Типовая методика ультразвукового контроля деталей

От правильного выбора методики ультразвукового контроля зависит его эффективность (из-за специфичности метода ультразвуковой дефектоскопии). Методики разрабатывают, как правило, для контроля одной детали пли группы деталей. Перед разработкой методики изучают, а в процессе разработки учиты­вают основные дефектоскопические характеристики детали (см. рис. 8,1). При выборе параметров ультразвукового контроля более подробно рассматривают возможные зоны ввода УЗК, положение вероятных дефектов относительно этих зон, акустиче­ские свойства материала детали (скорость распространения УЗК, акустическое сопротивление, коэффициент затухания УЗК, уровень структурной реверберации), возможные акустические пре­пятствия на пути распространения ультразвука. Учитывают также технологию изготовления детали, узла, ТУ на отбраковку и усло­вия работы детали в эксплуатации.

Как правило, в методике указывают;

— технические условия (ТУ) на отбраковку;

— зоны контроля, типы используемых волн и искателей, нап­равления прозвучивапия, места установки искателей, углы ввода УЗК и схемы перемещения (сканирования) искателей при поиске дефектов;

— оптимальные значения рабочих параметров дефектоскопа (частоту УЗК, мощность зондирующих импульсов и частоту их следования), режим работы (без задержки или с задержкой раз­вертки) ;

— контрольный образец с искусственными или натуральными дефектами (отражателями УЗК) и порядок настройки дефекто­скопа на заданную чувствительность и дальность прозвучивапия;

— демонтажные работы на самолете для обеспечения доступ­ности зоны контроля;

— подготовку поверхности контролируемой детали и обеспече­ние акустического контакта;

— порядок контроля;

— расшифровку показаний дефектоскопа, определение харак­тера и размеров дефектов;

— меры по технике безопасности при работе непосредственно на самолете.

Выбор типа ультразвуковых волн, зон и угла ввода волн и направлений прозвучивания. Для обнаружения в деталях слож­ной формы внутренних дефектов, расположенных под углом к поверхности ввода УЗК, применяют поперечные волны, а дефек­тов, расположенных на поверхности детали. (трещин усталости, коррозионных и механических повреждений и др.), — поверхност­ные или поперечные волны, которые вводят в металл наклонными искателями. Поверхностные и поперечные волны по сравнению с

продольными позволяют обнаруживать более мелкие дефекты при одной и тон же частоте.

Поперечные волны широко используют для контроля сварных соединений, цилиндров, деталей шасси и др. При выборе угла ввода УЗК при контроле сварных стыковых швов исходят из того,

Рис. 6.21. Способы контроля сварного шва различной толщины у л ьт р а з в у к о в ы м л у чо м: а—прямым; б — однократно отраженным; в —двукратно отраженным; г — многократно отраженным

чтобы расстояние от искателя до шва было как можно меньшим. Поэтому швы толщиной 20—40 мм и более прозвучивают пря­мым или однократно отраженным лучом (рис. 6.21, а, б), применяя искатель с углом наклона 40°, а швы толщиной 8—20 мм — дву­кратно и трехкратно отраженным лучом, применяя искатель с углом наклона 50, 53 и 55° (рис. 6.21, в, г).

Поверхностные волны предпочтительнее для контроля деталей сложной конфигурации, так как они могут огибать, не отра­жаясь, вогнутые и — выпуклые участки детали радиусом скругле­ння 2Хгтов и более.

Нормальные волны применяют в случаях, когда необходимо обнаружить поверхностные и внутренние дефекты (расслоения, закаты, пористость, поверхностные трещины и-др.) в тонких деталях постоянной толщины (в трубопроводах, листах, оболоч­ках толщиной, соизмеримой с длиной волны). Детали с алюминие­вым покрытием, нанесенным способом металлизации распыле­нием, нельзя проверять поверхностными и нормальными волнами из-за сильного затухания этих волн в изделиях с повышенной шероховатостью поверхности.

Продольные волны применяют для контроля деталей большой толщины на наличие внутренних дефектов (раковин, расслоений, зон пористости и т. д.).

Во всех случаях направления прозвучивания и места уста­новки искателей выбирают так, чтобы осевой луч падал на поверхность предполагаемого дефекта под углом, близким к пря­мому. При этом определяют, какие возможные сигналы-помехи могут возникнуть от выточек, острых углов, граней, канавок, вспучившегося лакокрасочного покрытия и т. д. При контроле деталей сложной формы применяют ограничители, позволяющие

т

устанавливать искатель в определенном положении, при котором обеспечивается прозвучивание критических участков детали (рис. 6.22).

