Факторы, влияющие на амплитуду эхо-сигнала от дефекта
Размер дефекта. С увеличением размера дефекта в амплитуда эхо-сигнала растет до тех пор, пока размеры дефекта не превысят ширину ультразвукового пучка D в сечении, в котором расположен дефект. В дальнейшем амплитуда перестает расти (рисунок 108).
Рисунок 108 – Зависимость амплитуды эхо-сигнала от размера дефекта
Амплитуда эхо-сигналов от дефектов одного и того же размера падает по мере увеличения расстоянияr от преобразователя до дефекта (рисунок 109).
Рисунок 109 – Зависимость амплитуды эхо-сигнала от расстояния между дефектом и ПЭП
Форма и ориентация дефекта. Объемные дефекты (поры, шлаки) дают одинаковое рассеяние падающей волны по всем направлениям. Плоскостные дефекты (расслоения, трещины) имеют определенную направленность, амплитуда эхо-сигнала от таких дефектов будет максимальна при падении УЗВ перпендикулярно поверхности дефекта. Объемные дефекты удовлетворительно выявляются независимо от направления падения волны (рисунок 110).
Рисунок 110 – Зависимость амплитуды эхо-сигнала от формы, ориентации и отражающей поверхности дефекта
Отражающие поверхности дефекта. При падении УЗВ на границу раздела двух сред, акустические сопротивления которых значительно отличаются друг от друга, происходит отражение падающей волны. Отражение УЗВ от дефекта зависит от качества отражающей поверхности дефекта, т.е. от высоты неровностей (шероховатости) этой поверхности. Различают два вида отражающих поверхностей: зеркальная и диффузная.
Поверхность считается акустически зеркальной, если длина волны хотя бы в несколько раз превышает средний размер высоты неровностей, т.е. должно выполняться условие λ > RZ. При этом отражение от такой поверхности происходит по законам геометрической оптики, т.е. угол отражения равен углу падения (рисунок 111, а, б, г, д, к). Такое отражение называется «зеркальным».
Диффузной называется поверхность, если длина волны соизмерима или меньше среднего размера высоты неровностей поверхности (λ ≤ RZ). При этом отраженные волны случайным образом рассеиваются в разных направлениях (рисунок 111, в, ж, з, и). Такое отражение называется «диффузным».
Например, при падении продольной волны по нормали к разделу сред, наибольшее отражение она испытает от зеркальной поверхности (рисунок 111, а и б), тогда как от диффузной поверхности интенсивность волны, отраженной в направлении к искателю, будет минимальной за счет рассеивания волны на неровностях поверхности в различных направлениях (рисунок 111, в).
В то же время при падении ультразвукового пучка под некоторым углом к диффузной границе раздела интенсивность волны, отраженной в направлении к искателю, будет тем больше, чем значительнее неровности отражающей поверхности (рисунок 111, ж и з). Если граница раздела зеркальная, то наилучшей выявляемостью обладает дефект (амплитуда эхо-сигнала от такого дефекта будет максимальна) в случае падения УЗВ перпендикулярно поверхности дефекта (рисунок 111, к).
| и) к) |
Рисунок 111 – Зеркальное отражение ультразвука при нормальном (а, б) и наклонном (г, д, к) падении волны; диффузное отражение ультразвука при нормальном (в) и наклонном (ж, з, и) падении волны: 1 – ПЭП; 2 – падающая волна; 3 – отраженная волна
Одна и та же отражающая поверхность дефекта может вести себя как диффузная или как зеркальная в зависимости от частоты УЗК (рисунок 110). Так, поверхность со средней высотой неровностей RZ = 160 мкм может считаться «зеркальной» при частоте ультразвук 0,6 МГц (длина продольной волны около 10 мм) и «диффузной» при частоте 6,0 МГц (длина продольной волны около 1 мм). Данные обстоятельства следует учитывать при выборе схем и методов контроля.
Среда дефекта. Хорошо отражает ультразвук дефект, заполненный воздухом или другим газом, и намного хуже отражает дефект, заполненный окислом, плотным шлаком или другим твердым веществом.
