По определению, данному в ГОСТ 14782-86, угол ввода наклонного преобра­зователя а - это угол между нормалью к поверхности, на которой установлен пре­образователь, и линией, соединяющей центр цилиндрического отражателя с точ­кой выхода преобразователя при установ­ке преобразователя в положение, при ко­тором амплитуда эхосигнала от отражате­ля наибольшая. Таким образом, в самом определении указан способ измерения. Обычно в качестве отражателя использу­ют отверстие диаметром 6 мм в СО-2.

Точку выхода наклонного преобразо­вателя О определяют по СО-3 (см. рис. 2.25), находя максимум эхосигнала от вогнутой полуцилиндрической поверхно­сти СО-3 (см. рис. 2.50, б). Точка выхода при этом располагается над осевой линией полуцилиндра. Положение точки выхода отмечают рисками на боковых поверхно­стях преобразователя. Для прямого преоб­разователя считают, что точка выхода обычно довольно точно совпадает с гео­метрическим центром преобразователя, поэтому ее часто не определяют. Однако EN 12668-2 рекомендует такую проверку, используя стандартные образцы, подоб­ные СО-2 и СО-3 (см. ниже).

Далее, перемещая наклонный преоб­разователь по СО-2, находят его положе­ние, соответствующее максимуму эхосиг - нала от отверстия диаметром 6 мм (см. рис. 2.50, а). Преобразователи с углами ввода < 70° перемещают по верхней по­верхности на рис. 2.24, от которой отвер­стие находится на расстоянии у = 44 мм, а преобразователи с углами ввода > 70° - по нижней поверхности, от которой отвер­стие расположено на расстоянии 15 мм.

СО-2 имеет шкалы с обозначениями углов ввода. Нужно считывать значение
угла под риской, соответствующей точке выхода. Если скорость звука в металле изделия сильно отличается от скорости в образце СО-2, то следует использовать вместо СО-2 образец СО-2А из материала контролируемого изделия. Конструкция этого образца аналогична СО-2.

ГОСТ 26266-90 на УЗ-преобра- зователи разрешает некоторые отклонения угла ввода от номинального значения. Для преобразователей с углами ввода < 60° для третьей (лучшей) группы качества для стали 45 допускается отклонение от номи-

нального значения угла ±1,5°. Для преоб­разователей второй группы качества также предусмотрено отклонение ±1,5°, а по со­гласованию с заказчиком ±2°. Для преоб­разователей первой группы качества до­пускается отклонение ±3°, а по согласова­нию с заказчиком ±5°.

Для преобразователей с номиналь­ным значением угла ввода >60° для треть­ей группы качества предусмотрено откло­нение угла на ±2° (а по согласованию ±3°), для второй группы качества - отклонение угла на +3° (а по согласованию +5°).

Отклонение точки выхода от номи­нального значения разрешается в +1 мм для преобразователя третьей группы каче­ства. Для преобразователей второй группы качества допускается отклонение также в ±1 мм, а по согласованию с заказчиком ±2 мм. Для преобразователей первой группы качества положение точки ввода изготовителем не устанавливается.

EN 12668-2 допускает смещение точ­ки выхода не более чем на 1 мм, отклоне­ние акустической оси от нормали для
прямого преобразователя < 2° и такое же отклонение для угла ввода наклонного преобразователя.

Уточним определение, рассмотрен­ное выше. Найденная с помощью СО-3 точка выхода преобразователя фактически не точка, а линия (линия выхода), прове­денная поперек контактной поверхности призмы преобразователя. Именно линия выхода располагается над осевой линией полуцилиндра, когда достигается макси­мум эхосигнала от вогнутой полуцилинд - рической поверхности СО-3. Риски на бо­ковых поверхностях ПЭП отмечают точки пересечения линии выхода с боковыми поверхностями призмы преобразователя.

Если преобразователь имеет пьезо­элемент большого размера, такого, что ширина преобразователя больше ширины СО-2 и СО-3 (30 мм) или протяженность его ближней зоны N [ N « S/(nX), где S -

площадь пьезоэлемента; А. - длина волны в образце (см. разд. 1.3)] больше 0,65 рас­стояния до отражателей г' или г" (см. рис. 2.50), то СО-2 и СО-3 использовать

нельзя. В этом случае применяют образцы большего размера с такими же отражате­лями. Поскольку в образце, подобном СО-2, обычно нет шкалы углов (как на рис. 2.50, а), то, найдя максимум эхосиг - нала, измеряют расстояние X и, зная глу­бину залегания дефекта Y, рассчитывают угол а:

а = arctg(A7F).

