубине 3 и 8 мм в СО-2. В зависимости от наличия/отсутствия чётко различимого эхо-сигнала от данных БЦО мёртвая зона может составлять менее 3 мм, либо находиться в пределах 3-8 мм, либо превышать 8 мм.
Также мёртвую зону можно проверить по СО-1, СО-3Р (вот здесь про рельсовую дефектоскопию, где этот образец используется чаще всего), V1 (см. п. 7.1.9 в ГОСТ Р 50.05.05-2018) и специально изготовленным настроечным образцам.
У прямых РС ПЭП тоже есть мёртвая зона, но в литературе говорится про 0,5-1 мм. У фокусирующих всё может быть иначе.
3.4. Определение лучевой разрешающей способности прямого ПЭП
Выполняется по ступенчатому пазу в СО-1. Если все три отражателя разрешаются, то на экране отображаются три импульса, расстояние между которыми соответствует по стали 5,5 мм (между 1 и 2 эхо-сигналами) и 11 мм (между 2 и 3 эхо-сигналами). Также возможна проверка мёртвой зоны прямого ПЭП V1 (на глубине 6 и 15 мм), СО-4 (с. 146 в 3-м изд. учебника В.Г. Щербинского "Технология ультразвукового контроля сварных соединений") или специальным контрольным образцам.
Зачастую для определения параметров и калибровки прямых совмещённых и раздельно-совмещённых ПЭП достаточно выполнения п. 3.1-3.3. Остальные пункты многими российскими НТД не требуются, но при наличии СО-1/СО-2/СО-3Р/V1/специальных контрольных образцов можно попробовать. Предполагается, что точка выхода прямого совпадает с геометрическим центром пьезопластины, а направление акустической оси перпендикулярно к поверхности ввода, то есть угол ввода составляет ноль градусов (см. п. 4.1 в ГОСТ Р ИСО 16811-2016).
Но есть исключения: например, РД 34.17.415-96 "Инструкция по проведению ультразвукового контроля крепежа энергооборудования", п. 2.4. которого содержит требования к отклонению акустической оси от нормали к контактной поверхности ПЭП (оно не должно превышать 2°) и даже к ширине основного лепестка диаграммы направленности (на уровне 0,5Амакс в режиме излучения должна составлять 12°±30' для ПЭП с частотой 5 МГц и 14°±30' для ПЭП с частотой 2,5 МГц). Другой пример - п. 7.1.10 в ГОСТ Р 50.05.05-2018, который требует, чтобы отклонение акустической оси от нормали к поверхности не превышало 2° и содержит способ его определения. При работе с РС ПЭП - тот же стандарт требует проверять у них фокусное расстояние по образцам-ступенькам.
Полная номенклатура основных показателей нефокусирующих прямых и РС ПЭП приведена в п. 5.8 стандарта ГОСТ Р 55725-2013. Все они определяются изготовителем и указываются в паспорте ПЭП.
3.9. Особенность настройки с притёртыми прямыми ПЭП
Притирать прямые РС ПЭП необходимо в направлении, перпендикулярном акустическому экрану. Подробнее о профилировании - см. ГОСТ Р ИСО 16811-2016.
3.10. Вопросы без ответов
3.10.1. Для каких задач лучше подходит метод измерения координат отражателей "по фронту"? В РЭ к УД9812 в п. 9.4.7 говорится о том, что при настройке нужно использовать тот же метод измерения, что и при последующей контроле, и как раз рассматривается вариант с измерением "по фронту". В п. 3.1.5 РЭ к УСД-60, например, говорится о том, что для дефектоскопии в основном применяется метод "по пику", а для толщинометрии - "по переходу через ноль". Если правильно понимаю, то по фронту - рекомендуется для малых толщины. Нет? В чём здесь дзен?
