Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния неразрушающего контроля в судостроении. формулировка задач исследования 10
1.1. Анализ конструктивного исполнения и дефектности сварных соединений корпусных конструкций скоростных катеров и корабельного оборудования 10
1.2. Современное состояние и анализ применяемых стандартов и установок для контроля параметров пьезоэлектрических преобразователей. Теоретические основы расчета диаграмм направленности пьезоэлектрических преобразователей и практические способы их измерения 18
1.3. Анализ современного состояния технологий и средств определения совокупности реальных характеристик (параметров) скрытого дефекта 29
1.4. Выводы к первой главе 45
Глава 2. Разработка технологий и средств определения диаграмм направленности в основной и дополнительной плоскостях преобразователей 48
2.1. Разработка алгоритма определения диаграмм направленности в основной плоскости пьезоэлектрических преобразователей по временным огибающим эхо сигналов от ненаправленных отражателей 48
2.2. Разработка автоматизированного технического средства определения диаграмм направленности пьезоэлектрических преобразователей 49
2.3. Экспериментальное исследование диаграмм направленности в дополнительной плоскости пьезоэлектрических преобразователей. Разработка способов определения диаграмм направленности в дополнительной плоскости пьезоэлектрических преобразователей 53
2.4. Подготовка оборудования к измерению диаграмм направленности в дополнительной плоскости преобразователей 60
2.5. Выводы ко второй главе 68
Глава 3. Экспериментальные исследования индикатрис рассеяния дефектов. разработка технологий и средств измерения индикатрис рассеяния дефектов 70
3.1. Разработка методологии определения индикатрис рассеяния дефектов при ультразвуковом контроле 70
3.2. Разработка автоматизированного устройства определения индикатрис рассеяния дефектов при ультразвуковом контроле 72
3.3. Влияние глубины залегания угловых отражателей на угол максимума их индикатрис рассеяния 76
3.4. Определение глубины пропила, при которой головная волна дает максимальный вклад в результирующий эхо-сигнал 87
3.5. Выводы к третьей главе 90
Глава 4. Разработка технологий и средств ультразвукового контроля с идентификацией дефектов сварных соединений на основе анализа их индикатрис рассеяния 92
4.1. Определение характера дефектов по индикатрисам рассеяния дефектов при использовании пьезопреобразователей с углами ввода близким к критическим углам 92
4.2. Разработка методики ультразвукового контроля сварных соединений, предусматривающая применение дополнительной информации о выявленных дефектах по их индикатрисам рассеяния 96
4.3. Выводы к четвертой главе 107
Заключение 108
Список литературы 110
Приложение Копии документов, подтверждающих внедрение разработок диссертации 126
- Анализ конструктивного исполнения и дефектности сварных соединений корпусных конструкций скоростных катеров и корабельного оборудования
- Экспериментальное исследование диаграмм направленности в дополнительной плоскости пьезоэлектрических преобразователей. Разработка способов определения диаграмм направленности в дополнительной плоскости пьезоэлектрических преобразователей
- Влияние глубины залегания угловых отражателей на угол максимума их индикатрис рассеяния
- Разработка методики ультразвукового контроля сварных соединений, предусматривающая применение дополнительной информации о выявленных дефектах по их индикатрисам рассеяния
Анализ конструктивного исполнения и дефектности сварных соединений корпусных конструкций скоростных катеров и корабельного оборудования
Объекты контроля представляют собой инженерные сооружения, которые в процессе эксплуатации подвергаются деформациям [2, 7, 8, 9, 14, 35, 36] и воздействию агрессивной среды (морской воды).
Оболочка корпуса состоит из днищевого, двух бортовых и палубного перекрытий. По длине корпус объекта контроля разделен на 8 водонепроницаемых отсеков поперечными переборками. Наружная обшивка, настил палуб и второго дна являются основными связями, которые образуют непроницаемую оболочку, предотвращающую попадание воды внутрь катера сверху (настил верхней палубы), обеспечивающую плавучесть катера (наружная обшивка) и непотопляемость при повреждении наружной обшивки днища (настил второго дна). Верхняя непрерывная палуба объекта контроля (главная палуба) является важнейшей продольной связью, обеспечивающей общую прочность корпуса. Корпус объекта контроля изготовлен из коррозиестойких алюминиево-магниевых сплавов [6]. Представляет собой цельнометаллическую сварную конструкцию с наклонным форштевнем и транцевой кормой. Сварные соединения корпуса подлежат неразрушающему контролю. Объектом исследования следует выбрать наиболее типичные сварные соединения конструкций объектов контроля.
