Измерение толщины металла ультразвуковым дефектоскопом

Обновлено: 28.09.2024

Область применения
Данная статья представляет собой общий обзор применения методов неразрушающего контроля в литейной промышленности, которые включают измерение толщины, обнаружение дефектов и определение степени содержания включений графита в чугуне ультразвуковыми средствами.

Потенциальные пользователи
Предприятия черной и цветной металлургии, а также отрасли промышленности, где используются изделия из литого металла.

Рекомендуемые приборы
Искусство литья в специальные формы зародилось тысячи лет назад, но только в последние десятилетия появились ультразвуковые приборы, позволяющие проводить контроль целостности отливок неразрушающими методами. До недавнего времени качество отливок проверялось только по характеру звука при ударах по ним молотком. Сегодня приборы на микропроцессорной базе, используя ультразвуковые волны, позволяют получить гораздо больше информации о внутренней структуре отливок как из черных, так и цветных металлов. Ультразвуковые толщиномеры используются для измерения толщины стенок полых литых изделий, а ультразвуковые дефектоскопы обеспечивают обнаружение неоднородностей внутренней структуры отливок, например скрытой пористости, а также наличия в них включений, рыхлот и трещин. Кроме этого, на основании результатов измерения скорости ультразвука можно определить степень содержания включений графита в чугуне.

Раздел 2: Выбор прибора и процедура контроля

(а) Ультразвуковые измерения толщины
Ультразвуковые приборы широко используются для измерения толщины стенок полых отливок сложной формы, например, блоков автомобильных двигателей. Такие измерения позволяют выявить недопустимое уменьшение или увеличение толщины стенок в различных местах изделия, вызванное неправильным положением литейного стержня. С использованием ультразвуковых толщиномеров измерения толщины стенок могут проводиться при доступе только к внешней поверхности изделия.

Оборудование:
Измерения толщины стенок обычно выполняются одним из прецизионных толщиномеров производства компании Olympus (Panametrics-NDT). Если толщина металла превышает 12,5 мм, рекомендуется использовать версии этих толщиномеров, обеспечивающие более глубокое проникновение ультразвука в металл. Выбор преобразователя зависит от диапазона измерения толщины и акустических свойств конкретного металла. Наиболее широко используются преобразователи М106, М1036 (оба с частотой 2,25 МГц), М109 и М110 (оба с частотой 5 МГц). Для измерения толщины отливок с очень большой толщиной (более 50 мм) или отливок большой площади рекомендуется преобразователь М101 (500 КГц).

Контактные жидкости:
При литье в песчаные формы у отливок образуется грубая поверхность, затрудняющая контакт рабочей поверхности преобразователя с изделием. В этом случае рекомендуется использовать гелевую контактную жидкость (D) или глицерин (B).

Состояние поверхности:
Если поверхность отливки очень груба, минимальная толщина, которая может быть измерена данным преобразователем, увеличивается из-за акустической реверберации в слое контактной жидкости. С другой стороны, из-за плохого акустического контакта между преобразователем и поверхностью объекта контроля уменьшается также максимальная толщина измерения. Хотя в большинстве случаев возможно проведение измерений толщины отливок с грубыми поверхностями, результаты измерений могут быть улучшены за счет предварительной обработки поверхности объекта контроля.

Геометрия объекта контроля:
Для проведения точных ультразвуковых измерений толщины внутренняя и внешняя поверхности отливки должны быть приблизительно параллельны или концентричны. При значительном расхождении стенок относительно друг друга правильные эхосигналы на толщиномер поступать не будут.

Колебания скорости ультразвука:
Точность ультразвуковых измерений толщины непосредственно зависит от точности используемого значения скорости ультразвука в материале объекта контроля. Скорость ультразвука в отливках, выполненных как из черных, так и из цветных металлов, может значительно колебаться из-за различия металлов по твердости, а также из-за различной степени содержания включений графита (в чугуне). Неоднородность структуры зернистости на различных участках отливок больших размеров, вызванная неравномерным остыванием, также может вызвать колебания скорости ультразвука в одном изделии. Для обеспечения максимальной точности измерений настройка скорости ультразвука должна всегда выполняться с использованием стандартных образцов, имеющих известную толщину, и по свойствам соответствующих реальным объектам контроля.

Шумы:
Крупнозернистая структура некоторых металлов может вызвать появление перед истинным донным эхосигналом шумов, приводящих «зависанию» толщиномера на ложных показаниях. Чаще всего это происходит при использовании стандартных установок для проведения измерений. В этом случае шумы довольно легко обнаружить при просмотре изображения эхосигналов. Обычно шумы можно устранить простой настройкой усиления толщиномера и/или обнулением зоны появления шумов, а также использованием преобразователей с низкой частотой. В качестве примеров см. рис. 1 и 2.

Рисунок 1: Шумы, вызывающие ложные показания. Донный эхосигнал находится в правой части экрана.

Рисунок 2: Правильные показания толщины после настройки начального усиления и временной регулировки чувствительности.

(б) Ультразвуковая дефектоскопия
В процессе литья внутри металлических изделий могут образовываться различные дефекты. Это могут быть рыхлоты, инородные включения или трещины. Все эти дефекты могут быть обнаружены и идентифицированы опытным оператором с помощью ультразвукового дефектоскопа с соответствующим преобразователем.

Оборудование:
Для дефектоскопического контроля литья может быть использован любой из дефектоскопов серии Epoch (модели Epoch 650, Epoch 6LT) производства компании Olympus (Panametrics-NDT). Для контроля отливок обычно используют раздельно-совмещенные преобразователи, такие как преобразователи серии DHC с частотами от 1 до 5 МГц, которые позволяют уменьшить ложные эхосигналы от слоя контактной жидкости, скапливающейся в неровностях грубой поверхности объектов контроля, а также оптимизировать эхосигналы от включений нерегулярной формы. В некоторых случаях, в частности для обнаружения трещин, могут использоваться наклонные преобразователи. В специальных системах ультразвукового контроля с автоматическим сканированием используются иммерсионные преобразователи с теми же частотами.

Процедура контроля:
Зернистая структура отливок как черных, так и цветных металлов сильно затрудняет проведение ультразвуковой дефектоскопии из-за ложных эхосигналов от границ зерен. Амплитуда этих ложных эхосигналов, или шумов, возрастает с увеличением размеров зерна. Кроме этого, как и при измерении толщины, грубые поверхности отливок, выполненных в песчаных формах, затрудняют проникновение ультразвука в объект контроля и уменьшают амплитуду истинных донных эхосигналов. Эти факторы определяют минимально возможные размеры дефектов, которые могут быть обнаружены в конкретных условиях. По этой причине очень важное место отводится выбору преобразователя и настройке дефектоскопа. Для настройки дефектоскопа рекомендуется использовать образцы, выполненные из материала объекта контроля и содержащие известные дефекты, подтвержденные другими методами неразрушающего контроля. Эхосигналы от этих известных дефектов следует сохранять и затем сравнивать с эхосигналами от реальных дефектов. Очень удобны для уменьшения уровня шумов полосовые фильтры, установленные на дефектоскопах модели Epoch 650.

