Структурные помехи
25 марта, 2016 
admin Структурные помехи связаны с рассеянием УЗ на структурных неоднородностях, зернах материала. Их часто называют структурной реверберацией. Материалы, состоящие из крупных сильно отражающих ультразвук зерен (например, литая нержавеющая сталь), дают сигналы, похожие на сигналы от дефектов. Такие материалы контролировать эхометодом удается только с применением компьютерной обработки сигналов (см. разд.
2.2.4.5) .
Если помехи образуются в результате сложения слабых отражений от большого количества мелких зерен, то на экране они изображаются в виде большого количества импульсов, беспорядочно изменяющихся по амплитуде и положению на линии развертки при движении преобразователя по поверхности изделия. Их часто называют "травой". Ниже рассматриваются главным образом именно такие структурные помехи.
Структурные помехи в некоторых металлах (вольфрам, алюминий) отсутствуют или очень малы, так как мала упругая анизотропия-, скорость звука одинакова (вольфрам) или почти одинакова (алюминий) по всем направлениям в кристалле металла и отражения от границ зерен не происходит. Структурные помехи также малы в мелкозернистых металлах, когда
размеры зерен значительно меньше длины волны УЗ. Структура измельчается при обработке давлением (ковке, прокатке), а для углеродистой стали - также при термообработке типа закалки. В анизотропных крупнокристаллических металлах, например меди, аустенитной (нержавеющей) стали, структурные помехи могут превышать донный сигнал. Обычно считают, что УЗ-контроль возможен, если полезный сигнал, по крайней мере, вдвое превышает уровень структурных помех. Специальные методы обработки информации позволяют принимать сигналы, уровень которых меньше уровня помех (см. разд. 2.2.4.5 и 4.15).
Статические закономерности формирования структурных помех. Импульсы, образовавшиеся в результате рассеяния УЗ на различных неоднородностях, которые приходят к приемнику в один и тот же момент времени, складываются. В зависимости от случайного соотношения фаз отдельных импульсов они могут взаимно усилить или ослабить друг друга. В результате на экране прибора структурные помехи имеют вид отдельных близко расположенных пиков ("травы"), на фоне которых затруднено наблюдение полезного сигнала (см. рис. 2.12, где "трава" меньше полезных сигналов). Иногда амплитуда пиков превышает донный сигнал, что исключает возможность применения эхоме - тода без использования специальных способов обработки информации (см. разд.
2.2.4.5, 4.15, 5.1.3.1).
Фазы импульсов, создающих структурные помехи, распределяются случайным образом, поэтому амплитуда структурных помех на преобразователе в некоторый определенный момент времени равновероятно имеет положительное или отрицательное значение, а среднее значение амплитуды равно нулю. Дефектоскоп регистрирует не знак, а абсолютную величину амплитуды, поэтому средний уровень помех определяется средним квадратическим значением амплитуды, которое пропорционально квадратному корню из средней интенсивности помех [132]. В дальнейшем будем рассматривать интенсивность помех и лишь при сравнении помех с полезными сигналами переходить к амплитуде.
Случайное соотношение фаз импульсов, приходящих от различных структурных неоднородностей, вызывает значительные отклонения интенсивности от среднего уровня. Для надежного выявления дефектов интенсивность сигналов от них должна превосходить не только J„, но и утроенное значение среднего квадратического отклонения о, от этого уровня:
J>Jn+3or (2.12)
Структурные помехи подчиняются распределению Рэлея, для которого О/ = Это подставляют в (2.12), и для перехода к амплитуде извлекают квадратный корень из интенсивности, в результате получают условие выявления дефектов:
Р' > 2Р„,
где Рп - средний уровень амплитуды помех. Таким образом, уровень амплитуды структурных помех на экране дефектоскопа будет изменяться от нуля до удвоенного значения среднего уровня, и полезный сигнал должен превосходить это значение, как отмечалось выше.
