как пересчитать эквивалентную площадь зарубки

Видео:Настройка глубиномера и чувствительности ультразвукового дефектоскопа УСД-60ФР | АРД | ЗарубкиСкачать

Зарубка и боковое цилиндрическое отверстие

Зарубка и боковое цилиндрическое отверстие

Мелешко Н.В., НУЦ «КАСКАД» МГУПИ
Петров А.А., ОАО «РосЭК»

Аннотация
В статье ставится вопрос о переходе при настройке ультразвуковых дефектоскопов от плоских угловых отражателей к боковым цилиндрическим отверстиям. Приведены теоретические расчеты и представлены результаты экспериментов.

В настоящее время в каждой отрасли промышленности действуют свои нормативно-технические документы по неразрушающему контролю, указывающие размер допустимой несплошности. При ультразвуковом контроле чаще всего критерием «брака» является превышение амплитудой сигнала от найденной несплошности уровня, который определяется сигналом от плоского углового отражателя (зарубки). Уровень может называться «браковочным» [3, 4], «первым браковочным» [5], в некоторых документах для его задания используют поправочные коэффициенты [6]. Для измерения условной протяженности используют «контрольные» [3,4], «вторые браковочные» [5], «поисковые» уровни.
Особо следует отметить, что нормы допустимости дефектов обычно являются не расчетными, а назначаются волевым решением и поэтому в различных странах, отраслях и фирмах нормы по одним и тем же соединениям различаются до десяти раз и более (рис. 1).

Рисунок 1 Зависимость Sэкв от толщины сварного соединения в соответствии с различными нормативными документами

В одних документах регламентировано проводить контроль для каждого диапазона толщин пьезоэлектрическими преобразователями с определенным углом ввода и частотой [4, 7], в других документах [3] разрешается специалисту самому выбрать из предложенного диапазона угол ввода и частоту преобразователя. Существуют документы [5], где не указаны угол ввода и частота преобразователя для проведения контроля.
У специалистов, задачей которых стоит проконтролировать изделие в соответствие с зарубежными нормами, возникает вопрос, можно ли подобрать зарубку, которая соответствует боковому цилиндрическому отверстию диаметром 3 мм, наиболее распространенному в качестве задания уровней контроля по зарубежным стандартам [8].
В литературе по ультразвуковому контролю [1, 2] приведены формулы акустического тракта для бокового цилиндрического отверстия и для плоскодонного отражателя, к которому можно отнести зарубку с введением поправочного коэффициента [9].
Формулы для расчета акустического тракта наклонного совмещенного ПЭП с круглым пьезоэлементом следующие:

где:
Ad – амплитуда принятого преобразователем сигнала от плоскодонного отражателя;
Ac – амплитуда принятого преобразователей сигнала от бокового цилиндрического отверстия;
A0 – амплитуда излученного сигнала;
D – коэффициент прохождения через границу раздела;
S – площадь излучателя;
s – площадь диска;
α – угол ввода;
λ – длина волны;
r – расстояние между ПЭП и отражателем;
β – угол наклона призмы;
b – радиус цилиндрического отверстия;
δ – коэффициент затухания.
Эквивалентная площадь бокового цилиндрического отверстия после преобразований равна:

С увеличением глубины залегания бокового цилиндрического отражателя амплитуда меняется по закону

с увеличением залегания плоскодонного отражателя (диска, зарубки) амплитуда меняется по закону
.
Используя приведенные формулы, получим кривые, по которым можно определить на требуемом расстоянии по лучу эквивалентную площадь, соответствующую боковому цилиндрическому отражателю диаметром 3 мм (рис. 2).

Рисунок 2 Зависимость Sэкв для цилиндрического отражателя диаметром 3 мм

На рис. 3 и 4 приведены графики, по которым можно определить на требуемой глубине эквивалентную площадь и размеры зарубки, соответствующие боковому цилиндрическому отражателю диаметром 3 мм в зависимости от используемого угла ввода: 60°, 65° или 70°.

Рисунок 3 Зависимость площади плоскодонного отражателя (Sэкв) для цилиндрического отверстия диаметром 3 мм

Рисунок 4 Зависимость площади зарубки для цилиндрического отверстия диаметром 3 мм
Из теоретических расчетов следует, что с увеличением расстояния по лучу сигнал от бокового цилиндрического отражателя должен уменьшаться слабее, нежели от зарубки, т.е. для получения одинакового сигнала от бокового цилиндрического отражателя и от зарубки с увеличением расстояния по лучу, размеры зарубки следует увеличивать. Необходимо проверить, наблюдается ли подобная зависимость на практике.
Исследования проводились на ультразвуковом дефектоскопе А1212 МАСТЕР с преобразователями П121-5-65 и П121-5-70 с диаметрами пьезоэлементов 6 мм. Использованы 46 стандартных образцов предприятий толщинами от 6 до 20 мм с зарубками размерами от 1,5 ×1,4 мм до 4×3,5 мм. Получены амплитуды сигналов на прямом и однократно отраженном лучах. Для сравнения норм браковки по российским нормативным документам с зарубежными зафиксированы сигналы от цилиндрического отверстия диаметром 3 мм на глубинах от 4 до 25 мм. Для исключения влияния указанного в [9] коэффициента N получены амплитуды от плоскодонных отражателей диаметрами 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 мм.

где:
N – размер ближней зоны;
a – радиус пьезоэлемента;
λ – длина волны;
α – угол ввода;
β – угол наклона призмы.