Ha рис. 2.51 и 2.52 показаны способы определения точки выхода и угла ввода по образцам V-1 и V-2. Наличие вогнутых цилиндрических поверхностей с радиуса­ми R = 25 ... 100 мм позволяет выбрать оптимальное значение для определения точки выхода в зависимости от размеров и длины ближней зоны преобразователя (на рис. 2.51, а-положение преобразователя/,).

Углы ввода определяют по отраже­нию от отверстия диаметром 5 мм в V-2, диаметрами 1,5 и 50 мм в V-1. На рис. 2.51 и 2.52 эти положения преобразователя обозначены литерой М. Цифры около ли­теры М указывают максимальные углы ввода преобразователей, для которых ре­комендуются показанные его положения. Большой диаметр отверстия в V-1 и плек­сигласовая вставка в нем не снижают точ­ности измерения.

Угол ввода наклонного преобразова­теля уменьшается с увеличением глубины залегания отражателя. Это объясняется тем, что в расходящемся пучке лучей, идущем от преобразователя, луч с углом а' < а (рис. 2.53) проходит меньший путь до отражателя г' < г и, следовательно, сигнал меньше ослабляется. Определяя положение преобразователя, соответст­вующее максимуму эхосигнала от отвер­стия, мы выберем не положение А, а по­ложение В на рис. 2.53. Таким образом, максимум излучения смещается в сторону меньших углов ввода. Это явление назы­вается квазиискривлением акустической оси. Чем больше коэффициент затухания УЗ в материале изделия, тем заметнее подрастание амплитуды сигнала, идущего по более короткому пути, тем заметнее
квазиискривление. Чем шире диаграмма направленности преобразователя (напом­ним, что она расширяется с уменьшением отношения диаметра пьезоэлемента к длине волны), тем в больших пределах изменяется угол.

Значение угла ввода для небольших глубин залегания отражателей, когда опи­санное явление малозаметно, практически совпадает с углом наклона акустической оси а0 (см. разд. 1.3.2). Угол наклона аку­стической оси всегда больше или равен углу ввода. Чтобы учесть явление квазии­скривления и повысить точность измере­ния координат дефектов, ГОСТ 14782-86 рекомендует при толщине изделия > 100 мм определять угол ввода и на­страивать дефектоскоп на измерение ко­ординат дефекта не по СО-2, а по СОП с увеличенной глубиной залегания отража­теля.

Повышение температуры увеличива­ет угол ввода. Это связано с изменением скорости УЗ. Скорость уменьшается одно­временно в металле ОК и призме преобра­зователя, но в пластмассе, из которой сде­лана призма, уменьшение скорости гораз­до больше (см. разд. 1.1.3), поэтому со­гласно закону синусов (закону Снеллиуса) а = arcsin[(cH/cn)sinp] (си и с„ - скорости звука в изделии и призме) с повышением температуры угол а увеличивается. Это особенно заметно, когда угол ввода при­ближается ко второму критическому. В связи с этим проверку угла ввода или нас-

тройку дефектоскопа на измерение коор­динат проводят при температуре контро­ля. Для преобразователей с углом ввода > 70° это требование, согласно ГОСТ 14782-86, обязательно.

Изменение угла возникает также, ес­ли скорость звука в изделии отличается от скорости его в образце, по которому изме­ряли угол ввода. Связанная с этим по­грешность измерения угла должна быть <2 ... 3 %. При нарушении этого условия следует использовать СО-2 А вместо СО-2.

При измерениях на СО-2 возможны ошибки, связанные с тем, что происходит не прямое отражение от отверстия диа­метром 6 мм, а отражение от угла между отверстием и боковой поверхностью об­разца. Амплитуда такого отражения может быть даже больше, чем прямого отраже­ния. Перед началом измерений следует отметить положения преобразователя, соответствующие прямому отражению и отражениям от углов.

