2.2.1. Аппаратура для контроля методами отражения

2.2.1.1. Импульсный дефектоскоп

Для контроля всеми методами отра­жения применяют импульсную УЗ-ап - паратуру: эходефектоскопы, толщиноме­ры и структуромеры. Все они используют общий принцип, однако толщиномеры обладают более простой схемой и кон­струкцией. Рассмотрим работу УЗ-эходе - фектоскопа. Его упрощенная структурная схема и функции основных узлов изложе­ны в разд. 2.1.2 (см. рис. 2.2). Рассмотрим более подробно особенности этих, а также ряда вспомогательных узлов.

Генератор зондирующих импуль­сов 7 (см. рис. 2.2) содержит два основных элемента: колебательный контур, вклю­чающий в себя излучающий электронно­акустический преобразователь - ЭАП (пьезопреобразователь), и электронную схему, обеспечивающую генерацию ко­ротких радиоимпульсов той или иной формы. В колебательном контуре парал­лельно или последовательно пьезоэлемен­
ту включены индуктивность и активное сопротивление. Иногда применяют транс­форматорную связь.

Чаще всего используют схему удар­ного возбуждения колебаний контура, в упрощенном виде показанную на рис. 2.11, а. Резонансную частоту контура с помощью индуктивности L подбирают равной антирезонансной частоте пьезо­пластины Я (см. разд. 1.2.2). Сопротивле­ние резистора R определяет добротность контура. Накопительный конденсатор С„ заряжают от высокого напряжения U„.

По команде синхронизатора откры­вают тиристор Т, через который этот кон­денсатор разряжается и возбуждает коле­бания в контуре. Форма возбуждаемых таким способом электрических зондиру­ющих импульсов показана на рис. 2.11, б. Фронт ударного импульса определяется быстрым процессом разряда накопитель­ного конденсатора. Ему соответствуют высокочастотные составляющие спектра импульса, значительно превышающие рабочую частоту дефектоскопа и выходя­щие за пределы полосы пропускания час­тот ЭАП.

В результате излучаемый в изделие акустический зондирующий импульс имеет

форму, близкую к колоколообразной (рис. 2.11, в). Амплитуда первого полупе - риода колебаний ударного возбуждающе­го импульса обычно ~300 ... 500 В. Однако эффективно действующая амплитуда спектральной составляющей на рабочей частоте значительно меньше (30 ... 50 В) ввиду несоответствия полос частот им­пульса и преобразователя.

В настоящее время часто применяют генераторы, вырабатывающие импульсы колоколообразной формы (рис. 2.11, д), ко­торая характеризуется наиболее узким спектральным составом при заданной дли­тельности, или импульсы, содержащие один, два или более периодов колебаний постоянной амплитуды. Это повышает коэффициент полезного действия генера­тора.

Амплитуду электрического возбуж­дающего импульса ограничивает напря­женность переменного электрического поля Ет (см. разд. 1.2.1), которую может выдержать пьезопластина без пробоя или разрушения. Для ЦТС-19 эта величина составляет ~3000 В/мм. Однако линейный рост амплитуды акустического сигнала наблюдают при повышении напряженно­сти приблизительно до 300 В/мм. С уче­том того, что пьезопластину делают полу­волновой, варьируя ее толщину в зависи­мости от частоты, предельное напряжение питания зависит от частоты: U0 = Emht = = £’mc1/(2/1), где hx и с] - толщина и ско­рость звука в пластине. Считая макси­мальную частоту равной 10 МГц, найдем U0 «500 В. Поскольку дефектоскоп дол­жен надежно работать со всеми преобра­зователями, входящими в комплект, мак­симальную амплитуду UQ ограничивают этой величиной.

Низкочастотные дефектоскопы име­ют генераторы с более высоким напряже­нием. Данное обстоятельство также ука­зывает на неэффективность ударных гене­раторов. Отметим, что пьезокерамика типа ПКР (изготовитель - Ростовский государ­ственный университет) выдерживает без пробоя и разрушения значительно боль­шие напряженности поля ЕТ, чем ЦТС-19.

Приемно-усилительный тракт де­фектоскопа 1 (см. рис. 2.2) содержит по­следовательно соединенные узлы: преду­силитель, измеритель амплитуд сигналов, усилитель высокой частоты (УВЧ), детек­тор и видеоусилитель. Предусилитель обеспечивает согласование усилительного тракта с приемным преобразователем. Его входное сопротивление должно быть больше эквивалентного электрического сопротивления ЭАП, которое, как показы­вают оценки (см. пример 1.11), для преоб­разователя из ЦТС на частоте 1 ... 5 МГц составляет 20 ... 40 Ом. Коэффициент уси­ления предусилителя < 20 дБ. Некоторые дефектоскопы не имеют предусилителя.

В предусилитель входит ограничи­тель амплитуды, предохраняющий усили­тель от перегрузок, связанных с воздейст­вием электрического зондирующего им­пульса (когда ЭАП включен по совмещен­ной схеме). Он шунтирует сигналы, ам­плитуда которых превосходит определен­ный уровень, но практически не искажает сигналы меньшей амплитуды, соответст­вующие эхосигналам от дефектов и дру­гих отражателей.

Амплитуды сигналов измеряют с по­мощью калиброванного делителя напря­жения - аттенюатора. Измерение состо­ит в сравнении между собой амплитуд двух или нескольких сигналов в относи­тельных единицах или децибелах (см. разд. 1.1.1). Аттенюатор располагают на входе приемно-усилительного тракта по­сле предусилителя для того, чтобы иска­жение амплитуд поступивших на него сигналов было минимальным. Требуемый диапазон измерения обычно < 100 дБ.