Для обеспечения контроля всего изделия искатель переме­щают по его поверхности с шагом не более диаметра пьезопла-

, СТИНЫ.

Зоны контроля, места уста­новки искателей, направле­ния прозвучивания, схемы ска­нирования искателей наме­чают на эскизе проверяемой детали.

Выбор оптимальных рабо­чих параметров дефектоскопа.

С повышением частоты УЗК н мощности зондирующих им­пульсов растет чувствитель­ность метода. Однако высо­кочастотные колебания труд­но вводить в металл, они бы­стро затухают, и дальность прозвучивания уменьшается.

Оптимальную частоту УЗК выбирают в зависимости от зернистости материала детали (уровня структурных помех), размеров контролируемой зоны детали, а мощность импульсов, кроме того, — и от самой ча­стоты УЗК. Стальные детали толщиной до 1 м, сварные швы толщиной до 8—40 мм прозвучивают на частоте 2,5 МГц; тонкие сварные швы (до 8 мм)—на частоте 5 МГц. Контроль деталей из крупнозернистых материалов с большим коэффициен­том затухания ультразвука проводят на частотах 1,25 МГц и меньше.

На практике частоту УЗК и мощность импульсов, а также другие параметры режима работы дефектоскопа для надежного обнаружения дефектов заданного размера подбирают обычно экспериментально в период разработки методики.

Подготовка поверхности контролируемой детали и обеспече­ние акустического контакта. Перед проведением контроля поверх­ность детали в зоне контроля очищают от грязи, отслаивающе­гося лакокрасочного покрытия, окалины, продуктов коррозии и т. д., чтобы улучшить условия прохождения волн и устранить возможные случаи появления сигналов-помех.

Контактную смазку для обеспечения акустического контакта между искателем и поверхностью детали выбирают, исходя из чистоты обработки, формы и ориентации поверхности относи­тельно силы тяжести в месте установки искателя, а также в зависимости от температуры окружающего воздуха.

При контроле авиационных деталей с гладкой поверхностью (V 6) в качестве контактной смазки применяют:

— при температуре 20° С и выше—масло МК-22;

—

при температуре от 10 до 20° С — смесь масел (но объему): 50°/0 масла МК-22 п 50% масла МК-8;

— при температуре ниже 10° С —масло МК-8.

Для смазки грубых и вертикальных поверхностей используют более вязкие масла — компрессорное, смазку ЦИАТИМ-201 и др.

Качество акустического контакта проверяют по амплитуде концевого эхо-сигнала.

Настройка дефектоскопа на заданную чувствительность. Ее

проводят по контрольным образцам, имеющим согласно ГОСТ 14782—75 и ГОСТ 17410—72 специальные контрольные отражатели (искусственные дефекты): отверстие с плоским дном, угловой или сегментный отражатель, глубокую риску, надрез и др. (рис. 6.23). Материал, форма, чистота обработки поверхности образца должны быть такими, как у контролируемой детали. В качестве контрольного образца часто применяют деталь или ее часть, на поверхности которой в месте возможной трещины выполнен искусственный отражатель заданных размеров.

Контрольные образцы с отражателями в виде отверстия с плоским дном или с угловым и сегментным отражателями реко­мендуются для настройки дефектоскопов при контроле деталей поперечными и продольными волнами, а образцы с отражателями

в виде надрезов и рисок — при контроле поверхностными и нор­мальными волнами.

Настройка чувствительности дефектоскопа по контрольному образцу сводится к следующему. На поверхность образца в месте установки искателя наносят тонкий слой контактной смазки. Искатель устанавливают так, чтобы его осевой луч был направлен на отражатель. Регулируя чувствительность дефекто­скопа, устанавливают амплитуду эхо-сигнала от контрольного отражателя 30—40 мм. При установленной чувствительности производится контроль деталей. В ряде случаев поиск дефектов производят при несколько повышенной чувствительности по срав­нению с установленной, так как выявляемость реальных дефек­тов из-за диффузного рассеяния ими УЗК. (см. рис. 6.5) несколько хуже выявляемости искусственных. Кроме настройки чувстви­тельности, контрольные образцы иногда применяют для точного определения расстояния до дефекта по расположению импульсов на экране дефектоскопа. На контрольных образцах отрабатывают приемы проверки конкретных деталей и приобретают начальный опыт ультразвукового контроля.

Для измерения основных параметров контроля служат стан­дартные эталоны № 1—3 (ГОСТ 14782—75). Эталон N° 1 из органического стекла с боковыми отверстиями на различной глу­бине применяют для определения условной чувствительности[3], проверки разрешающей способности, точности работы глубино­мера дефектоскопа и угла наклона призмы искателя.