На рисунках 3 и 4 изображены результаты обычного контроля рыхлот в чугунной отливке толщиной 20 мм с использованием дефектоскопа модели Epoch 650 с раздельно-совмещенным преобразователем D784-RP (частота 3,5 Мгц, размер пьезоэлемента 6 мм). На рисунке 3 изображен донный эхосигнал (в правой части экрана), а также обычные шумы и эхосигналы низкого уровня от зерен. На рисунке 4 изображен эхосигнал, свидетельствующий о наличии рыхлот, четко выделяющийся на фоне фоновых шумов.

Рисунок 3: Эхосигнал, полученный при контроле отливки хорошего качества

Рисунок 4: Эхосигнал, свидетельствующие о наличии в отливке рыхлот

Чаще всего в отливках встречаются такие дефекты, как рыхлоты, пористость и включения. В некоторых случаях возникает необходимость обнаружения трещин или нарушений целостности металла. При поиске трещин всегда необходимо учитывать специфическую форму отливки, а также возможное положение, размер и ориентацию трещин. При этом следует использовать стандартные образцы, содержащие известные или искусственные дефекты. Когда грань трещины параллельна рабочей поверхности преобразователя, рекомендуется использовать прямые преобразователи. Если же трещина перпендикулярна рабочей поверхности преобразователя, рекомендуется использовать наклонные преобразователи. Следует иметь в виду, что из-за низкой скорости ультразвука в чугуне и цветных металлах, реальный угол ввода призм, предназначенных для использования на стали, будет меньше. Реальные углы ввода ультразвука при использовании таких призм должны быть рассчитаны по закону Шелла.

(в) Измерение степени содержания включений графита в чугунных отливках
Размеры и распределение включений графита в чугуне оказывают значительный эффект на механические свойства чугуна. Контроль прочности чугуна особенно важен в автомобильной промышленности и других отраслях промышленности, где чугун используется для изготовления деталей, от качества которых зависит безопасность эксплуатации конечной продукции. Степень содержания включений графита в чугуне рассчитывается по результатам измерения скорости ультразвука, которое может быть проведено ультразвуковыми средствами. Ультразвуковые приборы обеспечивают неразрушающий метод измерений, альтернативный исследованиям поперечного сечения изделий с помощью микроскопа или проведениям проверок прочности на разрыв, которые связаны с разрушением объекта контроля.

Для измерения степени содержания включений графита в чугунных отливках рекомендуется использовать толщиномеры с функцией измерения скорости ультразвука в материале объекта контроля. Можно использовать и другие толщиномеры, а также дефектоскопы серии Epoch производства компании Olympus (Panametrics-NDT). При использовании дефектоскопов значение скорости ультразвука в материале объекта контроля рассчитывается в процессе настройки дефектоскопа.

Для получения более подробной информации о выборе оборудования и порядке проведения измерений степени содержания включений графита в чугуне обращайтесь в Диагност.

EPOCH 650 представляет собой легкий, портативный дефектоскоп, стойкий к воздействию окружающей среды и подходящий практически для любого вида контроля, который включает в себя все функции портативного традиционного дефектоскопа Olympus и имеет интуитивно понятный интерфейс, а отлично организованное меню и клавиши

Не идите на компромисс относительно возможностей вашего дефектоскопа. Теперь, операторы, работающие в условиях промышленного альпинизма, для которых портативность оборудования имеет приоритетное значение, имеют возможность приобрести многофункциональный прибор в компактном формате. Дефектоскоп EPOCH® 6LT совмещает в себе функциональные возможности мощного ультразвукового

Вам также может быть интересно:

Категории товаров

Поставляем диагностическое оборудование и контрольно-измерительные приборы во все регионы России (Барнаул, Владивосток, Волгоград, Воронеж, Екатеринбург, Ижевск, Иркутск, Казань, Краснодар, Красноярск, Москва, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Пермь, Ростов-на-Дону, Самара, Санкт-Петербург, Саратов, Тольятти, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Хабаровск, Челябинск, Ярославль) через курьерские службы Гарантпост и СДЭК (возможна доставка и через другие сервисы).

Информация на сайте носит информационный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Технические параметры приборов и оборудования могут быть изменены производителями. Уточняйте информацию у наших специалистов.

Ультразвуковой контроль – самый универсальный метод НК

Вся технология ультразвукового контроля (УЗК) построена на простом физическом законе: траектория движения звуковых волн в однородной среде остаётся неизменной. Подповерхностные дефекты являются отражателями УЗ-волн. При помощи дефектоскопа и пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) в материал вводятся упругие колебания с частотой более 20 кГц (чаще всего - от 0,5 до 10 МГц). Они исходят от излучателя, преломляются в призме (в наклонных ПЭП), входят в объект контроля (ОК), преломляясь ещё раз на границе раздела, и дальше отражаются от дефектов (если таковые имеются) либо донной поверхности (если таковых нет). По амплитуде и времени прихода эхо-сигнала можно судить о размерах и глубине залегания отражателя. Конечно, это очень грубое, упрощённое описание технологии. На деле возникают тысячи нюансов. Среди опытных дефектоскопистов есть даже такое выражение: чем больше знаешь УЗК, тем меньше знаешь УЗК.

Ультразвуковой метод контроля предполагает использование продольных, поперечных, нормальных, подповерхностных и головных волн. У первых - самая высокая скорость. Они генерируются прямыми и, реже, наклонными ПЭП. Поперечные волны могут создавать только наклонные искатели - совмещённые и раздельно-совмещённые. Они же могут применяться для контроля нормальными волнами (преимущественно для УЗК листов и прутков), поверхностными (контроль такими волнами подходит в качестве альтернативы ПВК и МПД) или головными (для выявления подповерхностных дефектов в основном металле и наплавках на глубине 2-8 мм).

Другая важная характеристика упругих колебаний – длина волны. Чем она выше, тем выше разрешающая способность и, следовательно, чувствительность. Правда, пропорционально ей растёт и затухание (уменьшение энергии колебаний). Чем меньше длина волны - тем выше частота. Чем выше частота - тем выше чувствительность. При работе с толстостенными и крупнозернистыми материалами это чревато увеличением затухания, но об этом позже.