Следовательно, при угле 65° на глубине более 4 мм и при угле 70° на глубине более 3 мм ближняя зона закончилась, и измерения осуществляем в дальней зоне.
Каждая кривая на рис. 5 (угол ввода 65°) и рис. 6 (угол ввода 70°) соответствует значению амплитуд, полученных от плоскодонных отверстий (Sп), от зарубок с введением поправочного коэффициента N из [9] (Sэкв по зарубке) и от цилиндрического отверстия диаметром 3 мм.

Рисунок 5 Амплитуды сигналов для различных типов отражателей полученные преобразователем с углом ввода 65°

Рисунок 6 Амплитуды сигналов для различных типов отражателей полученные преобразователем с углом ввода 70°
Вывод, сделанный по результатам теоретических предположений, на практике однозначно не подтвердился. На толщинах от 10 до 20 мм кривая, построенная по сигналам от бокового цилиндрического отражателя, по амплитуде приближена к кривой, полученной по зарубкам с Sэкв=1,5÷2,0 мм. Чем больше расстояние, тем требуется меньшего размера зарубка для настройки в соответствии с требованиями [8]. Одним из объяснений несовпадения экспериментов и теоретических расчетов является то, что формулы акустического тракта верны при условии, если размер отражателя много меньше диаметра пьезоэлемента преобразователя и/или на амплитуду сигнала оказывает сильное влияние дифракция на отверстии диаметром 3 мм. Также при сравнении амплитуд сигналов от плоскодонных отражателей и зарубок с аналогичной эквивалентной площадью выявилось несоответствие: амплитуда сигнала от плоскодонного отражателя немного больше, чем амплитуда от зарубки с соответствующей эквивалентной площадью.
Изготовление зарубок с точными размерами достаточно сложная операция. Безусловно, они хорошо имитирую непровары в односторонних стыковых сварных соединениях. По сигналам, полученными на прямом и однократно отраженным лучами, часто настраивают зону контроля, ВРЧ. Но, возможно, для задания браковочного уровня удобнее использовать более технологичное боковое цилиндрическое отверстие? И еще одно немаловажное соображение говорит в пользу бокового цилиндрического отражателя – внедрение в практику неразрушающего контроля дефектоскопов, работающих с антенными решетками. При традиционном использовании зарубки для получения браковочного уровня наблюдаем два пятна – одно, образованное сигналами от угла, другое – сигналами от конца зарубки (рис. 7).

Рисунок 7 Изображение на приборе А1550 IntroVisor зарубки размером 2,5×2 мм на глубине 12 мм

В связи с большим количеством преобразователей с разными размерами и характеристиками требуется проведение серьезных дополнительных исследований для получения связи сигналов от плоскодонных отражателей, зарубок и цилиндрических отверстий.

Видео:Раздел II Урок 2. Настройка чувствительности. Цели амплитудной коррекцииСкачать

Методические указания. Расчет эквивалентной площади и эквивалентных размеров отражателей в ультразвуковом контроле изделий.

Жанна Красинская 5 лет назад Просмотров:

1 ИЦ Физприбор Методические указания Расчет эквивалентной площади и эквивалентных размеров отражателей в ультразвуковом контроле изделий Разработчик: Специалист 3 уровня по акустическим методам НК, кф-мн Бархатов ВА Екатеринбург 9 г

2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение Теоретические основы 3 Методики расчета эквивалентной площади и размеров отражателей, коррекция чувствительности ультразвукового дефектоскопа7 3 Определение эквивалентной площади донной поверхности Прозвучивание прямым преобразователем 7 3 Определение эквивалентной площади бокового цилиндрического отверстия9 33 Определение эквивалентной площади и эквивалентного диаметра сферического отражателя 34 Определение эквивалентной площади углового отражателя Коррекция чувствительности ультразвукового дефектоскопа Список литературы Список сокращений НК неразрушающий контроль, УЗД ультразвуковой дефектоскоп, ПЭП пьезоэлектрический преобразователь, СОП стандартный образец предприятия Введение Настоящий документ устанавливает методики определения эквивалентной площади, эквивалентного размера отражателей и методики расчета соотношения амплитуд эхосигналов в различных вариантах прозвучивания отражателей Теоретические основы В данном разделе приводятся сведения из теории, необходимые для понимания способов расчета размеров отражателей, создающих нужные уровни амплитуды эхосигналов Стабильная, хорошо воспроизводимая связь амплитуды эхосигнала с расстоянием до дефекта наблюдается при его прозвучивании в дальней зоне ультразвукового поля преобразователя Сразу необходимо отметить, что все соотношения данной методики можно применять только в случае, когда выполняется это условие Законы изменения амплитуд эхосигналов от расстояния до отражателя в различных вариантах прозвучивания представлены в Табл Табл Теоретические зависимости амплитуды эхосигнала от расстояния до отражателя Преобразователь Отражатель Формула, тип кривой Примеры ПЭП объемных волн Компактный Exp ( δ Δ) Тип кривой Прозвучивание прямым или наклонным ПЭП, Отражатель небольшого размера сфера, пора, шлаковое включение, плоскодонное отверстие, зарубка