В последнее время применяют авто­матические измерители амплитуды с циф­ровой индикацией. Иногда в них амплиту­ду пересчитывают в величину, характери­зующую размер дефекта (эквивалентную площадь) и представляют ее на цифровом табло. Поскольку пересчет должен выпол­няться по разным законам в зависимости от типа преобразователя и характеристики материала ОК (см. разд. 2.2.2), измеритель требует предварительной настройки. При перемещении преобразователя по ОК ам­плитуда эхосигнала от дефекта изменяет­ся, но автоматический измеритель можно настроить так, что он будет фиксировать максимальное значение амплитуды.

Усилитель высокой частоты имеет коэффициент усиления 60 ... 100 дБ. Раз­личают узко - и широкополосные усилите­ли. Узкополосные УВЧ, обладающие вы­сокой помехоустойчивостью, имеют поло­су пропускания частот > 0,2/0 (где /о - ра­бочая частота), что обеспечивает сравни­тельно небольшое искажение сигналов в приемном тракте. Недостаток узкополос­ных усилителей заключается в необходи­мости перестройки частотного диапазона при изменении рабочей частоты прибора. В этом отношении обладают преимущест­вом широкополосные усилители, хотя они сложнее по схеме и менее помехоустойчи­вы.

Усиленные высокочастотные сигна­лы поступают к детектору, на нагрузке которого выделяются огибающие радио­импульсов. Про детектированные сигналы (рис. 2.11, г) подают на видеоусилитель с коэффициентом усиления ~ 20 дБ. В неко­торых приборах детектор можно выклю­чить и наблюдать на экране недетектиро - ванные импульсы с сохранением высоко­частотных (т. е. УЗ) колебаний в них.

Важная характеристика усилителя - его динамический диапазон, т. е. отноше­ние амплитуд максимального и мини­мального сигналов, усиливаемых и на­блюдаемых на экране без искажения. Приборы с большим динамическим диапа­зоном > 20 дБ позволяют правильно оце­нивать соотношение амплитуд сигналов на экране даже без применения аттенюа­тора.

В большинстве дефектоскопов изо­бражение на экране пропорционально ам­плитудам импульсов. Однако в некоторых приборах используют логарифмические усилители. В таких приборах амплитуды видимых на экране сигналов пропорцио­нальны их значениям в децибелах. Благо­даря этому такой прибор обладает очень большим динамическим диапазоном (до 60 дБ), но с его помощью трудно заметить небольшое изменение амплитуд и отдель­но зафиксировать два близко расположен­ных импульса.

Помимо калиброванного аттенюатора импульсные дефектоскопы имеют ряд других регуляторов чувствительности. К ним относят регулятор амплитуды зон­дирующего импульса, некалиброванный регулятор чувствительности усилителя и отсечку. Отсечка (ограничение сигналов снизу) достигается изменением порогово­го уровня детектора. Благодаря этому от­секают все небольшие импульсы, ампли­туда которых меньше выбранной порого­вой величины (обычно это помехи).

Применение отсечки искажает реаль­ное соотношение амплитуд продетектиро - ванных сигналов и сужает динамический диапазон прибора. В связи с этим приме­няют систему так называемой компенси­рованной отсечки, которая обеспечивает восстановление амплитуд сигналов, ока­завшихся выше уровня отсечки, до перво­начальной величины.

Если в усилителе отсутствует отсечка или она сделана компенсированной, то амплитуду в пределах динамического диапазона (< 20 дБ) можно измерять пря­мо по экрану дефектоскопа, на который иногда наносят соответствующую шкалу. Если некомпенсированная отсечка введе­на, то можно лишь сравнивать амплитуды сигналов по принципу "больше - меньше", но измерять их по экрану нельзя.

Измерение амплитуды по экрану де­фектоскопа обычно выполняется в отно­сительных единицах, а не в децибелах, за исключением случаев применения лога-

Рис. 2.12. Типичное изображение на экране эходефектоскопа: 1 - зондирующий импульс; 2 - помехи преобразователя; 3 ~ строб-импульс автомати­ческого сигнализатора дефектов; 4 - структурные помехи; 5 - эхосигнал от дефекта; б - донный сигнал

рифмического усилителя или когда узкий интервал (обычно в пределах ± 2 дБ) вбли­зи стандартного уровня проградуирован в децибелах. Это сделано в некоторых де­фектоскопах, у которых слишком большая цена деления аттенюатора (2 дБ или более).

Измерение амплитуд аттенюатором более точное, чем по экрану, и выполняет­ся во всем диапазоне амплитуд сигналов независимо от наличия отсечки. В про­стейшем случае измерение состоит в том, что, регулируя усиление аттенюатором и не меняя положение других ручек, влияющих на чувствительность, амплиту­ды всех измеряемых сигналов последова­тельно подводят к одной и той же линии на экране, называемой стандартным уровнем. Цифры на шкале аттенюатора указывают, насколько пришлось ослабить сигнал, чтобы он достиг стандартного уровня, или, что одно и то же, насколько был велик сигнал на входе усилителя до ослабления.

Опишем измерение амплитуды де­фектоскопом УД2-12, широко распростра­ненным в России. В нем имеется два из­мерителя амплитуд сигналов: кнопочный аттенюатор и автоматический измеритель амплитуд. Цифровое значение амплитуд с автоматического измерителя выводится на табло блока цифровой обработки (БЦО). В качестве стандартного уровня удобно выбрать верхний край экрана. Когда ам­плитуда измеряемого импульса достигает верхнего края (но не превышает его), таб­ло БЦО показывает 0 дБ, середины экрана - 6 дБ, 1/4 экрана соответствует 12 дБ. При измерениях сумма децибелов на отжатых кнопках аттенюатора и на табло БЦО по­казывает амплитуду сигнала.