Для чего проводят ультразвуковой контроль

обнаруживать подповерхностные дефекты – поры, пустоты, расслоения в наплавленном металле, трещины, шлаковые и иные включения;
выявлять очаги коррозионного поражения;
определять неоднородность структуры материалов;
оценивать качество сварных, паяных, клееных соединений практически любых типов (тавровых, нахлёсточных, кольцевых, стыковых, угловых), в том числе – соединений разных материалов;
измерять глубину залегания дефектов и их размеры.

В силу всех этих факторов ультразвуковой контроль всё чаще противопоставляют радиографическому. В пользу первого говорит ещё и то, что он безвреден для человеческого здоровья. Приборы для УЗК хороши своей портативностью, удобство работы в полевых условиях, большим многообразием датчиков, призм, сканеров и прочих принадлежностей для самых разных задач дефектоскопии.

существенные ограничения при сканировании материалов с крупнозернистой структурой и высоким коэффициентом затухания. Это объясняется слишком интенсивным рассеиванием колебаний. К таким «проблемным» материалам относятся, например, аустенитная сталь, титан, чугун и сплавы с повышенным содержанием никеля;
сложность при проведении контроля соединений разнородных материалов;
ограниченная пригодность к дефектоскопии объектов сложной конфигурации;
относительно низкая точность при оценке реальных размеров дефектов. Условная протяжённость, как правила, равна фактической протяжённости или, чаще всего, превышает её. С измерениями условной ширины и высоты сложнее - они коррелируют с реальными значениями ещё хуже. Именно поэтому ряд НТД не предусматривают определение условной ширины и высоты (тем не менее, данные результаты могут пригодиться для определения типа дефекта по коэффициенту отношения условной ширины к высоте и для классификации дефектов на развитые и не развитые по высоте). Данная проблема успешнее решена в технологиях ФР и TOFD, о которых написано ниже.

Ультразвуковой контроль сварных соединений: последовательность действий

1) зачистку металлической поверхности – сварного шва и околошовной зоны – от краски, ржавчины, окалины, загрязнений. После этого наносится разметка. При использовании мерительного пояса - обозначение начала и направление отсчёта координат. При его отсутствии - разделение на участки по 300-500 мм (если на ОК заложен РК - то лучше делать разметку сообразно с размером рентгеновской плёнки);

2) настройку чувствительности, амплитудной и временной шкалы дефектоскопа. Для начала - необходимо проверить (и при необходимости - скорректировать) точку выхода, стрелу, угол ввода, мёртвую зону, задержку в призме ПЭП. Затем необходимо правильно задать дефектоскопу параметры ОК - толщину, скорость распространения УЗ-волны, поправку на шероховатость и на затухание, выбрать единицу измерений для горизонтальной шкалы (обычно - в мм глубины). Далее - настроить временную регулировку чувствительности (для "выравнивания" эхо-сигналов от одинаковых отражателей на разной глубине) либо АРД-диаграммы (для определения эквивалентной площади отражателей). Задать опорный (браковочный уровень), поправку чувствительности (если таковая предусмотрена - в зависимости от того, по какому искусственному отражателю выполнялась настройка), выставить поисковое усиление, контрольный уровень (уровень фиксации) и браковочный уровень. Наконец, необходимо выставить усиление и масштаб развёртки, чтобы эхо-сигнал от опорного отражателя достигал 50-80% высоты экрана - кому как удобнее;

3) непосредственное прозвучивание объекта. Прижимая датчик к поверхности, оператор выполняет возвратно-поступательные поперечно-продольные либо продольно-поперечные движения с поворотом датчика на 10-15 градусов (для наклонного ПЭП) или вращением (для прямого ПЭП). В процессе прозвучивания нужно следить за тем, чтобы шаг перемещения пьезоэлектрического преобразователя не превышал 2-3 мм и не осталось пропущенных участков. Важно следить за осцилляциями сигналов на экране дефектоскопа - чтобы не пропустить эхо-сигналы, которые достигли контрольного уровня. Здесь-то и подтверждает свою полезность звуковая и световая АСД;

4) сохранение результатов, передача на ПК. Современные дефектоскопы позволяют "замораживать" изображение развёртки для последующего анализа. Либо - можно сразу наносить разметку мелом или маркером на поверхности ОК в местах выявленных дефектов;

5) расшифровку данных, оформление заключения. Обычно дефекты классифицируются на допустимые и недопустимые по амплитуде, протяжённые и непротяжённые, поперечные, в корне и в сечении шва. Формат заключения/протокола/акта по результатам УЗК утверждается в нормативно-технической документации на контроль и согласовывается с заказчиком. Запись дефектов осуществляется с использованием условных обозначений, указанием глубины залегания, координат относительно начала отсчёта, амплитуды, протяжённости и пр. Чтобы упростить выборку дефекта и ремонт ОК, рекомендуется указывать начальные и конечные координаты каждого дефекта. В зависимости от того, какие дефекты обнаружены и какими параметрами они обладают, объект контроля относят к категории "годен", "ремонтировать" или "вырезать".

На каких объектах практикуется ультразвуковой контроль

магистральные и технологические трубопроводы газа, пара, нефти, нефтепродуктов и прочих рабочих сред;
оболочки реакторных установок;
рельсы, стрелочные переводы, колёсные пары, боковые рамы;
литые детали тележек грузовых вагонов;
обшивка сосудов, работающих под давлением;
корпуса насосов и многое-многое другое.

