Полная и оперативная проверка аппаратуры. Способы проверки парамет­ров аппаратуры группируются в два клас­са задач. К первому относят проверку, выполняемую после выпуска аппаратуры, ее капитального ремонта и при промежу­точной аттестации. Такую проверку вы­полняют согласно ГОСТ 23049-78 и 23667-85 с помощью стендов и электрон­ных приборов, как правило, в специаль­ных метрологических организациях. Про­верку преобразователей осуществляют в соответствии с ГОСТ 23702-90 и 26266-90. Дефектоскопы и преобразователи аттес­туют при этом отдельно. Хорошие стан­дарты на проверку дефектоскопов и пре­образователей разработаны Европейским сообществом, это EN 12668-1 и 12668-2.

К задачам второго класса относят по­вседневную (оперативную) проверку ап­паратуры, которая должна подтвердить ее работоспособность и установить значения характеристик, меняющихся во время экс­плуатации. Проверяют совместно дефек­тоскоп, преобразователь и соединяющий их кабель. Такую проверку осуществляют с помощью стандартных образцов (СО), не используя дополнительных приборов. Специальный российский стандарт на та­кую проверку отсутствует, в значительной степени роль такого стандарта играет ГОСТ 14782-86. В Европейской системе стандартизации задачи второго класса выполняются согласно EN 12668-3. Здесь рассмотрены в основном задачи второго класса.

Стандартные образцы. Различают государственные СО (ГСО) и стандартные образцы предприятия (СОП).

ГСО предусмотрены стандартами, в которых указаны материал, из которого они изготовлены, их конструкция. Эти образцы, как правило, применяют для проверки и настройки аппаратуры при контроле широкого ассортимента продук­ции.

СОП рекомендованы ведомственны­ми нормативно-техническими документа­ми (НТД) или НТД предприятий. Они предназначены для проверки и настройки аппаратуры при контроле определенного вида продукции, где ГСО неприменимы (например, при контроле изделий с боль­шой кривизной поверхности) или где при­менение СОП технически более удобно. Из числа СОП иногда выделяют отрасле­вые стандартные образцы (ОСО), которые

рекомендуются ведомственными НТД. ГСО, ОСО и СОП являются обязательной принадлежностью, без них невозможен достоверный контроль в соответствии с требованиями НТД.

Оперативную проверку дефектоскопа выполняют с помощью стандартных об­разцов СО-1, СО-2 и СО-3 по ГОСТ 14782-86 или V-1 и V-2, принятых в меж­дународной практике (EN 121223 и 27463). Более полную поверку всех экс­плуатационных характеристик выполняют с помощью комплекта устройств (КУ), выпускаемого НПО "ЦНИИТмаш" [234].

Комплект ГСО по ГОСТ 14782-86 показан на рис. 2.23 - 2.25.

1. СО-1 (см. рис. 2.23) изготовляют из органического стекла марки ТОСП с аку­стическими свойствами, оговоренными в названном стандарте: на частоте 2,5 ± ОД МГц при температуре 20 ± 5 °С скорость продоль­ных волн должна быть 2670 ± 133 м/с, коэф­фициент затухания 0,026 ... 0,034 1/мм. Ам­плитуда третьего донного сигнала по тол­щине образца на частоте 2,5 ± 0,2 МГц и при температуре 20 ± 5 °С не должна от­личаться более чем на ±2 дБ от амплитуды третьего донного сигнала в исходном об­разце, аттестованном органами Государст - венной метрологической службы. Необхо­димость в такой формулировке возникла в связи с трудностью точного измерения

коэффициента затухания.

Допускается применять образцы из органического стекла, в которых это тре­бование не удовлетворяется, но к такому образцу должен прилагаться аттестат - график, по которому можно сопоставить амплитуды сигналов исходного и атте­стуемого образцов. Для этого сравнивают амплитуды сигналов от отверстий на ми­нимальной и максимальной глубинах и выполняют интерполяцию (см. разд. 3.3.2.4).

Образец предназначен для определе­ния условной чувствительности, проверки лучевой разрешающей способности и на­стройки глубиномера.

2. СО-2 (см. рис. 2.24) выполняют из малоуглеродистой стали с мелкозернистой структурой. Его применяют для определе­ния условной чувствительности, проверки мертвой зоны, угла ввода, ширины диа­граммы направленности и настройки глу­биномера.