Если нужно сравнить амплитуды двух импульсов, видимых на экране УД2-12, то это удобно сделать с помощью БЦО, не пользуясь кнопочным аттенюатором. БЦО измеряет амплитуду только первого эхо- сигнала, попавшего в строб-импульс (П-образный растянутый импульс на экра­не) и превышающего 1/4 высоты экрана. Следует установить строб-импульс под меньшим сигналом и записать показание в децибелах. Затем установить строб - импульс под большим сигналом и опять записать показание. Разность укажет, на сколько децибелов один сигнал больше другого.

Генератор развертки 9 (см. рис. 2.2) позволяет разделять эхосигналы по време­ни их прихода. Развертка типа А описана в разд. 2.1.2. Как там отмечено, она соот­ветствует отображению на экране УЗ - дефектоскопа информации двух видов. Горизонтальная линия (линия развертки дефектоскопа) соответствует времени пробега импульса в изделии, а время про­порционально пути импульса. Высота пи­ков (импульсов) пропорциональна ампли­тудам эхосигналов.

Таким образом, по горизонтальной шкале, совмещенной с линией развертки, определяют длину пути импульса в изде­лии от излучателя до отражателя и обрат­но к приемнику, а по вертикальной оцени­вают отражательную способность дефекта или другого объекта.

На рис. 2.12 показано реальное изо­бражение на экране дефектоскопа и даны

названия наблюдаемым импульсам, реко­мендованные ГОСТ 23829-85.

Часто применяют задержанную А - развертку, которая начинается не от зон­дирующего импульса, а позднее. Таким образом, исключают время пробега им­пульса в протекторе, призме преобразова­теля, части металла изделия, не подлежа­щей контролю. Иногда такую развертку называют лупой времени, потому что она позволяет растянуть во всю ширину экра­на сравнительно небольшой интервал раз­вертки, где близко расположено много импульсов. Эта система особенно полезна при большой толщине ОК. Если развертка включена без задержки, то такой режим называют контролем от поверхности.

Развертка типа В (В-развертка) представляет как бы поперечное сечение изделия поверхностью, определяемой лу­чом преобразователя при его перемеще­нии по ОК. Например, если прямой преоб­разователь перемещают по прямой линии, то луч от него образует секущую плос­кость на рис. 2.13, в, проходящую через штриховую линию.

Для получения этой развертки линию Д-развертки на экране обычно направляют сверху вниз и подсвечивают в моменты прихода эхосигналов. По мере перемеще­ния преобразователя линия А -развертки смещается на экране в горизонтальном направлении. Подсвеченные точки сохра­няются на экране и образуют линии, соот­ветствующие поверхности ввода (зонди­рующие импульсы), отражающей поверх­ности дефекта и донному сигналу, преры­вающемуся там, где его затеняет дефект.

Развертка типа С (С-развертка) представляет план расположения дефектов (рис. 2.13, г). Иногда выделяют опреде­ленный слой по толщине ОК и на С-развертке показывают только дефекты, расположенные в этом слое.

Развертка типа D (D-развертка) - это разновидность 5-развертки. При кон­троле сварных соединений 5-разверткой называют поперечное сечение шва, а D-разверткой - его продольное сечение.

Применяют также комбинированные развертки. Например, на рис. 2.13, в спра­
ва показана Л-развертка, соответствующая одной из линий 5-развертки. Л-развертка удобна тем, что по ней можно судить об амплитудах эхосигналов.

Чтобы получить В-, С- и D-развертки, нужно обеспечить связь положения пре­образователя на поверхности ОК с изо­бражением на экране. С этой целью обыч­но применяют автоматические устройства для механического перемещения преобра­зователя или используют бесконтактные типы связи положения преобразователя с изображением на экране. Все это услож­няет аппаратуру. В некоторых дефекто­скопах связи положения преобразователя с изображением на экране не делают, но движение преобразователя и формирова­ние развертки на экране синхронизируют по времени, исходя из средней скорости перемещения преобразователя рукой дефектоскописта.

Не следует ожидать, что изображения дефектов на В-, С - и Д>-развертках точно соответствуют истинной форме дефектов. Очертания изображений зависят от шири­ны раскрытия пучка УЗ-лучей. Дефекты, меньшие ширины раскрытия пучка, изо­бражаются на этих развертках точками приблизительно одинакового размера.

Разверткой типа М (М-разверткой) называют Л-развертку с запоминанием изменения амплитуды эхосигнала на экра­не при изменении времени пробега им­пульса. В результате получают на экране временную огибающую эхосигнала (см. разд. 2.2.2). Этот тип развертки иногда называют "заморозкой”.

Синхронизатор 8 (см. рис. 2.2) дает сигналы на выработку электрических зон­дирующих импульсов и определяет после­довательность включения узлов дефек­тоскопа относительно момента посылки зондирующего импульса. Синхронизатор представляет собой автоколебательную импульсную систему. Его обычно выпол­няют по схеме мультивибратора или деле­нием частоты тактового генератора, управляющего микропроцессором.

Частоту генерируемых синхрониза­тором запускающих импульсов (частоту посылок) выбирают в зависимости от за­дач контроля в пределах 50 ... 8000 Гц. В некоторых дефектоскопах ее регулиру­ют. Так как частота синхронизатора опре­деляет период следования зондирующих посылок, то с позиций увеличения скоро­сти контроля (а следовательно, и его про­изводительности при автоматическом контроле) ее желательно выбирать воз­можно большей. Однако она ограничива­ется быстротой затухания УЗ и толщиной ОК, поскольку необходимо, чтобы им­пульс, излученный в ОК, полностью затух до возбуждения следующей посылки. В противном случае могут возникнуть ме­шающие импульсы - фантомы (см. разд. 2.2.3.2).