Средний уровень структурных помех определяют, используя энергетическое представление акустического поля преобразователя. Вычисляют сигнал, при
ходящий от элемента пространства, расположенного вокруг некоторой точки В (рис. 2.48). Затем полученное выражение интегрируют по всей области пространства, занимаемой в данный момент времени УЗ-импульсом, - зоне озвучивания (заштрихована). Далее, переходя от интенсивности к амплитуде, получают выражение для среднего уровня структурных помех:
для ближней зоны
Рп0=Р0^1Щ^е28г; (2.13)
2 V kS
для дальней зоны
rlj
где Р0 - амплитуда зондирующего импульса; 8р - коэффициент рассеяния; ст = Аг - пространственная длительность импульса; S - площадь пьезоэлемента преобразователя; г - расстояние от преобразователя до зоны озвучивания.
При выводе формул (2.13) и (2.14) был сделан ряд допущений. Предполагалось, что А г «г, что излучение происходит в полубесконечное пространство со статистически однородной структурой (т. е. нет зон с сильно отличающейся структурой), что рассеяние изотропно по всем направлениям и что оно от каждого кристаллита начинается в момент поступления к нему излученного импульса и кончается одновременно с его окончанием.
Последнее из сделанных допущений наиболее существенно. Оно, в частности, означает, что не учитывается повторное рассеяние УЗ-волн, уже претерпевших однократное рассеяние на неоднородностях среды. Например, считают, что структурные помехи от точки В (см. рис. 2.48) придут в момент времени, определяемый расстоянием АВ. В действительности сигнал от точки С, рассеянный не в направлении на преобразователь, мо
жет рассеяться еще раз в точке D и придет на преобразователь одновременно с сигналом однократного рассеяния от точки В, если удовлетворяется условие ACDA = 2АВ. Это пример влияния двукратного рассеяния, однако существует также более сложное многократное рассеяние.
Явлением многократного рассеяния пренебрегают, когда 8Р X < 0,02 (условие В. Н. Данилова). Если это условие нарушается в 3 - 5 раз, то повторное рассеяние превалирует и почти вся картина распределения помех на линии развертки дефектоскопа формируется в результате многократного рассеяния импульсов в зоне крупнозернистого материала, расположенной вблизи преобразователя.
Уровень структурных помех на экране дефектоскопа. ПЭП - линейный преобразователь сигналов, поэтому на экране дефектоскопа наблюдают средний уровень структурных помех, определяемый теми же формулами (2.13) и (2.14). Однако при контактном способе контроля необходимо учитывать особенности прохождения структурных помех и эхосигна - лов от дефектов через тонкий слой контактной жидкости.
Амплитуда эхосигналов от дефектов очень сильно зависит от соотношения толщины слоя и длины волны в нем (см. разд. 1.1.4). В результате интерференции волн в слое коэффициент прозрачности изменяется в десятки раз. Однако этот вывод в разд. 2.2.1.2 был сделан для непрерывного излучения, и отмечено, что импульсный характер излучения сглаживает осцилляции зависимости D от толщины слоя.
Для структурных помех коэффициент прозрачности слабее зависит от толщины слоя. Это связано с тем, что уровень структурных помех определяет не амплитуда, а интенсивность, пропорциональная энергии прошедшего импульса, которая равна произведению квадрата амплитуды на длительность импульса. Энергия меньше изменяется при изменении условий интерференции в тонком слое. Если, на-
|
Рис. 2.48. К формированию структурных помех |
пример, коэффициент прозрачности уменьшается, то, соответственно, падает амплитуда, но возрастет длительность импульса так, что энергия прошедшего через слой импульса остается почти постоянной. В результате электрический уровень структурных помех на экране слабо зависит от толщины слоя контактной жидкости при контроле контактным методом.
Структурные помехи - основной постоянно действующий фактор, ограничивающий чувствительность контроля. Способы борьбы с ними будут рассмотрены в разд. 2.2.4.5 и 4.15.
2.2.3. Основные параметры и характеристики эхометода, способы их оптимизации и проверки
2.2.4.1. Основные характеристики и параметры эхометода
Основные параметры определяют достоверность контроля. К их числу относятся такие величины, как частота, длина волны, чувствительность, угол ввода и т. д. Их нужно выбрать так, чтобы с минимальной ошибкой оценить качество изделия по результатам контроля. Различают основные параметры аппаратуры и ме-
|
2.3. Взаимосвязанные параметры аппаратуры и метода
|
 Опубликовано в НЕРАЗРУШАЮЩИИ КОНТРОЛЬ |