Размеры дефектов традиционными УЗ-методами измеряют весьма прибли­женно. В разд. 3.2.2 рассмотрен способ оценки площади компактных дефектов (различие между компактными и протя­женными дефектами изложено в разд. 3.2.4). Величину протяженных де­фектов оценивают, измеряя их условные размеры.

Преобразователь перемещают над дефектом (рис. 3.13, о) и наблюдают за изменением амплитуды эхосигнала. Вбли­зи краев дефекта амплитуда быстро уменьшается. Расстояние между этими положениями преобразователя называют условным размером.

Если при перемещении преобразова­теля положение эхосигнала на линии раз­вертки сохраняется постоянным (см. рис. 3.13, о), то такой условный размер называют условной протяженностью, или условной шириной. Это линейные услов­ные размеры. При контроле сварных швов условной протяженностью называют раз­мер при перемещении преобразователя вдоль шва, а условной шириной - размер при перемещении преобразователя попе­рек шва. При контроле основного металла пользуются только понятием "условная протяженность".

Если при перемещении преобразова­теля эхосигнал на линии развертки значи­тельно перемещается, то это означает раз­витие дефекта в плоскости, перпендику­лярной к поверхности ввода. Такой ли­нейный условный размер называют услов­ной высотой. На рис. 3.13, б показано из­мерение условной высоты наклонным преобразователем.

Рис. 3.13. Измерение условных протяженности (а) н высоты (б)

При измерении условных размеров наклонным преобразователем его ориен­тацию поддерживают постоянной, напри­мер при контроле сварных швов направ­ление излучения сохраняют перпендику­лярным к оси шва или сохраняют то на­правление, при котором амплитуда эхо - сигнала была максимальной.

Как по условному размеру найти ис­тинный размер дефекта? Это зависит от многих факторов, в частности от того, по какому признаку определялись положения преобразователя, соответствующие краям дефекта. Далее изложены способы изме­рения условных размеров, различающиеся именно по признакам определения край­них положений преобразователя.

Используют два основных способа измерения линейных условных размеров: относительный и абсолютный, В относи­тельном способе крайними считают поло­жения преобразователя, при которых ам­плитуда эхосигнала от дефекта уменьши­

лась в определенное число раз по отноше­нию к максимуму эхосигнала. Применяют следующие относительные способы:

- "6 дБ" - амплитуда эхосигнала уменьшилась на 6 дБ, или в 2 раза;

-"10дБ"-тожена 10 дБ, или в 3,3 раза;

- "20 дБ" - то же на 20 дБ, или в 10 раз.

В абсолютном способе крайними считают положения преобразователя, при которых амплитуда эхосигнала от дефекта уменьшилась до определенного уровня, задаваемого размером искусственного дефекта; обычно это уровень фиксации. ГОСТ 14782-86 рекомендует использо­вать по выбору либо абсолютный способ, либо способ "6 дБ". Большинство отечест­венных НТД применяют абсолютный спо­соб. В европейских странах распространен
способ "20 дБ", в США - абсолютный (хо­тя в документах и литературе это название не используется) или "20 дБ".

Сравним результаты измерения линейных условных размеров (условной протяженности) на примере измерения условной протяженности плоскодонных отражателей (см. рис. 3.14, б). Прямой преобразователь диаметром D = 12 мм на частоту 2,5 МГц перемещали над плоско­донными отверстиями разного диаметра на глубине 100 мм и измеряли изменение амплитуды эхосигнала (см. рис. 3.14, а).

Если размер отражателя значительно меньше размера преобразователя, то из­менение амплитуды определяется диа­граммой направленности преобразователя. В этом случае диаграмма направленности отражателя (как вторичного излучателя) будет значительно шире диаграммы на­правленности преобразователя и не станет влиять на изменение амплитуды эхосигна - ла при перемещении преобразователя. Будет, однако, расти максимальная ампли­туда с увеличением площади отражателя. Например, кривые 1—3 имеют одинаковую форму, но разную высоту.

Когда размер отражателя приближа­ется к размеру преобразователя (кривые 4,

5) , на форму кривых влияет диаграмма направленности отражателя: кривые су­жаются. Если размер отражателя больше размера преобразователя (кривая 6), ам­плитуда эхосигнала может превзойти дон­ный сигнал. Когда размер отражателя зна­чительно больше размера преобразовате­ля (кривая 7), на кривой изменения ампли­туды появляется плато, а вблизи краев отражателя - максимумы. Это вклад "бле­
стящих точек", которыми являются края отражателя (см. разд. 1.1.5).

На рис. 3.14, в показаны результаты измерений условной протяженности плос­кодонных отражателей различными спо­собами, полученные путем обработки кривых, показанных на рис. 3.14, о. Пря­мая L = d соответствует идеально точному измерению.