СО-2А по конструкции подобен СО-2, но его изготовляют из материала контролируемого изделия, если этот мате­риал существенно отличается от СО-2 по акустическим свойствам. Назначение его то же, что и СО-2.

3. СО-3 (см. рис. 2.25) так же, как и СО-2, производят из стали. Он служит для определения точки выхода, стрелы преоб­разователя и отстройки от времени пробе-

га УЗ в призме преобразователя при изме­рении координат.

4. СО-4 (см. рис. 2.26) указан не в ос­новном тексте, а в приложении к ГОСТ 14782-86. Его также изготовляют из ста­ли. Он предназначен для определения длины волны в стали и частоты УЗ-коле - баний. По экспериментам авторов, он очень плохо отвечает своему назначению. Значительно лучше эти функции выполня­ет входящий в комплект устройств жидко­стный интерферометр (см. разд. 2.2.4.2).

Рассмотренные ГСО применяют при контроле изделий с плоской поверхностью совмещенными преобразователями шири­ной до 20 мм на частоту > 1,25 МГц. В других случаях нужно использовать СОП, подобные или даже существенно отличающиеся от этих ГСО. Способы

Рис. 2.25. СО-3 по ГОСТ 14782-86

применения ГСО подробно будут описаны в дальнейшем.

Образцы V-1 и V-2 (рис. 2.27 и 2.28) изготовляют из низкоуглеродистой мелко­зернистой стали. В образце V-1 в отвер­стие диаметром 50 мм вставляют плекси­гласовый цилиндр. В разных странах и даже в разных ведомствах используют модификации этих образцов, удовлетво­ряющие требованиям МИС, но также рас­считанные на выполнение некоторых дру­гих измерений.

Образец V-1 служит для настройки чувствительности и скорости развертки, проверки мертвой зоны, определения раз­решающей способности, угла ввода, ши­рины диаграммы направленности, точки выхода, стрелы преобразователя, отстрой­ки от времени пробега УЗ в призме на­клонного и протекторе прямого преобра­зователей. Последние перечисленные опе­рации нужны для настройки глубиномера. Таким образом, этот образец совмещает большинство функций СО-1 - СО-3.

Образец V-2 применяют для настрой­ки глубиномера, т. е. определения точки выхода, стрелы преобразователя, отстрой­ки от времени пробега УЗ в призме преоб­разователя и определения угла ввода. С его помощью также настраивают чувстви­тельность и развертку дефектоскопа. Не­большие размеры образца делают его очень удобным при контроле сварных со­единений небольшой толщины, прове­ряемых малогабаритными наклонными преобразователями. В то же время из-за
малых размеров образец V-2 непригоден для настройки и проверки дефектоскопа с наклонными преобразователями больших размеров, так как для них расстояние, со­ответствующее границе ближней зоны, больше радиусов кривизны образца.

Оперативная проверка аттенюато­ра дефектоскопа. Операции проверки и настройки дефектоскопа с помощью ГСО будут изложены в разд. 2.2.4. Здесь рас­смотрим только вопрос оперативной про­верки аттенюатора дефектоскопа и абсо­лютной чувствительности.

В дефектоскопе имеются два измери­тельных устройства: глубиномер и атте­нюатор. Глубиномер проверяют, измеряя несколько известных расстояний между поверхностями СО, как описано в разд. 2.2.4.4. Проверка аттенюатора на СО нормативными документами не преду­смотрена.

Можно, однако, рекомендовать про­верять аттенюатор, измеряя эхосигналы от двух отражателей, отношение амплитуд эхосигналов от которых рассчитывается по формулам акустического тракта. На­пример, разница в децибелах амплитуд эхосигналов от отверстия диаметром 6 мм и дна образца СО-2 равна 9 дБ при контро­ле прямым преобразователем на 2,5 МГц, если отражатели находятся в его дальней зоне. При контроле наклонным преобразо­вателем с углом ввода 50° на частоту

2,5 МГц разница в децибелах амплитуд эхосигналов от отверстия и двугранного угла СО-2 составляет ~11 дБ.

Часто аттенюатор имеет две шкалы: грубую с ценой деления 10 или 20 дБ и плавную с ценой деления 1 или 2 дБ. То­гда аттенюатор проверяют, сравнивая по­казания шкал. Например, отметив ампли­туду какого-либо эхосигнала на экране, увеличивают чувствительность на 10 или 20 дБ по грубой шкале и на столько же снижают по плавной. При правильной работе аттенюатора амплитуда отмечен­ного эхосигнала должна остаться неиз-

Рис. 2.26. СО-4 по ГОСТ 14782-86

менной. Такую проверку проводят для всех диапазонов грубой шкалы аттенюа­тора.