Также существенно на амплитуду результирующего сигнала влияют: акустические свойства контролируемого материала (скорость ультразвука, затухание); геометрические параметры изделия (кривизна, параметры шероховатости поверхности, через которую вводится ультразвук); габаритные размеры изделия в зоне прозвучивания; свойства и геометрия акустической задержки (у наклонного ПЭП акустической задержкой является призма), определяющие степень акустического согласования пары преобразователь – изделие; электроакустические параметры излучателя и приемника (частота колебаний, длительность зондирующего импульса, материалы пьезоэлемента и переходных слоев); разворот акустической оси ПЭП относительно продольной оси рельса; геометрические размеры пьезопластины; траектория сканирования.
Т. о., отражающие свойства дефекта (амплитуда отраженного ультразвукового импульса) не могут быть однозначно определены каким-либо одним параметром дефекта. Для дефектов округлой формы амплитуда принятых эхосигналов зависит не только от размеров и глубины залегания отражателя, но и от направления прихода отраженной акустической волны. Для дефектов плоскостной формы (трещин) амплитуда эхо-сигналов более всего зависит от их ориентации.
4 Основные измеряемые характеристики дефектов эхо-методе
К ним относятся:
- коэффициент выявляемости дефекта Кд;
- координаты залегания дефекта Н и L;
- условные размеры дефекта Δ Н, ΔL, ΔХ.
4.1 Коэффициент выявляемости дефекта Кд
Амплитуда U эхо-сигнала от дефекта – наиболее простая измеряемая характеристика дефекта, т.к. она определяется высотой импульса на экране дефектоскопа, при этом измеряется в точке, где наблюдается самый высокий импульс на экране дефектоскопа. Максимальная амплитуда от отражателя наблюдается в том случае, если отражатель озвучивается центральным лучом диаграммы направленности и ориентация дефекта под 90⁰ по отношению к падающей на него волне. Амплитуда эхосигнала зависит от совокупности многих факторов: размера, формы, ориентации, типа отражающей поверхности, среды и удаленности дефекта от точки возбуждения. Измеряется в абсолютных единицах В. Однако значение абсолютной амплитуды, измеряемой в В,при озвучивании одного и того же отражателя, залегающего на одинаковой глубине (при проведении нескольких измерений разными дефектоскопами), может изменяться. Это зависит от многих факторов: от амплитуды зондирующего импульса, прозрачности слоя контактирующей жидкости, акустического контакта. Таким образом, результат измерения амплитуды будет разным. Поэтому, в дефектоскопии не применяют измерение в абсолютных единицах, а измеряют амплитуду в относительных единицах dB, так как такие единицы дают единство измерений. При этом амплитуду U эхо-сигнала от отражателя сравнивают с амплитудой зондирующего импульса U0.
Число децибел N, на которое сигнал с амплитудой U отличается от исходного сигнала с амплитудой U0, равно
N = 20 lg (U/U0), [dB] (46)
Если амплитуда U сигнала больше амплитуды исходного сигнала U0, то число N положительное (положительные децибелы). При амплитуде U сигнала меньше амплитуды исходного сигнала U0 значение N – отрицательное (говорят об отрицательных децибелах). Так как амплитуда принятого эхосигнала от любого отражателя всегда намного меньше амплитуды зондирующего импульса, то измерения амплитуды эхосигналов производится всегда в отрицательных децибелах. Слово «отрицательный» децибел при этом опускается, так как не имеет особого значения для практической дефектоскопии.
Для разбраковки эхосигналов по амплитуде устанавливается браковочный (пороговый) уровень чувствительности. Пороговый уровень настраивается по стандартному образцу СО-3Р (СО-2), в котором имеется цилиндрический отражатель диаметром 6 мм, имитирующий максимально допустимый дефект в изделии. Перед проведением контроля производится настройка уровня условной чувствительности по этому отверстию. Затем, в процессе контроля, производится сравнение эхо-сигнала от дефекта с эхо-сигналом от отверстия диаметром 6 мм. Если амплитуда эхосигнала от дефекта больше, чем амплитуда эхосигнала от отверстия в СО-3Р, то принимается решение о недопустимости дефекта, и изделие бракуется. В противном случае дефект считают допустимым по амплитуде эхосигнала. На этом принципе построена ультразвуковая аппаратура, но есть определенные противоречия, о которых будет сказано ниже.
На основании измерения амплитуд данных эхо-сигналов введен такой параметр дефекта, как коэффициент выявляемости Кд.
