Способ 1. Предлагаемый способ тре­бует применения акустической задержки в виде цилиндра из оргстекла или полисти­рола (рис. 1.14, б) диаметром не менее диаметра преобразователя и высотой

h = 10... 100 мм - такой, чтобы импульсы многократных отражений в цилиндре не совпадали с первыми двумя донными сиг­налами в ОК.

1. Измерить скорости звука в ОК с и задержке с3, а также их толщины г и h.

2. Подключить к дефектоскопу пря­мой преобразователь требуемой частоты.

3. Смазать контактирующей жидко­стью поверхности ввода ОК.

4. Стабильно соединить преобразова­тель с задержкой и, не прижимая задержку к ОК, измерить амплитуду сигнала от про­тивоположного торца задержки (лзу

5. Плотно поставить задержку с при­жатым преобразователем на ОК (см. рис. 1.14, б). Зафиксировать всю систему так, чтобы все сигналы на экране дефекто­скопа сохраняли свою амплитуду.

6. Измерить амплитуды трех эхосиг-

налов (в дБ): - сигнал от границы

задержка - ОК; (Я]) и (Я2) - первый и

второй донные сигналы.

7. Рассчитать приведенные пути в ОК и задержке:

h'=hc3/(cN); r{ = (r/N) + h';

= (2r/N) + h'.

8. По графику на рис. 1.15 опреде­лить дифракционное ослабление (ф]) и

(ф2) для первого и второго донных сигна­лов по значениям приведенных расстоя­ний. В зависимости от волнового размера пьезоэлемента преобразователя ка = 2naflc используют верхнюю, нижнюю кривую или интерполируют интервал между кри­выми. Если приведенное расстояние пре­вышает значения, показанные на рис. 1.15, то рассчитать дифракционное ослабление по формуле

(ф) = (ті/(2г')), (1.8)

где г' = г{ или г2 .

9. Рассчитать разности

(я-) = (я;)-(яз); (я) = (Я2)- (Я]) . (1.9)

Эти разности удобно измерять атте­нюатором дефектоскопа попарно. Их ве­личина обычно не превосходит 1... 12 дБ.

10. Рассчитать коэффициент затуха­ния по формуле

(5) = [(я)-(Я')-(ф2) + (ф1)]/2г. (1.10)

Коэффициент затухания 5 выражает­ся в дБ/мм или дБ/м в зависимости от то­го, в каких единицах измерено г.

Для реализации этого способа необ­ходимо, чтобы дефектоскоп имел усили­тель с двухполупериодным выпрямлением принимаемых импульсов (прибор УД2-12 этого не имеет, и использовать его не сле­дует), иначе разность (Я’|) будет измерена

неправильно и может даже оказаться от­рицательной величиной.

Для повышения точности измерения рекомендуется:

а) увеличить толщину ОК, т. е. базу измерений;

б) обеспечить, чтобы поверхности ввода и донная ОК были плоскими с непа - раллельностью < 0,01, ширина ОК была > г 12 для устранения влияния отражения от боковых поверхностей; ось преобразо­вателя была направлена строго пер­пендикулярно к поверхности ввода ОК. При этом достигаются максимумы ампли­туд эхосигналов от поверхности ввода и донных;

в) на границах преобразователь - за­держка и задержка - ОК обеспечить ста­бильность акустического контакта по всей площади;

г) для материалов, обычно контроли­руемых УЗ, нужно измерять амплитуды эхосигналов с погрешностью < 0,2 дБ. Ес­ли аттенюатор дефектоскопа имеет цену делений 1 или 2 дБ, следует выполнять разметку экрана в долях дБ.

Пример 1.5. Определить коэффициент затухания продольных волн в образце из стали толщиной г = 50 мм. Акустическая задержка из органического стекла толщиной h = 50 мм. Изме­рения амплитуд дали значения: (Д() = 61,8;

(дз) = 60,9; (л,) = 83,9; (л2) = 90,7 дБ. Частота

/= 2,5 МГц, диаметр преобразователя 2а = 12 мм, скорости звука в материале ОК и задержке соот­ветственно 5,92 и 2,72 мм/мкс.

Рассчитаем приведенные расстояния:

N = a2 f /с = 62 -2,5/5,92 = 15,2 мм;
h'= hc3 /(dV) = 50 • 2,72/(5,92 15,2)= 1,51 ;
г{ = г/N + h'= 50/15,2 +1,51 = 4,8 ;
ri =2rlN + h'= 250/15,2 + 1,51 = 8,1 -

Определим дифракционное ослабление. Рассчитаем волновой размер ka = 2%fajc = = 2л-2,5-6/5,9 = 15,9 . Следует пользоваться верхней кривой на рис. 1.15, впрочем, для най­денных приведенных расстояний кривая не рас­щепляется. Для первого донного сигнала исполь­зуем рис. 1.15, а для второго - формулу (1.8):

(ср3) = 9,8 ; (ср2) = (л/(2-8,1)) = 14,2.