Обычно угол ввода наклонного пре­образователя совпадает с рассчитанным по формуле синусов, а точка выхода, из­
меренная на СО-3, совпадает с точкой пе­ресечения геометрической оси пьезопла­стины с контактной поверхностью (точ­ка О на рис. 2.15). Однако для преобразо­вателя с большими углами наклона на­блюдаются уменьшение угла ввода по сравнению с расчетным значением и сме­щение измеренной точки выхода в на­правлении увеличения стрелы преобразо­вателя (положение преобразователя, отме­ченное на рис. 2.50, б штриховыми ли­ниями).

Это можно объяснить, если учесть, что представление о точке выхода на­клонного преобразователя как о центре, от которого расходятся УЗ-лучи, очень при­ближенно. Более точно рассматривать аку­стическое поле как формирующееся в призме преобразователя (рис. 1.53, б), причем считать (в плоскости падения), что этот пучок лучей расходится от центра пьезопластины и каждый луч падает на границу с ОК под своим углом.

Поскольку в области вблизи второго критического угла коэффициент прозрач­ности быстро уменьшается с увеличением
угла падения (см. рис. 1.17 и 1.18), в пре­ломленном поле максимум амплитуды сместиться от акустической оси к лучам с меньшими углами падения, как показано на рис. 1.27. Этим лучам соответствуют увеличенное значение стрелы наклонного преобразователя и уменьшение угла ввода по сравнению с рассчитанным по закону синусов. Увеличению амплитуды отме­ченных лучей также способствует то, что они проходят меньший путь в призме пре­образователя - материале с большим ко­эффициентом затухания.

Определение точки выхода на СО-3 из стали можно выполнять при контроле не только стальных изделий, но и ОК из других материалов. Однако с учетом опи­санного явления увеличения стрелы пре­образователя ГОСТ 14782-86 рекомендует для определения точки ввода при контро­ле изделий из материалов, скорость звука в которых меньше, чем в стали, а угол па­дения волны близок ко второму критиче­скому в стали, изготовить образец СО-ЗА из контролируемого материала.

В большинстве стран для определе­ния точки выхода вместо СО-3 использу­ют образцы V-1 и V-2. В [425, с. 554/317] обращается внимание на то, что точка вы­хода наклонного преобразователя изменя­ется в зависимости от материала стан­дартного образца V-2, хотя из геометриче­ских построений следует, что ее положе­ние не должно зависеть от материала об­разца. Наблюдались также разные поло­жения точки выхода при настройке по вогнутым цилиндрическим поверхностям радиусами 25 и 50 мм образца V-2. Явле­ние это, по-видимому, связано с тем, что малые радиусы цилиндрических поверх­ностей близки к ближней зоне преобразо­вателей, а также с тем, что, как отмечалось выше, истинный центр излучения нахо­дится не на призме преобразователя, а на его пьезопластине.

Для прямого преобразователя госу­дарственные стандарты и другие НТД обычно не предусматривают определение точки выхода и угла ввода (его называют углом скоса), поскольку предполагается, что точка выхода совпадает с геометриче­ским центром пьезопластины, а направле­ние акустической оси перпендикулярно к поверхности ввода. Однако для некоторых пьезопластин плохого качества наблюда­ется неравномерность пьезосвойств по площади, в результате чего искажается акустическое поле. В связи с изложенным перед началом использования каждого прямого преобразователя целесообразно проверить смещение точки выхода и пер­пендикулярность акустической оси к его рабочей поверхности. Проверку по схеме на рис. 2.50, в выполняют дважды с пово­ротом преобразователя вокруг оси на 90°. В КУ [234] имеется соответствующий образец.

EN 12668-2 для прямого преобразо­вателя рекомендует проверять смещение акустического центра от геометрического центра и угол скоса. Смещение центра проверяют, используя стандартный обра­зец, подобный СО-3. Перемещая преобра­зователь по плоской поверхности вдоль продольной оси образца и вращая его, на­ходят максимум эхосигнала, при этом все лучи в плоскости, параллельной боковой поверхности образца, отражаются от его цилиндрической поверхности под прямы­ми углами. Акустический центр находится над пересечением двух отмеченных осе­вых линий. Угол скоса проверяют по мак­симумам эхосигналов от боковых цилинд­рических отверстий на разной глубине с разворотом преобразователя на 90°. По мнению авторов, можно использовать од­но отверстие, как в СО-2.

