В условиях массового контроля серийной продукции особое значение имеют надежность и воспроизводимость результатов контроля, а также их объективность. Что­бы исключить влияние субъективных факторов на ре­зультаты контроля, необходимо создать стандартные условия. Одним из существенных моментов стандарти­зации является настройка дефектоскопов по стандарт­ным образцам (эталонам) и периодическая проверка настройки в процессе контроля.

Под чувствительностью дефектоскопа понимают ми­нимальную площадь отражателя, расположенного в стан­дартном образце на определенном расстоянии от точки ввода[13] УЗК в плоскости, перпендикулярной направле­нию прозвучивания, регистрируемого индикатором де­фектоскопа. Чувствительность дефектоскопа зависит от характеристики контролируемого материала, акустичес­кого контакта изделия с преобразователем, а также от электрических и акустических параметров прибора.

При разработке стандартных образцов важно знать, насколько полно выбранные искусственные отражатели имитируют естественные дефекты. Известно, что ампли-

туды сигналов, отраженных от естественного дефекта и искусственного отражателя, расположенных на одина­ковой глубине залегания, в одном и том же материале, имеющих равные площади и ориентированных перпенди­кулярно акустической оси преобразователя, не одина­ковы. Амплитуда сигнала от естественного дефекта меньше, так как его отражающая поверхность имеет кривизну, неровности и значительную шероховатость, которые способствуют диффузному отражению УЗК - Это приводит к уменьшению энергии УЗК. отраженной в направлении преобразователя..

Для оценки размеров обнаруженных дефектов по сравнению с размерами искусственных отражателей вво­дят коэффициент выявляемое™ k, равный отношению эквивалентной площади искусственного отражателя s3 к площади естественного дефекта sA, расположенного на одинаковой глубине в аналогичном материале и дающе­го амплитуду сигнала, одинаковую с отражателем:

k = s, Jsn. (26)

В работах [6, 31] показан способ определения коэф­фициента выявляемое™ для глубинных дефектов при ис­пользовании продольных и сдвиговых волн. В табл. 5

Таблица 5. Значения коэффициента выявляемости
для некоторых сплавов

приведены значения коэффициента выявляемости для глубинных дефектов при использовании продольных и сдвиговых волн.

Разработке стандартных образцов и выбору отража­теля предшествует большая работа по определению ко-

эффициента выявляемости в зависимости от материала, характера дефектов, подлежащих обнаружению, частоты и вида УЗК. Стандартные образцы изготавливают из ме­талла и органического стекла в виде брусков, секторов, цилиндров с искусственными отражателями в форме сверлений различного диаметра с плоским или сфериче­ским дном,, боковой поверхности сверления, угловых от­ражателей и т. д. (рис. 66). Для определения условной

чувствительности дефектоскопа по стандартному образ­цу преобразователь накладывают на одну из его граней так, чтобы центральный луч был направлен перпенди­кулярно поверхности отражателя. Чувствительность оце­нивают по сигналу, отраженному от минимального по площади искусственного отражателя.

Отражатели в виде боковой поверхности сверления и сверления со сферическим дном (рис. 66, а, б) просты в изготовлении и пригодны для контроля преобразовате­лем с любым углом наклона. Однако они не дают одно­значной зависимости между диаметром сверления и ам­плитудой отраженного сигнала.

Отражатель в виде сверления с плоским дном (рис. 66,в), перпендикулярным к акустической оси преобра­зователя, является наиболее подходящим для эталони­рования чувствительности. Однако изготовлять торцо­вые сверления сложно, кроме того, для каждого угла на­клона призмы преобразователя необходимо иметь стандартные образцы.

Иногда плоскодонные отражатели заменяют [32,38] отражателями углового типа, выполненными в виде за­пиловки или вырубки (рис. 66, г, д).

Рассмотренные стандартные образцы широко приме­няют для настройки ультразвуковых дефектоскопов при контроле крупногабаритных изделий простой формы на наличие дефектов в глубине металла (раковин, закатов, расслоений и др.) и контроле сварных соединений на на­личие дефектов сварки (непроваров, трещин, зон порис­тости и др.) с помощью продольных и сдвиговых волн. Однако при контроле изделий поверхностными и нор­мальными волнами они не пригодны.