Коэффициент выявляемости дефекта Кд – отношение амплитуды U эхосигнала от дефекта к амплитуде U0 эхосигнала от эталонного отражателя.
Кд= U/U0, (47)
где U – амплитуда эхосигнала от дефекта, В;
U0 – амплитуда эхосигнала от отверстия диаметром 6 мм в СО-3Р, В.
При этом Кд выражается в безразмерных единицах (разах) 0,2; 0,4; 0,6.
Если амплитуды U и U0 выражены в децибелах N и N0 соответственно, то операция деления заменяется вычитанием
Кд = N — N0, (48)
где N – амплитуда эхосигнала от дефекта, дБ;
N0 – амплитуда эхосигнала от отверстия диаметром 6 мм в СО-3Р, дБ.
При этом амплитуду эхосигнала от отражателя сравнивают с амплитудой эхо-сигнала от искусственного отражателя диаметром 6 мм в образце СО-3Р, СО-2.
На основании формулы 48 видно, что коэффициент выявляемости может быть как положительным, так и отрицательным.
Физический смысл Кд состоит в том, что он показывает, насколько амплитуда эхо-сигнала от дефекта больше (или меньше) амплитуды эхо-сигнала от эталонного отражателя, то есть позволяет оценить отражающие свойства дефекта, сравнить их с эталонным отражателем, по которому производится настройка чувствительности дефектоскопа. Таким образом, условия обнаружения дефекта определяются его эффективной отражающей поверхностью.
О недостатках оценки дефекта по амплитуде. Амплитуда эхосигнала от дефекта зависит от совокупности многих факторов: размера, формы, ориентации, типа отражающей поверхности, среды и удаленности дефекта от точки возбуждения. Амплитуда эхосигнала от эталонного отверстия диаметром 6 мм независимо от угла ввода применяемого ПЭП всегда максимальная из возможной, так как отверстие имеет зеркальные стенки, озвучивается центральным лучом с максимумом интенсивности, падающим на отверстие по нормали (угол падения УЗВ на поверхность отверстия составляет 90⁰). Так же немаловажно отметить, что эталонное отверстие в образце СО-3Р (СО-2) находится на глубине 44 мм, в отличие от реальных дефектов, которые могут образовываться на различной глубине по сечению рельса. В совокупности всех этих факторов амплитуда эхосигнала от дефекта во многих случаях оказывается существенно ниже, чем амплитуда эхосигнала от эталонного отражателя. В этих случаях Кд отрицательный (см. формулу 48), а это означает, что дефект, обнаруженный в рельсе, как бы не должен влиять на его эксплуатационную прочность. Однако статистика показывает, например, по коду 21.1-2 имеются случаи пропуска сильно развитых поперечных трещин, размеры которых превышают половину площади сечения головки рельса (50% и более), за счет очень низкой амплитуды принятого эхо-сигнала (амплитуда эхо-сигнала слабо отражает размер дефекта). Исходя из всего сказанного, нужно признать, что коэффициент выявляемости Кд не является информативным параметром дефекта в эхо-методе именно для рельсовой дефектоскопии.
В дефектоскопах РДМ-33, 22 коэффициент выявляемости дефекта Кд высчитывается аппаратными средствами и высвечивается на цифровом табло.
Принцип измерения коэффициента выявляемости дефекта Кд. Прежде, чем приступить к поиску дефектов, необходимо настроить дефектоскоп на условную чувствительность. Настройка дефектоскопа на чувствительность контроля производится в два этапа. Сначала определяется пороговый уровень условной чувствительности по отверстию диаметром 6 мм в СО-3Р (СО-2). Эхосигнал от отверстия ослабляется регулятором усиления до порога срабатывания. Этот уровень амплитуды эхо-сигнала является опорным, по которому производится оценка допустимости дефекта по амплитуде эхосигнала. Осуществлять поиск дефектов на данном уровне чувствительности нельзя, так как такое усиление не обеспечивает регистрацию дефектов минимально допустимых размеров или дефектов максимального размера, существенно влияющих на эксплуатационные характеристики рельса, однако неправильно ориентированных по отношению к озвучивающей дефект волне и т.д. Исходя из этих причин, амплитуду эхосигнала от эталонного отражателя сознательно повышают регулятором усиления на определенное количество децибел Ку сверх порога срабатывания. Принцип настройки условной чувствительности показан на рисунке 112.