Кривая L2 построена способом "6 дБ". Условная протяженность постоянна для малых отражателей, когда форма кривых на рис. 3.14, а определяется диаграммой направленности преобразователя. При одинаковых диаметрах отражателя и пре­образователя она имеет минимум: здесь наиболее велико влияние диаграммы на­правленности отражателя.

При больших размерах отражателя кривая приближается к прямой L = d В этом случае при положении преобразова­теля над краем отражателя ровно полови­на энергии проходит мимо дефекта и ам­плитуда эхосигнала уменьшается в 2 раза по сравнению с положением преобразова­теля над средней частью дефекта. Именно
этот случай показан на рис. 3.13, о для положений преобразователя 2 и 4.

Последняя часть кривой Ь2 (см. рис. 3.14, в) очень удобна для измерения ис­тинных размеров дефекта, но наличие ми­нимума при d = D мешает измерению этим способом. Отметим, что уменьшение в 2 раза амплитуды на краю естественных дефектов наблюдается нечетко.

Кривая L3 построена способом "20 дБ". Минимум на ней слабо заметен. Ус­ловный размер искусственного дефекта всегда значительно больше истинного (особенно для малых дефектов), но прак­тика измерения естественных дефектов показывает, что превышение условного размера над истинным меньше, чем на искусственных дефектах.

Кривая L построена абсолютным способом при уровне фиксации, соответ­ствующем эхосигналу от плоскодонного отверстия диаметром 2 мм. С увеличением размера дефекта условная протяженность очень быстро возрастает, а потом кривая идет подобно Z-з, но минимум не наблюда­ется.

Приведенные результаты показыва­ют, что ни один из способов измерения условной протяженности не является вполне удовлетворительным. При измере­нии способом "6 дБ" условная протяжен­ность, как правило, больше или равна ис­тинному размеру, способом "20 дБ" и аб­солютным - больше истинного (расшире­ние размеров дефекта).

Для округлых дефектов, имитируе­мых боковыми цилиндрическими отража­телями (рис. 3.15, б), измерение условных размеров не дает новой информации по сравнению с измерением амплитуды эхо - сигналов. Условные размеры, измеренные относительным способом по кривым на рис. 3.15, о (прямая L2 на рис. 3.15, в для способа "6 дБ"), не зависят от размера от­ражателя, а измеренные абсолютным спо­собом (кривая L) зависят только от диа­граммы направленности преобразователя. По критериям, которые будут рассмотре­ны в разд. 3.2.4, все округлые дефекты

относятся к компактным.

Несмотря на отмеченные трудности в определении истинных размеров дефек­тов, условную протяженность широко используют для оценки допустимости де­фектов, поскольку эта характеристика об­ладает удовлетворительной повторяемо­стью при измерениях и несет полезную информацию о протяженных дефектах. В качестве примера на рис. 3.16, о представ­лена зависимость условной протяженно­сти А£ус1, измеренной абсолютным спосо­бом, от ИСТИНОЙ протяженности Lj дефек­тов в реальных сварных швах [350]. Сис­тема кривых, приведенных на рис. 2.38, позволяет сопоставить условные протя­женности, измеренные различными спо­собами.

Пример 3.4. При контроле плиты на частоте З МГц (длина волны X = 2 мм) преобразо­вателем, имеющим диаметр D = 2а - 12 мм, с уровнем фиксации по плоскодонному отверстию диаметром d = 2,2 мм на глубине г = 50 мм обна­ружен протяженный дефект эквивалентным диа­метром d - 6,2 мм. Рассчитать полурасшире-

ние при различных способах измерения.

Протяженность ближней зоны

N = a2/ = 62/2 = 18 мм.

Приведенное расстояние

r/N= 50/18 = 2,8.

Полурасширение по относительным при­знакам рассчитаем по формулам (2.8) и (2.9) :

/б = 0.

Поскольку г > 2N,

/10 = 0,0575 ■ 50 ■ 2/6 + 0,065 ■ 6 = 1,3 мм;

120 = 0,177 -50 -2/6 + 0,23-6 = 6,3 мм.

Для определения полурасширения /ф по уровню фиксации необходимо перевести значе­ния эквивалентных размеров отражателей в от­ношение амплитуд. Ослабление амплитуды сиг­нала от уровня, соответствующего диаметру d = 6,2 мм, до уровня фиксации рассчитаем, ис­ходя из того, что для небольших отражателей амплитуда пропорциональна площади отражате­ля, поэтому

{d/d'f =(2,2/6,2f *0,13.