Виды ультразвукового контроля

теневой. По обе стороны ОК, перпендикулярно к его поверхности устанавливаются два преобразователя, один выполняет функцию излучателя, второй служит приёмником. При наличии инородной среды (несплошности) образуется глухая зона, что позволяет судить о наличии дефекта;
эхо-импульсный. Самый популярный метод. Повсеместно применяется для ультразвукового контроля сварных соединений. Система "дефектоскоп-преобразователь" одновременно и возбуждает, и принимает упругие колебания. Если они беспрепятственно проходят через материал и отражаются только от донной поверхности, значит, дефектов нет. Если есть - то возникает эхо-сигнал (впрочем, он может быть и ложным либо возникнуть вследствие структурных помех, но речь не об этом). Способ привлекателен тем, что подходит для объектов с односторонним доступом, может проводиться даже без снятия усиления, но требует зачистку поверхности, а в контактном варианте - ещё и нанесения контактной жидкости (хотя есть щелевой и иммерсионный способы акустического контакта);
эхо-зеркальный. Излучатель и приёмник разделены и расположены по одну сторону от исследуемого объекта. Волны излучаются под углом и, отражаясь от дефектов, фиксируются приёмником. «Тандем» как метод ультразвукового контроля особенно эффективен для выявления вертикальных дефектов, перпендикулярных сканируемой поверхности. Чаще всего к таковым относятся трещины и непровары в корневой зоне сварного шва;
зеркальной-теневой. Аналогичен обычному теневому, но отличается от него тем, что излучатель и приёмник располагаются по одну сторону сварного соединения. Признаком дефекта также является уменьшение амплитуды прошедшего сигнала;
дельта-метод. Данный вид ультразвукового контроля применяется редко – когда к качеству сварных соединений предъявляются особо жёсткие требования. Технология предполагает трудоёмкую, очень тонкую настройку дефектоскопа. Расшифровка результатов требует от специалиста особой подготовки. При всех недостатках у этого метода есть очень важное преимущество – повышенная чувствительность к вертикально-ориентированным трещинам, не всегда доступным для выявления стандартным эхо-методом. Дельта-метод основан на регистрации дифрагированных волн, переизлучённых "блестящими точками" - краями несплошности;
велосиметрический. Основан на том, чтобы зафиксировать и проанализировать изменение скорости колебаний в дефектной зоне. Обычно применяется для композиционных материалов;
ревербационно-сквозной. Также используется для ультразвукового контроля композитных, полимерных и многослойных материалов. Излучатель и приёмник располагаются по одну сторону объекта, на небольшой дистанции друг от друга. Волны посылаются в материал и после многократных отражений «добираются» до приёмника. Стабильные отражённые сигналы свидетельствуют об отсутствии дефекта. В противном случае наблюдается изменение амплитуды и спектра принятых сигналов.

Заканчивая этот блок, нельзя не сказать и об ультразвуковой толщинометрии (УЗТ). Измерение толщины металла – один из ключевых способов коррозионного мониторинга. По результатам УЗТ можно судить об остаточном ресурсе конструкции (механизма, оборудования и пр.).

Как и в ультразвуковом контроле, принцип построен на использовании импульсов, которые излучает преобразователь. Прибор измеряет скорость, за которую они проходят через стенку. Если конкретнее, то известно 3 основных режима:

1) однократного эхо-сигнала. Измеряется время, которое проходит между начальным импульсом возбуждения и первым эхо-сигналом. Значение корректируется с учётом толщины протектора ПЭП, компенсации степени изнашивания и слоя контактной среды;

2) однократного эхо-сигнала линии задержки. Измеряется время от конца линии задержки до первого донного эхо-сигнала;

Дефектоскопы и другое оборудование для ультразвукового метода контроля

Современные дефектоскопы хороши не только своей портативностью, удобством применения в полевых условиях и на большой высоте. Гораздо важнее – обширный набор функций и многообразие индивидуальных пользовательских настроек. В зависимости от модификации УЗК-дефектоскоп может отображать на своём дисплее А-, В-, С-, D-, S-, L-сканы (последние два - в дефектоскопах на фазированных решётках), вплоть до построения 3D-моделей профиля изделий.

фазированных решётках (ФР). Имеются в виду особые датчики (кристаллы), на поверхности которых с определённым шагом расположены 16, 32, 64 или 128 элементов. Каждый из них излучает волны с определённой задержкой. Корректируя этот «сдвиг по фазе», можно получить фронт волны с определённым углом. В этом и заключается принцип секторного сканирования. Оператору не нужно водить датчиком по поверхности – он и без этого «видит» все дефекты, расположенные в заданной зоне. По сравнению с одноэлементными ПЭП фазированные решётки могут генерировать пучок волн точно в зоне дефекта. В режиме реального времени на экране многоканального дефектоскопа выстраиваются наглядные А-сканы, на основе которых формируются детализированные, информативные отчёты. Мёртвая зона минимальна. Производительность ультразвукового контроля с ФР примерно в 3–4 раза выше, чем у традиционного УЗК;
дифракционно-временном методе (Time of Flight Diffraction, сокращённо – TOFD). Суть технологии – регистрация поперечных и продольных (боковых) волн, дифрагированных на краях несплошностей. Метод предполагает использование двух наклонных датчиков для излучения и приёма волн, расположенные по обе стороны сварного шва. «Натыкаясь» на дефект, волны изменяют своё направление и время прохода. Последний показатель в режиме TOFD считается ключевым. Дифракционно-временной метод эффективно выявляет точечные дефекты, выходящие на поверхность трещины, вогнутость, непровары в корне, расслоения, питтинговую коррозию и пр. Точность измерений достигает ±1 мм. Повторяемость результатов приближается к 100%. По своей информативности и достоверности линейное сканирование – полноценная замена радиографическому методу, особенно для дефектоскопии низколегированных и нелегированных углеродистых сталей.

совмещённые, раздельные и раздельно-совмещённые;
прямые, наклонные, комбинированные и с переменным углом ввода;
хордовые, фокусирующие и нефокусирующие;
притёртые и непритёртые;
контактные, иммерсионные, бесконтактные, щелевые и т.д.

Помимо этого, в УЗК активно применяются различные призмы, координатные устройства и сканеры. Для настройки и калибровки не обойтись без стандартных образцов (СОП, СО) и настроечных мер. Для улучшения акустического контакта на поверхность объекта предварительно наносят контактную жидкость/гель.

Для проведения УЗТ требуется толщиномер. Такой прибор технически проще, компактнее, дешевле классического дефектоскопа.

Обучение и аттестация специалистов по ультразвуковому методу контроля

введение в классификацию видов и методов неразрушающего контроля;
физические основы – теория колебаний, типы упругих волн, их свойства, критические углы ввода, дифракция, интерференция, закон Снеллиуса;
блок по ультразвуковым колебаниям (что собой представляет акустическое поле, в чём разница между прямым и обратным пьезоэффектом, устройство ПЭП, мёртвая и ближняя зона, дальняя зона, реверберационно-шумовая характеристика преобразователя, резерв усиления);
методы УЗК;
технология проведения акустической дефектоскопии прямыми и наклонными совмещёнными и раздельно-совмещёнными ПЭП;
приборы и дополнительные принадлежности для УЗК.

По завершении обучения необходимо сдать квалификационный экзамен, состоящий из теоретической и практической части.

Разумеется, в каждом учебном центре есть своя библиотека методической и образовательной литературы. Дополнительно к этому можно почитать «классику» учебников по УЗК – труды И.Н. Ермолова, В.Г. Щербинского, В.В. Клюева, А.Х. Вопилкина и др. Посмотреть информацию об изданиях можно в специальном разделе «Библиофонд» онлайн-библиотеки «Архиус».