3 ПЭП поверхностных волн (волн Рэлея) или в частном случае ПЭП волн в тонких пластинах (волны Лэмба) ПЭП волн в прутках или в проволоке Протяженный Бесконечный Компактный Протяженный Нет деления на типы отражателей Exp ( δ Δ) Тип кривой Exp 3 / ( δ Δ) Тип кривой Exp 3 / ( δ Δ) Тип кривой Exp / ( δ Δ) Тип кривой / Exp( δ Δ) Прозвучивание прямым или наклонным ПЭП, Длинный отражатель небольшого поперечного размера боковое цилиндрическое отверстие, паз, непровар Прозвучивание прямым ПЭП, отражатель донная поверхность Прозвучивание наклонным ПЭП, отражатель угол образца ПЭП волн Рэлея, отражатель небольшого размера на поверхности трещина, капля масла, вертикальное отверстие ПЭП волн Лэмба, отражатель небольшого размера на поверхности или в сечении пластины трещина, капля масла, вертикальное отверстие, пора ПЭП волн Рэлея, отражатель на поверхности пересекает весь ультразвуковой пучок торец изделия, длинная трещина, паз ПЭП волн Лэмба, отражатель на поверхности или в сечении пластины пересекает весь ультразвуковой пучок торец изделия, длинная трещина, паз, волосовина Любая акустическая неоднородность на поверхности или в сечении изделия Тип кривой Формулы Табл в качестве аргументов содержат следующие величины:, амплитуды эхосигналов от одинаковых отражателей, расположенных на расстоянии от преобразователя, соответственно, Δ разность расстояний до отражателей, δ — коэффициент затухания, учитывающий поглощение и рассеяние волн в материале Известны также более подробные выражения для амплитуд эхосигналов, которые имеют общее название формулы акустического тракта [-3] Они представлены в Табл Формулы акустического тракта получены путем решения задачи интерференции волн при их излучении и отражении от несплошностей различной формы 3

4 Табл Формулы акустического тракта Тип отражателя Эскиз, схема прозвучивания Формула акустического тракта Плоскодонный (диск) Exp d ( δ) T λ Сферический D Exp D ( δ) T λ Цилиндрический b Exp δ ( ) (боковое сверление) T 3 λ b Бесконечный (донная поверхность) Exp ( δ) T λ 4

5 В выражениях Табл приняты следующие обозначения: T — площадь ультразвукового преобразователя, — расстояние между преобразователем и отражателем, δ — коэффициент затухания, учитывающий поглощение и рассеяние волн в материале, λ — длина волны, — амплитуда колебаний акустического зондирующего импульса на поверхности преобразователя (в момент излучения), — амплитуда колебаний волн, отраженных от несплошности, и пришедших на поверхность преобразователя (в момент приема эхосигнала) Есть несколько ограничений в применении формул акустического тракта Формулы Табл можно использовать только для сравнения амплитуд сигналов, поскольку величина (амплитуда колебаний зондирующего импульса) не может быть проконтролирована в УЗД Сравнение должно проводится при условии, что используется один и тот же ПЭП, тогда величина одинакова и ее можно исключить В формулах акустического тракта не учитывается явление дифракции волн при излучении, отражении и приеме Это обстоятельство ограничивает минимальные размеры преобразователя и отражателя Они должны быть больше λ 3 Формулы применимы, если прозвучивание отражателей проводится в дальней зоне ультразвукового поля преобразователя Выражения в Табл являются асимптотическими аппроксимациями, те они получены из условия, что расстояние между ПЭП и отражателем бесконечно большое по сравнению с длиной волны, размером преобразователя и характерным размером отражателя Тем не менее, расчеты по формулам акустического тракта обладают достаточной для практики точностью Рассмотрим некоторые особенности определения расстояние между преобразователем и отражателем, Рис Отсчет расстояния производится от отражающей поверхности дефекта (точка F) до точки мнимого фокуса ультразвукового поля ПЭП (точка ) В случае, если используется наклонный преобразователь расстояние складывается из двух величин: — расстояние от поверхности дефекта до точки ввода ПЭП (F-V) и — расстояние от точки ввода до точки мнимого фокуса (V-) Рис Определение расстояния между отражателем и ультразвуковым наклонным преобразователем 5

6 + Расстояние между преобразователем и отражателем можно также определить с помощью дефектоскопа Для этого необходимо измерить задержку эхосигнала относительно зондирующего импульса T, а затем вычислить расстояние по формуле C T, где: С скорость ультразвуковых волн в материале изделия Данные замечания справедливы и для прямого совмещенного преобразователя В ультразвуковом контроле широко используется понятие эквивалентной площади дефекта, которое представляет собой меру выявляемости или разбраковки несплошностей Дадим определение Эквивалентная площадь дефекта (отражателя) это площадь плоскодонного отражателя, расположенного на той же глубине, что и дефект, ориентированного перпендикулярно падающему ультразвуковому пучку и создающего такой же по амплитуде эхосигнал Другими словами дефект (отражатель) заменяется плоскодонным отражателем, а эхосигнал на экране дефектоскоп остается одинаковым По данным, получаемым от УЗД, такие отражатели эквивалентны (неразличимы) Также часто используется понятие эквивалентного размера дефекта (отражателя) Это характерный размер дефекта, который имеет определенную эквивалентную площадь Эквивалентная площадь или эквивалентный размер есть универсальные характеристики описания отражателей По значению эквивалентной площади можно определить размеры отражателей, создающих тот или иной уровень амплитуды эхосигнала Кроме того, если указать амплитудный браковочный уровень в виде эквивалентной площади, то в стандартных образцах предприятия допускается использование любых типов контрольных отражателей, главное, чтобы они имели нужную эквивалентную площадь Решение таких типичных задач представлено в настоящей инструкции В области ультразвукового контроля сварных соединений широкое распространение получил угловой отражатель или зарубка, Рис Эхосигнал от него формируется дважды отраженными лучами, в создании эхосигнала участвует вертикальная стенка зарубки и часть прилегающей донной поверхности Угловой отражатель имеет специфические особенности Он является компактным, амплитуда эхосигнала от него меняется с расстоянием по закону Кроме того, амплитуда эхосигнала от зарубки пропорциональна площади вертикальной стенки b*h Рис Угловой отражатель (зарубка) Схема прозвучивания 6