По кривой r/N = 3 (см. рис. 2.38) (ближай­шее к 2,8 значение) находим, что на уровне 0,13

Рис. 3.17. Измерение условной высоты (б) и условной ширины (в) наклонным преобразователем путем сравнения с боковым цилиндрическим отверстием (а); Ахг < Ддгб » Ахв; Д/б > Д/в г Ata

величина 1Ча = 0,5. Тогда полурасширение /ф = 0,5а = 3 мм. Если, например, условная протя­женность, измеренная способом "20 дБ", V = 60 мм, то истинная протяженность будет близка к значению

L = L'-Ujo = 60 - 2 • 6,3 = 47,4 мм.

Из примера видно, что полурасшире­ние везде положительно, т. е. условная протяженность больше реальной. Исклю­чение составляет способ "6 дБ". Измерен­ная по нему условная протяженность мо­жет быть равна, больше или меньше ре­альной.

На рис. 3.17 сопоставлено измерение условной высоты и условной ширины при контроле наклонным преобразователем. Как говорилось выше, условную ширину измеряют при движении преобразователя в плоскости падения (поперек шва, как на рис. 3.17, в); условную высоту - также при движении преобразователя поперек шва (см. рис. 3.17, б), но измеряют не переме­щение преобразователя по поверхности изделия (пространственную огибающую, см. разд. 2.2.2.5), а время пробега импуль­са на линии развертки (временную оги­бающую).

Из сравнения рис. 3.17, б и в видно, что пространственные огибающие на за­данном уровне имеют приблизительно одинаковую протяженность Дхб ~ Дхв, но перемещения эхосигнала по линии раз­вертки At (т. е. временная огибающая) в случае, показанном на рис. 3.18, б, значи­тельно больше. Для определения положе­ний преобразователя, соответствующих крайним точкам, применяют те же крите­рии, что и при измерении условной про­тяженности.

Рис. 3.17, а показывает, что даже от­ражатель в виде бокового отверстия имеет временную и пространственную огибаю­щие. Это обусловлено диаграммой на­правленности преобразователя, часто до­вольно широкой. Чтобы выделить услов­ные размеры, связанные с формой дефек­та, необходимо сравнивать их с условны­ми размерами точечного отражателя (на­пример, бокового отверстия), о чем пойдет речь в разд. 3.2.4.

При выявлении вертикального де­фекта с небольшой шероховатостью по­верхности по схеме на рис. 3.17, б зер­кально отраженный сигнал не попадает на излучающе-приемный преобразователь. На экране дефектоскопа будут наблюдать­ся сигналы, рассеянные на неровностях поверхности дефекта, и сигналы дифрак­ционных волн, возникающих на краях де­фекта ("блестящих точках", см. разд.

1.1.5) . Это замечание относится также к рис. 3.13, б.

Условную высоту согласно ГОСТ 14782-86 рекомендуется измерять спосо­бом "6 дБ" по перемещению эхосигнала на экране дефектоскопа. По крайним поло­жениям эхосигнала определяют верхнюю и нижнюю точки дефекта, но иногда этого пересчета не делают и указывают пробег импульса по экрану в микросекундах.

Практика контроля и исследования показали, что измеренная условная высота очень плохо коррелирует с истинной вы­сотой дефекта. Между тем развитые по высоте дефекты наиболее опасны. Напри­мер, на рис. 3.16, б представлена зависи­мость условной высоты Н от истиной вы­соты 8д дефектов в реальных сварных швах [350]. Никакой корреляции не на­блюдается. Рекомендуется не пытаться измерять условную высоту, а ограничи­ваться разделением дефектов на разви­тые и неразвитые по высоте по способу, который будет описан в разд. 3.2.4, хотя возможны исключения из этой рекомен­дации.

По координатам блестящих точек оп­ределяют размеры и ориентацию дефекта. Это дифракционно-временной (ДВ) метод определения размеров дефекта. При кон­троле совмещенным преобразователем поперечных волн для получения эхосиг - налов от краевых точек наклонного к аку­стической оси дефекта необходимо вести контроль на уровне фиксации, соответст­вующем плоскодонному отверстию диа­метром 0,5 ... 1 мм, т. е. при чувствитель­ности на порядок больше обычно приме­няемой [135]. При раздельной схеме кон­троля и размещении преобразователей по разные стороны от дефекта амплитуда эхосигнала от краевых точек значительно больше (см. разд. 2.2.5.3).

Используют также понятие "угловые условные размеры дефектов". Их опреде­ляют при повороте преобразователя отно­сительно дефекта. За начало отсчета углов поворота принимают положение преобра­зователя, отвечающее максимуму эхосиг­нала, а углы, отвечающие краевым поло­жениям, определяют по признакам, ука­занным в НТД.