Для тех, кто открыт для новых знаний и обмена опытом, на форуме «Дефектоскопист.ру» предусмотрен свой раздел. Начать рекомендуем с веток «Изучение УЗ-контроля» и «Обучение УЗК».

Измерение толщины металла ультразвуковым дефектоскопом

Эхо-метод ультразвуковой толщинометрии

Семеренко Алексей Владимирович
Руководитель подразделения Olympus NDT компании ЗАО «Панатест НК»,
специалист III уровня по УЗК.

Ультразвуковые эхо-импульсные толщиномеры на базе ПЭП работают на частотах 0,5 - 100 МГц и измеряют время t между зондирующим импульсом и одним из отраженных от донной поверхности эхо-импульсом (или между двумя эхо-импульсами). При известной скорости с продольной ультразвуковой волны в изделии измеряемая толщина h изделия определяется соотношением h = ct/2. В зависимости от конфигурации и состояния поверхностей объекта используют толщиномеры одной из следующих групп:

- группа А: для ручного контроля изделий с гладкими (шероховатость Rz ≤ 40 мкм) параллельными поверхностями;

- группа Б: для ручного контроля изделий с грубыми непараллельными поверхностями;

- группа В: для автоматического контроля в потоке.

Основное требование, предъявляемое к приборам групп А и В, - высокая точность измерения, к приборам группы Б - высокая чувствительность, необходимая для фиксации рассеянного отражения от неровной противоположной поверхности и определения места наибольшего локального утонения стенок; требования к точности измерения в этом случае снижены.

Приборы группы А перекрывают диапазон измерений от 0,1 до 1000 мм, имеют абсолютную погрешность измерений ± 0,005 и ± (0,01 + 0,001h) мм в диапазоне 0,1 - 1,0 мм и 1 - 1000 мм соответственно. Приборы группы Б начинают работать только с 0,5 мм и в диапазоне 0,5 - 10 мм имеют погрешность ± 0,1 мм, а в остальных поддиапазонах (до 1000 мм) погрешность равна ± (0,1 + 0,01h), где h - измеряемая величина.

Рассмотрим факторы, влияющие на точность измерений, применительно к толщиномерам групп А и В и средства, позволяющие минимизировать влияние этих факторов.

На рис. 1 представлена блок-схема микропроцессорного ультразвукового толщиномера. Блоки автоматической и временной регулировки усиления поддерживают постоянной амплитуду Umax донного сигнала, что важно для повышения точности измерения. Логические схемы управления и измерения, управляемые микропроцессором, синхронизируют работу генератора импульсов и приемника, а также выделяют эхо-сигналы, используемые для измерения времени t двойного прохождения ультразвукового импульса в ОК.

Микропроцессор использует полученное значение времени t вместе с информацией о скорости с ультразвука и сдвиге нуля, сохраненной в оперативной памяти, для расчета толщины h. Полученное значение h отображается на дисплее и обновляется в соответствии с установленной частотой. Для измерения толщины используют прямые совмещенные ПЭП, ПЭП с линией задержки, иммерсионные ПЭП. Оператору же необходимо правильно определить режим, в котором будут проводиться измерения.

Для выполнения измерений с использованием указанных ПЭП необходимо, чтобы толщиномер имел три режима измерения временных интервалов.

Режим 1. В этом режиме проводится измерение временного интервала между зондирующим импульсом и первым донным эхо-сигналом с использованием прямого совмещенного ПЭП (рис. 2). Это основой режим измерения, который рекомендуется в большинстве случаев.

Как показано в табл. 1, такой режим измерения может быть использован при минимальной толщине ОК 0,5 мм (для металлов) и 0,125 мм (для пластмасс). Точность при этом не превышает ± 0,01 мм.

В этом режиме измерения толщины необходимо учитывать время прохождения ультразвукового импульса через протектор ПЭП и слой контактной среды, а также время задержек электрического импульса в кабеле и время нарастания переднего фронта эхо-сигнала.

Данные табл. 1 носят ориентировочный характер и не должны рассматриваться как справочный материал и руководство к действию. В каждом конкретном случае измерения всегда должны проверяться на стандартных образцах из материала ОК.

Рис. 3. Измерение толщины ПЭП с локальной иммерсионной ванной

Рис. 4. Измерение толщины с использованием ПЭП с призмой

Режим 2. В этом режиме проводится измерение временного интервала между эхо-сигналом от контактной поверхности изделия и первым донным эхо-сигналом. Здесь используются иммерсионные ПЭП (рис. 3) и ПЭП с призмой (рис. 4). Чаще всего этот режим применяют при измерениях толщины изделий с большим радиусом кривизны поверхности (с сильно вогнутыми или выпуклыми поверхностями), а также при ограниченном доступе к ОК. Режим 2 может применяться и при измерениях толщины в поточной линии, с использованием иммерсионных ПЭП, а также для измерения толщины изделий с температурой на поверхности до 500 °С (используются высокотемпературные призмы).

При измерениях толщины в режиме 2 следует иметь в виду, что эхо-сигнал от контактной поверхности изделия может практически отсутствовать при иммерсионных измерениях толщины материалов, акустический импеданс которых близок к акустическому импедансу воды. Аналогичная ситуация возникает при использовании совмещенного ПЭП с призмой для измерения толщины изделий из полимеров, так как их акустический импеданс почти совпадает с акустическим импедансом материала призмы. Необходимо также отслеживать полярность эхо-сигнала от контактной поверхности изделия и донного эхо-сигнала и, в случае необходимости, соответствующими настройками прибора смещать измерительный строб на один полупериод.

Режим 3. В этом режиме производится измерение временного интервала между двумя последовательными донными эхо-сигналами. Здесь также используются иммерсионные ПЭП и ПЭП с призмой. Такой режим может быть использован только при наличии нескольких четких донных эхо-сигналов, что ограничивает его область применения материалами с высоким коэффициентом затухания и высоким акустическим импедансом. Режим 3 обычно используется, если необходимую точность и/или разрешающую способность нельзя получить в режимах 1 и 2.

В режиме 3 лучше всего измерять толщину конструкционных материалов малой толщины, имеющих акустический импеданс не менее 1 х 106 гсм-2/с (большинство металлов, керамика и стекло). В этих материалах все последовательные эхо-сигналы имеют одинаковую полярность, а их относительная амплитуда определяется коэффициентом передачи ультразвука из материала в полистирол (из которого выполнена призма) или воду. Так как оба этих материала имеют относительно низкий акустический импеданс, соотношение амплитуд последовательных эхо-сигналов Л2/Д1 составляет обычно более 0,5 или 6 дБ.