В дефектоскопе УД2-12 проверку выполняют, сравнивая показания БЦО и кнопочного аттенюатора. С помощью не- калиброванных регуляторов чувствитель­ности амплитуду эхосигнала от какого- либо отражателя устанавливают на пол­ную высоту экрана. При этом показания БЦО должны быть близкими к нулю. На­жимают одну из кнопок аттенюатора, на­пример 16 дБ. Цифровой аттенюатор дол­жен показать 16 дБ. Допустимая погреш­ность ±0,3 дБ.

Ступень 32 дБ проверяют так. Отпус­кают кнопку 32 дБ, нажимают кнопку 16 дБ, некалиброванными ручками устанавлива­ют амплитуду эхосигнала от какого-либо отражателя на полную высоту экрана. При этом показания БЦО должны быть близки к нулю. Нажимают кнопку 32 дБ и отпус-

кают 16 дБ. Показания БЦО должны быть 16 ±0,3 дБ.

Проверка абсолютной чувстви­тельности аппаратуры или резерва чув­ствительности. Определение этих поня­тий приведено в разд. 2.2.4.5. Эти величи­ны должны показать, насколько можно ослабить зондирующий импульс, чтобы наблюдать эхосигналы на экране. Прове­ряется дефектоскоп с определенным пре­
образователем. Для проверки самого де­фектоскопа необходимо ПОДКЛЮЧИТЬ к нему преобразователь, в хорошей работе которого есть уверенность.

Порядок проверки следующий. Сна­чала подключают преобразователь к де­фектоскопу. Если это прямой преобразова­тель, нужно получить максимальный дон­ный сигнал от образца, толщина которого меньше двух ближних зон преобразова-

теля, но в 1,5 ... 2 раза больше его мерт­вой зоны.

Образец должен иметь низкий уро­вень структурных помех. Для этой цели обычно подходят образцы СО-2, СО-3, V-l, V-2, прозвучиваемые по толщине.

Если это наклонный преобразователь, следует получить максимальный эхосиг - нал от вогнутой поверхности CO-3, V-1 или V-2. Нужно подбирать радиус вогну­той цилиндрической поверхности (соот­ветственно 55, 100 и 50 или 25 мм - по выбору) таким, чтобы он был в 1,5 ... 2
раза больше ближней зоны преобразова­теля. При этих условиях донный сигнал и сигнал от вогнутой поверхности практи­чески равны зондирующему импульсу в ОК, точнее, они меньше зондирующего импульса на ~2 дБ.

Далее необходимо увеличить чувст­вительность до максимума всеми нека - либрованными ручками (мощность зонди­рующего импульса, отсечка, некалибро - ванное усиление), максимально умень­шить чувствительность аттенюатором, затем постепенно увеличивать чувстви­
тельность аттенюатором, пока используе­мый (один из указанных выше) эхосигнал не достигнет стандартного уровня. Стан­дартным уровнем называют некоторую горизонтальную линию на высоте, равной или большей середины экрана.

Продолжать увеличивать чувстви­тельность аттенюатором следует до такого значения, пока собственные помехи де­фектоскопа не достигнут половины стан­дартного уровня. Чтобы быть уверенным, что это собственные помехи усилителя дефектоскопа, а не структурные, преобра­зователь можно снять с образца, помехи усилителя должны остаться. Надо зафик­сировать показание аттенюатора No. Ре­зерв чувствительности дефектоскопа с данным преобразователем равен величине N0 (в дБ), на которую можно увеличить чувствительность по сравнению с зонди­рующим импульсом. Абсолютная чувст­вительность дефектоскопа будет равна резерву чувствительности плюс ослабле­ние сигнала в образце (обычно около 2 дБ).