В некоторых приборах функции син­хронизатора выполняет генератор зонди­рующих импульсов.

Экран дефектоскопа 5 - основной индикатор принятых сигналов. В дефекто­скопах ранних выпусков это, как правило, электронно-лучевая трубка. В современ­ных дефектоскопах экраны жидкокри­сталлические или катодолюминесцентные.

Далее рассматриваются дополни­тельные узлы дефектоскопа, не показан­ные на рис. 2.2.

Систему временнбй регулировки чувствительности (ВРЧ) правильнее на­звать временной автоматической регули­ровкой усиления или корректировкой ам­плитуды с расстоянием (по-английски - DAC: distance amplitude correction). Она предназначена для автоматической регу­лировки коэффициента усиления прием­ника таким образом, чтобы амплитуды эхосигналов от одинаковых дефектов при изменении расстояний от преобразователя до дефектов не меняли своей амплитуды.

ВРЧ компенсирует ослабление им­пульса, обусловленное дифракционным расхождением и затуханием. Исходя из этого, закон изменения усиления должен быть обратным закону убывания амплитуд отраженных сигналов от одних и тех же по размерам дефектов по мере их удале­ния от преобразователя. Эти законы - раз­ные для отражателей различных формы и размеров (см. разд. 2.2.2.1 и табл. 2.1).

В простых по устройству дефекто­скопах, в частности УД2-12, предусматри­вается регулировка ВРЧ по длительности действия вдоль линии развертки и по ве­личине изменения чувствительности. Кроме того, может задаваться закономер­ность изменения с расстоянием, отличаю­щаяся от линейной зависимости. Однако заложенные в УД2-12 закономерности изменения чувствительности с расстояни­ем плохо соответствуют требуемым: кри­вая изменения чувствительности с рас­стоянием выпуклая, а на больших рас­стояниях от преобразователя (в дальней зоне) она должна быть вогнутой.

В более совершенных дефектоскопах закономерность изменения ВРЧ задается как кривая изменения чувствительности, обратная изменению амплитуды сигнала в соответствии с АРД диаграммой (см. разд. 22.2.2) для данных преобразователя и отражателя. Кроме того, можно преду­смотреть разные значения коэффициента затухания.

Система автоматической сигнали­зации дефектов (АСД) предназначена для автоматической фиксации факта обнару­жения дефекта. Ее можно рассматривать как частный случай регистратора. Осо­бенно важное значение такие системы имеют в автоматизированных установках, в которых выявленные дефекты регистри­руют в процессе непрерывного сканиро­вания преобразователем ОК. При ручном контроле система АСД значительно об­легчает работу дефектоскописта, выдавая звуковой или световой сигнал при появле­нии дефекта, что повышает надежность результатов прозвучивания.

Система АСД работает совместно с генератором стробирующих импульсов. Он формирует импульсы, которыми выде­ляют интервал линии развертки, где могут появиться импульсы от дефектов, подле­жащих регистрации. В результате АСД имеет регулировку по времени и амплиту­де. Регулировка по времени состоит в вы­делении стробирующим импульсом тре­буемой зоны линии развертки, а регули­ровка по амплитуде - в установлении по­рога срабатывания, от которого запуска­ется АСД.

С помощью строб-импульса отстраи­ваются от зондирующего импульса, дон­ного сигнала, многих ложных сигналов. Регулировку строб-импульса АСД по вре­мени выполняют двумя ручками: обычно одной из них устанавливают положение всего строб-импульса на линии развертки, а другой регулируют его длительность. В некоторых дефектоскопах существует система слежения стробирующим импуль­сом за выбранным эхосигналом даже при его перемещении по линии развертки, что обычно происходит при движении преоб­разователя относительно дефекта.

Регулировка АСД по амплитуде со­стоит в выборе порогового значения ам­плитуды эхосигнала, от которого срабаты­вает АСД. Часто система АСД прибли­женно указывает амплитуду эхосигналов. Например, АСД дефектоскопа УД2-12 имеет три уровня световой регистрации. Обычно их регулируют таким образом, чтобы, когда амплитуда импульса не пре­вышает 1/4 экрана, зажглась зеленая лам­па, не превышает 1/2 экрана - желтая, ес­ли амплитуда превышает половину высо­ты экрана - красная. При такой регули­ровке разница амплитуд сигналов между соседними уровнями 6 дБ.

На рис. 2.12 строб-импульс имеет растянутую П-образную форму. Задняя ступенька ее слилась с хвостом импульса от дефекта. В других дефектоскопах строб-импульс выглядит как отрезок, вы­сота которого над линией развертки опре­деляет порог срабатывания АСД, а дли­тельность - выделяемый интервал раз­вертки.

Установив строб-импульс так, чтобы в него попал только донный сигнал, по амплитуде этого сигнала следят за ста­бильностью акустического контакта, об­щей исправностью работы аппаратуры, а также подстраивают чувствительность. Очень удобны дефектоскопы с двумя строб-импульсами с раздельной регули­ровкой уровня срабатывания сигнализато­ров. Обычно один строб-импульс исполь­зуется для слежения за сигналами от де­фектов, а другой - для слежения за дон­ным сигналом, АСД при этом настроен на более высокий порог срабатывания.

Система АСД позволяет контролиро­вать изделия "по слоям". Например, при контроле очень толстых изделий с помо­щью строб-импульса выделяют слои тол­щиной 50 ... 100 мм и контролируют их один за другим, повышая чувствитель­ность усилителя по мере перехода к более глубокому слою, чтобы выявить одинако­вые дефекты на всей толщине изделия.

