Аннотация
В статье представлены результаты исследования искусственного отражателя «пропил» в стальной пластине толщиной 3 мм методами ультразвуковой дефектоскопии (эхо - метод. Дельта - метод и зеркально - теневой метод).
Объектами исследований являются образцы стальных пластин толщиной 3 мм с искусственными отражателями - дефектами типа «пропил» [1]. Каждый «пропил» нанесен параллельно одному из торцов пластины. Поперечное сечение образца с «пропилом» показано на рисунке 1. Образец пластины с дефектом типа «пропил» характеризуется тремя параметрами (таблица 1): расстоянием от торца пластины (которому параллелен «пропил») до ближайшей вертикальной кромки пропила - а, мм; шириной «пропила» - Ь, мм; глубиной «пропила» - с, мм.
|
Номер образца |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
п а |
30 |
19 |
10 |
20 |
9 |
29 |
18 |
21 |
|
«Пропил», |
2 |
2 |
2 |
4 |
4 |
6 |
6 |
6 |
|
MM C |
1 |
2 |
0,5 |
0,5 |
2 |
2 |
1 |
0,5 |
На первом этапе исследований [2] была предпринята попытка обнаружения, дефекта типа «пропил» и определения его глубины и ширины прямым совмещенным преобразователем на 5 МГц (рисунок 2). В связи с тем, что «мертвая зона» прямого совмещенного преобразователя составляет порядка 3 мм, а «пропил» располагался на расстоянии от 1 до 2,5 мм от датчика, то определить глубину и ширину «пропила» не удалось. Удалось лишь обнаружить местоположение «пропила» по существенному уменьшению измеренной толщины пластины [2].
Исследование искусственного отражателя типа «Пропил»
При этом погрешность определения толщины основного металла (3 мм) составила порядка 0,05 мм, а погрешность определения расстояния до образцов «пропилов» №1 и №2 составила: 0,15, 0,72 мм, соответственно. «Пропил» глубиной 0,5 мм (расстояние до преобразователя 2,5 мм) и шириной 2 мм (образец №3) вообще не удалось обнаружить [2].
В представленной ниже работе исследована возможность обнаружения и определения параметров дефекта типа «пропил» в стальной пластине (3 мм) эхо - методом (наклонным совмещенным преобразователем), возможность определения вертикальной кромки «пропила» Дельта - методом, а также возможность определения глубины «пропила» зеркально - теневым методом двумя совмещенными наклонными датчиками.
При проведении исследований использовали универсальный ультразвуковой дефектоскоп YC Д-60 фирмы «Кропус». В комплект которого входят совмещенный прямой и совмещенный наклонный (угол ввода 65°) преобразователи на 5МГц, с размером «мертвой зоны» датчика 3-4 мм.
Исследование искусственного отражателя «пропил» эхо - методом (наклонный датчик). Исследование возможности обнаружения дефекта типа «пропил» в тонкостенной стальной пластине (3 мм) эхо - методом (наклонный датчик) показано на рисунке 3.
На приборе УСД - 60 установили настройки: о = 3260 м/с; f = 5 МГц; усиление 45 дБ; протектор 4,70 мкс; полоса пропускания 2,5 - 8,6 МГц; число периодов 0,5; угол ввода 65°; стрела 0 мм. Контактная жидкость - глицерин.
Рисунок 3. Испытание образца дефекта «плоская проточка» наклонным датчиком
Результаты испытаний некоторых образцов дефекта представлены на рисунках 4 и 5. На рисунке 4 фактическое расстояние от точки ввода сигнала до торца пластины Хф = 39 мм, а на рисунке 5 - Хф = 14 мм.
Рисунок 4. Образец № 8 (<7=21 мм, Ь=6 мм, с=0,5 мм), Хф = 39 мм
Если наклонный датчик расположить перед дефектом, то на экране дефектоскопа появляются три основных сигнала (выделено полужирным шрифтом в таблице 2): первый показывает расстояние от датчика до передней стенки дефекта; второй показывает расстояние от датчика до торца пластины; третий показывает суммарное расстояние от датчика до торца и от торца до задней стенки дефекта.