Встречаются приборы, у которых при максимальном уменьшении чувствитель­ности аттенюатором амплитуда исполь­зуемого эхосигнала превышает стандарт­ный уровень. Это особенно часто случает­ся при проверке абсолютной чувствитель­ности дефектоскопом с прямым преобра­зователем. В этом случае, чтобы опреде­лить абсолютную чувствительность де­фектоскопа с данным преобразователем, следует поступить следующим образом:

увеличить чувствительность до мак­симума всеми некалиброванными ручками;

максимально уменьшить ее аттенюа­тором;

получить эхосигнал от какого-либо произвольного отражателя, например дон­ный сигнал от СО-2, прозвучиваемого по толщине, а затем сдвинуть преобразова­тель за край образца так, чтобы сигнал уменьшился и достиг стандартного уровня;

зафиксировать преобразователь в этом положении;

некалиброванными ручками макси­мально уменьшить чувствительность (сиг­нал при этом исчезает с экрана);

увеличить чувствительность атте­нюатором на величину N так, чтобы эхо - сигнал достиг прежней высоты;

определить в этом положении нека- либрованных ручек резерв чувствительно­сти дефектоскопа No, как рекомендовалось выше;

к найденному значению добавить число N. Величина No + N будет равна аб­солютной чувствительности дефектоскопа с данным преобразователем.

Стандартные образцы предпри­ятия с искусственными дефектами. СОП применяют в дополнение к ГСО при контроле изделий большой или очень ма­лой толщины, с искривленной поверхно­стью, изготовленных из материалов со специфическими акустическими свойст­вами. К разряду СОП относят также мно­гочисленные образцы с искусственными дефектами. Здесь отметим некоторые осо­бенности изготовления образцов с искус­ственными дефектами [350].

Заготовки образцов предварительно контролируют УЗ на возможно более вы­сокой чувствительности с целью исклю­чения мешающего влияния естественных дефектов. Ширина образцов должна быть достаточно большой, чтобы отражения от боковых поверхностей не влияли на ам­плитуды эхосигнал ов от отражателей. Этот вопрос будет рассмотрен в разд. 2.2.3.4.

Плоскодонное отверстие высверли­вают в образце сверлом требуемого диа­метра таким образом, чтобы его ось сов­падала с преломленной осью УЗ-пучка. Это легко выполнить при контроле пря­мым преобразователем, но гораздо труд­нее при контроле наклонным преобразова­телем. В последнем случае в образце пре­дусматривают наклонную поверхность, такую, чтобы отверстия были к ней пер­пендикулярны.

Сначала обычным сверлом просвер­ливают отверстие глубиной на 1,5 ... 2 мм меньше, чем по чертежу. Затем для прида­ния дну отверстия плоской формы приме­няют сверло типа "перо" или на наждач­ном камне торцуют режущую кромку обычного сверла. Доводят торцовую часть сверла посредством абразивной шкурки. Качество торцовки проверяют с помощью инструментального угольника на просвет. Затем этим сверлом доводят отверстие до заданной глубины.

Качество отражающей поверхности (возможное наличие рисок, остатков пер­воначально конической поверхности) про­веряют путем прощупывания тонкой игол­кой или булавкой, укрепленной на нутромерном индикаторе часового типа. Радиус закругления у торцов сверла ~0,03 мм. Неперпендикулярность инстру­мента к базовой поверхности измеряют при наладке оборудования для сверления, допустимая неперпендикулярность 6 мкм на базе 2 мм.

У отражателя в виде плоскодонного отверстия имеется существенное достоин­ство: крутая монотонная зависимость при­ращения амплитуды эхосигнала с увели­чением диаметра отражателя в широком диапазоне диаметров отверстий. Но этот отражатель весьма трудно изготовить: не всегда удается выполнить плоской и глад­кой его отражающую поверхность.

Искусственные дефекты в виде от­верстия со сферическим или цилиндриче­ским дном, имитирующие сферу и корот­кий цилиндр, применяют редко. Их изго­товляют в образцах из мягких пластичных материалов (низкоуглеродистая сталь, алюминий) путем просверливания отвер­стия заданного диаметра и последующего выдавливания донышка требуемой формы бойком из твердого материала, например шарикоподшипником.

Боковое цилиндрическое отверстие - наиболее технологичный тип отражателя. Основными преимуществами бокового отверстия являются легкость изготовле­ния, хорошая воспроизводимость и воз­можность использования для любых типов преобразователей.

Боковое отверстие необходимо свер­лить на расстоянии >8 ... 10 мм от ниж­ней поверхности образца. Если это усло­вие не соблюдается, то на прямой эхосиг - нал от отверстия налагается эхосигнал, отраженный от поверхности и дефекта, и результирующий эхо-сигнал осциллирует с размахом по амплитуде до 8 ... 9 дБ.