При контроле рельсов в случае обнаружении дефекта измерение Кд производится в положении ПЭП, соответствующего максимальной амплитуде от дефекта (рисунок 113). При этом вычисление Кд состоит в операции вычисления разности двух амплитуд – от дефекта и от отверстия диаметром 6 мм:
Кд = ∆N — Ку, (49)
где∆N – уровень амплитуды эхосигнала от дефекта относительно порогового уровня, дБ;
Ку – условная чувствительность, дБ.
| Рисунок 112 – Настройка дефектоскопа с ПЭП на условную чувствительность |
Измерение коэффициента выявляемости дефекта Кд
| Рисунок 113 – Измерение коэффициента выявляемости дефекта Кд в эхо-методе |
4.2 Координаты залегания дефекта
Так как только по одной амплитуде эхо-сигнала невозможно однозначно судить о дефекте, то измеряют координаты залегания дефекта. Этот измеряемый параметр позволяет оператору отличить эхо-сигнал от дефекта от ложных эхо-сигналов, вызванных неровностями на поверхности рельса, отражениями от граней рельса, болтовых отверстий и т.д.
К ним относятся:
Н – глубина залегания дефекта;
L – расстояние от точки выхода луча ПЭП до проекции дефекта на поверхность
сканирования.
При контроле прямым ПЭП измеряют только одну координату Н (мм) – глубину залегания дефекта – в положении ПЭП, соответствующему максимуму амплитуды эхо-сигнала от дефекта (рисунок 114).
H , (50)
| Рисунок 114 |
При контроле наклонным ПЭП измеряют две координаты залегания дефекта Н и L (рисунок 115). Измерение координат дефекта состоит из трех операций:
1) определения положения ПЭП, соответствующего максимуму амплитуды эхо-сигнала от дефекта;
| Рисунок 115 |
3) пересчет измеренного времени в координаты Н и L.
Пересчет измеренного времени в координаты Н и L состоит в том, что по измеренному времени пробега t сначалавысчитывается расстояние r по кратчайшему пути
r , (51)
где t – интервал времени между моментом излучения зондирующего импульса и моментом приема отраженного импульса;
tп– время прохождения ультразвука через призму ПЭП в прямом и обратном направлении;
2 – учитывает, что импульс пробегает путь в прямом и обратном направлении.
| Рисунок 116 |
При прохождении ультразвуковых колебаний через протектор с толщиной hп преобразователя, включенного по совмещенной схеме, затрачивается определенное время tп (время в протекторе), которое необходимо учитывать при точном определении глубины залегания дефекта. Обычно толщина протектора в прямых (α = 0°) преобразователях, работающих в совмещенном режиме, составляет 0,5–2,0 мм. При этом время tп весьма мало (не превышает одной мкс) и во многих случаях может не учитываться.
У прямого ПЭП, включенного по раздельно-совмещенной схеме, конструкция совершенно другая (рисунок 117): излучающая и приемная пьезопластины располагаются на призмах из органического стекла, таким образом, для точного измерения координат временем пробега УЗК в призмах такого ПЭП пренебрегать нельзя:
Н = , (52)
| Рисунок 117 – Прямой РС ПЭП |
| Рисунок 118 – Наклонный ПЭП |
При определении координат дефектов наклонным ПЭП пренебрегать величиной 2tп недопустимо, поэтому r пересчитывают в координаты Н и L с учетом времени пробега импульса в призме.
Н = , (53)
L = , (54)
где α – угол ввода.
В дефектоскопах измерение координат осуществляет глубиномер. В дефектоскопах РДМ-2; 22; 3; 33 координаты залегания вычисляются автоматически.
Факторы, влияющие на погрешность измерения координат дефекта.
Погрешность измерения координат складывается из систематических и случайных погрешностей.
1) Погрешность измерения времени (погрешность глубиномера) одинаково проявляется при работе прямым и наклонным преобразователями. Ее причины:
- погрешность глубиномера как измерительного устройства;
- ошибка учета пути в акустической задержке-призме, включая слой контактной жидкости;
- длительность импульса.
Погрешность глубиномера проверяют на стандартных образцах.
2) Скорость УЗВ влияет на точность измерения координат так же, как и время. В специализированных дефектоскопах скорость ультразвука устанавливается определенной величины и не подлежит изменению. В свою очередь на изменение скорости оказывает влияние температура контролируемого объекта. Также при контроле наклонным преобразователем скорость влияет на угол ввода.