3.10.2. Прямой РС ПЭП и фокусирующий РС ПЭП - ведь не одно и то же? Если правильно понимаю, то фокусирующие отличаются тем, что в них изогнутые пьезоэлементы и/или специальные линзы? Но если это действительно разные вещи, то почему п. 7.1.6 в ГОСТ Р 50.05.05-2018 требует, чтобы для определения работоспособности дефектоскопа с прямым РС ПЭП необходимо определять мёртвую зону и глубину фокуса? Никаких уточнений по поводу того, что речь там идёт именно о фокусирующих ПЭП, - не нашёл. Но если это одно и то же (РС ПЭП и фокусирующий), то почему в ГОСТ Р ИСО 5577-2009 эти понятия разделены? Зона и точка схождения там одно, фокальная зона и фокус - другое, аналогично - расстояние схождения и фокусное расстояние. Возможно, рисунки бы помогли разобраться - но если ход лучей в РС ПЭП там понятно нарисован (рис. 8), то фокус изображен в виде графика (рис. 20). В общем, непонятно.
С правилами ухода за настроечными и мерами разобрались, с проверкой параметров и калибровкой наклонных ПЭП поперечных волн - тоже. Конспект #3 посвятим проверке параметров и калибровке "нормальных" (фокусирующие не берём) совмещённых и раздельно-совмещённых ПЭП продольных волн. В данном обзоре постараемся разобрать действия ДО этапа настройки чувствительности.
3.1. Внешний осмотр прямого ПЭП
Не должно быть сколов, трещин, разбитых разъёмов. Желательна читаемая маркировка. Недопустимы порезы, разрывы, отслоения изоляции у кабелей. Не должно быть заломов, перекрученных участков, узлов и пр. Перед работой с РС ПЭП - необходимо убедиться, что разъёмы излучателя (генератора) и приёмника не были перепутаны (см. РЭ к дефектоскопу). Далее - необходимо определить степень износа ПЭП. Для непритертых в паспорте (иногда) задают габаритную и минимальную высоту ПЭП. Оценить разность размеров ПЭП по высоте в 5 точках: в 4 углах и посередине. Оценить плоскостность рабочей поверхности прикладыванием линейки по диагоналям, а также в поперечном и продольном направлениях по нескольким позициям. При необходимости - заменить сменный эластичный протектор (если это предусмотрено конструкцией преобразователя). У притертого ПЭП проверить хотя бы прямолинейность образующих и оценить зазоры между ПЭП и НО соответствующего диаметра. При необходимости, откорректировать форму рабочей поверхности в пределах допуска на износ.
В настройках дефектоскопа нужно проследить, что после подключения ПЭП корректно заданы: а) скорость распространения продольной УЗ-волны, б) тип ПЭП (совмещённый или раздельно-совмещённый), в) рабочая частота, г) угол ввода (0 градусов), д) частота заполнения зондирующего импульса импульса (в УСД-60: для рабочей частоты 2,5 МГц, например, частота заполнения зондирующего импульса должна быть 250 Гц, для 5 МГц - 500 Гц и так далее), е) стрела - 0 мм. Значение отсечки, задержки в призме (протектора) и толщины образца (если оно осталось от ранее выполненной настройки) лучше обнулить, выключить ВРЧ/АРК. Чтобы было проще следить за максимальной амплитудой, можно рекомендовать включить огибающую. Форму пьезоэлемента тоже желательно знать. Также нужно настроить ширину (масштаб) развёртки. Для прямых ПЭП В.М. Лопатин (НУЦ "Качество") рекомендует задавать масштаб из расчёта 2t, где t - толщина образца. Также важно убедиться, что в настройках дефектоскопа правильно выбран метод измерения координат отражателей - "по пику", "по переходу через ноль" или "по фронту". Производить настройку и последующий контроль нужно при одном и том же режиме.
На руках к ПЭП неплохо бы иметь паспорт. Поверка не предполагается - вот здесь, здесь, здесь, здесь и здесь - окончательный вердикт по данному вопросу.
Важно:
- выполнять настройку по образцам, скорость распространения УЗ-волн и затухание в которых идентичны скорости и затуханию в материале ОК. Справочники со значениями скоростей для различных сплавов можно скачать здесь.
- делать это при той же температуре, при которой будет проводиться контроль.
