для чего нужна ард диаграмма пьезоэлектрического преобразователя

— расчетным путем с применением уравнений акустического тракта.

Рис. 4.48. Обобщенная АРД – диаграмма.

Рис. 4.49. Рабочая АРД – диаграмма для преобразователя WB 45-2.

С использова­нием АРД-диаграмм решают три основные задачи:

Источник

Наклонный преобразователь для ультразвукового метода дефектоскопии сварных соединений

Контактный наклонный преобразователь (наклонный ПЭП) применяется для ультразвуковой дефектоскопии стыковых, угловых, нахлесточных и тавровых сварных соединений. При неснятом валике усиления прозвучивание стыкового шва прямыми ПЭП не представляется возможным (из-за неровной поверхности, чешуйчатости и межваликовых западаний). Поэтому схемы ультразвукового контроля сварных соединений предусматривают применение наклонных ПЭП с поперечно-продольным или продольно-поперечным сканированием перпендикулярно оси сварного шва. Впрочем, даже при снятом усилении – наклонные преобразователи также используются, например, для выявления поперечных трещин. Они также эффективны для УЗК поковок, литья, проката (трубы, рельсы, арматура, листы), штамповок и других объектов из металла и пластиков. В зависимости от угла ввода, частоты, размера пьезопластины, количества излучающих и/или принимающих элементов – можно подобрать наклонный преобразователь практически для любых типов волн – поперечных, продольных, нормальных, головных, поверхностных. Принцип работы наклонных преобразователей построен на прямом и обратном пьезоэффекте. Их назначение состоит в том, чтобы вводить в объект контроля (ОК) нужный тип ультразвуковой волны, принимать отражённые импульсы, преобразовывать их в электрические сигналы и передавать их на электронный блок дефектоскопа. Тот, производя их обработку, выводит на дисплей развёртку с отображением амплитуды, времени прихода эхо-сигналов и других параметров. Их «расшифровкой» уже занимается оператор, задача которого – понять, от донной ли это поверхности сигнал, или от неснятого усиления шва, подкладного кольца либо от дефекта. Но вся эта работа начинается с получения той первичной информацией, которая была собрана при помощи ПЭП (или, как его ещё называют, искателя).

Как устроен наклонный пьезоэлектрический преобразователь

Размер и форму призмы подбирают с таким расчётом, чтобы эхо-сигнал от поверхности ввода не возвращался на пьезопластину (и не создавал тем самым шумов при прозвучивании). Для этого призмы обычно имеют выступающую переднюю часть (но в пределах разумного – чтобы не мешать прозвучиванию всего сечения шва при неснятом валике усиления). Дополнительные вставки из материала с повышенным коэффициентом затухания («ловушки») и прочие конструктивные решения также практикуются производителями для того, чтобы обеспечить быстрое гашение повторных отражений импульсов в призме. Её материал и размеры должны быть выполнены таким образом, чтобы скорость продольных волн в ней была меньше скорости распространения поперечных волн в материале ОК.

Наконец, большинство топовых производителей предусматривают в датчиках встроенную память с параметрами ПЭП. Это нужно для корректного подключения к дефектоскопу, согласования с приёмно-усилительным трактом и упрощённой настройки. В том числе – для работы со встроенными АРД-диаграммами.

Требования к наклонным преобразователя для ультразвуковой дефектоскопии

На деле, конечно же, с одним прибором могут применяться разные ПЭП, в том числе других марок. Поэтому в большинстве лаборатории есть «родной» комплект датчиков, про которые вспоминают только тогда, когда дефектоскоп нужно отдать в поверку. Непосредственно для работы зачастую используются другие наклонные преобразователи – как оригинальные (от изготовителя прибора), так и не оригинальные. Первый вариант, конечно же, предпочтительнее. Небольшой ликбез на эту тему – правда, применительно к ультразвуковым толщиномерам – мы уже публиковали на форуме. С дефектоскопами всё немного иначе, потому что нужных ПЭП (с заданным углом ввода для схемы тандем и дуэт, например) у производителя может не оказаться в ассортименте. Но в любом случае – для контроля с такими датчиками должна быть утверждённая методика и операционная (технологическая) карта.

Настройка при работе с наклонными ПЭП

Настройка начинается с проверки точки выхода и стрелы наклонного преобразователя по СО-3 (либо СО-3Р, V1 или V2) и угла ввода по СО-2. По мере изнашивания призмы все эти параметры откланяются от первоначальных номинальных значений: увеличивается стрела, изменяется угол ввода. Меняется и задержка в призме. Проверять её чаще всего рекомендуется по СО-3.