Для использования в качестве группировочных признаков необходимо проанализировать основные факторы качества [4, 5]: способ сварки, тип соединения, толщину свариваемых элементов и др. При изготовлении объектов контроля преимущественно (более 97%) используются дуговые процессы сварки плавящимся электродом. Диапазон толщин свариваемых элементов составляет 4 -30 мм. Основные толщины расчетных элементов конструкций: 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 22, 24, 30 мм. Толщина свариваемых элементов в большой мере определяет размеры возможных дефектов. При увеличении толщины повышается вероятность появления дефектов более крупных размеров. В корпусах объектов контроля находят применение стыковые, угловые, нахлесточные и тавровые соединения.
В условиях эксплуатации сварные соединения объектов контроля испытывают статические, динамические и вибрационные нагрузки [6 - 14]. Анализ данных показал, что общие положения и требования к сварке объектов контроля отличий практически не имеют, а конкретизируются только применительно к конкретным условиям их применения. Сварные соединения должны обеспечивать достаточную работоспособность конструкции в заданных условиях эксплуатации при минимальных затратах труда и ресурсов на их изготовление, т.е. сварное соединение должно сохранять необходимую и достаточную прочность изделия в течение всего срока эксплуатации [4, 7]. Как следует из аналитического отчета [14], в котором проанализировано состояние флота и аварийность судов класса Морского Регистра за 25 лет, основную долю аварий всегда составлял корпус судна (рис.1.1).
Все виды механического оборудования (за исключением систем забортной воды) за время эксплуатации судов не вырабатывают свой ресурс, т.е. ресурс судна в целом определяется износом его корпуса. После проведения реновации корпуса судна у Регистра нет необходимости ограничивать срок эксплуатации того или иного вида механического оборудования после достижения назначенного проектантом ресурса, если на то нет других причин (т.е. не обнаружено каких-либо дефектов) [14]. И.M. Короткий систематизировал материалы [13] по авариям и катастрофам надводных объектов контроля, произошедших в результате пожаров и внутренних взрывов, столкновений, посадки на мель и действия штормов, и пришел к выводу, что основной рост частоты аварий приходится на корпуса судов. Таким образом, несмотря на определенный прогресс, достигнутый в последние годы в судостроении, суда остаются одними из наиболее опасных объектов [11, 13, 14, 35].
В сварном соединении наиболее неблагоприятны для эксплуатации неоднородности (дефекты), остаточные напряжения и др. Дефекты в значительной мере снижают прочность сварных соединений [15, 18, 19]. В отличие от остаточных напряжений уровень дефектности определяется не только конструктивными особенностями изделия и технологией сварки, но и несоблюдением технологии изготовления объектов контроля. По данным [20], в среднем до 20% проконтролированных объектов содержат дефекты, выходящие за пределы установленных допусков. Очевидно, что нецелесообразно производить углубленные исследования дефектов, которые редко встречаются или не оказывают существенного влияния на прочность сварных соединений, т.е. являются малозначительными [10, 21]. Факторы распространенности и влияния на прочность являются основными факторами, определяющими опасность дефектов. Следует отметить, что эти факторы связаны между собой. Наличие в сварном соединении достаточно большого количества дефектов, в отдельности не опасных, может привести к резкому снижению прочности соединения. Кроме распространенности и влияния на несущую способность следует учитывать возможность предотвращения дефектов. Дефект, который трудно предотвратить, конечно, является более опасным [22].
Анализ качества сварных соединений объектов контроля по результатам радиографического и ультразвукового контроля показывает, что поры, цепочки пор, вольфрамовые включения, непровары встречаются часто, реже – прожоги, незаваренные кратеры, свищи, наплывы, подрезы, трещины. В работе [24] установлено, что непровары появляются на заводах по многим причинам. Понятие «завод-изготовитель» включает ряд технологических факторов: состояние оборудования, квалификация исполнителей, обоснованность и стабильность режимов сварки и т.д., влияние которых отдельно оценить достаточно сложно и в этом нет необходимости. Все данные факторы могут быть объединены в один более крупный. Частота появления непроваров при увеличении толщины свариваемых элементов также увеличивается, но на возможность обеспечения полного проплавления свариваемых элементов наряду с режимом сварки оказывают влияние и другие причины: подготовка кромок свариваемых элементов, наличие подкладной пластины, одностороннее или двустороннее сварное соединение. Очевидно, что для конструкций с дефектными соединениями срок службы будет определяться распространением трещины до опасных размеров или до размеров, ухудшающих техническую эффективность конструкций [14]. Для корпусных конструкций в целом не допускается наличие трещин [15].
Увеличивающиеся темпы судостроительного производства придают проблемам контроля качества сварных соединений объектов контроля особое значение. Применение конкретного вида (метода) неразрушающего контроля устанавливается в технической документации проекта в зависимости от ответственности конструкций и типа сварного соединения. Неразрушающий контроль сварных соединений включает следующие виды (методы) контроля: визуальный и измерительный, магнитопорошковый, капиллярный, радиографический, ультразвуковой и контроль непроницаемости и герметичности [42, 44]. При неразрушающем контроле конкретных элементов конструкций учитывают следующие основные факторы: характер (вид) возможных дефектов и их расположение; возможности применения данного вида (метода) контроля; формы и размеры контролируемых элементов конструкций; материалы, из которых изготовлены контролируемые элементы; состояние и шероховатость контролируемых поверхностей конструкций. Дефекты различаются расположением, размерами, формой. Подрезы, наплывы, кратеры, прожоги и свищи являются поверхностными дефектами; непровары, шлаковые включения и расслоения – внутренними дефектами. Трещины, поры и раковины располагаются на поверхности и внутри объекта контроля. Трещины, непровары и подрезы являются плоскостными дефектами. Они имеют протяженную форму с различным раскрытием и глубиной. Для трещин непроваров и подрезов характерны острые окончания, а для трещин также – резкие очертания. Поры, раковины и часто шлаковые включения – это объемные дефекты, имеющие округлую форму.
Визуально-измерительный контроль выявляет поверхностные дефекты (за исключением дефектов, имеющих размеры до 0,08 мм) и является обязательным на всех стадиях: изготовлении, монтаже, эксплуатации объектов контроля. Капиллярный контроль предназначен для выявления невидимых или слабо видимых невооруженным глазом поверхностных и сквозных дефектов (трещины, поры, раковины, непровары, межкристаллическая коррозия, свищи и т.д.) в объектах контроля, определения их расположения, протяженности и ориентации по поверхности.
Экспериментальное исследование диаграмм направленности в дополнительной плоскости пьезоэлектрических преобразователей. Разработка способов определения диаграмм направленности в дополнительной плоскости пьезоэлектрических преобразователей
В ряде случаев может представлять интерес оценка диаграмм направленности в дополнительной плоскости при применении преобразователей с пьезопластинами различной формы и преобразователей с углами призмы, близкими к первому критическому углу, при которых преломленная продольная волна имеет значительную интенсивность. Измерение диаграмм направленности в дополнительной плоскости для преобразователей с углами ввода до 57 в [73, 162] производится с помощью образца с вертикальным отверстием. При измерениях преобразователь перемещается от положения, соответствующего максимуму эхо-сигнала от угла между вертикальным отверстием и донной поверхностью образца (рис. 2.4, а). При этом, для получения более точных результатов, смещение преобразователя необходимо осуществлять так, чтобы точка выхода луча, находящаяся на контактной поверхности преобразователя, перемещалась по окружности, в то время как более простым является перемещение по прямой [73]. Перемещение точки ввода луча по окружности может осуществляться при помощи рычага изменяемой длины, вставленного в держатель в вертикальном отверстии образца [73] или по заранее построенной кривой, форма которой зависит от угла ввода и геометрических размеров контактной поверхности преобразователя. Пример такой кривой для преобразователя с углом ввода 50 с размерами основания 16x25 мм (АВСD) и стрелой 12 мм изображен на (рис. 2.4, б). Как отмечалось выше, более простым для осуществления измерений является перемещение преобразователя по прямой. В работе [197] приведена программа для компьютера, предназначенная для обработки результатов измерений для этого случая. Однако при этом появляется систематическая погрешность, связанная с увеличением угла ввода из-за увеличения расстояния до отражателя (рис. 2.5). Основным преимуществом способа перемещения по прямой является простота его реализации и возможность расчета по временным огибающим эхо наклонных сигналов, аналогично расчетам диаграмм направленности пьезопреобразователей в основной плоскости [198 - 200]. Измерения дополнительной плоскости проводились на стальной (Ст3сп) плите высотой 48 мм с вертикальным отверстием диаметром 6 мм.
На рисунке 2.8 приведены экспериментально полученные диаграммы направленности в дополнительной плоскости для преобразователей с углами ввода 34, 40, 45 и 50. Там же приведена диаграмм направленности, построенная по формуле, полученной в [149]. Значения, соответствующие формуле [149], наблюдаются только для преобразователя с углом ввода 58. Как видно из рисунка 2.9 для преобразователя с углом призмы близким к первому критическому (угол ввода 34) наблюдается значительное расширение угла раскрытия диаграммы направленности. График зависимости угла раскрытия на уровне 0,707 от угла ввода представлен на рисунке 3.10. Как следует из графика, угол раскрытия уменьшается, причем наиболее резкое изменение происходит в области углов призмы близких к первому критическому. Это связано с участием в формировании диаграммы направленности в дополнительной плоскости преломленной продольной (головной) волны.
Диаграмма направленности в дополнительной плоскости для преобразователей с пьезопластинами различной формы, приведены на рисунке 2.10. Были исследованы преобразователи с углами ввода 42 с прямоугольной и полукруглой пьезопластиной, а также преобразователь с углом ввода 58 с пьезопластиной, имеющей форму несимметричного эллипса, ориентированного вертикально.
Ширина диаграммы направленности в дополнительной плоскости на уровне 0,707 практически не отличается от ширины для круглых пластин (рис. 2.9). Наблюдается незначительное отклонение от симметрии для преобразователя с углом ввода 58. Следует отметить, что измерения для преобразователей с углами ввода 58 были затруднены значительными шумами, как ранее отмечалось в работе [162], что связано с резким уменьшением коэффициента отражения от угла для преобразователей с углами ввода больше 57. Диапазон изменения угла у в этом случае составлял примерно ±4.
Таким образом, для построения диаграмм направленности преобразователей в дополнительной плоскости могут быть использованы методы, предусматривающие перемещение точки выхода луча, как по прямой, так и по окружности. Погрешностью, связанной с изменением угла ввода луча, можно пренебречь. В данном разделе приведены экспериментальные оценки диаграмм направленности преобразователей в дополнительной плоскости для преобразователей с различными углами ввода и пьезопластинами разной формы. Угол раскрытия диаграмм направленности преобразователей на уровне 0,707 уменьшается с 14 для пьезопреобразователя с углом ввода 34 до 6 для пьезопреобразователя с углом ввода 58. Исследованные формы пьезопластин существенного влияния на ширину диаграмм направленности преобразователей на уровне 0,707 не оказывают.
Измерение диаграмм направленности в дополнительной плоскости пьезоэлектрических преобразователей при отражении от угла, образованного ненаправленным отражателем в виде вертикального цилиндрического отверстия и донной поверхностью плоскопараллельного образца, проведено в работах [201, 202]. При этом, как отмечалось в [73, 162, 201, 202] сложности возникают при измерениях для пьезоэлектрических преобразователей с углами ввода больше 57, что связано с резким уменьшением коэффициента отражения от прямого угла. Так в [201, 202] для пьезоэлектрических преобразователей с углом ввода 58 измерения удалось провести в диапазоне азимутальных углов =±4 от направления акустической оси (рис. 2.10). Для измерения диаграмм направленности в дополнительной плоскости преобразователей с углами ввода больше 57 используют образец с тороидальным пазом [73, 163], рис. 2.11.
Изготовление такого образца представляет технологические сложности, поэтому в данной работе предложен новый зеркальный способ измерения диаграмм направленности на излучение (излучателя) в дополнительной плоскости преобразователя при использовании стальной плиты с двумя плоскопараллельными поверхностями (рис. 2.12).
Влияние глубины залегания угловых отражателей на угол максимума их индикатрис рассеяния
В статье [209] информацию о характере дефекта предложено получать, анализируя форму их индикатрис рассеяния. В то же время в [210] экспериментально показано, что диаграммы направленности данных наклонных преобразователей изменяются с глубиной залегания отражателей. Таким образом, представляет интерес оценка влияния глубины залегания угловых отражателей, хорошо имитирующих выходящие на поверхность трещины, непровары и несплавления, на их индикатрисы рассеяния и возможности идентификации дефектов при значительных глубинах залегания.
В качестве отражателей в данной работе использованы не боковые цилиндрические отверстия, а двугранные углы плит толщиной 18, 45, 90, 135 и 180 мм. При этом размеры горизонтальной поверхности угловых отражателей на разной глубине настолько велики, что ультразвуковой пучок преобразователя весь попадает на неё при всех положениях преобразователя на поверхности плиты. Измерения производились преобразователями с диаметром пьезопластин 12 мм на частоте 2,5 МГц.
Зависимость угла, соответствующего максимуму индикатрис рассеяния угловых отражателей для преобразователей с различными номинальными углами ввода, от глубины залегания отражателя приведена на рисунке 3.3. Для сравнения на рисунке 3.4 приведена зависимость угла максимума диаграмм направленности преобразователей с различными номинальными углами ввода от глубины залегания отражателя [210]. Характер этих зависимостей отличается. Объяснить отличие можно тем, что головная волна распространяется по нижней горизонтальной поверхности угловых отражателей при использовании преобразователей с углами ввода до 42 и по вертикальной поверхности при использовании преобразователя с углом ввода 58, а не распространяется как в [210] по поверхности ввода ультразвука.
Для преобразователей с номинальными углами ввода 34, 36, 38 и 40 (углы призмы, близкие к первому критическому углу для пары материалов оргстекло-сталь), углы максимума индикатрис рассеяния отличаются друг от друга примерно не более чем на 1. Наблюдается тенденция уменьшения углов максимума индикатрис рассеяния с глубиной от 40,5 - 41 при глубине залегания отражателя 45 мм до 38,5 - 39 при глубине залегания отражателя 180 мм (рис. 3.3). Объясняется это тем, что у преобразователей с углами ввода до 42 включительно возникает боковая поперечная волна [212], порождаемая головной волной, которая уходит от поверхности в объём металла не из одного фазового центра, а из разных точек поверхности, до которых последовательно доходит головная волна, и на нижней грани углового отражателя трансформируется в головную волну, дающую дополнительный вклад в интенсивность регистрируемого эхо-сигнала (рис. 3.5, а). Это приводит к уменьшению углов максимума индикатрис рассеяния. Аналогично происходит и обратное преобразование поперечной волны под третьим критическим углом в головную уже на поверхностях углового отражателя (рис. 3.5, б). Совпадение между собой углов максимума индикатрис рассеяния для преобразователей с номинальными углами ввода 34, 36, 38 и 40 (рис. 3.3) может указывать на то, что участие головной волны в формировании регистрируемого эхо-сигнала от угловых отражателей, в этом случае, является преобладающим. При углах, меньших 39, максимум индикатрис рассеяния наблюдается, когда преобразователь отодвигается от двугранного угла, то есть угол максимума индикатрис рассеяния возрастает [213]. В [213] показано: если углы падения на донную поверхность (равные углам преломления на поверхности ввода) больше третьего критического, то коэффициент отражения от двугранного угла увеличивается. В работе [214] также показано, что при расчете акустического тракта наклонного преобразователя с углом призмы 30 (угол ввода 38) для отражателя углового типа необходимо учитывать вклад головной волны, возникающей при первом критическом угле. При этом углы, соответствующие максимуму диаграмм направленности, изменяются от номинального значения углов ввода 34, 36, 38 и 40 до 38 (рис. 3.4).
В работе [210] уменьшение угла ввода преобразователей с номинальными углами ввода 42 и 40 объяснено, кроме затухания, появлением головной волны у поверхности образца и отщеплением от нее боковой поперечной волны под углом 34 [212], «подпитывающей» преломленную поперечную волну и на глубинах больше 44 мм изменяющей ее угол ввода в сторону уменьшения. Вероятной причиной увеличения угла ввода для преобразователей с номинальными углами ввода 34 и 36 может являться резкое увеличение коэффициента прозрачности D\t при трансформации продольной волны в поперечную на границе раздела оргстекло - сталь. На угол ввода 38 приходится максимум коэффициента прозрачности, что также может являться дополнительной причиной уменьшения угла ввода преобразователей номинальными углами ввода 42 и 40.
Сигналы этих дважды трансформированных волн (из боковой поперечной в головную и снова в боковую поперечную у преобразователя и у отражателя) интерферируют между собой и с основной объёмной поперечной волной.
Происходит суперпозиция волн. Если ультразвуковые волны достигают определенного участка среды в одинаковых фазах (синфазно), то интерференция способствует увеличению амплитуды ультразвуковых колебаний при t 0,4 мкс. Если ультразвуковые волны приходят к конкретному участку в противофазе, то это что приводит к уменьшению амплитуды ультразвуковых колебаний при t 0,2 мкс (рис. 3.7).
Для преобразователя с номинальным углом ввода 58 наблюдался рост угла максимума индикатрис рассеяния с 54 при глубине 45 мм до 56 при глубине 180 мм (рис. 3.3). Это объясняется тем, что в этом случае трансформация боковой поперечной волны в головную волну происходит на вертикальной поверхности (рис. 3.5, б), что приводит к увеличению угла максимума индикатрис рассеяния.
Приближение угла максимума индикатрис рассеяния для угла ввода 58 к номиналу с увеличением глубины залегания отражателя можно объяснить тем, что при увеличении глубины одна и та же доля интенсивности излучения боковой поперечной волны падает на большую поверхность вертикальной поверхности, трансформируясь в головную, но в процессе распространения ее вдоль поверхности происходит переизлучение в виде боковой (поперечной) волны [212], что приводит к уменьшению ее интенсивности и, следовательно, вклад в формирование регистрируемого эхо-сигнала этой волны уменьшается (рис. 3.5, б). С другой стороны, с увеличением глубины залегания отражателя, согласно [215], угол ввода должен уменьшаться, т.е. доля интенсивности поперечной волны, падающей на вертикальную поверхность, будет увеличиваться. В результате зависимость, должна стремиться к некоторому определенному уровню. При углах ввода, больших 52, максимум угла индикатрисы рассеяния наблюдается, когда преобразователь придвигается к двугранному углу, то есть уменьшается. Для объяснения последнего результата следует отметить, что преобразователь излучает расходящийся пучок лучей. Трансформация поперечных волн в продольные на вертикальной поверхности двугранного угла приводит к тому, что при углах, близких к =90-об=59, где об=31 - квазиобменный угол, при котором наблюдается максимальная трансформация поперечных волн в продольные, для достижения максимума индикатрис рассеяния от угла на его вершину направляется не луч, соответствующий акустической оси преобразователя, а луч с меньшим углом, для которого трансформация волн меньше [213].
Приближение угла максимума индикатрисы рассеяния для угла ввода 42 к номиналу, с увеличением глубины залегания отражателя, объясняется тем, что вклад в формирование регистрируемого эхо-сигнала головной волны практически отсутствует, а сигнал формируется за счет основной объемной поперечной волны, которая озвучивает угловой отражатель под углом ввода 42 (рис. 3.5, а). Следует также отметить, что угол максимума индикатрисы рассеяния совпадает с номинальным углом ввода в диапазоне углов ввода от 39 до 52 [213].
При увеличении глубины отражателя одна и та же доля интенсивности излучения падает на большую поверхность нижней грани угла, трансформируясь в головную волну, но в процессе распространения ее вдоль поверхности происходит переизлучение в виде боковой (поперечной) волны [212], что ведет к уменьшению ее интенсивности и, следовательно, вклад этой волны уменьшается (рис. 3.5, а).
Разработка методики ультразвукового контроля сварных соединений, предусматривающая применение дополнительной информации о выявленных дефектах по их индикатрисам рассеяния
Измерения проводились специальным автоматизированным устройством при использовании модулей обработки сигналов на базе современных микропроцессоров (рис. 3.2), которое подключалось к двухкоординатному сканеру при ручном продольном перемещении преобразователя, используя в качестве направляющей линейку, обеспечивая надежный акустический контакт и повторяемость результатов в процессе каждого измерения. Структурная схема предлагаемого автоматизированного технического средства для определения индикатрис рассеяния приведена на рис. 4.9.
В эксперименте исследовались: сварные соединения (материал алюминиево-магниевый сплав АМг-61), появление дефектов, в которых специально провоцировалось (рисунок 4.10, 4.11). Соединения были предварительно проконтролированы с применением радиографии и ультразвукового томографа А1550 IntroVisor [34], реализующего метод Combined Synthetic Aperture Focusing Technique (С-SAFT) [133]. Из-за ограничений применения компьютерной томографии, связанных с контролепригодностью деталей малого размера и сложной формы, а также высокой стоимостью аппаратуры, применение томографа А1550 IntroVisor было ограничено проведением только апробирующих измерений. По результатам рентгеновского контроля не обнаружены дефекты на расстоянии 95 мм от начала точки сканирования; модели непроваров в корне швов с V-образной разделкой кромок (электроэрозионные пропилы высотой 0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм, 3 мм, 4 мм и 6 мм с шириной раскрытия 1 мм); модели непроваров в корне швов с Х-образной разделкой кромок (вертикальные электроэрозионные заглубления на 15 - 20 мм от края пластин высотой 4 мм и шириной раскрытия 1 мм); боковые цилиндрические отверстия диаметром 2 мм, 3 мм и 3,5 мм на глубине залегания 3 мм, 4 мм, 5 мм, 7 мм, 8 мм, 12 мм, 15 мм, 18 мм, 22 мм и 45 мм, хорошо имитирующие объемные дефекты: поры и раковины. Ставились следующие задачи: идентификация (разделение) дефектов на два класса: объемные и плоскостные (выделение устойчивых информативных признаков (параметров) и установление корреляционных связей с типом дефекта, с одной стороны, и наиболее близкой акустической моделью (детерминированный отражатель) – с другой); подготовка базы данных индикатрис рассеяния дефектов; разработка методики ультразвукового контроля сварных соединений корпуса, основанной на получении дополнительной информации о выявленных дефектах по их индикатрисам рассеяния, и ее отладка.
Методические рекомендации по оценке дефектов по их индикатрисам рассеяния предусматривают: проведение первичного этапа контроля раздельно совмещенным преобразователем типа «Дуэт» с углом ввода 61 с разных сторон сварного соединения с измерением индикатрисы рассеяния выявленного дефекта; анализ изменения амплитуды эхо-сигнала от выявленного дефекта; предварительную идентификацию дефекта по типу на основании уровня (от амплитуды эхо-сигнала) их фиксации; проведение уточняющего этапа контроля раздельно-совмещенным преобразователем типа «Дуэт» с углом ввода 29 с разных сторон сварного соединения с измерением индикатрисы рассеяния выявленного дефекта; принятие или отклонение гипотезы H0 (дефект плоскостной или объемный); корреляционный анализ путем составления корреляционной матрицы и вычисления множественной корреляции (конкордации) между парами кривых, а также оценки достоверности и статистической значимости результатов вычисления коэффициентов корреляции и конкордации на заданных уровнях значимости; подтверждение гипотезы H0; оценку качества сварного соединения; занесение результатов контроля в базу данных. Последовательность выполнения технологических операций по определению типа дефекта при ультразвуковом контроле приведена на рисунке 4.12. В соответствии с методикой ультразвукового контроля производят выбор схемы прозвучивания с разных сторон сварного соединения прямыми или отраженными лучами в зависимости от их типа, толщины, конфигурации поверхностей контроля и противоположных поверхностей, наличия конструктивных элементов, ограничивающих перемещение наклонных РС ПЭП типа «Дуэт» с углами 29 и 61.
Индикатрисы рассеяния плоскостных и объемных дефектов, получены путем регистрации временных огибающих, с последующим пересчетом времени прихода эхо-сигнала в угол ввода в соответствующей точке. На рисунке 4.13, 4.14 представлены схемы прозвучивания, которые были использованы при измерениях индикатрис рассеяния плоскостных и объемных дефектов, представленных в данной работе.