ГОСТы и другие российские НТД также не предусматривают проверку аку­стического поля наклонного преобразова­теля в дополнительной плоскости. Однако перед началом использования каждого наклонного преобразователя целесообраз­но проверить, что осевая плоскость аку­стического поля в дополнительной плос­кости параллельна боковым поверхностям призмы или имеется угол скоса. Для этой цели используют образец из КУ, показан­ный на рис. 2.50, г.

Преобразователь должен быть ориен­тирован параллельно оси образца. Находят положение, соответствующее максимуму эхосигнала от угла между вертикальным отверстием и донной поверхностью об­разца. Если при этом осевая плоскость преобразователя располагается над осью О'О", то угол скоса отсутствует. Если преобразователь пришлось сместить отно­сительно оси образца, следует ввести по­правку на угол скоса и учитывать ее при измерении координат дефектов.

Для преобразователей с углами ввода >60°, для которых наблюдается ослабле­ние эхосигнала при угловом эффекте (см. разд. 2.2.2.3), вместо способа и образца, показанных на рис. 2.50, г, лучше исполь­зовать образец, представленный на рис. 2.50, д, с отражателем в виде торои­дального паза. Преобразователь переме­щу,0

щают так, чтобы боковая поверхность его призмы оставалась параллельной боковой поверхности образца. Положение преоб­разователя, соответствующее максимуму эхосигнала от тороидального паза, позво­ляет определить как точку ввода, так и угол скоса 8.

EN 12668-2 для наклонного преобра­зователя рекомендует проверять смешение линии акустического центра от линии геометрического центра и угол скоса. По­следний проверяют одним из двух спосо­бов. Согласно первому на образце, подоб­ном СО-3, находят положение преобразо­вателя, при котором наблюдается макси­мальное количество эхосигналов, отра­женных от цилиндрической и плоской поверхностей образца (см. разд. 2.2.4.4, способы получения одинаковых времен­ных интервалов). В этом положении угол между боковыми поверхностями призмы и образца и есть угол скоса. При этом поло­жении преобразователь включают как из­лучатель, а линию акустического центра находят с помощью ЭМА-приемника, пе­ремещаемого по цилиндрической поверхно­сти образца.

Вторым способом находят максимум эхосигнала от прямого двугранного угла. Угол скоса равен углу между боковой по­верхностью призмы преобразователя и перпендикуляром к ребру угла. Смещение линии акустического центра не проверя­ют.

Определение угла ввода преобразова­теля не по боковому цилиндрическому отверстию, а по отражателям других типов является приближенным, поскольку эти искусственные дефекты могут по разному отражать УЗ в зависимости от его направ­ления. Например, по экспериментальным данным одного из авторов, выполняя на­стройку по отражению от прямого дву­гранного угла, можно допустить серьез­ные ошибки.

На рис. 2.54 показаны углы прелом­ления ау, измеренные по максимуму эхо - сигнала от прямого двугранного угла, в зависимости от истинного угла ввода а, измеренного по СО-2. Эти углы совпада­ют только в диапазоне углов а = 39 ... 52°. При углах, меньших 39°, максимум эхо - сигнала наблюдается, когда преобразова­тель отодвигается от двугранного угла, т. е. av возрастает. Это отклонение от ожидае­мой зависимости, показанной штриховой линией, вызвано влиянием неоднородной продольной (головной) волны.

При углах ввода, больших 52°, мак­симум эхосигнала наблюдается, когда преобразователь придвигается к двугран­ному углу. Из расходящегося пучка лучей поперечных волн, идущих от преобразова­теля, максимальный эхосигнал соответст­вует не лучу, идущему по акустической оси, а лучу, для которого меньше транс­формация в продольную волну на верти­кальной грани двугранного угла.

Заштрихованные области на рис. 2.54 соответствуют разбросу измерений, вы­полненных преобразователями разных типов. Чем уже диаграмма направленно­сти преобразователя, тем угол ау ближе к углу ввода а. Такие же ошибки будут воз­никать при определении угла ввода пре­образователя по другим угловым отража­телям: зарубке, вертикальному отверстию.