Автором были проведены исследования по эталони­рованию чувствительности ультразвукового контроля при использовании поверхностных и нормальных волн [34]. В качестве искусственного отражателя предложе­но использовать регламентированные по длине, глубине и раскрытию надрезы на поверхностях контролируемых деталей (рис. 66, е), плоскости которых ориентированы перпендикулярно направлению центрального луча пучка УЗК, проходящего через середину надреза. При этом чувствительность оценивается минимальной площадью стенки надреза, надежно выявляемой дефектоскопом. В ходе работы определяли коэффициенты выявляемое™ различных дефектов на конкретных изделиях.

Так, например, коэффициент выявляемости поверх­ностных трещин на лопатках турбин определяли следу­ющим образом. Подбирали две одинаковые по материа­лу, конфигурации и обработке лопатки — одну с естест­венной мелкой усталостной трещиной, наличие которой определяли цветной дефектоскопией, другую — эталон­ную.

Лопатку с усталостной трещиной подвергали прозву - чиванию при определенной настройке чувствительности дефектоскопа. Возникший на экране сигнал от трещины фиксировали и замеряли его амплитуду.

В качестве эталонной использовали лопатку, выход­ную кромку которой предварительно прозвучивали при

высокой чувствительности. При отсутствии дефектов на кромке делали тонкий и неглубокий поперечный надрез на расстоянии от замка лопатки, равным расстоянию, на котором была расположена усталостная трещина на де­фектной лопатке. Затем лопатку прозвучивали при тех же условиях, что и первую, измеряли амплитуду сигна­ла от надреза. Если сигнал не появлялся или амплитуда его была небольшой, то глубину надреза увеличивали. Достигнув глубины надреза, при которой амплитуда си­гнала становилась равной амплитуде от дефекта, экспе­римент прекращали и определяли эквивалентную пло­щадь надреза.

Рассмотрим пример: кромка лопатки скруглена по всей длине. Приближенно можно считать, что поверх­ность кромки является конической с большим основани­ем у замка лопатки. Поэтому плоская поверхность над­реза, являющаяся отражателем, имеет вид кругового сег­мента (рис. 67), площадь которого s3 определится из выражения

sg = R* (ф — sin ф)/2 = R2 (фя/180° — sin ф)/2 =

1 = R[(l — b) + bhV 2. (27)

■ Величины, входящие в эту формулу, легко опреде­ляются измерениями.

Далее участок кромки лопатки с трещиной выреза­ли, изготавливали шлиф и определяли глубину трещи­ны. Затем таким же спосо­бом определяли глубину надреза. Так как трещина и надрез расположены на кромках лопаток в одном и том же месте, а плоскости их совпадают, то коэффи­циент выявляемое™ с не­большой погрешностью мо­жно определить по формуле k—h3jhR, где 1гэ—глубина надреза на эталонной ло­патке; йд — глубина трещины на дефектной лопатке.

Как было установлено, для дефектов типа трещин на кромках лопаток, изготовленных из различных жаро­прочных сплавов, при частоте 2,5 МГц коэффициент щ но

являемости равен 0,8—0,9, а в некоторых случаях при­ближается к единице.

Аналогичные эксперименты проводили на стальных тонкостенных цилиндрических и конических трубах с ис­пользованием нормальных волн. Коэффициент выявляе­мое™ в данном случае достигал значений 0,6—0,7.