7 В ГОСТ сформулированы следующие требования к угловому отражателю Высота h и ширина b отражателя должны быть больше длины волны и отношение размеров h/b должно находится в пределах,5 4, Эквивалентная площадь углового отражателя вычисляется по формуле N ( h b) N () Где ( h b) — площадь вертикальной стенки зарубки, h — высота, b — ширина зарубки, N — коэффициент, зависящий от угла прозвучивания График изменения коэффициента N от угла ввода ультразвукового преобразователя показан на Рис3 Минимум эквивалентной площади зарубки (коэффициента N) при углах прозвучивания около 65 связан с тем, что в данных условиях на вертикальной стенке зарубки происходит интенсивная трансформация поперечных волн в продольные Рис3 Зависимость коэффициента N от угла ввода ультразвукового наклонного преобразователя 3 Методики расчета эквивалентной площади и размеров отражателей, коррекция чувствительности ультразвукового дефектоскопа В ультразвуковом неразрушающем контроле существует целый ряд задач сопоставления норм браковки, размеров отражателей, дефектов, в которых необходимо выполнять расчеты эквивалентной площади, эквивалентных размеров или определять отношение амплитуд эхосигналов Решение таких типичных задач представлено ниже 3 Определение эквивалентной площади донной поверхности Прозвучивание прямым преобразователем Задача ставится следующим образом Изделие толщиной прозвучивается прямым преобразователем, тип П На развертке ультразвукового дефектоскопа формируется донный эхосигнал Необходимо определить, какова эквивалентная площадь донной поверхности 7

8 Воспользуемся формулами акустического тракта для отражателя в виде диска и бесконечного отражателя (см Табл ) Согласно определению эквивалентной площади амплитуда донного эхосигнала равна амплитуде эхосигнала от диска, расположенного на той же глубине Следовательно, правые части уравнений равны, а также равны и левые части этих уравнений Откуда получим Exp λ d ( δ) Exp( δ) λ T T Теперь, после небольших сокращений, запишем простую формулу Здесь, вместо величины ЭКВ Д d ЭКВ Д λ (3), введено обозначение эквивалентной площади донной поверхности Видно, что эквивалентная площадь донной поверхности увеличивается с толщиной изделия Это связано с различием зависимостей амплитуды эхосигнала от расстояния Плоскодонный отражатель является компактным, закон уменьшения амплитуды, а донная поверхность бесконечный отражатель, изменение амплитуды происходит по закону Величину нужно понимать как максимальную площадь диска, выявляемого на ЭКВ Д заданной глубине Действительно, если диск имеет площадь больше ЭКВ Д, то амплитуда эхосигнала уже не возрастает, эхосигнал формируется только от части его поверхности Рассмотрим пример Пусть используется ультразвуковой преобразователь П-5,-К8 для исследования стального листа толщиной 4мм Скорость продольных волн в стали C594м/c Длина волны в материале C L 594, 9 мм 6 F 5* λ Эквивалентная площадь донной поверхности составляет ЭКВ Д λ,5*,9* 4 3, 8 Далее несколько усложним задачу Предположим нужно установить браковочный уровень чувствительности соответствующий эквивалентной площади в середине толщины листа, те на глубине мм При этом в качестве опорного уровня амплитуды используем амплитуду донного эхосигнала мм ЭКВ Д, 8 3 мм БР 5мм Известно, что амплитуда эхосигнала от плоскодонного отражателя пропорциональна его площади, а от расстояния амплитуда меняется по закону Задачу решим в два этапа Определим на сколько децибел отличается амплитуда донного эхосигнала и амплитуда эхосигнала БР4 полученного от диска площадью БР 4 5мм, расположенного на глубине донной поверхности 4мм Очевидно, отношение амплитуд равно отношению эквивалентных площадей отражателей БР4 Д 4 БР4 ЭКВ, Д Выразим это соотношение в децибелах Д 4 БР 5 Log 4 Log 3, 5дБ Д 4 3,8 8