|
№ пика |
Детектор |
Xa |
Ya |
La |
Aa |
|
1 |
радио |
12,13 |
0,344 |
2 |
-14,0 |
|
полный |
12,13 |
0,344 |
2 |
-14,0 |
|
|
2 |
радио |
14,61 |
0,812 |
3 |
-17,5 |
|
полный |
14,61 |
0,812 |
3 |
-17,5 |
|
|
3 |
радио |
18,22 |
2,496 |
3 |
-18,7 |
|
полный |
18,22 |
2,496 |
3 |
-18,7 |
|
|
4 |
радио |
37,39 |
0,564 |
6 |
-1.6 |
|
полный |
37,39 |
0,564 |
6 |
-1.6 |
|
|
5 |
радио |
39,71 |
0,519 |
7 |
-1,4 |
|
полный |
39,71 |
0,519 |
7 |
-1,4 |
|
|
6 |
радио |
43,14 |
2,115 |
7 |
-4,9 |
|
полный |
43,00 |
2,050 |
7 |
-4,2 |
|
|
7 |
радио |
61,84 |
1,163 |
10 |
-12,6 |
|
полный |
61,98 |
1,098 |
10 |
-12,6 |
|
|
8 |
радио |
67,37 |
1,416 |
И |
-18.7 |
|
полный |
67,51 |
1,481 |
11 |
-17,5 |
|
|
9 |
радио |
71,23 |
2,785 |
12 |
-20.0 |
|
полный |
71,23 |
2,785 |
12 |
-20,0 |
Таблица 2. Результаты испытаний образца № 8 (а=21 мм, Ь=6 мм, с=0,5 мм), Хф =
39 мм
Если наклонный датчик расположен за дефектом (между дефектом и торцом пластины), то на экране дефектоскопа отчетливо видны два импульса: первый показывает расстояние от датчика до торца; второй показывает суммарное расстояние от датчика до торца и торца до задней стенки дефекта (рисунок 5 и таблица 3).
Исследование искусственного отражателя типа «Пропил»
в тонкостенной стальной пластине методом ультразвуковой дефектоскопии
41
|
№ пика |
Детектор |
Xa |
Ya |
La |
Aa |
|
1 |
радио |
13,98 |
0,517 |
3 |
5,9 |
|
полный |
14,12 |
0,583 |
3 |
6,2 |
|
|
2 |
радио |
35,73 |
1,341 |
6 |
-9,5 |
|
полный |
35,87 |
1,272 |
6 |
-8,7 |
|
|
3 |
радио |
37,73 |
0,407 |
6 |
-14,0 |
|
полный |
36,49 |
0,985 |
6 |
-12,6 |
|
|
4 |
радио |
40,63 |
0,944 |
7 |
-18,7 |
|
полный |
41,40 |
1,307 |
7 |
-16,5 |
|
|
5 |
радио |
44,05 |
2,540 |
7 |
-23,5 |
|
полный |
44,19 |
2,605 |
7 |
-20,0 |
Таблица 3. Образец № 8 (а=21 мм, Ъ=6 мм, с=0,5 мм), Хф = 14 мм
Исследование возможности обнаружения вертикальной кромки дефекта «пропил» Дельта - методом. Для реализации данного метода использовали два датчика: прямой и наклонный (рисунок 6).
Наклонный датчик является излучателем, а прямой датчик - приемником. На приборе установили следующие настройки: о = 3260 м/с; f = 5 МГц; усиление 49,5 дБ; протектор 2,77 мкс; полоса пропускания 2,5 - 8,6 МГц; число периодов
1,5; угол ввода 65°; образец 3 мм; стрела 0 мм; детектор «полный». Контактная жидкость - вазелиновое масло.
Методика проведения эксперимента заключалась в последовательном размещении прямого датчика над передней стенкой «пропила», ее центром и над задней стенкой «пропила». При этом во всех экспериментах наклонный датчик размещался на расстоянии 60 мм от торца пластины.
При исследовании образца № 1, получены следующие результаты: при перемещении прямого датчика от передней вертикальной стенки «пропила» к задней стенке, уменьшается амплитуда первого пика и растет амплитуда второго пика (рисунки 7, 8 и 9).
Исследование искусственного отражателя типа «Пропил»
Прямой датчик считался размещённым над задней стенкой «пропила», когда соответствующий ей пик имел максимум (рисунок 9). Подобная тенденция в целом наблюдалась при исследовании образов № 3, 4 и 7.
