Поиск и оценка глубины развития поперечных трещин на внутренней поверхности листа

Поиск и оценка глубины развития поперечных трещин на внутренней поверхности листа

Об авторе

Необходимо войти для просмотра
Семеренко Алексей Владимирович
Начальник отдела СНК компании ЗАО «МП Диагност».
Выпускник МЭИ по специальности «Приборы и методы контроля качества и диагностики»,
работал в лаборатории НК НПО «Композит».
Специалист III уровня по акустическому виду НК



Одной из задач ультразвуковой дефектоскопии является обнаружение поперечных трещин, развивающихся с внутренней поверхности стальных листов (труб) и определение глубины их развития.

В статье, обобщающей результаты исследований компании Olympus-NDT (США), изложена так называемая «30-70-70» техника поиска и оценки глубины развития поперечных трещин на внутренней поверхности стальных листов и труб с использованием головных упругих волн.

Для возбуждения и приема головных волн в исследованиях использованы совмещенные наклонные преобразователи (ПЭП) серии CDS (Crack Detection and Sizing Wedge) торговой марки Panametrics-NDT, США (рис. 1).*


Калибровка (настройка) чувствительности дефектоскопа с ПЭП, возбуждающим головную волну

Настройка сводится к определенному расположению на линии развертки типа А отраженных эхо-сигналов при распространении двух из трех видов волн: ID-волны и поперечной (30-70-70)-волны в испытательном образце толщиной, соответствующей толщине контролируемых листов. Для того чтобы смоделировать трещины, которые должны быть выявлены, в образце должна быть изготовлена серия пропилов. Обычно глубина пропилов колеблется в пределах от 20 до 80 % толщины листа.


При настройке по испытательному образцу отраженный сигнал, вызванный распространением поперечной волны, будет расположен на четвертом делении линии развертки дефектоскопа, в то время как отраженный сигнал, вызванный распространением ID-волны, будет располагаться на пятом делении (рис. 2).


Как только на линии развертки будет достигнуто такое расположение отраженных сигналов, можно начинать процесс поиска дефектов и разделения сигналов, используя ПЭП головной волны. Применение ПЭП головной волны также позволит пользователю получить предварительную информацию о размерах трещины, поскольку каждая из волновых мод появляется только при определенных условиях. Относительная глубина отражателя определяет вид, количество и амплитуду сигналов (вид дефектограммы) на экране дефектоскопа. На рис. 3 представлена дефектограмма в форме Д-развертки в результате отражения только головной ID-волны. Это должно означать присутствие неглубокого дефекта на внутренней поверхности.

________________________________________________________________
*Приведенная на рис. 1 классификация, так же как и природа формирования упругих волн различного типа в металле при падении продольной волны из пластмассовой призмы под первым критическим углом, отличаются от принятых в России (см. И. Н. Ермолов, Ю. В. Ланге. - В кн.: Неразрушающий контроль/Справочник// Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 3: Ультразвуковой контроль. - М.: Машиностроение, 2004, с. 24-26 и Разыграев Н. П. Ультразвуковая дефектоскопия головными волнами - физические предпосылки и практическое применение. - Дефектоскопия. 2004. № 4. С. 27-37) (Прим. гл. ред.)

Д-развертка на рис. 4 демонстрирует наличие как сигнала при отражении ID-волны, так и сигнала, прошедшего по треугольнику 30-70-70, отвечающего поперечной (30-70-70)-волне. Это указывает на присутствие дефекта глубиной приблизительно в половину толщины стенки.


Д-развертка на рис. 5 демонстрирует наличие трех сигналов, порожденных отражением головной ID-волны, поперечной (30-70-70)-волны и прямой продольной волны. Это указывает на присутствие достаточно протяженной трещины по отношению к толщине изделия.