- в процессе настройки использовать ту же контактную жидкость, что будет применяться для контроля. Подборка НТД с требованиями к КЖ.
- увы, даже наличие паспорта и свидетельства о калибровке меры - не 100% гарантия того, что она изготовлена по "фэншую". Сюрпризы случаются. Аналогично - с зарубками в НО.
- прижимать ПЭП к поверхности образца и ОК с равномерным, умеренным усилием, без фанатизма.
3.2. Определение задержки в протекторе прямого совмещённого ПЭП и в призме раздельно-совмещённого ПЭП
В ручном режиме может определяться по двум донным эхо-сигналам по СО-2 (положенный на бок СО-3 или другому плоскопараллельному образцу):
3.2.1. В настройках дефектоскопа перевести шкалу абсцисс в мкс. Убедиться, что на экране выводятся показания Sa, Sb и Sab (УСД-60).
3.2.2. Установить прямой совмещённый или раздельно-совмещённый ПЭП на верхнюю грань СО-2 (разумеется, предварительно нанести на неё контактную жидкость).
3.2.3. При необходимости - отрегулировать усиление, чтобы амплитуды первого донного сигнала превышала 50% высоты экрана, но не выходила за его пределы. Установить а-зону (первый строб) - на первый эхо-сигнал от донной поверхности, б-зону (второй строб) - на второй эхо-сигнал от донной поверхности. Амплитуда сигналов должна быть достаточной, чтобы пересекать стробы (ну или, как минимум, чтобы появлялись измерительные маркеры).
3.2.4. По формуле Тпр=Sa-Sab вычислить время задержки в призме или протекторе.
Также может определяться по первому донному эхо-сигналу в том же СО-2: после шага 3.2.2 корректируют значение протектора (задержки в призме) до получения значения глубины 20 мкс (если шкала абсцисс переведена в мкс) или до получения значения глубины 59 мм (если шкала абсцисс переведена в мм глубины).
В автоматическом режиме настройки откалибровать протектор (задержку в призме) прямого совмещённого или раздельно-совмещённого ПЭП можно по любому образцу известной толщины. Это может быть тот же СО-2 (высота - 59 мм, толщина, если положить меру набок, - 30 мм), либо положенные плашмя СО-3/СО-3Р/V1/V2/любой другой плоскопараллельный настроечный образец. Главное - точно знать скорость распространения продольной УЗ-волны (см. п. 3.1) и толщину. Для автоматической калибровки протектора (задержки в призме) необходимо:
3.2.5. В настройках дефектоскопа задать точное значение толщины образца.
3.2.6. Выбрать автоматическую калибровку протектора (задержки в призме) по образцу.
3.2.7. После перехода в режим калибровки нужно установить а-зону (первый строб) и б-зону (второй строб) на первый и второй эхо-сигналы, отражённые от донной поверхности, соответственно.
3.2.8. Убедившись, что амплитуда сигнала стабилизировалась и что на экране дефектоскопа отображается значение протектора (задержки в призме) в мкс (μs) - применить результаты калибровки.
3.2.9. После выхода из режима калибровки проверить корректность получившихся настроек по образцам известной толщины.
3.3. Оценка мёртвой зоны совмещённого прямого ПЭП
Выполняется после настройки чувствительности по тем же БЦО Ø2 мм на глубине 3 и 8 мм в СО-2. В зависимости от наличия/отсутствия чётко различимого эхо-сигнала от данных БЦО мёртвая зона может составлять менее 3 мм, либо находиться в пределах 3-8 мм, либо превышать 8 мм.
Также мёртвую зону можно проверить по СО-1, СО-3Р (вот здесь про рельсовую дефектоскопию, где этот образец используется чаще всего), V1 (см. п. 7.1.9 в ГОСТ Р 50.05.05-2018) и специально изготовленным настроечным образцам.
У прямых РС ПЭП тоже есть мёртвая зона, но в литературе говорится про 0,5-1 мм. У фокусирующих всё может быть иначе.