Выше было рассмотрено использова­ние АСД при контроле эхометодом. При контроле теневым и ЗТ-методами строби­руют сквозной или донный сигнал. Поро­говое значение АСД устанавливают так, чтобы сигнализатор сработал, когда ам­плитуды этих сигналов превышают этот уровень, и выключался, когда в результате действия дефекта амплитуда этих сигна­лов уменьшается. Таким образом, на без­дефектном участке ОК сигнал имеется, а на дефектном нет.

Устройство для измерения рас­стояния до дефекта, дна ОК или другого отражателя - глубиномер - измеряет время пробега импульса до отражателя и обрат­но, а это время пересчитывают в расстоя­ние с учетом скорости распространения УЗ в ОК. Глубиномер предварительно на­страивают на скорость распространения используемого типа волн в материале из­делия и исключают время пробега в про­текторе или призме преобразователя.

При контроле наклонным преобразо­вателем глубиномер позволяет измерять две координаты дефекта: глубину залега­ния его под поверхностью и расстояние от преобразователя до дефекта вдоль по­верхности изделия. Для этого нужно пред­варительно настроить глубиномер на из­мерение указанных величин с учетом угла ввода преобразователя, скорости УЗ и времени его пробега в акустической за­держке. Способы измерения координат дефектов с помощью глубиномера будут рассмотрены в разд. 3.2.1.

В дефектоскопе УД2-12, как и в бо­лее современных дефектоскопах, время, отсчитанное глубиномером, а также рас­считанные по времени координаты дефек­тов представляются в цифровом виде на табло БЦО. Для этого измеряемый им­пульс выделяют строб-импульсом. Неко­торые дефектоскопы позволяют измерять расстояние между двумя импульсами, по­мещая их в разные строб-импульсы. Бла­годаря этому появляется возможность из­мерения толщины слоев в ОК или рас­стояния между дефектами.

Тенденции совершенствования де­фектоскопов. Дефектоскоп УД2-12 и дру­гие приборы предыдущего поколения - приборы аналогового типа. В них вся по­лучаемая информация обрабатывается в аналоговой форме. Современные процес­сорные дефектоскопы - это цифровые приборы. В них принимаемый электриче­ский сигнал после минимального усиле­ния преобразуется в цифровой код, кото­рый подвергается дальнейшей обработке. Это повышает точность измерений, поме­хоустойчивость, позволяет получать больше информации.

Вместо электронно-лучевой трубки в современных дефектоскопах применяются катодолюминесцентные или жидкокри­сталлические экраны. Они экономичнее, что позволяет применить автономное электропитание от аккумуляторной бата­реи и подзаряжать ее довольно редко. Структурная схема такого дефектоскопа значительно отличается от приведенной выше.

Иногда настройку подобного прибора выполняют в режиме диалога, когда при­бор задает вопросы, а дефектоскопист вводит ответ или выбирает один из пред­ложенных вариантов ответа. Так могут задаваться данные об ОК (толщине, ско­рости звука) и желаемых параметрах кон­троля (частоте, типе волны, угле ввода).

Процедура настройки может быть упрощена для наиболее часто контроли­руемых объектов. В памяти дефектоскопа можно хранить несколько предварительно подготовленных вариантов программы контроля и выбирать требуемый простым переключением.

МикроЭВМ в дефектоскопе может осуществлять первичную статистическую обработку результатов, сохранять инфор­мацию о режимах и результатах контроля, т. е. дефектоскоп обладает памятью, в ко­торую можно занести цифровые результа­ты контроля, а также изображения с экра­на, документировать результаты, обмени­ваться информацией с ЭВМ более высоко­го уровня. Ниже описываются возможно­сти некоторых дефектоскопов.

ЦНИИТмаш (В. Г. Щербинский) раз­работал и реализует дефектоскоп УДЦ-201П. Он обладает всеми достоинст­вами современных импортных приборов, но имеет и целый ряд принципиальных отличий, улучшающих его потребитель­ские качества.

УДЦ-201П позволяет отображать на экране непосредственно в цифровом виде следующую количественную информа­цию:

максимальную амплитуду эхосигна - лов от отражателей, попавших в один или оба строб-импульса;

глубину залегания отражателя при прозвучивании прямым или наклонным ПЭП прямым лучом;

глубину залегания отражателя от по­верхности ввода при прозвучивании наклонным ПЭП изделий с параллельными поверхностями однократ­но - и двукратно отраженными лучами;

расстояние от точки ввода до эпи­центра отражателя (т. е. точки на по­верхности ввода над отражателем);

время прохождения УЗ в призме пре­образователя;

расстояние между импульсами на любом уровне от максимума (в мм или мкс);

расстояние каждого строб-импульса относительно начала развертки (в мм и мкс) и ширину каждого строб-импульса (в мм и мкс);

расстояние каких-либо сигналов от­носительно друг друга (в мм и мкс); ам­плитудный уровень каждого строб - импульса (высота над уровнем развертки) в дБ или в % от высоты экрана, принятого за 100%;

амплитудный уровень компенсиро­ванной отсечки в дБ или в % от высоты экрана;

скорость любых волн в объекте кон­троля в м/с;

толщину ОК;

цифровую и текстовую информацию русским или латинским шрифтами.