Существенный недостаток боковых отверстий - влияние боковой грани образ­ца. При поиске положения преобразовате­ля, соответствующего максимуму эхосиг­нала от отверстия, можно найти два мак­симума: направляя преобразователь пер­пендикулярно к оси отверстия, что пра­вильно, или направляя преобразователь на угол, образованный отверстием и боковой гранью образца, что неправильно. В по­следнем случае амплитуда сигнала может быть выше на несколько децибелов. На­стройка в таком положении преобразова­теля приведет к заниженному уровню тре­буемой чувствительности. Различить от­ражение от отверстия или от угла, образо­ванного отверстием и боковой гранью об­разца, можно визуально, наблюдая на­правление оси преобразователя.

Угловой отражатель типа верти­кального отверстия и типа вертикально­го отверстия, просверленного не на всю толщину (засверловка), удобны для изго­товления отражатели, однако, как показа­ли эксперименты, амплитуда эхосигнала от них очень сильно зависит от угла меж­ду осью отверстия и поверхностью образ­ца, а также от возможных "завалов" на краях отверстия. Отверстие нужно выпол­нять, тщательно избегая скруглення кро­мок и добиваясь перпендикулярности оси отверстия к поверхности с погрешностью < 0,5°. На практике применение таких от­ражателей не рекомендуется из-за трудно­сти строгого выполнения этих требований.

Угловой отражатель типа зарубки хорошо имитирует выходящие на поверх-

ность трещины и непровары, является весьма удобной заменой плоскодонного отверстия. Зарубка как отражатель для настройки аппаратуры обладает важным преимуществом: она может располагаться непосредственно на контролируемом из­делии с последующей пологой вышли - фовкой. При этом изделие должно иметь плюсовой допуск по толщине.

Зарубки наносят одним из следую­щих способов: ударом по заднему концу специально заточенного инструмента бой­ка-зубила; холодным выдавливанием в тисках или на гидравлическом прессе бой­ком под прямым углом к поверхности; горячим вдавливанием бойка; электроэро - зионным методом. Наибольшая точность получения зарубок достигается примене­нием холодного выдавливания на гидрав­лическом прессе и электроэрозионного метода.

Конец бойка должен быть заточен и установлен таким образом, чтобы плоская передняя грань углубления была перпен­дикулярна к поверхности образца. Валик вытесненного металла удаляют. Глубину зарубки измеряют индикатором с игольча­тым нутромером или острозаточенным глубиномером штангенциркуля. Если в процессе получения зарубки образовалась трещина, то использовать такую зарубку нельзя.

Исследования С. П. Перевалова [257] показали, что предпочтительный способ изготовления зарубок - эрозионный. При нем достигаются максимальный коэффи­циент корреляции между различными за­рубками и минимальная дисперсия ре­зультатов. Подбор правильной формы электродов позволяет довольно точно вы­полнить требуемый отражатель. Опти­мальный металл для изготовления элек­тродов - вольфрам. Представляет опас­ность прижог металла образца. В связи с шероховатостью отражающей поверхно­сти при электроэрозионной обработке на­блюдается ослабление эхосигнала на ~0,5 дБ. Предлагается проводить акусти­ческую аттестацию зарубок, т. е. сравни­вать амплитуды эхосигналов от них со стандартными значениями. На амплитуду эхосигнала влияет акустическое поле каж­дого индивидуального преобразователя. Аттестацию рекомендуется проводить с помощью преобразователя, который обес­печивает монотонное убывание амплиту­ды эхосигнала от боковых цилиндриче­ских отверстий на разной глубине.

Сегментный отражатель. В хими­ческом машиностроении для настройки чувствительности дефектоскопа распро­странение получил сегментный отража­тель (рис, 2.29). Его выполняют с помо­щью торцовой пальчиковой фрезы на ко­ординатно-расточном станке со шлифов­кой в качестве доводочной операции.

2.2.2. Расчет амплитуд эхосигналов

Путь УЗ от излучателя до дефекта и затем к приемнику называют акустиче­ским трактом. Формулы акустического тракта определяют ослабление УЗ-сиг - нала на этом пути. При расчетах реальные дефекты представляют полыми отражате­лями правильной формы. Различают тео­ретические модели дефектов (лучше ими­тирующие реальные дефекты) и искусст­венные дефекты, иначе - искусственные отражатели, которые изготовляют на практике. Иногда модели и искусственные

отражатели совпадают, например длинный цилиндр (боковое отверстие), плоскость, вогнутая поверхность.