ПЭП с призмой могут быть использованы для проведения измерений толщины в диапазоне от 0,075 до 12,5 мм (в зависимости от частоты ПЭП и длины призмы). Размер пьезоэлемента (или площадь контактной поверхности призмы) должны быть уменьшены при уменьшении радиуса кривизны поверхности. Однако при радиусе кривизны поверхности ОК 3 мм и менее наилучшую передачу ультразвука в ОК обеспечивают иммерсионные ПЭП, поэтому в этом случае их использование оказывается предпочтительным. Существуют факторы, ограничивающие использование режима 3, которые не позволяют получить необходимое количество донных эхо-сигналов, - очень грубая поверхность изделия или наличие сильной коррозии на ней. При проведении измерений в режиме 3 для наблюдения за формой сигнала во время настройки толщиномера желательно использовать компьютерный осциллограф (PC-скоп) или программу отображения А-скана на дисплее прибора. С помощью этих средств удается отфильтровать сигналы-помехи.

Данные табл. 2 носят ориентировочный характер и не должны рассматриваться как справочный материал и руководство к действию.

В таблице 3 приведены изображения эхо-сигналов и указаны типы ПЭП для каждого режима.

Выбор ПЭП, соответствующего конкретным условиям измерения толщины, зависит от диапазона и необходимой разрешающей способности измерения, а также от акустических свойств материала и формы ОК. Лучше всего ПЭП выбирать экспериментальным путем, используя образцы из материала ОК, толщина которых соответствует ожидаемому диапазону измерений. В любом случае рекомендуется использовать ПЭП как можно с более высокой частотой и с наименьшей площадью рабочей поверхности, обеспечивающие надежные результаты в нужном диапазоне толщин. ПЭП с малой площадью контактной поверхности обеспечивают наилучший контакт с ОК и позволяют использовать тонкий слой контактной среды. В свою очередь, высокая частота ПЭП обеспечивает ультразвуковые импульсы с меньшей длительностью переднего фронта, что увеличивает точность измерений. С другой стороны, акустические свойства материала или состояние поверхности ОК могут вызвать необходимость использования низкочастотных ПЭП с большой площадью контактной поверхности. Такие ПЭП позволяют улучшить степень проникновения ультразвука в ОК или устранить потери сигнала, имеющие место из-за высокого затухания ультразвука в материале. В некоторых случаях при выборе оптимального ПЭП может потребоваться компромисс между степенью проникновения ультразвука в ОК и сохранением разрешающей способности (в частности, при измерении толщины тонких материалов) или наоборот. Для обеспечения измерений толщины во всем необходимом диапазоне с учетом всей совокупности перечисленных факторов иногда приходится использовать два или более ПЭП.

Проанализируем причины, вызывающие погрешность, и дадим рекомендации по ее уменьшению.

Погрешность измерения является основным количественным показателем измерительного прибора. Оценим погрешность измерения толщины эхо-методом, которая определяется как Ah/h = Ac/c + At/t. Исходя из этого, погрешность измерения с помощью эхоимпульсных толщиномеров вызывается следующими основными причинами.

Влияние акустического контакта (для контактных приборов). При измерениях толщины в режиме 1 с использованием прямого совмещенного ПЭП измеряется также толщина слоя контактной среды. Толщина слоя меняется вследствие изменения параметров шероховатости поверхности изделия, разного усилия прижатия преобразователя. Для уменьшения этой погрешности (особенно существенной при измерении малых толщин) повышают требования к качеству поверхности изделия, стабилизируют усилие прижатия ПЭП, выполняют настройку прибора и измерение на образцах с одинаковой шероховатостью изделия.

Однако радикальным способом устранения этой погрешности является исключение времени прохождения ультразвука в контактной жидкости из измеряемого интервала. Выделить сигнал, соответствующий отражению от контактной поверхности изделия, для контактного толщиномера очень сложно, поэтому можно использовать многократное отражение импульсов в изделии. Импульсы, начиная с n = 2 (режим 3), соответствуют отражениям между поверхностями контролируемого изделия; на расстояние между ними слой контактной жидкости не влияет.

Погрешность, обусловленная влиянием акустического контакта, исключается бесконтактным способом излучения и приема акустических волн. Для этой цели можно применять электромагнитно-акустические преобразователи, широкополосность которых позволяет формировать импульсы полуволновой длительности, что также важно для достижения высокой точности.

Ошибка настройки и измерения.
Ошибка при калибровке прибора вызывает систематическую погрешность при последующих измерениях. Для уменьшения этой ошибки рекомендуется после калибровки по контрольному образцу несколько раз повторить измерения и убедиться, что среднеарифметическое значение измеренной толщины близко к истинному.

Рис. 5. Увеличение погрешности измерения при изменении уровня сигнала: a - уровень срабатывания, t0 - ошибка измерения

Изменение уровня сигнала. В процессе контроля амплитуда электрических импульсов меняется. Для толщиномеров, не отображающих А-скан, это может привести к потере одного полупериода при неизменном уровне срабатывания (рис. 5). Погрешность значительно снижается при введении в прибор систем автоматической и временной регулировки чувствительности, а также при недетектированном сигнале.

Изменение длительности переднего фронта эхо-импульса. Погрешность возникает в связи с тем, что затухание ультразвуковых колебаний в акустическом тракте зависит от частоты. В первую очередь затухают высокочастотные составляющие спектра импульса, образующие его передний фронт. Для повышения точности измерений зондирующий импульс должен быть с возможно более крутым передним фронтом, а полоса пропускания усилителя и ПЭП расширена в область высоких частот, чтобы обеспечить прохождение импульсов с таким фронтом. Для этого используют генератор, обеспечивающий крутой передний фронт зондирующего импульса. Расширяют полосу частот усилителя и искателя в сторону высоких частот, от которых зависит крутизна переднего фронта. В связи с этим возникает необходимость применения особо широкополосных ПЭП.

Погрешность индикаторного устройства. Определяется классом точности индикатора.

Акустические свойства материала ОК. Некоторые особенности конструкционных материалов могут сильно ограничивать точность и диапазон ультразвуковых измерений толщины.

- Рассеяние звука. Особенности строения некоторых материалов (кристаллическая структура металлических отливок или несовпадение акустического импеданса составных материалов матрицы и основы композитов) вызывают рассеяние ультразвуковой энергии. Это рассеяние препятствует надежному выделению донного эхо-сигнала, что ограничивает возможности ультразвукового измерения толщины. В некоторых случаях это явление можно устранить при помощи настройки чувствительности, однако, при этом диапазон измерений уменьшается.

- Ослабление и поглощение звука. Многие органические материалы, например пластики с малой плотностью или резина, очень сильно поглощают ультразвук. По этой причине максимальная толщина измерения таких материалов уменьшается.