При размещении прямого датчика над центром проточки образца № 2, появился пик, соответствующий суммарному расстоянию от наклонного датчика до торца пластины и от торца пластины до задней стенки «пропила» (рисунок 11). Над задней стенкой «пропила» прямой датчик не размещали, т.к. соответствующий задней стенке пик имел максимум при размещении датчика над
центром «пропила». При дальнейшем движении датчика к торцу пластины амплитуда становилась меньше. Для образцов № 5 и 6 были получены подобные результаты.
Исследование возможности определения глубины «пропила» зеркально - теневым методом с двумя совмещенными наклонными датчиками. На приборе установили настройки ц = 3260 м/с; f = 5 МГц; усиление 50 дБ; протектор 5,43 мкс; угол ввода 65°; стрела 0; полоса пропускания 2,5 - 8,6 МГц; число периодов 0,5.
Исследование искусственного отражателя типа «Пропил» в тонкостенной стальной пластине методом ультразвуковой дефектоскопии
Исследование образцов двумя совмещенными наклонными датчиками, сводилось к следующему (рисунок 13): сначала датчики размещали на некотором расстоянии от «пропила», так чтобы данный искусственный отражатель не влиял на показания дефектоскопа (исследовали основной металл), далее датчики перемещали к «пропилу» с шагом 1 мм, до тех пор, пока принимающий датчик не окажется над торцом пластины (рисунок 14).
Затем с экрана дефектоскопа снималась информация и заносилась в таблицы. По табличным данным строились графики зависимости измеренного расстояния (Хи, мм) и амплитуды сигнала (Аа, дБ) от действительного расстояния (Хд, мм).
Анализируя данные, представленные в таблицах и графики, представленные на рисунках 15-17 можно сделать следующие выводы: при размещении двух совмещенных наклонных датчиков над основным металлом, наблюдали постоянство измеренного расстояния Хи (1-4 точки). Амплитуда измеренного сигнала при этом изменялась. Возможно, это связанно с наличием на поверхности образцов небольших следов коррозии. При размещении датчиков над дефектом амплитуда измеренного сигнала варьировалась в более широких пределах. Таким образом, изменение амплитуды измеренного сигнала не может быть достоверным признаком наличия искусственного отражателя «пропил» и тем более не может характеризовать не один из размеров «пропила».
При приближении к передней стенке «пропила» датчиком - приемником, наблюдалось небольшое уменьшение измеренного расстояния (при движении вдоль графика Хи справа налево от точки 4 к точке 5, рисунок 17). При дальнейшем перемещении датчиков наблюдался резкий рост с дальнейшим спадом (наблюдался локальный пик - точка 6). Локальному пику соответствовал локальный минимум амплитуды сигнала.
При рассмотрении рисунков 15-17 было установлено наличие связи между глубиной дефекта и AX (см. рисунок 14) для локального пика: при глубине «пропила» с = 0,5 мм, пик наблюдался при АХ=3 мм, при с=1 мм - АХ=5 мм, а при с=2 мм - AX=7 мм. Данная связь описывается линейным уравнением для с, изменяющемся в диапазоне от 0,5 до 2 мм AX = 2+2,5714 с. (корреляция R=O,96).
Поскольку величина AX зависит от глубины дефекта, то при появлении локального пика нельзя точно определить координату передней стенки «пропила», не зная глубины с. Если одним из методов ультразвуковой дефектоскопии (эхо - метод с наклонным датчиком или Дельта - метод), точно определить координату передней стенки «пропила», то по величине AX можно рассчитать его глубину.
Обсуждение результатов. При исследовании искусственного отражателя типа «пропил» в стальной пластине толщиной 3 мм местоположение передней и задней вертикальной стенок «пропила» можно определить либо с помощью эхо - метода наклонным датчиком, либо Дельта - методом. Глубину проточки можно косвенно определить зеркальным эхо - методом, предварительно определив местоположение вертикальной стенки «пропила» и построив калибровочный график зависимости AX от глубины «пропила».
Литература:
- 1. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении. - Санкт- Петербург: СВЕН, 2011.-312 с.
- 2. Демьяненко A.B., Исаева И.Н., Мокренский А.Б., Джамбиесова Т.С. Ультразвуковая дефектоскопия тонкостенных стальных пластин прямым совмещенным преобразователем // Материалы МНПК «Актуальные вопросы энергосбережения и новые технологии в науке и образовании Республики Казахстан», т.2, Петропавловск: СКГУ им. М.Козыбаева, 2014, с.53-58.