9 Знак минус показывает, что амплитуда эхосигнала браковочного уровня на глубине 4мм БР4 Д 4 меньше донного эхосигнала на 3,5дБ Найдем изменение амплитуды браковочного уровня при переходе с глубины 4мм на глубину мм Будем пренебрегать затуханием волн в материале и используем закон уменьшения амплитуды с расстоянием 4 БР БР4 Выразим это соотношение в децибелах Log БР4 4, тогда получим Log( 4), дб БР + В итоге общее изменение амплитуды от донного эхосигнала (глубина 4мм) браковочного уровня на глубине мм составляет Log Log + Log БР БР4 БР 3,5 +,, 5 Д 4 Д 4 Представленный способ расчета позволяет создать методику «безэталонной» настройки чувствительности ультразвукового дефектоскопа В изделии находят бездефектную область, в которой максимальна амплитуда донного эхосигнала Фиксируют этот уровень амплитуды и, затем, корректируют чувствительность УЗД чтобы установить браковочный уровень для нужной глубины залегания дефекта БР4 дб до 3 Определение эквивалентной площади бокового цилиндрического отверстия Воспользуемся формулами акустического тракта для плоскодонного и цилиндрического отражателей (см Табл ) Согласно определению эквивалентной площади амплитуда эхосигнала от цилиндра должна быть равна амплитуде эхосигнала от диска, расположенного на той же глубине Следовательно, выражения для амплитуд равны между собой Откуда получим d ( δ) T Exp( δ) T 3 Exp λ λ Теперь, после небольших сокращений, запишем конечную формулу ЭКВ Ц λ b b (3) Здесь, вместо величины, введено обозначение эквивалентной площади d цилиндрического отверстия Отметим, что эквивалентная площадь увеличивается ЭКВ Ц ЭКВ Ц с глубиной залегания по закону Это связано с различием в зависимостях уменьшения амплитуды от расстояния плоскодонное отверстие является компактным отражателем, закон, а боковое цилиндрическое отверстие протяженный отражатель, закон 3 / В качестве примера найдем эквивалентную площадь бокового цилиндрического отверстия 6 мм в образце СО- Пусть используется наклонный преобразователь П-, Образец СО- прозвучивается со стороны основной шкалы (глубина залегания отверстия 44мм) Вначале найдем расстояние между отверстием 6 и преобразователем (см П, Рис) Был проведен эксперимент С помощью дефектоскопа найдено время задержки эхосигнала от 9

10 бокового цилиндрического отверстия T 54, мкс Скорость поперечных волн в стали C T 36м/c Вычисляем расстояние C T 36 54, 6 88,3 T мм Далее найдем длину волны C 36 λ T,3 6,5 мм F Эквивалентную площадь вычисляем по формуле (3), радиус цилиндра b3мм, λ,3 ЭКВ Ц b 88,3 3,58мм 33 Определение эквивалентной площади и эквивалентного диаметра сферического отражателя Также, как и предыдущих случаях, амплитуда эхосигнала от плоскодонного отражателя равна амплитуде эхосигнала от сферы, запишем Exp λ Сократив повторяющиеся величины, получим D λ d ( δ) T Exp( δ) T d D ЭКВ СФ λ Видно, что эквивалентный диаметр сферического отражателя не зависит от глубины его залегания, так как диск и сфера являются компактными отражателями, они имеют одинаковую зависимость амплитуды эхосигнала от расстояния Полученную формулу легко преобразовать для вычисления эквивалентной площади сферического отражателя D λ ЭКВ СФ Рассмотрим пример В методике ультразвукового контроля теплоэнергетического оборудования РД (ОП 5 ЦД — 97) нормы браковки по амплитуде эхосигналов выражены в виде эквивалентной площади дефекта В частности при контроле сварных швов толщиной 6-4мм указана предельная эквивалентная площадь 7мм Выясним, какой размер пор (сферических пустот) соответствует данному уровню браковки Прозвучивание таких швов как правило выполняется наклонным преобразователем с частотой,5 МГц и углом ввода 5 или 65 На глубине 6мм и более провучивание металла осуществляется в дальней зоне ультразвукового поля ПЭП, поэтому можно воспользоваться соотношениями, полученными из формул акустического тракта Вначале определим длину поперечных волн, излучаемых данным преобразователем (скорость звука в стали 36 м/c) λ Теперь нетрудно найти диаметр поры D C T 36, 3 мм 6 F,5 d 7 λ,3 ЭКВ СФ 5, 4 мм (33)

11 34 Определение эквивалентной площади углового отражателя Коррекция чувствительности ультразвукового дефектоскопа Эквивалентную площадь углового отражателя определяют по формуле () Запишем ее еще раз N h b (34) N ( ) Рассмотрим задачу определения размеров зарубки, которая реализует необходимую эквивалентную площадь Данная проблема возникает при изготовлении стандартных образцов предприятия Предположим нужно сделать СОП для контроля стыковых сварных швов толщиной 6мм по инструкции СТО Газпром [5] Согласно этому документу контроль выполняется наклонным преобразователем П-,5-65, максимально допустимая эквивалентная площадь несплошностей,5мм (уровень качества «B» и «С») По графику на Рис3 определяем, что для угла ввода ПЭП 65 коэффициент N,5 Теперь, из выражения (34) находим площадь вертикальной стенки зарубки N,5 h b 5мм N,5 Далее, учитываем ограничения на соотношение размеров зарубки h/b,5-4, и выбираем h,мм, b,5мм В заключение нужно проверить, что размеры зарубки больше длины волны Скорость поперечных волн в стали составляет C T 36м / c, частота преобразователя F, 5МГц λ С T 36, 3 мм 6 F,5 Иногда возникает проблема замены стандартных образцов с зарубками Например, нужно выполнить контроль сварного шва толщиной мм в грузоподъемном механизме по инструкции РД РОСЭК -96 [6] В лаборатории НК нет образца по данный инструкции, зато есть СОП толщиной мм с зарубками,*,5 мм, предназначенный для контроля других объектов Инструкция РД РОСЭК -96 предписывает проводить настройку браковочного уровня УЗД по эхосигналам от зарубок,5*, мм Воспользуемся свойством углового отражателя, что амплитуда эхосигнала от него пропорциональна площади вертикальной стенки Найдем отношение амплитуд эхосигналов от зарубок,5*, мм и,*,5 мм,5*,,5*,,67,*,5,*,5 Выразим это отношение в децибелах,5*, lg lg(,67) 4,4 4 дб,*,5 Теперь понятно, как использовать имеющийся СОП Необходимо провести настройку опорного уровня чувствительности по эхосигналам от зарубок,*,5 мм в имеющемся образце, а затем нужно уменьшить чувствительность УЗД на 4 дб и тогда получим браковочную чувствительность по РД РОСЭК -96 Рассмотрим немного более сложный случай Необходимо провести ультразвуковой контроль сварного шва толщиной 36мм в трубопроводе острого пара (на электростанции) В наличие имеется СОП тоже толщиной 36мм с зарубками 3,*,мм Теплоэнергетическое оборудование контролируют по инструкции РД (ОП 5 ЦД — 97), где указано, что в сварных швах толщиной от 6 до 4мм допускаются несплошности с эквивалентной площадью не более 7 мм Прозвучивание шва толщиной 36мм обычно производится преобразователем П-,5-5