После того, как установлена фактическая точка выхода, угол и задержка, можно переходить к настройке чувствительности. При работе с наклонными ПЭП её выполняют по угловым отражателям – двугранным углам, зарубкам и сегментам, а также по плоскодонным и боковым цилиндрическим отверстиям. Особенно популярны зарубки, которые используются для настройки чувствительности при работе с наклонными ПЭП, возбуждающими поперечные волны с углами ввода от 33,5 до 56,5 градусов. В зависимости от методики контроля необходимо также настроить ВРЧ (временная регулировка чувствительности), АРК (кривая «амплитуда-расстояние», или DAC-кривые) либо на АРД-диаграммы.

Если настройка была выполнена правильно, то при работе с наклонным ПЭП дефектоскоп будет корректно определять расстояние от точки ввода (в случае с контактным способом акустического контакта она обычно совпадает с точкой выхода), расстояние до дефекта по лучу и по поверхности ввода, а также глубину залегания отражателей. Некоторые документы (например, РОСЭК-004-97 для ОК толщиной до 50 мм) требуют проверять мёртвую зону, которая не является абсолютной величиной и зависит от частоты, размера призмы, чувствительности контроля, структуры материала (размер зерна и пр.). Проверяется мёртвая зона по СО-2.

Источник

Построение АРД-диаграммы в программе Mathcad

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 07.08.2016 2016-08-07

Статья просмотрена: 1340 раз

Библиографическое описание:

Асеев, А. А. Построение АРД-диаграммы в программе Mathcad / А. А. Асеев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 16 (120). — С. 68-70. — URL: https://moluch.ru/archive/120/33182/ (дата обращения: 11.12.2021).

На практике АРД-диаграмма (или шкала) обеспечивает пересчет амплитуды сигнала от какого-либо опорного уровня, например, донного сигнала, к сигналу от плоскодонного отражателя заданных размеров, находящегося на определенной глубине, что позволяет настроить дефектоскоп на браковочный, поисковый и др. уровни чувствительности. Поскольку вручную на бумаге составить диаграмму крайне затратно по времени, а специально созданные для этого программы находятся в платном доступе, актуальным решением проблемы является построение АРД-диаграммы в программе Mathcad.

Ключевые слова: АРД-диаграмма, уравнение акустического тракта, Mathcad

Для расчета амплитуды эхо-сигнала от дефекта в широком диапазоне расстояний и размеров дефектов применяются АРД-диаграммы — семейство кривых, устанавливающих зависимость между амплитудой эхо-сигнала от дискового отражателя, ориентированного перпендикулярно акустической оси ПЭП и отражающего до 100 % падающей на него ультразвуковой энергии, расстоянием от излучателя до отражателя и размером — площадью или диаметром отражателя. Отложив по горизонтальной оси расстояние между отражателем (дефектом) и излучателем (ПЭП), отнесенное к расстоянию от преобразователя до дефекта, получим группу кривых, показывающих зависимость от расстояния до дефекта. Каждой кривой соответствует определенный размер (диаметр) отражателя, отнесенный к диаметру пьезоэлемента.

Как пример в данной работе будет рассчитана АРД-диаграмма для бериллиевого слитка длиной и шириной 100 мм, скорость продольных волн в бериллии – =12550 .

Контроль будет производиться прямым совмещенным преобразователем с частотой , радиус преобразователя a = 6 мм. Коэффициент затухания звука на заданной частоте равен 6 Дб/м.

Математически кривые задаются с помощью уравнений акустического тракта, при экспериментах модели дефектов заменяются искусственными отражателями, типовые модели и уравнения приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Формулы акустического тракта прямого совмещенного ПЭП с круглым пьезоэлементом

Где: r — расстояние от излучателя до дефекта; – расстояние от излучателя до конца ближней зоны; – площадь излучателя; s – площадь отражателя; λ – длина волны; δ – коэффициент затухания; U – амплитуда зондирующего сигнала; – амплитуда сигнала, отраженного дефектом и принятого преобразователем.

Для начала необходимо задать ряд размеров выявляемых дефектов (d1-d8) и диаметр пьезоэлектрического преобразователя d.

Зададим частоту преобразователя — f; скорость продольных волн — c1; расстояние до дефекта — r; длину волны — λ; коэффициент затухания — δ.

Следует учесть, что формулы акустического тракта справедливы при условии, что расстояние до дефекта больше чем размер трёх ближних зон ().

Рассчитаем величину ближней зоны:

Используя уравнение акустического тракта диска с площадью s, для дефектов 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 8 мм соответственно, и бесконечной плоскости, для донного сигнала, зададим семейство кривых.

Произведем построение АРД-диаграммы (рис. 2.), по оси ординат отложено отношение амплитуд зондирующего сигнала к сигналу отраженному от дефекта в отрицательных децибелах, по оси абсцисс расстояние до дефекта в метрах.