3.4. Определение лучевой разрешающей способности прямого ПЭП
Выполняется по ступенчатому пазу в СО-1. Если все три отражателя разрешаются, то на экране отображаются три импульса, расстояние между которыми соответствует по стали 5,5 мм (между 1 и 2 эхо-сигналами) и 11 мм (между 2 и 3 эхо-сигналами). Также возможна проверка мёртвой зоны прямого ПЭП V1 (на глубине 6 и 15 мм), СО-4 (с. 146 в 3-м изд. учебника В.Г. Щербинского "Технология ультразвукового контроля сварных соединений") или специальным контрольным образцам.
Зачастую для определения параметров и калибровки прямых совмещённых и раздельно-совмещённых ПЭП достаточно выполнения п. 3.1-3.3. Остальные пункты многими российскими НТД не требуются, но при наличии СО-1/СО-2/СО-3Р/V1/специальных контрольных образцов можно попробовать. Предполагается, что точка выхода прямого совпадает с геометрическим центром пьезопластины, а направление акустической оси перпендикулярно к поверхности ввода, то есть угол ввода составляет ноль градусов (см. п. 4.1 в ГОСТ Р ИСО 16811-2016).
Но есть исключения: например, РД 34.17.415-96 "Инструкция по проведению ультразвукового контроля крепежа энергооборудования", п. 2.4. которого содержит требования к отклонению акустической оси от нормали к контактной поверхности ПЭП (оно не должно превышать 2°) и даже к ширине основного лепестка диаграммы направленности (на уровне 0,5Амакс в режиме излучения должна составлять 12°±30' для ПЭП с частотой 5 МГц и 14°±30' для ПЭП с частотой 2,5 МГц). Другой пример - п. 7.1.10 в ГОСТ Р 50.05.05-2018, который требует, чтобы отклонение акустической оси от нормали к поверхности не превышало 2° и содержит способ его определения. При работе с РС ПЭП - тот же стандарт требует проверять у них фокусное расстояние по образцам-ступенькам.
Полная номенклатура основных показателей нефокусирующих прямых и РС ПЭП приведена в п. 5.8 стандарта ГОСТ Р 55725-2013. Все они определяются изготовителем и указываются в паспорте ПЭП.
3.9. Особенность настройки с притёртыми прямыми ПЭП
Притирать прямые РС ПЭП необходимо в направлении, перпендикулярном акустическому экрану. Подробнее о профилировании - см. ГОСТ Р ИСО 16811-2016.
3.10. Вопросы без ответов
3.10.1. Для каких задач лучше подходит метод измерения координат отражателей "по фронту"? В РЭ к УД9812 в п. 9.4.7 говорится о том, что при настройке нужно использовать тот же метод измерения, что и при последующей контроле, и как раз рассматривается вариант с измерением "по фронту". В п. 3.1.5 РЭ к УСД-60, например, говорится о том, что для дефектоскопии в основном применяется метод "по пику", а для толщинометрии - "по переходу через ноль". Если правильно понимаю, то по фронту - рекомендуется для малых толщины. Нет? В чём здесь дзен?
3.10.2. Прямой РС ПЭП и фокусирующий РС ПЭП - ведь не одно и то же? Если правильно понимаю, то фокусирующие отличаются тем, что в них изогнутые пьезоэлементы и/или специальные линзы? Но если это действительно разные вещи, то почему п. 7.1.6 в ГОСТ Р 50.05.05-2018 требует, чтобы для определения работоспособности дефектоскопа с прямым РС ПЭП необходимо определять мёртвую зону и глубину фокуса? Никаких уточнений по поводу того, что речь там идёт именно о фокусирующих ПЭП, - не нашёл. Но если это одно и то же (РС ПЭП и фокусирующий), то почему в ГОСТ Р ИСО 5577-2009 эти понятия разделены? Зона и точка схождения там одно, фокальная зона и фокус - другое, аналогично - расстояние схождения и фокусное расстояние. Возможно, рисунки бы помогли разобраться - но если ход лучей в РС ПЭП там понятно нарисован (рис. 8), то фокус изображен в виде графика (рис. 20). В общем, непонятно.