Дефектоскоп имеет меню из набора основных параметров дефектоскопа и тре­бований контроля, отображаемых в виде пиктограмм на экране; память (заморозку)

Основные технические характеристики
дефектоскопа УДЦ-201П

Частотный диапазон, МГц 1 ... 10,0

Глубина прозвучивания

постали, мм.......................... 0,5 ... 1200

Абсолютная чувствитель­ность, дБ юо

Погрешность измерения:

амплитуды, дБ........... ±0,1

координат, мм............ ±1

Размер экрана, мм.............. 96 х 78

Питание................................. Сетевое и

автономное

Габаритные размеры, мм.. 255х 156x220

Масса (с шестью аккуму­ляторами), кг 4,9

Основные технические характеристики дефектоскопа УД4-Т

Рабочие частоты, МГц.......................................................... 1,25; 1,8; 2,5; 5

Диапазон измеряемых глубин (координат), мм.................... 1 ... 3000 (±5 мм)

Диапазон измеряемых амплитуд....................................... 35 мкВ... 45 В

ВРЧ:

амплитуда, дБ................................................................ 80

крутизна, дБ/мкс............................................................ До 20

Диапазон измеряемых эффективных площадей, мм2... 0,1 ... 100 (±15 %)

Диапазон глубин построения изображений

5-типа, мм.................................................................................. 10 ... 100

Емкость архива, шт.:

настроек........................................................................... 170

результатов контроля.................................................. 796

Время непрерывной работы, ч:

от сети напряжением 220 В........................................ 24

от встроенного аккумулятора......................................... 12

Диапазон рабочих температур, °С.................................... -20 ... +50

Габаритные размеры (без ручки для переноски), мм... 184 х 210 х 111

Масса со встроенным аккумулятором, кг....................... 4,2

изображения (М-развертку); звуковую и световую сигнализацию о превышении эхосигналом порогового уровня; ВРЧ, компенсирующую ослабление по законам 1/г2 или 1/г3/2 в диапазоне 30 дБ (г - рас­стояние от преобразователя до дефекта); АРД-графики на экране; энергонезависи­мую память емкостью 64 блока видеотек - стовой информации по результатам кон­троля ("память кадра") и 127 блоков пара­метров настройки; блокировку настройки. Дефектоскоп комплектуется датчиком типа ДШВ для измерения шероховатости поверхности (см. разд. 6.4) и имеет про­граммную поддержку корректировки чув­ствительности в зависимости от величины шероховатости, у которой нет аналогов в мировой практике.

На линии развертки дефектоскопа предусмотрены маркеры точки ввода луча при контроле наклонным преобразовате­лем, маркеры одно-, двух - и трехкратного отражений от поверхности для контроля с многократным отражением. Запомненные кадры осциллограмм дефектов с коммен­тарием воспроизводятся на экране в лю­бой последовательности и в случае необ­ходимости архивируются на внешней ЭВМ. Для этого имеется соответствующая программная поддержка.

Дефектоскоп УД4-Т разработан фир­мой Votum (Молдова) совместно с МГТУ им. Н. Э. Баумана (В. Р. Гусаров, Н. П. Але­шин). Это цифровой портативной дефек­тоскоп общего назначения. В дополнение к функциям обычного дефектоскопа УД4- Т позволяет строить изображения 5-типа, оценивать абсолютные размеры дефектов по этому изображению, сохра­нять результаты в процессе контроля и представлять их в виде документа.

Особенностью УД4-Т является воз­можность его настройки без использова­ния образца, выполненного из материала ОК. Для подготовки прибора к контролю надо извлечь из его архива параметры ис­пользуемого преобразователя, задать па­раметры ОК и включить автокалибровку прибора.

УД4-Т имеет три основных режима контроля, дополняющих друг друга. Ре­жим быстрого поиска предназначен для обнаружения дефекта в зоне контроля на заданном уровне чувствительности при высокой скорости сканирования объекта (до 200 мм/с). Наличие дефекта фиксиру­ется появлением эхосигнала на развертке и включением порогового индикатора. Режим измерения параметров предназна­чен для измерения амплитуды и времени эхосигнала, координат и эквивалентной площади дефекта. Информация на экране прибора отображается в цифровом и гра­фическом виде (сечение объекта с обозна­чением расположения преобразователя и дефекта).

Режим томографии расчитан на по­лучение дополнительной информации о размерах и конфигурации дефекта. Для получения изображения достаточно пере­местить преобразователь над дефектом. При этом связь перемещения преобразова­теля с дефектоскопом осуществляется приспособлением, подобным миниатюр­ной рулетке с электроприводом. Корпус рулетки удерживают на сварном соедине­нии. Преобразователь вытягивает ленту из рулетки. Эти данные совместно с регист­рируемым на экране изображением позво­ляют оценивать размеры осей эллипса, в который вписывается дефект. Процедура занимает < 1 мин. Результаты всех изме­рений, включая изображение, в любой момент могут быть сохранены для после­дующего документирования.

Санкт-Петербургская фирма "Алтек" и Центр "Техническая диагностика и на­дежность АЭС и ТЭС” (Санкт-Петербург) разработали и серийно выпускают ком­пактный дефектоскоп общего назначения "Пеленг" со встроенным микропроцессо­ром [424, докл. 7.28].

Встроенная память дефектоскопа по­зволяет запоминать > 100 предваритель­ных настроек для контроля конкретных изделий из различных материалов. В ос­новном выпускаемом варианте прибора это детали локомотивов и вагонов (см. разд. 3.3.1.6.12). Протокол контроля, рас­печатанный на ПЭВМ, содержит парамет­ры настроек дефекта и отраженного де­фектного сечения в виде разверток А - или S-типа.