12 Определим площадь зарубки, по которой должна выполняться настройка браковочного уровня По графику Рис3 находим N,5 Найдем площадь вертикальной стенки зарубки N 7 h b 5,6мм N,5 В наличие имеется СОП с зарубками площадью 3,*, 6,мм Определим отношение амплитуд эхосигналов в децибелах 5,6 5,6 lg lg,6 дб 6, 6, Как и в предыдущем случае, можно использовать имеющийся СОП с зарубками 3,*,мм, настроить по нему опорный уровень чувствительности и потом установить нужный браковочный уровень увеличив чувствительность УЗД на,6 дб Список литературы Крауткремер Й, Крауткремер Г Ультразвуковой контроль материалов Пер с нем М: Металлургия, 99г, 75с Голямина ИП (ред) Ультразвук Маленькая энциклопедия М: Советская энциклопедия, ИНЕрмолов, ЮВЛанге Ультразвуковой контроль 4г 4 РД (ОП 5 ЦД — 97) Котлы паровые и водогрейные Трубопровода пара и горячей воды, сосуды Сварные соединения Контроль качества Ультразвуковой контроль Основные положения (Изменения ) 5 СТО Газпром Инструкция по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов 6 РД РОСЭК -96 Машины грузоподъемные Конструкции металлические Контроль ультразвуковой Основные положения

Видео:Раздел II Урок №5. Проведение контроля.Скачать

Методика определения эквивалентной площади точечного и протяженного внутренних дефектов сварных швов при ультразвуковом контроле качества стальных строительных конструкций заводского изготовления Текст научной статьи по специальности « Строительство и архитектура»

Видео:Раздел II Урок №3. Настройка чувствительности. Метод ВРЧ.Скачать

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Наркевич Михаил Юрьевич, Обухов Кирилл Дмитриевич

С 01 июля 2010 г. в России вступил в силу Федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», устанавливающий минимально необходимые требования к зданиям и сооружениям, а также к связанным со зданиями и с сооружениями процессам проектирования, строительства, монтажа и эксплуатации, в том числе и по механической безопасности. Вследствие этого произошли значительные изменения в подходе к нормированию (включая оценку качества ) по изготовлению и монтажу стальных строительных конструкций.

Видео:Меры, НО СОПы, отражателиСкачать

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Наркевич Михаил Юрьевич, Обухов Кирилл Дмитриевич

Видео:Разработка технологической карты ультразвукового контроля сварных соединений с АРД-диаграммамиСкачать

METHOD OF DETERMINATION OF EQUIVALENT AREA OF INTERNAL POINT AND EXTENDED DEFECTS IN WELDS ULTRASONIC INSPECTION QUALITY STEEL CONSTRUCTION PREFABRICATION

On July 1, 2010 the Federal law № 384-FZ «Technical regulations on the safety of buildings and structures» entered into force. The law sets minimum requirements for buildings and structures as well as the related processes of design, construction, assembly and use including mechanical safety. As a result significant changes in approach to standardization (including estimation of quality ) occurred concerning the production and assembly of building steel structures .

Видео:НАСТРОЙКА АРД для ПЭП PRO3Скачать

Текст научной работы на тему «Методика определения эквивалентной площади точечного и протяженного внутренних дефектов сварных швов при ультразвуковом контроле качества стальных строительных конструкций заводского изготовления»

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ПЛОЩАДИ ТОЧЕЧНОГО И

ПРОТЯЖЕННОГО ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ СВАРНЫХ ШВОВ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

М.Ю. Наркевич, К.Д. Обухов

METHOD OF DETERMINATION OF EQUIVALENT AREA OF INTERNAL POINT AND EXTENDED DEFECTS IN WELDS ULTRASONIC INSPECTION QUALITY

STEEL CONSTRUCTION PREFABRICATION

M.Y. Narkevich, K.D. Obukhov

Аннотация. С 01 июля 2010 г. в России вступил в силу Федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», устанавливающий минимально необходимые требования к зданиям и сооружениям, а также к связанным со зданиями и с сооружениями процессам проектирования, строительства, монтажа и эксплуатации, в том числе и по механической безопасности. Вследствие этого произошли значительные изменения в подходе к нормированию (включая оценку качества) по изготовлению и монтажу стальных строительных конструкций.

Ключевые слова: стальные конструкции строительные; нормирование; нормы браковки; неразрушающий контроль; оценка качества; внутренние дефекты.

Abstract. On July 1, 2010 the Federal law № 384-FZ «Technical regulations on the safety of buildings and structures» entered into force. The law sets minimum requirements for buildings and structures as well as the related processes of design, construction, assembly and use including mechanical safety. As a result significant changes in approach to standardization (including estimation of quality) occurred concerning the production and assembly of building steel structures.

Keywords: building steel structures; standardization; rejection criteria; non-destructive testing; estimation of quality; internal defects.