Множество влияющих на первоначальную настройку факторов обусловливают лишь оценочный (качественный) характер оценки степени развития поперечных трещин на внутренней поверхности листов и труб. Далее рассмотрены методики более точного измерения глубины развития трещин.

Методика измерения глубины развития трещин

Использование карт измерения при контроле головными волнами


Результаты, которые были получены при использовании методики головных волн, могут быть сведены в карту (маршрут) измерения (рис. 6). Эта карта измерения может служить руководством де-фектоскописту для точного соблюдения методики измерения глубины развития трещин в процессе контроля.

Оценка размеров трещины по дифракции на вершине трещины (дифракционная методика)

Эта методика основана на измерении времени распространения ультразвукового импульса дифрагированной волны от вершины трещины до ПЭП и используется для оценки размеров мелких трещин, простирающихся вглубь изделия на 5 - 35 % его толщины. Для упрощения процесса измерения дефектоскоп калибруется таким образом, чтобы каждое деление шкалы соответствовало определенной глубине. Обычно каждое из первых пяти делений шкалы соответствует 20 % толщины изделия.


Замечено, что в процессе использования этой методики наблюдается разделение ультразвуковых сигналов, отраженных от вершины трещины и от угла основания трещины. Информация получаемая от этого разделения, позволяет оператору сделать окончательную и точную оценку глубины проникновения трещины. Для двадцати процентного дефекта Д-развертка (дефектограмма) показана на рис. 7.

Для обеспечения хорошего разрешения сигнала от вершины трещины обычно используется сильно демпфированный ПЭП поперечных волн с рабочей частотой на 5 МГц и углом ввода 45° или 60°. До тех пор, пока сигнал от вершины трещины слаб, дефектоскоп должен работать в режиме радиосигнала. Такой режим позволяет облегчить наблюдение этого импульса при малом отношении сигнал/шум, как показано на рис. 8.

Би-модальная методика

Эта методика используется для определения размеров трещин с глубиной проникновения в диапазоне 30 - 70 % толщины изделия. При этом обычно применяется раздельносовмещенный ПЭП на частоту 3 МГц по методу «тандем». Этот ПЭП излучает передней пьезопластиной преломленную под углом в 50° продольную упругую волну и соответствующую сдвиговую волну (две моды волн), а задней пьезопластиной принимает отраженные от дефекта волны. Использование этого ПЭП реализует, по существу, комбинацию методики головных волн и методики дифракции от вершины трещины, описанной выше. Как и в случае применения методики дифракции от вершины трещины, дефектоскоп настраивается таким образом, чтобы сигнал от вершины трещины попадал на определенное деление шкалы экрана, и разделение различных мод волн отображается и используется в процессе оценки/измерения глубины развития трещины.

Методика измерения с использованием продольных волн с большим углом падения

Эта методика применяется для оценки размеров трещин с проникновением в изделие на глубину примерно 60 - 95 % толщины. Опять используется время распространения сигнала от вершины трещины для оценки глубины развития трещины. Дефектоскоп настраивается таким образом, чтобы сигналы, отраженные от трещин, близко расположенных к поверхности, отображались в первых нескольких делениях шкалы, а более глубоко залегающие трещины давали сигналы, расположенные в делениях с более высоким номером. Для осуществления этой методики измерения и оценки рекомендуются раздельносовмещеные ПЭП продольных волн с большим углом ввода.

Заключение

Наиболее важный момент этих методик заключается в их простоте и доступности. Как только станет известна картина распространения ультразвукового пучка, процессы выявления внутренних поверхностных трещин и оценки их размеров становятся вопросом настройки дефектоскопа и методики распознавания. Представленные методики используют оценку времени регистрации эхо-сигнала и не зависят от множества факторов, связанных с качеством акустического контакта ПЭП с изделием.

Семеренко А.В. Поиск и оценка глубины развития поперечных трещин на внутренней поверхности листа. − В мире НК. – Сентябрь 2007 г. − № 3 (37). − С. 18−20. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.