НПК "Луч" выпускает универсаль­ный дефектоскоп УД2-70. Он имеет до­вольно большую амплитуду электрическо­го зондирующего импульса (180 В), часто­ты 1,25 ... 10 МГц (определяются преоб­разователем со встроенной индуктивно­стью), параметры контроля хранятся в архиве настроек. Управление осуществля­ется от клавиатуры. Имеет режим "замо­розки" для одного и для нескольких цик­лов излучение-прием.

Аппаратура НК с каждым годом ста­новится совершеннее как по характери­стикам, так и по функциональным воз­можностям обработки и представления информации, отвечая на растущие требо­вания практики. Однако при этом прибо­ры для ручного НК должны быть порта­тивными, обладать максимально высоки­ми эксплуатационными качествами и обеспечивать быстрое проведение контро­ля. В значительной степени этим противо­речивым требованиям отвечает следую­щая схема построения приборов [424, докл. 7.47], развиваемая в МНПО "Спектр".

Преобразователи, предварительный усилитель и аналого-цифровой преобразо­ватель размещаются в малогабаритном дефектоскопе. Обработку и представление результатов обеспечивает компьютер с программой обработки, к которому дефек­тоскоп подключается после завершения контроля. Такая система реализована в УЗ-дефектоскопе А1212 для контроля сварных швов и изделий из металла. В зависимости от конкретных требований к прибору эта схема может иметь некоторые модификации.

В настоящее время многие разработ­чики предлагают использовать вместо УЗ - дефектоскопа портативный персональный компьютер, оснащенный платами генера­тора импульсов и предусилителя. Это тре­бует переделки компьютера. Фирма Krautkramer (ФРГ) выпускает модуль USPS 2000 PCVCIA, подключаемый к компьютеру и превращающий его в весь­ма совершенный дефектоскоп (425, с. 490/152).

В автоматических дефектоскопиче­ских системах преобразователи переме­щаются механическими устройствами, имеющими электропривод, который свя­зывает преобразователь с дефектоскопом, в результате чего решается задача объек­тивного представления результатов (см. разд. 5.1.7.7). Недостаток этих систем - существенное усложнение аппаратуры. Она перестает быть мобильной и перенос­ной. Требуется значительное время для ее монтажа и настройки.

Применение автоматических стацио­нарных УЗ-установок рационально при выполнении массового контроля однотип­ной продукции (например, труб, листов) либо при контроле в неблагоприятных экологических условиях (например, в ус­ловиях радиационной опасности на атом­ных электростанциях). Нерационально применение автоматических установок при дефектоскопии непротяженных и раз­нообразных по форме изделий, в особен­ности сварных соединений. Здесь прояв­ляется еще один недостаток таких устано­вок - заданность алгоритма сканирования.

В процессе поиска дефектов опытный контролер меняет направление прозвучи - вания и траекторию сканирования. Осо­бенно разнообразны действия дефекто - скописта при оценке характера и размеров найденных дефектов. Предусмотреть и запрограммировать его действия практи­чески невозможно. Видимо, по указанным причинам многочисленные разработки установок для автоматического контроля непротяженных сварных соединений в производственных и монтажных условиях не получили распространения.

Таким образом, актуальна задача со­вмещения ручного сканирования с воз­можностью объективно зарегистрировать факт УЗ-контроля данного сварного шва (или другого изделия) и полноту проверки всего объема сварного соединения.

Новый подход к решению проблемы связи преобразователь - дефектоскоп реа­лизован в системе "Поиск-19", разрабо­танной НИИ мостов ЛИИЖТ [108]. В ней положение преобразователя относительно сварного шва непрерывно отслеживается по времени пробега низкочастотных УЗ - импульсов в воздухе. Для этого излуча­тель импульсов в воздух размещается на преобразователе, а приемниками служат две длинные пластины из ЦТС, размещен­ные параллельно оси шва и перпендику­лярно к ней.

Система представляет дефектограм- му, на которой отмечаются положение преобразователя и полученные при этом результаты контроля. Более совершенное решение задачи локации положения пре­образователя реализовано в разработанной и выпускаемой в наши дни израильской фирмой Sonotron системе Isonic (см. разд. 5.1.7.7).

Система "Скаруч", изготовляемая мо­сковской фирмой МНПЦ "Алтее", предна­значена для контроля сварных соединений толщиной до 60 мм. Она имеет комбини­рованный преобразователь, осуществ­ляющий прозвучивание сварного шва под разными углами и по разным схемам, включая контроль ЗТ-методом и наблюде­ние за акустическим контактом по донно­му сигналу. Элементы комбинированного преобразователя располагаются по обеим сторонам от стыкового сварного шва.

Контролируется вся толщина шва, поэтому сканирование осуществляется только вдоль шва. В дефектоскопе анали­зируются и сопоставляются результаты контроля по всем схемам и дается заклю­чение о качестве соединения. Система позволяет до минимума снизить требова­ния к квалификации дефектоскописта. Более подробно эта система будет рас­смотрена в разд. 5.1.7.7.

Московская фирма "Политест" вы­пускает аппаратуру УД-И для контроля стыковых сварных соединений трубопро­водов диаметрами для стали 10 ... 500 мм и толщиной стенки 2 ...10 мм, для поли­этилена 50 ... 300 мм и толщиной стенки

4 ... 30 мм. Используется РС-преобра - зователь, прозвучивающий шов по хордо­вой схеме (см. разд. 2.2.1.2), поэтому лож­ные сигналы минимальны. Это позволило предельно упростить дефектоскоп, кото­рый крепится непосредственно на преоб­разователе. Сканирование осуществляется только вдоль шва, и дается заключение о качестве соединения. Фирма выпускает также другие модификации дефектоско­пов.