Выполняем расчет по формулам (1.7) и

(1.8):

61,8-60,9 = 0,9; 90,7-83,9 = 6,8;

(6,8 - 0,9 - 14,2 + 9,8)/2-50 = 0,015 дБ/мм.

Способ 2. Между преобразователем и ОК вводится задержка из жидкости (им­мерсионный контакт) или эластичного материала с небольшим затуханием и вол­новым сопротивлением, близким к кон­тактной жидкости, например из животного сала. Последний вариант предпочтитель­нее, так как не требует мер для предот­вращения вытекания жидкости. Как и в способе 1, выполняется измерение первого и второго донных сигналов в плоскопа­раллельном ОК, а коэффициент затухания рассчитывается по формуле

(5) = {А2) ~ (А) - <Ф2) + (Ф1) ■- (Л)]/(2г) -

Обозначения те же, что и в способе 1.

Способ 2 удобен тем, что при иммер­сионном контакте между задержкой и ОК отсутствует тонкий контактный слой не­определенной толщины. В случае контак­та через животное сало контактный слой также практически отсутствует ввиду бли­зости волновых сопротивлений сала и контактной жидкости (воды, масла). С учетом этого коэффициент отражения от границы задержка - ОК рассчитывается по формуле

Я = |(2з-г)/(*з+2)|,

где гиг, - волновые сопротивления мате­риалов ОК и задержки.

Меры по повышению точности те же, что для способа 1, однако гораздо легче обеспечить стабильность акустического контакта. Отсутствие контакта в отдель­ных точках границы задержка - ОК не приводит к большим погрешностям. При реализации этого способа дефектоскоп может не иметь усилитель с двухполупе - риодным выпрямлением принимаемых импульсов.

Пример 1.6. Определить коэффициент затухания продольных волн в образце из стали толщиной г = 30 мм. Акустическая задержка из сала толщиной h = 30 мм со скоростью звука с3 =

= 1,43 мм/мкс, плотностью Рз =0,91-103кг/м3 ,

волновое сопротивление z3 = 1,3 • 106 Па-с/м. От­метим, что волновое сопротивление контактной жидкости типа воды 1,49, а типа машинного мас­ла 1,3 ... 1,6 (в одинаковых единицах), т. е. близки к z3.

Установим преобразователь с акустической задержкой на поверхность ОК, смазанную мас­лом. Примем меры к тому, чтобы направить ось преобразователя перпендикулярно к поверхности ОК. При этом одновременно достигаются макси­мумы эхосигнала от поверхности ввода ОК, пер­вого и второго донных эхосигналов. Предполо­жим, что измерения амплитуд дали значения (4) =53,2 и (д2) = 61,5.

Рассчитаем коэффициент отражения = 0,945; (я) = 0,49 и 0,5.

Выполним расчет приведенных расстояний:

N = a2 f /с = 62 • 2,5/5,92 = 15,2 мм;
h'=hc3 /(c/v)= зо ■ 1,43/(5,92 ■ 15,2)= 0,48;

r = r/N + h'= 30/15,2 + 0,48 = 2,45;

r'2 = 2r//V + й' = 2-30/15,2 + 0,48 = 4,4 ■

Определим дифракционное ослабление по кривой, показанной на рис. 1.15:

(ф]) = 4,6, (<р2) = 9,0.

Рассчитаем коэффициент затухания

S = [б 1,5 - 53,2 - 9,0 + 4,6 - 0,5]/(2 - 30) = 0,057 дБ/мм.

Затухание поперечных волн. Как и

в случае измерения скорости, рекоменду­ется способ, основанный на применении наклонных ПЭП.

1. Подключить к дефектоскопу один или два ПЭП с углами ввода а « 45°. Оп­ределить угол ввода (см. разд. 2.2.4.3).

2. Получить максимальный эхосиг - нал, применяя схемы, как на рис. 1.14, в или д, поз. 7, и измерить его амплитуду

(Ai) ■

3. Переместить ПЭП в поз. 2 (для схемы рис. 1.14, д переместить только один ПЭП), получить максимальный эхо - сигнал, а затем сдвинуть ПЭП в положе­ние, которое должно соответствовать максимуму эхосигнала для угла ввода данного ПЭП, определенного по поз. 7, например для схемы рис. 1.14, в поместить на расстояние 21 от края образца. Для ОК с большим затуханием расстояние 21 будет соответствовать несколько большему рас­стоянию от отражателя, чем соответст­вующее максимуму эхосигнала, а для ОК с небольшим затуханием оба положения будут совпадать. Измерить амплитуду эхосигнала (л2) •

Такая рекомендация объясняется следующим. Если бы отражение от угла происходило строго по геометрическим законам, то максимум отражения от верх­него двугранного угла достигался при отодвигании преобразователя на удвоен­ное расстояние от боковой грани по срав­нению с расстоянием для отражения от нижнего угла. При большом затухании УЗ в материале это не так: максимум достига­ется, когда преобразователь расположен немного ближе к боковой грани. При этом соответствующий боковой луч проходит несколько меньший путь и в итоге дает большую амплитуду.

Для измерения затухания нужно, чтобы путь удвоился по сравнению с рас­стоянием для отражения от нижнего угла, т. е. измерять амплитуду следует, когда от верхнего двугранного угла отражается акустическая ось, а не боковой луч. Чтобы не ошибиться, рекомендуется находить максимум, а потом отодвигать преобразо­ватель в правильное положение.

4. Измерить и рассчитать пути УЗ - излучатель - отражатель - приемник г, и г2 для поз. 7 и 2 (7?) ПЭП. Для рис. 1.14, в и д расчет ведут по формулам соответственно

г, = hf cos а, г2 = 2гх,

где h - толщина ОК; а - угол ввода пре­образователя.

5. Рассчитать приведенные пути

где гр - средний путь в призме преобразо­вателя; п = с^с, - отношение скорости продольных волн в призме преобразовате­ля к скорости поперечных волн в ОК; (3 - угол призмы (угол падения); N - про­тяженность ближней зоны для наклонного преобразователя (см. разд. 1.3.2):

пс,

где S - площадь пьезопластины преобра­зователя.

6. Определить дифракционное ослаб­ление ф[ и ср2 для первого и второго сиг­налов по формуле (1.8) или по рис. 1.15.

7. Рассчитать коэффициент затухания 5, по формуле

([1],) = [{А2 ) - (А ) - (q>2 ) + (фі)] / Wl - Л )] ■■

(1.11)

Основная погрешность измерения описанным способом (1 ... 2 дБ) связана с изменением качества акустического кон­такта в поз. 7 и 2 ПЭП (см. рис. 1.14), по­этому необходимо принять все меры для его стабилизации: обработать поверхность ввода с чистотой не хуже Rz 20 мкм, при­жимать к ней ПЭГТ с постоянной силой, усреднять результаты многократных из­мерений.

Пример 1.7. Определить затухание по­перечных волн в образце из стали толщиной h = 40 мм. Пятикратные измерения преобразова­телем на 2,5 МГц с углом ввода 50° из комплекта "Приз Д5" дали средние значения амплитуд эхо - сигналов от нижнего и верхнего двугранных уг­лов ОК (Д|) = 13 и (Д2) = 27.

Для указанного преобразователя площадь пьезопластины 12 х 16 мм2, средний путь в приз­ме гр = 12 мм, угол призмы р = 39°. Эти значения измерены и рассчитаны, исходя из того, что приз­ма сделана из капролона со скоростью продоль­ных воли ср = 2,64 мм/мкс. Угол р рассчитан по формуле

Р = arcsin(cp sin а / с, )=

= arcsin(2,64sin50° /3,2з)= 39°.

Путь в призме гр определен по измерению времени пробега в призме. Две одинаковые приз­мы включались по раздельной схеме и складыва­лись, как показано на рнс. 1.14, а, таким образом, чтобы достигалась максимальная амплитуда сквозного сигнала. Измеренное время пробега равнялось /„ = 9,1 мкс, отсюда гр = с„ /п/2 = 2,64 х х 9,1/2 = 12 мм.

Протяженность ближней зоны равна N = 12 • 16 • 2,5/3,23л = 47,3 мм.

Отношение скоростей звука п = с„ /с, = = 2,64/3,23 = 0,82. Пути УЗ в ОК равны ri = A/cosa = = 40cos50° = 62 мм; гг = 2п = 124 мм. Приведен­ные пути

г{ = 7(62 + 0,82 • 12 )(б2 + 0,82 • 0,83 • 12) /47,3 = 1,5;

г{ = 7(124 + 0,82 • 12)(l 24 + 0,82 • 0,83 • 12) / /47,3 = 2,8.

Соответствующие этим путям значения ди­фракционного ослабления, согласно рис. 1.15, ері = 2,1 и ф2 = 5,6 дБ. Рассчитываем затухание по формуле (1.11): 5