На сегодняшний день вопросы, связанные с качеством изготовления стальных строительных конструкций, являются крайне актуальными. Их актуальность связана, прежде всего, с тем, что большое количество несущих строительных конструкций каркасных зданий и сооружений (в т.ч. промышленных) выполняется в металлическом исполнении.

При изготовлении и монтаже стальных строительных конструкций подавляющее количество соединений выполняется на сварке. Основной проблемой в этом случае является контроль сплошности сварного шва, т.е. поиск внутренних дефектов (несплошностей), определение их прямых или косвенных характеристик и сравнения их с так называемыми браковочными показателями (нормами браковки).

Основными методами неразрушающего контроля, позволяющими выявлять внутренние дефекты сварных швов и околошовной зоны являются радиографический и ультразвуковой.

Наибольшее распространение получил ультразвуковой метод неразрушающего контроля [2]. Экспериментальным путем установлено, что производительность ультразвукового контроля в среднем в 3-10 раз выше радиографического.

Оценка качества сварных швов и околошовной зоны стальных строительных конструкций осуществляется путем сравнения параметров обнаруженных несплошностей с их предельно допустимыми значениями.

Основной характеристикой одиночной несплошности при ультразвуковом контроле является значение её эквивалентной площади 8экв, мм2.

Авторами статьи предлагается следующая методика по нормированию одиночных точечных и протяженных дефектов при ультразвуковом контроле наклонными преобразователями стальных строительных конструкций заводского изготовления.

Выбор сферической и цилиндрической моделей дефектов в качестве искусственного отражателя объясняется тем, что отражение от поверхности сферы и цилиндра ультразвуковых волн характеризуется большим рассеянием, чем от плоского отражателя. Следовательно, обеспечив при ультразвуковом контроле выявляемость сферического и цилиндрического дефектов, мы обеспечим выявляемость плоскостного.

Для пересчета одного вида дефекта в другой использованы приближенные формулы акустического тракта для наклонного совмещенного преобразователя с круглым пьезоэлектрическим элементом [3].

Методика предусматривает последовательность действий с целью определения эквивалентной площади внутренних дефектов при ультразвуковом контроле. Формулы здесь не нужны, достаточно уже полученных таблиц. Отдельным шагом методики следует учесть и уровень качества конструкций.

Сперва приравняем амплитуду эхосигнала от плоскодонного отражателя амплитуде эхосигнала от сферы и от цилиндра и сократим повторяющиеся величины. После необходимо выразить радиус дефекта Ь через его диаметр ё и рассчитать длину поперечной ультразвуковой волны (при скорости поперечной волны в стали 3260 м/с). И определяем эквивалентную площадь одиночной несплошности.

При контроле толщин от 6 до 16 мм включительно преобразователем с частотой 5,0 МГц и углом ввода 650 получим к = 0,65 мм. При контроле толщин от 16 до 60 мм включительно преобразователем с частотой 2,5 МГц и углом ввода 650 получим к = 1,3 мм.

Предложенные нормы браковки являются, безусловно, достаточно жесткими, однако практически достижимыми в заводских условиях.

Рассмотрим первый пример. Для этого сравним значения диаметра поры, взяв эквивалентную площадь одиночных несплошностей из МДС 53-1.2001 и таблицы 1.

Таблица 1 — Эквивалентная площадь несплошности при сферических дефектах

Номинальная толщина элементов, мм Параметры преобразователя Эквивалентная площадь одиночной несплошности Бэкв, мм2 по уровням качества

высокий средний низкий

6 а = 650 □ = 5,0 МГц 0,8 1,0 1,2

от 16 до 20 а = 650 □ = 2,5 МГц 3,9 5,2 6,5

от 20 до 40 3,9 5,2 6,5

от 40 до 60 3,9 5,2 6,5

Таблица 2 — Эквивалентная площадь несплошности при цилиндрических дефектах

Номинальная толщина элементов, мм Параметры преобразователя Эквивалентная площадь протяженной несплошности Бэкв, мм2 по уровням качества

высокий средний низкий

6 а = 650 □ = 5,0 МГц 0,44 (0,56) 0,49 (0,63) 0,53 (0,69)

8 0,6 (0,75) 0,65 (0,84) 0,71 (0,92)

10 0,73 (0,94) 0,81 (1,05) 0,89 (1,15)

12 0,87 (1,13) 0,98 (1,26) 1,07 (1,38)

14 1,02 (1,32) 1,14 (1,47) 1,25 (1,61)

16 1,16 (1,5) 1,3 (1,68) 1,42 (1,84)

от 16 до 20 а = 650 □ = 2,5 МГц 2,91 (3,76) 3,25 (4,2) 3,56 (4,6)

от 20 до 40 4,11 (5,3) 5,03 (6,5) 5,81 (7,51)

от 40 до 60 5,03 (6,5) 6,17 (7,96) 7,12 (9,19)

В рекомендациях по монтажу стальных строительных конструкций МДС 53-1.2001 нормы браковки по амплитуде эхосигналов выражены в виде эквивалентной площади дефекта. В частности при контроле сварных швов толщиной 6 мм указана предельная эквивалентная площадь 2,0 мм .

В таблице 1, номинальной толщине 6 мм соответствует эквивалентная площадь одиночной несплошности равная 1,2 мм2 (при низком качестве контроля).

Выясним, какой размер пор соответствует данным уровням браковки. Прозвучивание таких швов, как правило, выполняется наклонным преобразователем с частотой 5,0 МГц и углом ввода 65°.

Вначале определим длину поперечных волн, излучаемых данным преобразователем:

Х = CT /F = 3260/5-106 = 0,65 мм Теперь нетрудно найти диаметры пор:

DЭКВ.cф. = Sd /Х = 2,0/0,65 = 3,08 мм2 — из МДС 53-1.2001

DЭКВ СФ = Sd / Л = 1,2 / 0,65 = 1,85 мм2 — из таблицы 1

По полученным значениям видно, что предложенные нормы браковки являются достаточно жесткими и более точными, чем нормы браковки из рекомендаций по монтажу стальных строительных конструкций.

В качестве второго примера найдем эквивалентную площадь бокового цилиндрического отверстия 06 мм в образце СО-2 толщиной 59 мм.

Вначале найдем расстояние между отверстием 06 и преобразователем. Был проведен эксперимент. С помощью дефектоскопа найдено время задержки эхосигнала от бокового цилиндрического отверстия Т = 54,2 мкс. Скорость поперечных волн в стали CT = 3260 м/с. Вычисляем расстояние:

Я = 1/2СТ • Т = 1/2• 3260• 54,2-10-6 = 88,3 мм Далее найдем длину волны:

Л = СТ /F = 3260/5,0• 106 = 0,65 мм Вычислим эквивалентную площадь, радиус цилиндра Ь = 3 мм,

^ = Л/ъШ^Ь = 0,65/2^88,3 • 3 = 5,29 мм2

Данное значение эквивалентной площади соответствует нормам браковки из табл. 2.

Результаты расчетов по определению предельно допустимых эквивалентных площадей одиночных несплошностей для стальных строительных конструкций заводского изготовления при сферических дефектах представлены в таблице 1 (с округлением до десятых), при цилиндрических дефектах представлены в таблице 2, на расстоянии равном 1/2 (5/6) от номинальной толщины стыкового шва (с округлением до сотых).

1. Федеральный закон № 384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

2. Report on the actual situation of INSTITUTE DR. FORSTER. Information for customer and friends of INSTITUTE DR. FORSTER, No 12/Dec, 1993.

3. Бархатов В.А. Методические указания. Расчет эквивалентной площади и эквивалентных размеров отражателей в ультразвуковом контроле изделий [Электронный ресурс] URL: http://fpribor.ru/uploadedFiles/files/Methodics/Calculate_Size_of_Reflectors.pdf (дата обращения: 01.03.2017).

4. Наркевич М.Ю. Проблемы контроля и оценки качества при изготовлении и монтаже стальных строительных конструкций зданий и сооружений // Архитектура. Строительство. Образование: материалы междунар. науч.-практ. конф. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. С. 130-136.

5. Конструкции городских сооружений и зданий: учеб. пособие/ М.Ю. Наркевич, С.А. Нищета. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 172 с.

6. Наркевич М. Ю. Стандартизация и сертификация продукции конструкций: учеб. пособие. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 83 с.

7. Наркевич М.Ю. Основы метрологии, стандартизации, сертификации и контроля качества: учеб. пособие — Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. — 136 с.

8. Нищета С.А., Емельянов О.В., Наркевич М.Ю. Расчет и проектирование строительных металлических конструкций: учеб. пособие. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. 176 с.

9. Наркевич М. Ю. Конструкции предварительно обжатых трубобетонных колонн городских сооружений и зданий // Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений», 2012. С. 1-7. URL: http://pamag.ru/pressa/construction-turboconcrete.

10. Наркевич М.Ю., Кришан А.Л. Анализ существующих методик расчета внецентренно сжатых трубобетонных колонн городских сооружений и зданий // Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений», 2012. С. 1-5. URL: http://pamag.ru/pressa/analysis-methods_calc.

11. Кришан А.Л., Астафьева М.А., Наркевич М.Ю., Римшин В.И. Определение деформационных характеристик бетона // Естественные и технические науки. Москва: Изд-во: «Спутник+», 2014. С. 367-369.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Наркевич Михаил Юрьевич Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, Россия, кандидат технических наук, доцент. E-mail: narkevich_mu@mail.ru

Обухов Кирилл Дмитриевич Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, Россия, магистрант. E-mail: prodijy15@mail.ru

Narkevich Michail Yurievich Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk, Russia, Candidate of Technical Science, аssociate professor. E-mail: narkevich_mu@mail.ru

Obukhov Kirill Dmitrievich Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk, Russia, undergraduate.

Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 450019, Магнитогорск, Ленина пр-кт, 38, Обухов К.Д. 8(919)121-76552

📽️ Видео

Метод эквивалентных преобразований │Найти общее сопротивление и токи в цепи │Задача #2Скачать

Раздел III Урок №4. Настройка чувствительности.АРД-диаграммы.Скачать

Разработка технологической карты ультразвукового контроля сварных соединений с ВРЧСкачать

7. NOVOTEST УД-2301 Настройка АРДСкачать

Буровая Пятиминутка No.28. Эквивалентная циркуляционная плотностьСкачать

Настройка глубиномера по зарубке с ПЭП 2.5 МГц 65 градусов | Что может пойти не так | УЗКСкачать

Математика это не ИсламСкачать

Ультразвуковой контроль металла с помощью нового малогабаритного дефектоскопа- томографа А1525 SoloСкачать

Раздел III Урок №5. Проведение контроля.Скачать

УД 2 70 Настройка Наклонный ПЭПСкачать

Проведение контроляСкачать

УЗК сварных швов ч 2Скачать

УД2В П46 Настройка Наклонный ПЭПСкачать