Следует отметить, что применение поверхностных и нормальных волн меняет сложившиеся представления о выявляемое™ дефектов. Считалось, что дефект надеж­но выявляется, если его размеры больше половины дли­ны волны ультразвука, т. ё. е?>Я/2. Как оказалось, это справедливо лишь для продольных и сдвиговых (объем­ных) волн. Чувствительность контроля поверхностными и нормальными волнами на 1,5—2 порядка выше. Так, например, с помощью поверхностных волн на кромках лопаток выявлены трещины глубиной ~0,01 мм и про­тяженностью — 0,3 мм, площадь отражающей поверхно­сти которых составляла тысячные доли квадратного мил­лиметра. Увеличение чувствительности контроля при использовании поверхностных и нормальных волн объяс­няется тем, что они распространяются более концентри­рованным пучком за счет локализации в поверхностном слое или по толщине детали. В этом случае пучок УЗК обладает большей интенсивностью по сравнению с пуч­ком объемных волн. Вследствие этого количество ульт­развуковой энергии, падающей на дефект и отраженной от него, возрастает (см. гл. III).

Экспериментальные исследования показали, что ис­кусственный дефект в виде надреза по отражательным свойствам наиболее близок к усталостным трещинам, возникающим на деталях машин в условиях эксплуата­ции. Кроме того, надрез прост в изготовлении и может быть выполнен практически на любой кривой поверхно­сти, что позволяет имитировать трещины на натурных деталях и исследовать чувствительность с учетом усло­вий прохождения и отражения УЗК, близких к реаль­ным.

При изготовлении стандартных образцов глубину и место надреза на детали выбирали в соответствии с тех­ническими условиями на допустимые и недопустимые на­рушения сплошности поверхностного и подповерхност­ного слоев металла изделия, а также с учетом опасных зон, в которых возникали трещины усталости.

Так, например, технические условия на контроль ло­паток компрессора требуют выявления трещин на кром­

ках глубиной 0,1 мм и более. Для обеспечения такой ' чувствительности необходимы стандартные образцы с соответствующими искусственными отражателями. В ка­честве стандартного образца использовали кондицион­ные лопатки, кромки которых прозвучивали на высокой чувствительности дефектоскопа. При выборе места на­несения искусственного дефекта — надреза — учитыва­ли, что при одинаковой глубине площадь отражающей поверхности надреза у конца пера лопатки меньше пло­щади надреза в средней йасти кромки (к концу кромка лопатки тоньше). Чтобы выявить дефекты по всей кром­ке, целесообразно дефектоскоп настраивать по надрезу, расположенному в конце пера лопатки, так как его вы­явить будет труднее из-за малой площади отражающей поверхности и наибольшего до него расстояния. Поэтому для надежного выявления заданного дефекта надрез глубиной 0,1 мм делали на выходной (более тонкой) кромке на расстоянии - 20 мм от конца пера лопатки. Площадь такого отражателя составляла около 0,06 мм2.

Перед контролем дефектоскоп настраивали по этой лопатке так, чтобы амплитуда отраженного от надреза сигнала составляла 25—30 мм. Такая настройка прибо­ра позволяет надежно выявить на кромках лопаток мел­кие поверхностные трещины глубиной от ~0,1 мм и бо­лее, а также поверхностные и подповерхностные дефек­ты (трудноразличимые глазом мелкие риски и забоины, межкристаллитную коррозию и др.).

Искусственный отражатель в виде надреза применя­ли также для имитации дефектов на валах, стержнях, трубах и других деталях, которые можно проконтролиро­вать только с помощью продольных и сдвиговых волн. Оказалось, что и в этом случае отражатель в виде над­реза можно с успехом применять для оценки чувстви­тельности ультразвукового контроля.

Проведенные исследования были использованы при разработке стандартных образцов для настройки чувст­вительности ультразвуковых дефектоскопов. Образцы представляют собой деталь в натуре или ее часть, на по­верхности которой в опасном участке выполнен искус­ственный отражатель в виде регламентированного над­реза.

Эталонирование чувствительности ультразвукового контроля деталей машин методом надреза позволило стандартизировать контроль при использовании поверх­ностных и нормальных волн. Ультразвуковой контроль

при оптимальных режимах настройки чувствительности дефектоскопов по стандартным образцам позволяет на­дежно выявлять поверхностные дефекты — трещины и растрескивание материала, коррозионные поражения, мелкие и трудноразличимые глазом риски и забоины и в глубине металла — раковины, закаты, расслоения, по­ристость, межкристаллитную коррозию, разнозернис - тость металла.