- Изменение скорости звука вследствие неоднородности химического состава материала, разброса средней величины кристаллитов (для металлов) и свойств поверхностных слоев (для чугуна в особо неблагоприятных условиях до 5 %).

Кривизна поверхности ОК. При неустойчивом положении ПЭП эхо-сигналы искажаются, что также приводит к неточным показаниям. Иногда удобно использовать пружинный V-образный держатель (рис. 6), который нормирует прижатие и осуществляет правильную ориентацию ПЭП к поверхности изделия.

При уменьшении радиуса кривизны поверхности ОК следует уменьшать площадь контактной поверхности ПЭП. При очень малых радиусах кривизны поверхности необходимо использовать иммерсионный метод измерения толщины. В некоторых случаях для выработки у оператора навыка правильно располагать ПЭП может потребоваться вывод изображений эхо-сигналов на экран компьютерного осциллографа (PC-скопа) или использование толщиномеров с отображением ультразвукового сигнала на дисплее прибора. В режиме 1 контролируют трубы диаметром более 20 мм. Трубы значительно меньшего диаметра (до 3 мм) контролируют в иммерсионном режиме (режимы 2 или 3).

Инверсия или изменение фазы эхо-сигналов. Фаза или полярность эхо-сигналов определяется акустическими импедансами двух граничащих материалов. Большинство выпускаемых толщиномеров обеспечивают измерения толщины в случае, когда донная поверхность ОК граничит с жидкой или воздушной средой, у которой акустический импеданс ниже, чем у металлов, керамики или пластмасс. Однако в некоторых случаях, например, при измерениях толщины пластиковых или стеклянных покрытий на металлах или медных покрытий на стали, отношение акустических импедансов различных материалов меняется, вызывая так называемую инверсию фазы эхо-сигналов.

Для поддержания точности измерений в этих случаях следует изменить полярность эхо-сигналов или, если это не позволяет тип прибора, установить значение сдвига нуля, компенсирующее ошибку синхронизации на один полупериод.

Более сложные ситуации могут возникнуть при измерении толщины таких материалов, как крупнозернистая сталь (в отливках) или композиты. В этих случаях из-за особенностей кристаллической структуры материала ультразвук может распространяться по нескольким траекториям, что вызывает искажение фазы эхо-сигналов. Это проявляется в том, что полученные эхо-сигналы не являются четко положительными или отрицательными. Рекомендуется поэкспериментировать с образцами из материала ОК для изучения факторов, влияющих на точность измерений. Если указанное явление проявляется постоянно, его можно устранить установкой соответствующего значения сдвига нуля.

Изменение температуры. Скорость ультразвука в материале меняется в зависимости от температуры, обычно увеличиваясь при охлаждении и уменьшаясь при нагревании. Особенно резкие скачки скорости ультразвука происходят при замерзании материала или переходе в жидкое состояние. Этот эффект более четко наблюдается в пластмассах и резине, чем в металлах. Для обеспечения максимальной точности измерений настройку скорости ультразвука следует проводить при температуре, при которой будут производиться измерения. Некоторые современные толщиномеры оснащены режимом коррекции скорости в зависимости от изменения температуры. В прибор с клавиатуры или автоматически через интерфейс RS232 вводится текущая температура ОК, и прибор сам выполняет перерасчет скорости ультразвука. Измеренное значение толщины и температуры сохраняется в памяти толщиномера.

Длина кабеля. В некоторых случаях могут потребоваться кабели большой длины. Длина кабеля, которая оказывает значительное влияние на работу толщиномера, определяется условиями измерения и зависит от частоты ПЭП, а также от требований к точности и минимальному диапазону измерений. При частоте ПЭП 20 МГц на форму эхо-сигналов оказывает влияние кабель длиной 1 м и больше. При более низких частотах ПЭП могут быть использованы кабели большей длины. Влияние характеристик кабеля должно быть определено экспериментальным путем. При измерениях в режиме 1 влияние кабеля может увеличивать длительность зондирующего импульса и ограничивать минимальную измеряемую толщину. Для компенсации времени прохождения электрических импульсов по кабелю следует установить соответствующее значение сдвига нуля. В режимах 2 и 3 влияние кабеля может вызвать искажения эхо-сигнала от границы сред и донного эхо-сигнала, а в крайних случаях (при длине кабеля 30 м и больше) может даже привести к появлению больших ложных эхо-сигналов, следующих за истинными эхо-сигналами с интервалами, равными времени прохождения электрического сигнала по кабелю.

1. Fowler K. A., Elfbaum G. M., Smith K. A., Nelligan T. J. Theory and application of precision ultrasonic thickness gaging. - NDTnet. 1997. V. 2. No. 10.

2. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий /Справочник в 7 т. / Под ред. В. В. Клюева. Т. 2. 1986.

3. Методы акустического контроля металлов / Под ред. Н. П. Алешина - М.: Машиностроение, 1989.

4. Козлов В. В. Поверка средств неразрушающего контроля. - М.: Издательство стандартов, 1989.

ГОСТ Р ИСО 16809-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Non-destructive testing. Ultrasonic testing. Thickness measurement

Дата введения 2016-03-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" (ФГУП "ВНИИОФИ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации N 371 "Неразрушающий контроль"

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 16809:2012* "Контроль неразрушающий. Ультразвуковое измерение толщины" (ISO 16809:2012 "Non-destructive testing. Ultrasonic thickness measurement", IDT).

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для привидения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2019 г.

Введение

Стандарт ISO 16809:2012 Non-destructive testing - Ultrasonic thickness measurement был подготовлен Европейским комитетом по стандартизации (CEN) как EN 14127:2011 и принят подкомитетом SC 3 "Ультразвуковой контроль", технического комитета ISO/TC 135 "Неразрушающий контроль".

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает принципы ультразвукового измерения толщины металлических и неметаллических материалов на основе измерения времени прохождения ультразвуковых импульсов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения).

ISO 5577, Non-destructive testing - Ultrasonic inspection - Vocabulary (Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь)

ISO 16811, Non-destructive testing - Ultrasonic testing - Sensitivity and range setting (Контроль не-разрушающий. Ультразвуковой контроль. Регулировка чувствительности и диапазона развертки)

EN 1330-4, Non-destructive testing. Terminology. Terms used in ultrasonic testing (Контроль неразрушающий. Терминология. Часть 4. Термины, используемые в ультразвуковом контроле)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 5577 и ЕН 1330-4.

4 Режимы измерения

Толщину детали или конструкции определяют путем измерения времени, необходимого для того, чтобы короткий ультразвуковой импульс, излучаемый преобразователем, прошел через толщину материала один, два или несколько раз.