3) Погрешность определения положения максимума эхо-сигнала на поверхности изделия в основном случайна. Она тем больше, чем шире диаграмма направленности преобразователя.
4.3 Условные размеры дефекта
При обнаружении дефекта с помощью ультразвуковых методов контроля нельзя измерить его истинные размеры, но можно их ориентировочно оценить. Такие размеры дефекта называются условными. Они, как правило, больше истинных размеров и зависят от многих факторов: конфигурации, ориентации, глубины залегания дефекта, способа измерения, чувствительности дефектоскопа, а также диаграммы направленности ПЭП. Знание условных размеров помогает оценить степень опасности и принять решение о дальнейшей эксплуатации объекта.
К условным размерам дефекта относятся:
Ø условная протяженность (условный размер по длине рельса) – ΔL;
Ø условная ширина – ΔХ;
Ø условная высота – ΔН.
При работе с наклонным ПЭП можно измерить все три условных размера. Определения условных размеров согласно ГОСТ 18576–96 (рисунок 119):
Рисунок 119 – Измерение условных размеров дефекта в сварном шве
Условная протяженность дефекта ΔL– это размер в миллиметрах, соответствующий длине зоны между крайними положениями наклонного ПЭП, перемещаемого вдоль плоскости, ориентированной перпендикулярно к плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности.
Условная ширина дефекта ΔХ – это размер в миллиметрах, соответствующий длине зоны между крайними положениями наклонного ПЭП, перемещаемого в плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности.
Условная высота дефекта ΔН– это размер, соответствующий разности показаний глубиномерного устройства, полученный в крайних положениях наклонного ПЭП, перемещаемого в плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
При контроле сварных стыков наибольшая протяженность дефектов ΔLнаблюдается чаще всего при перемещении преобразователя вдоль сварного шва, ориентированного перпендикулярно к оси шва (рисунок 119, 120), хотя в практике встречаются случаи расположения протяженных дефектов под некоторым углом к продольной оси сварного шва или поперек шва.
Поэтому при контроле сварных стыков определения условных размеров дефекта звучат так (рисунок 120):
Условная протяженность дефекта ΔL в сварном стыке – размер в миллиметрах, соответствующий длине зоны между крайними положениями наклонного ПЭП, перемещаемого вдоль сварного шва при заданной условной чувствительности дефектоскопа. При этом для измерения условной протяженности наклонный ПЭП перемещают в направлении, перпендикулярном его направлению излучения.
Условная ширина дефекта ΔХ в сварном стыке – размер в миллиметрах, соответствующий длине зоны между крайними положениями наклонного преобразователя, перемещаемого вдоль рельса (т.е. поперек сварного шва) при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
Рисунок 120 – Измерение условных размеров дефекта в сварном стыке
Условная высота дефекта ΔН в сварном стыке - размер, соответствующий разности значений глубины расположения дефекта, измеренных в тех же крайних положениях наклонного преобразователя, при которых измерялась условная ширина дефекта ΔХ при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
Крайними положениями ПЭП при измерениях ΔL, ΔН, ΔХ считаются положения, при которых амплитуда эхо-сигнала от выявленного дефекта уменьшается до уровня срабатывания автоматического сигнализатора дефектоскопа (АСД).
При измерении габаритов дефекта в железнодорожных рельсах, как длинномерного изделия (за исключением сварных стыков), введено еще одно понятие – условный размер по длине рельса, также обозначаемый ΔL, при этом данный параметр дефекта используется вместо параметра условной протяженности дефектаΔL.
Поэтому при контроле рельсов вне сварных стыков определения условных размеров дефекта звучат так:
Условный размер ΔL по длине рельса – размер в миллиметрах, соответствующий длине зоны перемещения преобразователя вдоль рельса, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
Условная высота ΔН определяется как максимальная разность показаний дефектоскопа, снятых при тех же положениях ПЭП, при которых измерялся условный размер ΔL при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
Условная ширина дефекта ΔХ – длина зоны между крайними положениями ПЭП, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа при перемещении ПЭП поперек рельса и направляя акустическую ось ПЭП вдоль рельса.
