2.2.5.1. Эхозеркальный метод

Метод основан на анализе УЗ- импульсов, зеркально отраженных от дон­
ной поверхности ОК и дефекта. Основная область применения - поиск вертикально или почти вертикально расположенных дефектов, прежде всего - непроваров и трещин в сварных соединениях.

Импульс, излученный преобразова­телем А (рис. 2.72), отражается от дефекта D, дна изделия С и принимается преобра­зователем В. Если плоский дефект ориен­тирован вертикально, то на приемник придет зеркально отраженный сигнал, ко­гда выполняется условие

1а+1в= 2Htga,

где Н- толщина ОК. Этот вариант эхозер­кального метода называют "тандем". Если плоский дефект ориентирован неверти­кально, то зеркально отраженный сигнал придет на приемник при измененном зна­чении 1А + 1В. Это будет более общий, чем тандем, вариант эхозеркального метода. При отражении от дефекта D' импульс проходит путь A'D'C'B'.

Исследования дефектов типа трещин и непроваров в сварных соединениях [350] показали, что большинство из них ориен­тировано вертикально или почти верти­кально. В то же время при отклонении дефектов от вертикального положения на

угол ± 15° амплитуда сигнала, полученно­го методом тандем, уменьшится немного, поэтому для лучшего (по сравнению с обычным контролем наклонным преобра­зователем) обнаружения вертикальных дефектов сварного соединения повышен­ной толщины его часто проверяют как совмещенным преобразователем, так и методом тандем.

Для контроля используют эходефек- тоскоп, включенный либо по совмещен­ной, либо по раздельной схеме. Для реали­зации варианта тандем эхозеркального метода нужно поддерживать постоянной и вполне определенной сумму расстояний 1А + 1В. Самый простой способ выполнить это требование - связать излучатель и приемник нитью, перекинутой через блок, расположенный на сварном шве, и под­держивать эту нить в натянутом состоянии в процессе взаимного перемещения пре­образователей (см. рис. 2.72). Тогда точка D будет перемещаться по линии EF и на приемник станут поступать сигналы, зер­кально отраженные от вертикально ориен­тированных дефектов, расположенных на этой линии и вблизи ее.

Разработаны более удобные, чем нить, устройства для взаимосвязи преоб­разователей. Например, в ЦНИИТмаше [350] разработано устройство ИЦ-94 с преобразователями, закрепленными на концах многозвенного параллелограмма, оси шарниров которого ориентированы горизонтально (рис. 2.73). Параллело­
грамм обеспечивает симметричное пере­мещение преобразователей относительно центра в пределах 30 ... 50 мм. Он закреп­лен на каретке, на которой также установ­лены магнитные колеса, фиксирующие все устройство на ОК и позволяющие ему пе­ремещаться вдоль сварного шва.

В устройстве ИДЦ-17 предложена весьма оригинальная акустическая систе­ма поиска дефектов по способу тандем (рис. 2.74). В ней использован пьезоэле­мент 3 длиной 120 и шириной 20 мм. Верхняя плоскость пластины не имеет постоянного электрода. Локальное возбу­ждение участков пьезопластины достига­ется применением подвижного электрода 4, выполненного в виде двух встречных винтовых витков широкой металлической полоски, нанесенной на вращающийся ба-

рабан 5 механической развертки. Внутри пустотелого барабана вмонтирован мало­габаритный асинхронный электродвига­тель в герметичном исполнении.

Устройство размещено в металличе­ском корпусе 1 с дном из эластичной пленки 2 так, что образует локальную им­мерсионную ванну. Угол ввода регулиру­ется в пределах 0 ... 65°. Это позволяет контролировать эхозеркальным методом сварные швы толщиной 30 . 120 мм.

Скорость сканирования поперек шва 0,6 м/с.

При практическом контроле спосо­бом тандем часто ограничиваются закреп­лением преобразователей на масштабной линейке на определенном расстоянии друг от друга и перемещением такой конструк­ции по поверхности ОК. При этом осуще­ствляется контроль на вертикально ориен­тированные дефекты некоторой зоны вблизи горизонтальной линии GI (см. рис. 2.72).

Настраивать чувствительность де­фектоскопа при контроле эхозеркальным методом можно четырьмя способами. При первом, основном (рис. 2.75, а), настройка проводится по стандартному образцу, по толщине и материалу, идентичному кон­тролируемому изделию. Требуемый уро­вень чувствительности устанавливают по величине сигнала от плоскодонного от­верстия, ось которого параллельна по­верхности изделия, т. е. дно расположено в вертикальной плоскости.