Рис. 2. АРД-диаграмма

Исходя из данной АРД-диаграммы легко заметить, что минимальный выявляемый размер дефекта при прозвучивании изделия на расстоянии 100 мм равен 2 мм, так как разница в амплитуде между данным отражателем и донной поверхностью не превышает 40 дБ, т. е. на 6 дБ меньше, чем разница между амплитудой донного сигнала и уровнем шумов. Таким образом можно утверждать, что сигнал от дискового отражателя диаметром 2 мм, находящегося на максимальном расстоянии при этом направлении прозвучивания будет отчетливо виден над уровнем шумов (превышать его на 6 дБ). Расчеты справедливы при нахождении дефекта на расстоянии 43 мм от преобразователя.

В данной работе был описан принцип построения АРД-диаграмм в программе Mathcad, а именно представлен расчет акустического тракта для плоскодонного отверстия в бериллиевом слитке толщиной 100 мм. По аналогичному принципу возможен расчет диаграммы для любого металла в котором известен коэффициент затухания и скорость продольных волн.

Источник

Для чего нужна ард диаграмма пьезоэлектрического преобразователя

В настоящее время в нашей стране в различных отраслях промышленности приме­няются АРД-диаграммы, которые не всегда совпадают. В табл. 1 приведены примеры неко­торых значений условной чувствительности, иллюстрирующие степень несовпадения.

АРД-диаграммы, приведенные в ПНАЭ Г-7-030-91, требуют, по нашему мнению, коррек­тировки, так как они не совпадают с более поздним вариантом АРД-диаграмм, приведен­ным в РД 34.17.302-97 (ОП № 501ЦД-97). По­следние ближе к тем, которые применяются в судостроении (ОCT5.9768-89), и представля­ются нам более верными.

Отмеченное несовпадение проявилось также в неточности таблицы безэталонной на­стройки ВРЧ (табл. П4.2 в ПНАЭ Г-7-030-91 и табл. S в ОП № S01ЦД-97). Такая таблица имеет смысл, если настройка выполняется по даль­нему отражателю, что и предусмотрено в ПНАЭ, а в ОП 501 эти же значения приходятся на дру­гие глубины H (мм), что проиллюстрировано в табл. 2.

В настоящее время происходит пересмотр ПНАЭ, и соответствующие замечания уже от­правлены авторам документа. Если они будут учтены, то вопиющих несовпадений не должно быть, хотя расхождения, не превышающие 2 дБ, возможны (особенно в ближней зоне).

До корректировки ПНАЭ (и вообще при обнаружении дефектоскопистами несовпадений в отраслевых документах) следует руководство­ваться таким правилом: действовать при контро­ле строго в соответствии с документацией, утверж­денной в установленном порядке, но искать пути доведения ошибок до сведения авторов с целью учета их при очередной (или внеочеред­ной) корректировке документа.

Таблица 1 Примеры сравнения АРД-диаграмм, приведенных в различных методических документах (условная чувствительность; Ку, дБ)

Источник

Для чего нужна ард диаграмма пьезоэлектрического преобразователя

Сотрудники ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург:

Розина Марина Витальевна
Ведущий научный сотрудник, к. т. н., специалист III уровня по акустическому виду НК.

Кочергин Дмитрий Валериевич
Инженер, специалист II уровня по УЗК

Эксперимент 2. При отключенной ВРЧ были измерены амплитуды сигналов от различных отражателей (табл. 1, графа 5).

В графах 4 и 6 табл. 1 приведены разности амплитуд сигналов от различных отражателей и опорного сигнала при включенной ВРЧ (Λ) и аналогичные разности при выключенной ВРЧ (Λ*), которые, как видно, существенно отличаются.

1. Настроить ВРЧ по отражателям на различной глубине в требуемом диапазоне толщин;

2. Получить опорный сигнал от отражателя ø 6 мм в СО-2;

3. По АРД-диаграмме определить разность между сигналом от отражателя ø 6 мм в СО-2 и эквивалентным отражателем для заданной чувствительности, который расположен на глубине 44 мм, т. е. на той же глубине, что и отражатель, от которого получен опорный сигнал;

4.Увеличить усиление дефектоскопа на полученное значение.

Для подтверждения правильности предложенной методики был проведен:

Таким образом, предложенная методика настройки позволяет избежать ошибок в настройке чувствительности контроля при включенной ВРЧ. Теперь целесообразно вернуться к проблеме, затронутой в статье «АРД-диаграммы. Где правда?» [В мире НК. 1999. № 3. С. 26], в которой рассмотрены таблицы для настройки чувствительности по АРД-диаграммам при включенной ВРЧ. Рекомендуется заменить таблицу для настройки чувствительности, приведенную в РД 34.17.302-97 (ОП 501 ЦД-97), на табл. 2.

Источник