Толщину материала вычисляют путем умножения известной скорости звука в материале на время прохождения и деления на количество прохождений импульса через стенку материала.

Этот принцип можно осуществить путем применения одного из следующих режимов (рисунок 1):

Режим 1: измерение времени прохождения от начального импульса возбуждения до первого эхо-сигнала, минус коррекция нуля для учета толщины протектора преобразователя, компенсации износа и слоя контактной среды (режим однократного эхо-сигнала).

Режим 2: измерение времени прохождения от конца линии задержки до первого донного эхо-сигнала (режим однократного эхо-сигнала линии задержки).

Режим 3: измерение времени прохождения между донными эхо-сигналами (многократные эхо-сигналы).

Режим 4: измерение времени прохождения импульса от излучателя до приемника в контакте с донной поверхностью (теневой метод).

А - передающий/принимающий преобразователь; А - передающий преобразователь; А - принимающий преобразователь; А - раздельно-совмещенный преобразователь; В - испытуемый объект; С - время прохождения акустического пути; D - отметка импульса передачи; Е-Е - донные эхо-сигналы; F - эхо-сигнал от границы раздела; G - задержка; Н - принятый импульс

Рисунок 1 - Режимы измерения

5 Общие требования

5.1 Приборы

Измерение толщины можно выполнить с помощью приборов следующих типов:

a) ультразвуковые толщиномеры с цифровым дисплеем, на котором отображается измеренное значение;

b) ультразвуковые толщиномеры с цифровым дисплеем, на котором отображается измеренное значение, и разверткой типа А (дисплей аналоговых сигналов);

c) приборы, предназначенные для обнаружения несплошностей с разверткой типа А. Прибор этого типа может содержать также цифровой дисплей для отображения значений толщины.

Выбор прибора ультразвукового измерения - согласно 6.4.

5.2 Преобразователи

При ультразвуковом контроле используют преобразователи следующих типов, как правило, это преобразователи продольных волн:

- двухэлементные преобразователи (раздельно-совмещенные);

- одноэлементные преобразователи (совмещенные).

Выбор преобразователя - согласно 6.3.

5.3 Контактная среда

Необходимо обеспечить акустический контакт между преобразователем(ями) и материалом, обычно такой контакт осуществляется с помощью жидкости или геля.

Контактная среда не должна оказывать неблагоприятного влияния на испытуемый объект, оборудование и не должна представлять опасности для оператора.

Информация о контактной среде, используемой в особых условиях измерения - согласно 6.6.

Необходимо выбрать такую контактную среду, которая подходит к состоянию поверхности и неровностям поверхности, чтобы обеспечить достаточный акустический контакт.

5.4 Настроечные образцы

Ультразвуковой толщиномер калибруют на одном или нескольких настроечных образцах, представляющих измеряемый объект, т.е. с сопоставимыми размерами, материалом и конструкцией. Толщина настроечных образцов должна охватывать диапазон измеряемой толщины. Должна быть известна толщина настроечных образцов или скорость распространения звука в них.

5.5 Испытуемые объекты

Измеряемый объект должен обеспечить прохождение ультразвуковых волн через объект, а также иметь свободный доступ к каждому отдельному измеряемому участку. На поверхности измеряемого участка не должно быть грязи, смазки, ворсинок, окалины, сварочного флюса и брызг металла, масла или другого постороннего вещества, которое может мешать измерению.

Если на поверхности есть покрытие, оно должно хорошо прилипать к материалу. В противном случае его необходимо удалить.

При выполнении измерения через покрытие необходимо знать его толщину и скорость распространения звука в нем, если только не используется режим 3.

5.6 Квалификация персонала

Оператор, выполняющий ультразвуковое измерение толщины в соответствии с настоящим стандартом, должен обладать базовыми знаниями в физике ультразвука, хорошим пониманием и подготовкой в области ультразвуковых измерений толщины. Кроме того, оператор должен иметь сведения об изделии (например, марку стали и т.д.).

Ультразвуковое измерение толщины должен выполнять квалифицированный персонал. Для подтверждения квалификации рекомендуется сертифицировать персонал в соответствии с ИСО 9712 или эквивалентным стандартом.

6 Применение метода

6.1 Подготовка поверхности

Применение режима эхо-импульсов означает, что ультразвуковой импульс должен пройти поверхность контакта между контролируемым объектом и преобразователем не менее двух раз: входя в объект и выходя из него.

Поэтому следует предпочесть чистый и ровный участок контакта размером не менее двукратного диаметра преобразователя. Плохой контакт приведет к потере энергии, искажению сигнала и акустического пути.

Для обеспечения ввода звука необходимо очистить поверхность и удалить отслаивающиеся покрытия с помощью щетки или шлифовки.

Нанесенные слои, такие как лакокрасочное покрытие, электролитическое покрытие, эмаль, могут оставаться на объекте, но лишь несколько типов измерительных приборов способны исключить эти слои из измерения.

Часто необходимо выполнять измерения толщины на корродированных поверхностях, например на резервуарах и трубопроводах. Для повышения точности измерения необходимо шлифовать контактную поверхность на участке размером не менее двух диаметров преобразователя. На этом участке не должно быть продуктов коррозии.

Следует принять меры предосторожности, чтобы не уменьшить толщину объекта ниже минимально допустимого значения (при этом шероховатость поверхности должна быть не хуже 40 мкм).

6.2 Метод

6.2.1 Общие положения

Задачу ультразвукового измерения толщины можно разделить на две области применения:

- измерение в процессе производства;

- измерения остаточной толщины стенки в процессе эксплуатации.

Каждая из этих областей применения характеризуется своими особыми условиями, требующими специальных методов измерения:

a) в зависимости от толщины материала, следует использовать частоты от 100 кГц при прохождении через материалы с сильным затуханием до 50 МГц для тонких металлических листов;

b) в случае использования раздельно-совмещенных преобразователей необходимо компенсировать время задержки в призме;

c) на объектах с криволинейной поверхностью диаметр участка контакта преобразователя должен быть значительно меньше диаметра испытуемого объекта;

d) точность измерения толщины зависит от того, насколько точно можно измерить время прохождения ультразвукового импульса, в зависимости от режима измерения времени (переход через нуль, между фронтами, между пиками), в зависимости от выбранного режима (с многократными эхо-сигналами, режим 3, точность выше, чем в режимах 1 и 2), в зависимости от частот, которые можно использовать (более высокие частоты обеспечивают более высокую точность, чем более низкие частоты, поскольку обеспечивают более точное измерение времени).

Читайте также: