Семинар в ООО "Микроакустика-М"

2 марта 2015 г. в ООО "Микроакустика-М" на семинаре был представлен доклад "Особенности контроля тонкостенных сварных соединений дефектоскопом с фазированными антенными решетками Isonic 2010".

Постановка задачи
1. Разработать методику контроля продольных сварных швов обечайки, кольцевых сварных швов приварки днищ, мест перекрестий сварных швов при толщине от 3,9 мм и радиусом от 179 мм
2. Предложить типы контрольных и настроечных отражателей
3. Контроль необходимо осуществить 3 МГц 16-элементной фазированной антенной решеткой в режиме секторного сканирования

Мешающие факторы
1. Необходимо обеспечить контроль сварных соединений толщиной 3,9 мм диаметром 358 мм и толщиной 5,0 мм диаметром 610 мм
2. Возможность фокусировки отсутствует, т.к. ближняя зона для 3 МГц преобразователя находится в призме
3. Контроль прямыми лучами затруднителен
4. Необходимо исключить возникновение волн Лэмба
5. Необходимо учитывать вид швов - продольные или поперечные (работа по выпуклой поверхности)
6. По возможности проработать вопрос наложения сигналов от многократно отраженных лучей
7. Широкие зоны усиления и провисания шва при малой толщине стенок резервуаров

Оборудование
1. Дефектоскоп с фазированной антенной решеткой Isonic 2010 компании Sonotron
2. Фазированная антенная решетка 3 МГц, 16 элементов
3. Притертые призмы производства ООО «Микроакустика-М»
4. Дефектоскоп OmniScan компании Olympus с 16-элементной 5 МГц ФАР

Isonic
OmniScan

Объект контроля
Ref
ref-min

Настроечные образцы
NO1
NO2
NO3

Основные РД и справочные издания
1. ГОСТ 14782-86 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые»
2. СТО 00220256-005-2005 «Швы стыковых, угловых и тавровых сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методика ультразвукового контроля», разработчики – ОАО «НИИХИММАШ», ОАО «ИркутскНИИхиммаш»
3. И.Н. Ермолов, А.Х. Вопилкин, В.Г. Бадалян «Расчеты в ультразвуковой дефектоскопии (краткий справочник)» ООО НПЦ НК «ЭХО+», Москва, 2004
4. «Введение в технологию применения фазированных антенных решеток» RD Tech, 2007
5. Руководство по неразрушающему контролю деталей подвижного состава метрополитена. ЛИВЕ 415119.905 РНК. 2014

Формулы акустического тракта
Формула для расчета плоскодонного отражателя:

\frac{P}{P^{\prime}}=\frac{S\cdot S_{eq}}{r^{2}\cdot\lambda^{2}}\cdot e^{-2\cdot\delta\cdot r}

Формула для расчета засверловки:

\frac{P}{P^{\prime}}=\frac{G\cdot S\cdot h}{2\cdot r^{2}}\cdot\sqrt{\frac{d}{\lambda^{3}\cdot\sin{\phi}}}\cdot e^{-2\cdot\delta\cdot r}

Формула для расчета сквозного вертикального цилиндрического отверстия (сверления):

\frac{P}{P^{\prime}}=\frac{G\cdot S}{\lambda}\cdot\sqrt{\frac{D}{8\cdot r^{3}\cdot\sin{\phi}}}\cdot e^{-2\cdot\delta\cdot r}

Формула для расчета сферического отражателя:

\frac{P}{P^{\prime}}=\frac{S\cdot d}{4\cdot r^{2}\cdot\lambda}\cdot e^{-2\cdot\delta\cdot r}

Формула для расчета бесконечного цилиндра:

\frac{P}{P^{\prime}}=\frac{1}{\lambda}\cdot\sqrt{\frac{D}{8\cdot r^{3}}}\cdot e^{-2\cdot\delta\cdot r}

Эквивалентная площадь Sэкв=0,9 кв.мм

Типы рассматриваемых отражателей в СОПах:
1. Засверловка диаметром 2 мм
2. Сквозное вертикальное сверление диаметром 2 мм
3. Полусфера (сфера) диаметром 2 мм
4. Сегмент с эквивалентной площадью 0,9 кв. мм
5. Бесконечный цилиндр (полуцилиндр) диаметром 2 мм

Рассчитаны амплитуды сигналов и получены акустические изображение.

1. Засверловка
При диаметре засверловки, равной 2 мм, требуемая высота рассчитывается по формуле:

h=\frac{2\cdot S_{eq}}{G}\cdot\sqrt{\frac{\sin{\phi}}{d\cdot\lambda}}


visota_zasv_grafik-1

Достоинства засверловки:
1. Простота изготовления (технологичность)
2. Амплитуда при пересчете Sэкв не зависит от расстояния, только от угла ввода
3. Подходит для настройки поперечных швов, продольных, перекрестий
4. Не требуется учитывать и рассчитывать глубину хода сверла (в отличие от сегмента)
Недостатки засверловки:
1. Присутствует влияние дифракции из-за малого диаметра
2. Необходимо рассчитывать размер отражателя в зависимости от угла ввода

Акустическое изображение засверловки ø2 мм на глубину 1,5 мм в основном металле сверху
image_zasv_verh
Акустическое изображение засверловки ø2 мм на глубину 1,5 мм в основном металле снизу
image_zasv_niz

2. Сквозное вертикальное сверление
Диаметр сквозного вертикального сверления рассчитывается по формуле:

D=\frac{8\cdot S^{2}_{eq}\cdot\sin{\phi}}{G^{2}\cdot\lambda^{2}\cdot r}


diam_sverl_grafik
Требуемый диаметр для обеспечения Sэкв=0,9 кв. мм оказывается слишком мал, было предложено вертикальное сверление диаметром 2 мм. Необходимо пересчитать для различных углов эквивалентные размеры.

S_{eq}=G\cdot\lambda\cdot\sqrt{\frac{D\cdot r}{8\cdot\sin{\phi}}}


2mmsv
poprav_koeff

Достоинства сквозного вертикального сверления
1. Простота изготовления (технологичность)
2. Подходит для любых углов
3. Можно использовать один отражатель для настройки как поперечных швов, так и для продольных

Недостатки сквозного вертикального сверления
1. При маленьком диаметре сильно влияние дифракции, нельзя использовать диаметры менее длины волны
2. Зависимость размера меняется в зависимости от угла ввода
3. Зависимость размера меняется от расстояния
В связи с тем, что рассчитанный диаметр отражателя требуется очень маленький (менее 1 мм), использовать его нельзя.
Предложен способ настройки по сверлению диаметром 2 мм с введением соответствующего поправочного коэффициента.
Акустическое изображение сквозного вертикального сверления ø2 мм в основном металле
image_sverlenie

3. Полусфера ø2 мм
Диаметр сферы, мм:

d=\frac{4\cdot S_{eq}}{\lambda}=\frac{4\cdot0,9}{1,1}\approx3,3

При диаметре сферы 2 мм, S’, мм2

S^{\prime}=\frac{\lambda\cdot d}{4}=\frac{1,1\cdot2}{4}\approx0,55

Поправочный коэффициент, дБ

20\cdot\lg{\left(\frac{S_{eq}}{S^{\prime}}\right)}=20\cdot\lg{\left(\frac{0,9}{0,55}\right)}\approx4

Достоинства сферы
Высокая технологичность
Недостатки сферы
Требуемый диаметр – более 3‑х мм, а для толщин 3,9 мм это недопустимо
Акустическое изображение полусферы ø2 мм сверху в основном металле
image_sfera_verh

 

Акустическое изображение полусферы ø2 мм снизу в основном металле
image_sfera_niz

4. Боковое цилиндрическое отверстие
Диаметр бокового цилиндрического отверстия:

d=\frac{8\cdot S^{2}_{eq}}{r\cdot\lambda^{2}}


diam_bco_grafik

Предложен бесконечный паз с цилиндрической поверхностью (боковое цилиндрическое отверстие) диаметром 2 мм. Необходимо пересчитать для различных углов эквивалентные размеры.

S_{eq}=\lambda\cdot\sqrt{\frac{d\cdot r}{8}}


bco_sekv_grafik
bco_sekv_grafik_poprkoef

Достоинства БЦО:
1. Высокая технологичность
2. Хорошо использовать в качестве отражателя для выравнивания чувствительности по углам
Недостатки БЦО:
Если использовать в качестве браковочного уровня, то требуемый диаметр - менее 0,5 мм (!!!), т.е. меньше длины волны, сильное влияние дифракции
Требуемый диаметр для обеспечения Sэкв менее длины волны (менее 0,5 мм), применять его нельзя.
Предложен способ использовать отражатель диаметром 2 мм с последующим пересчетом в Sэкв (6÷11 дБ).

5. Сегмент
Достоинства сегментного отражателя:
1. Минимальное влияние дифракции
2. Хороший, очевидный образ сигнала
3. Нет необходимости пересчитывать размер в зависимости от расстояния и угла наклона
Недостатки сегментного отражателя:
1. Для не плоских поверхностей не очевидна глубина хода сверла (сложно оценить, под каким углом изготавливать для внутренней и внешней поверхностей)
2. Потребуются разные отражатели разного размера для контроля продольных и поперечных швов, перекрестий (необходимо рассчитывать глубину хода сверла)
3. Сложно настроить ВРЧ
Акустическое изображение нижнего сегмента 60º
image_segment_niz

 

Акустическое изображение верхнего сегмента 70º
image_segment_verh

 

Акустическое изображение нижнего сегмента 60º на OmniScan
OmniScan_segment_niz

Акустическое изображение верхнего сегмента 70º OmniScan
OmniScan_segment_verh

 

Вывод
Для настройки браковочного уровня чувствительности и ВРЧ рекомендовано использовать сегмент с размером отражающей поверхности 0,9 мм2, а в качестве настройки чувствительности по углам – бесконечный паз с цилиндрической поверхностью (боковое цилиндрическое отверстие) или вогнутую поверхность.

Образец для настройки угловой чувствительности может быть таким:
SOP_2
SOP_3

Образец для настройки браковочной чувствительности и ВРЧ:
SOP_1

Порядок настройки:
1. Рекомендуемый выбор углов ввода – диапазон от 56⁰ до 73⁰. Углы 64÷73⁰ для контроля однократно отраженными лучами и 56÷64⁰ для контроля двукратно отраженными лучами. Для настройки используем 70⁰ для однократно отраженных лучей и 60⁰ для двукратно отраженных лучей.
2. Подключить ФАР с призмой к дефектоскопу. Установить:
скорость УЗК 3260 м/с
толщина изделия 3,9 мм
угол ввода 65 град
3. Провести настройку ВРЧ
4. Провести выравнивание чувствительности по углам

Основные отличия при контроле и настройке тонкостенных сварных не плоских соединений
Isonic
1. Необходимо применять притертую призму
2. Калибровка скорости и времени задержки в призме не производится
3. Настройка чувствительности осуществляется по вогнутой поверхности СОПа, полученного из ОК, отдельно для продольных, поперечных швов и перекрестий
4. Настройка ВРЧ – по сегментам. Минусы – сокращается диапазон, в котором можно настроить ВРЧ
5. Настройка браковочного уровня – по сегментам в СОПе

OmniScan
1. Использовалась штатная непритертая призма
2. Калибровка скорости и времени задержки в призме проведена по стандартному образцу СО-3
3. Калибровка чувствительности (для выравнивая чувствительности по выбранным углам) – по 2-мм отверстиям в СО-3Р на глубине 8 или 12 мм
4. Настройка ВРЧ – по 2-мм отверстиям в СО-3Р, расположенным на глубинах 6, 8 и 12 мм.
5. Настройка браковочного уровня – по СОПу, выполненному с сегментными отражателями, ориентированными под углом 70⁰ для верхнего сегмента и 60⁰ для нижнего сегмента

Запись опубликована в рубрике методики контроля, статьи с метками , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий