Трубная толщинометрия совмещенными преобразователями П111 SENDAST в соответствии с ГОСТ Р ИСО 16809-2015

Скачать эту статью в PDF

ОБОРУДОВАНИЕ:

• Ультразвуковой дефектоскоп А1214 EXPERT
• Пьезоэлектрический преобразователь П111-5,0-6 SENDAST
• Пьезоэлектрический преобразователь П111-5,0-6-ПРТ SENDAST
• Пьезоэлектрический преобразователь П111-10,0-6-ПРТ SENDAST Micro (рабочая поверхность ø2,5мм).

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы является демонстрация возможности проведения ультразвуковой толщинометрии по ГОСТ Р ИСО 16809-2015 с использованием прямых совмещённых преобразователей П111-SENDAST, имеющих сверхмалую мертвую зону и широкополосные сигналы предельно малой длительности, и дефектоскопа общего назначения А1214 EXPERT.

Измерения были проведены на образцах, которые представляют собой отрезки труб диаметром от 22 мм до 52 мм с толщиной стенки от 1,5 мм до 3,0 мм.

УНИКАЛЬНОСТЬ ДАННОЙ РАБОТЫ - измерения таких малых трубных толщин от 1,5 до 3,0 мм проводились именно СОВМЕЩЁННЫМИ ПЭП, а не раздельно-совмещёнными типа П112.

Также использование дефектоскопа вместо толщиномера придаёт универсальность данному методу.

Рассмотрим стандарт, в соответствии с которым была проведена работа.

ГОСТ Р ИСО 16809-2015 «Контроль неразрушающий. Контроль ультразвуковой. Измерение толщины» устанавливает принципы ультразвукового измерения толщины металлических и неметаллических материалов на основе измерения времени прохождения ультразвуковых импульсов. Данный стандарт идентичен международному стандарту ИСО 16809:2012 "Контроль неразрушающий. Ультразвуковое измерение толщины" (ISO 16809:2012 "Non-destructive testing. Ultrasonic thickness measurement", IDT).

Стандарт был утверждён приказом Росстандарта № 555-ст от 04.06.2015 и действует с 01.03.2016.

ГОСТ Р ИСО 16809-2015 определяет четыре режима измерений:

Режим 1: измерение времени прохождения от начального импульса возбуждения до первого эхо-сигнала, минус коррекция нуля для учета толщины протектора преобразователя, компенсации износа и слоя контактной среды (режим однократного эхо-сигнала).

Режим 2: измерение времени прохождения от конца линии задержки до первого донного эхо-сигнала (режим однократного эхо-сигнала линии задержки).

Режим 3: измерение времени прохождения между донными эхо-сигналами (многократные эхо-сигналы).

Режим 4: измерение времени прохождения импульса от излучателя до приемника в контакте с донной поверхностью (теневой метод).

В работе будем применять Режим 3, так как это наиболее подходящий выбор для измерения малых толщин совмещёнными пьезоэлектрическими преобразователями.

Рис. 1

Статус ГОСТ Р ИСО 16809-2015

Рис. 2

Режимы измерения

А - передающий/принимающий преобразователь; А - передающий преобразователь; А –принимающий преобразователь; А - раздельно-совмещенный преобразователь; В - испытуемый объект; С – время прохождения акустического пути; D - отметка импульса передачи; Е -Е - донные эхо-сигналы; F - эхо-сигнал от границы раздела; G - задержка; Н - принятый импульс.

П111-5,0-6 SENDAST

В первую очередь, перед началом измерений, необходимо настроить глубиномер ультразвукового дефектоскопа. В общем случае настройка глубиномера заключается в определении времени прохождения ультразвукового импульс в протекторе преобразователя и определении скорости распространения ультразвуковой волны в объекте контроля (чем точнее будут измерены данные параметры, тем точнее будет проведено измерение толщины).

Для ПЭП П111-5,0-6 SENDAST время прохождения ультразвукового импульса в протекторе преобразователя определим методом, в котором используются три однотипных пьезоэлектрических преобразователя SENDAST, без использования образцов.

Суть метода заключается в следующем:

1. Один из преобразователей подключают к генератору, а второй к приёмнику ультразвукового дефектоскопа (раздельный режим);

2. Устанавливают прямые совмещённые ПЭП, как показано на рисунке 3. Притирая рабочие поверхности ПЭП и перемещая ПЭП один относительно другого, добиваются получения максимального значения сигнала на экране дефектоскопа.

3. Измеряют интервал времени между импульсом возбуждения и принятым сигналом.

4. Повторяют указанные операции, используя первый и третий, а также второй и третий ПЭП. 5. Время распространения звука в протекторе определяют по формуле:

(1) где ti - время распространения звука в протекторе i-го преобразователя, мкс; tik- измеренный в микросекундах интервал времени при использовании в качестве излучателя i-го и приемника k-го ПЭП; m, i , k равны 1, 2, 3.

Рис. 3

Схема измерения время прохождения ультразвукового импульса в протекторе преобразователя. 1 - первый ПЭП; 2 - второй ПЭП; 3 - призма первого ПЭП; 4 - призма второго ПЭП

Итак, возьмём три однотипных ПЭП П111-5,0-6 SENDAST (Рисунок 4) с заводскими номерами, указанными в таблице 1.

Рис. 4

Три однотипных ПЭП П111-5,0-6 SENDAST

Рис.5

Начальные настройки дефектоскопа

Таблица 1

Проведём измерения в соответствии с описанной выше методикой.

Рис. 6

Измерение интервала времени при использовании в качестве излучателя 1-го и приёмника 2-го ПЭП

Рис. 7

Измерение интервала времени при использовании в качестве излучателя 2-го и приёмника 3-го ПЭП

Рис. 8

Измерение интервала времени при использовании в качестве излучателя 1-го и приёмника 3-го ПЭП

Таким образом, измеренные интервалы времени равны:

t12= t13= t23=0,5 мкс.

Подставляя полученные значения в формулу (1), определяем время прохождения ультразвукового импульс в протекторе первого преобразователя с заводским номером 18226, которым далее будем проводить измерения:

Получили время прохождения ультразвукового импульса в протекторе ПЭП равным 0,25 мкс. Скорость распространения ультразвуковой волны в объекте контроля установим 5920 м/с.

Можно приступать к измерениям.

У дефектоскопа А1214 глубиномер расположен в верхней части экрана по центру (координата Z)

Рис. 9

Проведение измерений толщины трубных образцов преобразователем П111-5,0-6 SENDAST

П111-5,0-6-ПРТ SENDAST

Как и в случае с П111-5,0-6 SENDAST, вначале настроим глубиномер дефектоскопа. Для П111-5,0-6-ПРТ SENDAST время прохождения ультразвукового импульса в акустической задержке ПЭП определяется по сигналу, отражённому от границы акустическая задержка-воздух (Рисунок 10).

Рис. 10

Определение времени прохождения ультразвукового импульса в акустической задержке ПЭП

Таким образом, получаем время прохождения ультразвукового импульса в акустической задержке ПЭП равным 14,86 мкс. Скорость распространения ультразвуковой волны в объекте контроля устанавливаем 5920 м/с для образцов из углеродистой стали и 5770 м/с для образца из стали AISI 304 (образец ø22х1,5).

Проведём измерения.

Рис. 11

Проведение измерений толщины трубных образцов преобразователем П111-5,0-6-ПРТ SENDAST

П111-10,0-6-ПРТ SENDAST Micro

Рис. 12

Внешний вид П111-10,0-6-ПРТ SENDAST Micro

Для П111-10,0-6-ПРТ SENDAST Micro этапы по настройке глубиномера аналогичны настройке П111-5,0-6-ПРТ SENDAST.

Рис. 13

Определение времени прохождения ультразвукового импульса в акустической задержке ПЭП

Время прохождения ультразвукового импульса в акустической задержке ПЭП равно 7,55 мкс.

Проведем измерения:

Рис. 14

Проведение измерений толщины трубных образцов преобразователем П111-10,0-6-ПРТ SENDAST Micro

Также необходимо отметить, что благодаря миниатюрным размерам П111-10,0-6-ПРТ SENDAST Micro, возможно решать специфические задачи такие, например, как проведение ультразвуковой толщинометрии внутри труб малого диаметра.

Рис. 15

Проведение измерений внутри трубы ø35х1,5 преобразователем П111-10,0-6-ПРТ SENDAST Micro

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе было продемонстрировано проведение ультразвуковой толщинометрии труб в соответствии с ГОСТ Р ИСО 16809-2015 с использованием прямых совмещённых прямых преобразователей П111-SENDAST и дефектоскопа.

Благодаря таким уникальным характеристикам датчиков П111-SENDAST как:

• сверхмалая мертвая зона после возбуждения
• предельная малая длительность эхо-импульса
• высокое отношение сигнал-шум такие задачи, как ультразвуковая толщинометрия труб малого диаметра и малой толщины становятся осуществимы без использования раздельно-совмещённых преобразователей.

Рис. 16

Типовая длительность эхо-импульса и амплитудно-частотная характеристика П111-5,0-6 SENDAST

Рис. 17

Типовая длительность эхо-импульса и амплитудно-частотная характеристика П111-5,0-6-ПРТ SENDAST

Рис. 18

Типовая длительность эхо-импульса и АЧХ П111-10,0-6-ПРТ SENDAST Micro