Опишем некоторые импортные им­пульсные дефектоскопы. В России боль­шой популярностью пользуются приборы фирмы Krautkramer (Германия). Торговый представитель ее в России и СНГ - ТОО "Эхо-Сервис" (расположен в ЦНИИТма - ше) выпускает серию из взаимодопол­няющих дефектоскопов.

В дефектоскоп USM-25S встроена программа, позволяющая выводить на экран кривую изменения амплитуды эхо - сигнала с расстоянием для любого преоб­разователя фирмы Krautkramer для отра­жателей различных формы и размеров.

Малогабаритный микропроцессор­ный дефектоскоп USN 52 R с цифровой обработкой сигналов имеет частотный диапазон 0,3... 12 МГц, два узкополосных диапазона и диапазон 4 МГц. Как отмеча­лось ранее, сужение частотных диапазо­нов способствует уменьшению уровня собственных шумов усилителя прибора. Диапазон развертки по глубине 2,5 мм...

5 м для продольных волн в стали.

Форма представления эхосигналов - двух - или однополупериодное детектиро­вание по положительной или отрицатель­ной полуволне, можно также видеть вы­сокочастотный сигнал. Имеется четырех­ступенчатое демпфирование. Регулировка усиления от 0 до 110 дБ ступенями 0,5; 1; 2; 6 дБ и плавная. Имеется ВРЧ с динами­ческим диапазоном 40 дБ и крутизной 6 дБ/мкс.

Два строб-импульса представлены в виде отрезков линий. До эхосигнала, за­ключенного в строб-импульс, измеряется расстояние по фронту или пику амплиту­ды. Для наклонного преобразователя из­меряются глубина отражателя и расстоя­ние от точки ввода до точки проекции от­ражателя на поверхность.

Встроенная память дефектоскопа со­храняет 140 блоков настройки, включая изображение с дополнительным коммен­тарием, 2500 результатов измерения тол­щины. Имеется возможность запоминания изображения либо статическое ("замора­живание" изображения), либо динамиче­ское (запоминание огибающей, М-раз - вертка). Имеется интерфейс ввода-вывода данных типа RS-232. Возможна непо­средственная распечатка изображения на экране, протокола, результатов измере­ния.

В России также широко используют­ся приборы фирмы Panametrics (США), в частности малогабаритный цифровой пе­реносной УЗ-дефектоскоп типа "Epoch III". Он имеет генератор с ударным воз­буждением, вырабатывающий зондирую­щие импульсы амплитудой 100, 200 и 400 В (± 5 %). Энергия зондирующего импульса по выбору: низкая, средняя и высокая. Электрическое демпфирование по выбору: 50, 150 или 400 Ом.

Максимальное усиление прибора 100 дБ с регулировкой через 0,1 дБ. Предусмот­рена изменяемая функция опорного уров­ня с добавочным усилением с шагом 6 или 0,1 дБ (по выбору). Прибор снабжен не­прерывным автоматическим самотестиро­ванием, которое компенсирует амплитуды зондирующих импульсов и чувствитель­ность приемника в зависимости от темпе­ратуры и степени износа преобразователя. Имеется линейная отсечка от 0 до 80 % всей высоты экрана с шагом регулировки 1 %. Опыт работы с дефектоскопом одно­го из авторов книги показал, что у этого прибора довольно высок уровень собст­венных шумов, вследствие чего реализуе­мый диапазон усиления < 70 дБ.

Измерение расстояний выполняется или по одному эхосигналу, или по интер­валу между двумя эхосигналами (в режи­ме эхо - эхо). Шкала глубиномера показы­вает толщину при контроле прямым пре­образователем или расстояние по ходу луча, расстояние вдоль поверхности ввода и глубину залегания при контроле на­клонным преобразователем. Измерения выполняются по максимуму амплитуды или переднему фронту эхосигнала, нахо­дящегося в пределах строб-импульса. При контроле наклонным преобразователем можно настраивать глубиномер с учетом угла ввода, устанавливая его фиксирован­ные значения: 0, 30, 45, 60 и 70° или про­извольные от 10 до 85° с дискретностью 0,1°.

Прибор имеет М-развертку, т. е. воз­можность запоминания временной оги­бающей эхосигнала, причем одновремен­но изображаются и текущий эхосигнал, и его огибающая при сканировании. Это изображение удерживается на экране, причем сохраняется возможность переме­щения строб-импульса для измерения ко­ординат и амплитуд эхосигналов.

Рабочая температура -25 ... +70 °С. Температура хранения с батареями и без батарей соответственно -20 ... +50 и -65 ... +85 °С.

По отдельному заказу поставляются дополнительные приспособления и про­граммное обеспечение: система ВРЧ с соответствующей кривой и сигнализаци­ей, реализация й-развертки, расширенный диапазон контроля, учет кривизны по­верхности, сверхнизкая частота следова­ния, четырехколесный сканер, плата памяти.

Сравнение дефектоскопов "Epoch III" и УДЦ-201П показывает, что отечествен­ный прибор ни в чем не уступает импорт­ному, а даже имеет ряд дополнительных функций, например учет качества поверх­ности ОК. Большое достоинство дефекто­скопа УДЦ-201П - низкий уровень собст­венных шумов, в результате чего для него резерв чувствительности (см. разд. 2.4.5) > 100 дБ. Это обеспечивает возможность уверенного контроля сварных соединений из углеродистой стали толщиной 200 ... 300 мм. Для приборов "Epoch III" и более современного "Epoch IV" резерв чувстви­тельности 60 ... 70 дБ. При таком резерве чувствительности можно контролировать сварные соединения из углеродистой ста­ли толщиной 50 мм, но для контроля сварных соединений толщиной 100 мм такой чувствительности уже будет недоста­точно.