При втором способе настройку вы­полняют непосредственно на контроли­руемом изделии по эхосигналу от торца изделия (рис. 2.75, б) или по донному сиг­налу от противоположной поверхности при развороте преобразователей навстречу друг другу (рис. 2.75, в). В обоих случаях опорные сигналы одинаковы по амплиту­де, если углы ввода преобразователей 50° или больше. Необходимое повышение уровня чувствительности определяют по специальной диаграмме. Вариант на рис. 2.75, а удобен тем, что позволяет оп­ределить правильное взаимное положение

преобразователей, а при вариантах, пока­занных на рис. 2.75, б и в, не нужно изго­товлять специальные образцы.

В третьем способе настройки исполь­зуются образцы с отражателями, рекомен­дуемыми для контроля одним преобразо­вателем, т. е. плоскодонными отверстиями, боковыми отверстиями, зарубками, сег­ментами. В этом случае поиск и измерение опорного сигнала выполняются одним ПЭП. Другой ПЭП подключен к дефекто­скопу, но не участвует в формировании опорного сигнала. Переход от одного вида отражателя к другому проводится путем пересчета по формулам акустического тракта.

Четвертый способ подобен третьему, но предусматривает настройку чувстви­тельности по СО-2 или СО-2А. В этом случае требуемый уровень достигается путем увеличения сигнала от отверстия диаметром 6 мм на расчетную величину [350].

Формулы для расчета эхосигналов от некоторых искусственных отражателей и моделей дефектов при контроле эхозер­кальным методом сведены в табл. 2.8. Все формулы - для поперечных волн, углы наклона преобразователей - между пер­вым и вторым критическими. Обозначе­ния те же, что в табл. 2.1 и 2.2, со сле­дующими дополнениями: R2 = r( а)х

х Д(90° - а) - коэффициент двойного от­ражения (см. разд. 1.1.4); гп и г„ - расстоя­ния излучатель-отражатель и отражатель - приемник, одно из них включает путь от дна изделия до преобразователя (на ри­сунках табл. 2.8 - до приемника). Коэф­фициент прозрачности и затухание в призмах, как и в табл. 2.2, опущены. Фор­
мулы таблицы необходимо умножать на

-б(ги+7-п)

е 4 ” " для учета затухания.

Существенные особенности отлича­ют вариант эхозеркального метода, назы­ваемый "корневой тандем". Контроль по этому варианту выполняется с помощью так называемого спаренного преобразова­теля. Реализуется схема тандем, но излу­чатель и приемник расположены в одном корпусе, т. е. не перемещаются друг отно­сительно друга. Точка пересечения аку­стических осей излучателя и приемника (после отражения одной из осей от донной поверхности) находится на расстоянии 2 ... 4 мм от донной поверхности, т. е. там, где располагается корень сварного шва, и обеспечивает контроль корня. Обычно

применяют преобразователи (излучатель и приемник) с углами призм, близкими к первому критическому углу, либо с углом ввода -70°.

Эхозеркальный метод с трансформа­цией волн (тандем-Т рис. 2.76) исследован в [99]. Установлено, что чувствительность этого варианта при оптимальных углах ввода поперечной 58 ... 60° и продольной

волн 23° снижается не более чем на 6 дБ по сравнению методом тандем на попе­речных волнах с углами ввода обоих пре­образователей 38°, когда дефект залегает на глубине 100 мм. При большей глубине залегания чувствительность варианта с трансформацией волн больше, чем вари­анта на поперечных волнах. Это объясня­ется меньшим расстоянием, проходимым

УЗ при трансформации волн.

При контроле реакторов с антикорро­зионной наплавкой обычно наблюдается сильное ослабление в наплавке попереч­ных волн. В варианте с трансформацией волн через наплавку проходит продольная волна, в результате чего чувствительность повышается на 12 дБ и больше по сравне­нию с контролем обычной схемой тандем. Влияние отклонения дефекта от верти­кального положения вызывает меньшее ослабление амплитуды эхосигнала, чем для традиционного метода (рис. 2.76).

Для реализации варианта тандем с трансформацией волн предложено устрой­
ство с двумя излучающими И и несколь­кими приемными П преобразователями (рис. 2.77), которое обеспечивает контроль сварного шва по всей толщине без пере­мещения преобразователей. Размеры этого устройства в направлении, перпендику­лярном к оси шва, в ~1,5 раза меньше, чем для традиционного метода тандем.

В [415] применен метод тандем-Т в сочетании с преобразователем в виде фа­зированной решетки (рис. 2.78). Изменяя углы ввода лучей продольной и попереч­ной волн, можно проверить сварное со­единение на всю толщину из одного по­ложения преобразователя.