Все три условных размера измеряются наклонным ПЭП с поверхности катания головки рельса для определения степени опасности дефектов второй группы (рисунок 121). Условный размер ΔL по длине рельса и условная высота дефекта ΔН измеряются одновременно при одних и тех же крайних положениях ПЭП, для чего необходимо при заданной чувствительности контроля:
1) найти положение ПЭП, при котором амплитуда сигнала от дефекта будет максимальной;
2) не меняя направления акустической оси, переместить ПЭП по поверхности катания вдоль рельса, приближаясь к дефектному сечению. При этом необходимо следить за изменением положения сигнала от дефекта на горизонтальной линии развертки и амплитудой сигнала. Сигнал от дефекта должен сместиться влево по горизонтальной линии развертки, а его амплитуда уменьшиться до порога срабатывания АСД, что будет соответствовать озвучиванию верхнего края дефекта нижним краем диаграммы направленности ПЭП (такое положение ПЭП называется крайним). В этом положении ПЭП напротив точки выхода ПЭП на рельсе поставить риску мелом и снять по глубиномеру дефектоскопа координату глубины залегания Н1 верхнего края дефекта;
3) не меняя направления акустической оси, переместить ПЭП по поверхности катания вдоль рельса, отъезжая от дефектного сечения. При этом снова необходимо следить за изменением положения сигнала от дефекта на горизонтальной линии развертки и амплитудой сигнала. Сигнал от дефекта сместится вправо по горизонтальной линии развертки, а его амплитуда сначала увеличится до максимума, а затем снова уменьшится до порога срабатывания АСД, что соответствует озвучиванию нижнего края дефекта верхним краем диаграммы направленности ПЭП. В этом положении ПЭП напротив точки выхода ПЭП на рельсе поставить риску мелом и снять по глубиномеру дефектоскопа координату глубины залегания Н2 нижнего края дефекта;
4) условным размером ΔL по длине рельса является расстояние, измеренное линейкой между рисками, нанесенными на поверхности катания рельса; условной высотой дефекта является разность между показаниями глубиномера в крайних положениях ПЭП:ΔН = Н2–Н1.
Условная ширина ΔХ поперечной трещины в головке рельса(рисунок 121) измеряется в крайних положениях ПЭП при заданной чувствительности контроля, для чего:
1) снова найти положение ПЭП, при котором амплитуда сигнала от дефекта будет максимальной;
2) не меняя направления акустической оси, переместить ПЭП поперек рельса по поверхности катания сначала в одну сторону до снижения амплитуды сигнала от дефекта до порога срабатывания АСД. При этом положение сигнала на горизонтальной линии развертки практически не изменится. В этом положении ПЭП напротив точки выхода ПЭП на рельсе поставить риску мелом;
| Рисунок 121 – Измерение условных размеров поперечной трещины в головке рельса |
3) не меняя направления акустической оси, переместить ПЭП в другую сторону поперек рельса по поверхности катания, при этом амплитуда сигнала от дефекта снова возрастет до максимума, а затем снизится до порога срабатывания АСД. При этом положение сигнала на горизонтальной линии развертки практически не изменяется. В этом положении ПЭП напротив точки выхода ПЭП на рельсе поставить риску мелом;
4) условной шириной ΔХ дефекта является расстояние, измеренное линейкой между рисками, нанесенными на поверхности катания рельса.
При уточнении габаритов дефектов типа продольных расслоений используется прямой ПЭП. При определении условного размера ΔL по длине рельса горизонтально ориентированных трещин (например, дефектов кода 30Г.1-2, 52.1-2) необходимо при заданной чувствительности контроля, перемещая ПЭП по поверхности катания, найти крайние положения ПЭП, отметить мелом места расположения точки выхода ПЭП на поверхности рельса при крайних положениях ПЭП, в которых амплитуда эхо-сигнала в зоне сканирования будет находиться на пороге срабатывания АСД, после чего измерить линейкой расстояние между нанесенными метками. Это расстояние, измеренное линейкой, является размером ΔL (рисунок 122).
При определении условных размеров таких дефектов условная высота ΔН дефекта не снимается. В случае, если трещина имеет косое расположение (например дефект кода 55, 56.3) одновременно с размером ΔL, в одних и тех же крайних положениях ПЭП, снимается и условная высота дефекта ΔН при снятии координат Н1 и Н2 глубины залегания краев дефекта.
Условная ширина ΔХ дефекта измеряется также с поверхности катания при перемещении ПЭП поперек рельса.
Рисунок 122 – Измерение условных размеров горизонтальной продольной трещины прямым ПЭП
В случае определения условных размеров вертикальных продольных расслоений (дефектов кода 30В.1-2, 50.1-2) используется прямой ПЭП (рисунок 123).
| Рисунок 123 – Измерение условных размеров прямым ПЭП дефекта кода 50.1-2 |
Границы дефекта могут определяться по одному из двух следующих способов – или абсолютным способом илиотносительным способом.
Положение краевых точек дефекта при измерении абсолютным способом определяют по ослаблению эхо-сигнала до уровня фиксации при установленной в дефектоскопе заданной условной чувствительности контроля Ку. Например, при контроле сварных стыков преобразователем П121-2,5-50 условная чувствительность контроля Ку составляет 24 дБ. Такое высокое усиление дефектоскопа необходимо исходя из условий настройки дефектоскопа на чувствительность по универсальному отверстию диаметром 6 мм в стандартном образце СО-3Р (см. пункт 4.1). При данном усилении дефектоскопа производят определение границ дефекта, следя за ослаблением амплитуды сигнала от дефекта до опорного уровня.
При измерении границ дефекта относительным способом положение краевых точек определяют по ослаблению эхо-сигнала от дефекта на 6 дБ от максимального значения. Для реализации относительного способа устанавливают дополнительное усиление дефектоскопа над опорным уровнем всего 6 дБ, т.е. Ку=6 дБ.
А рельсовой дефектоскопии для определения условных границ дефекта используется абсолютный способ. Измеренные по этому способу условная протяженность и ширина дефекта оказываются во многих случаях больше истинных размеров дефекта (рисунок 124).
Факторы, влияющие на величину условных размеров дефекта:
1) ширина диаграммы (ДН) направленности используемого преобразователя – чем шире диаграмма направленности, тем больше условные протяженность и ширина дефекта.
В свою очередь, на ширину диаграммы направленности преобразователя влияют:
- угол призмы ПЭП. Чем больше угол призмы, тем шире ДН;
- усиление дефектоскопа. Чем выше усиление дефектоскопа, тем шире ДН;
- глубина залегания дефекта. С увеличением расстояния, проходимого УЗВ до дефекта, расширяется диаграмма направленности;
2) форма (конфигурация) дефекта и способ измерения. Различают две характерные формы дефектов – плоскостную и округлую; также различают два способа измерения условных размеров – абсолютный и относительный, о которых было сказано выше. Различие в способах измерения заключается только в разном усилении дефектоскопа, устанавливаемым для определения условных размеров. Связь формы дефекта и способа определения его условных границ с величиной условных размеров показана на рисунке 124.
При измерении абсолютным способом условная протяженность плоскостных дефектов (кривая 2), как правило, значительно больше истинных размеров (кривая 1), а условная протяженность округлых дефектов (кривая 3) очень медленно увеличивается с увеличением диаметра отражателя.
При измерении относительным способом условная протяженность плоскостных дефектов (рисунок 124, кривая 4) остается постоянной, пока размер дефекта d меньше ¼ диаметра преобразователя D, а затем уменьшается и имеет минимум при d ≈ D; при d ˃˃ D приближается к истинному размеру дефекта (кривая 4). Условная протяженность округлых дефектов остается постоянной (кривая 5);
Рисунок 124 – Зависимость условной протяженности ΔL от истинного размера d дефекта: 1 – ΔL= d; 2 – ΔL плоского
дефекта, измеренного абсолютным способом; 3 – ΔL округлого дефекта, измеренного абсолютным способом;
4 – ΔL плоского дефекта, измеренного относительным способом; 5 – ΔL округлого дефекта, измеренного
относительным способом.
3) ориентация дефекта. При измерении размеров дефектов следует иметь в виду, что дефект (например, вертикальная поперечная трещина в головке рельса) ориентирован не перпендикулярно к акустической оси преобразователя. Эхо-сигнал от такого дефекта возникает вследствие рассеяния на неровностях его поверхности и дифракции на краях дефекта. Для гладких дефектов дифракционные максимумы эхо-сигналов от краевых точек значительно превосходят сигнал от остальной части дефекта. По координатам точек, соответствующих этим максимумам, определяют размеры дефекта.