Эталон № 2 из материала контролируемой детали с двумя боковыми отверстиями и специальной шкалой применяют для определения угла ввода ультразвукового луча и проверки мертвой зоны дефектоскопа с искателем.

Эталон № 3 из малоуглеродистой стали, имеющий форму полукольца, применяют для определения точки выхода осевого луча из призмы искателя. Эту точку используют при определении протяженности и координат залегания выявленного дефекта.

Расшифровка показаний дефектоскопа, определение характера и размеров дефектов. Показания ультразвуковых дефектоскопов — это осциллограммы. На них, кроме полезных сигналов— началь­ного, от дефектов и концевого, могут быть сигналы-помехи, воз­никающие из-за неисправности искателя, от неоднородностей структуры металла (реверберационные помехи), от сложного рельефа поверхности детали, нарушений (вспучивания, шелуше­ния) лакокрасочного покрытия, наличия окалины, грязи, капель масла и т. д. При расшифровке осциллограмм необходимо отли­чить полезные сигналы от сигналов-помех и дать заключение о пригодности детали к дальнейшей эксплуатации.

Наличие концевого и начального сигналов свидетельствует о хорошем акустическом контакте и исправности аппаратуры. Отсутствие ожидаемого концевого эхо-сигнала может быть выз­вано плохим акустическим контактом, наличием крупного дефекта, отражающего всю энергию УЗК, пли мсжкрмсталлитной кор­розией и крупнозернистой структурой, рассеивающими УЗК — При контроле поверхностными, нормальными и поперечными волнами некоторых деталей, например длинных штоков, цилиндров и др., длина которых больше дальности прозвучивания дефектоскопа, концевого эхо-сигнала в общем не существует. Это требует осо­бого внимания дефектоскописта, периодической проверки надеж­ности акустического контакта.

В случае прозвучивания цилиндрических деталей по окруж­ности на экране возникает эхо-сигнал, который при перемещении искателя не изменяет своего положения. Появление этого сигнала свидетельствует о том, что УЗК прошли по всей окружности. Такой сигнал можно рассматривать как своеобразный концевой. Пропадание этого сигнала и появление промежуточного может быть признаком наличия крупного дефекта. При перемещении в этом случае искателя вперед по окружности промежуточный эхо-сигнал на экране перемещается в левую сторону.

При возникновении на экране нескольких концевых эхо-сиг* налов из-за многократного отражения ультразвука от конца детали (в случае контроля короткой детали при большой дально­сти прозвучивания дефектоскопа) длину развертки устанавли­вают так, чтобы на экране ЭЛТ наблюдались только начальный и первый концевой эхо-сигналы.

Сигналы-помехи из-за неисправности искателя легко отли­чить, так как они сохраняются на экране в одном и том же месте при передвижении искателя по поверхности детали и после снятия его с детали. Сигналы-помехи, возникающие от неоднород­ностей структуры, в ряде случаев невозможно отличить от полез — ‘ ных. Для облегчения расшифровки осциллограмм с ревербера­ционными помехами рекомендуется детали из крупнозернистых материалов прозвучивать при пониженных рабочей частоте УЗК, мощности зондирующего импульса и усилении дефекто­скопа.

При контроле деталей сложной конфигурации определяют места, дающие на экране сигналы-помехи (грани, канавки, выточки и другие конструктивные элементы —- отражатели ульт­развука). Так, например, зона прессового соединения обоймы подшипника с осыо при контроле оси может вызывать помехи в виде широкого эхо-сигнала (из-за отражения и трансформации УЗК па границе соединения). В отдельных случаях проводят й. контроль, фиксируя на экране указанные сигналы-помехи от конструктивных отражателей. Увеличение амплитуды какого — либо сигнала-помехи может быть признаком наличия дефекта, эхо-сигнал от которого сливается с сигналом-помехой.

При поиске трещин усталости, иона возникновений которых на поверхности детали известна, удобно пользоваться стробом — импульсом и дополнительной автоматической звуковой или све­товой индикацией дефектов, позволяющими рассматривать на экране ЭЛТ только контролируемую зону и эхо-сигналы от тре­щин, расположенных в этой зоне. В этом случае значительно облегчается расшифровка осциллограмм, так как из рассмотре­ния исключаются участки развертки, на которых возможно воз­никновение большого количества мешающих расшифровке сиг­налов, отраженных от неровностей поверхности (например, чешуй — чатости сварного шва, наличие проплавов и т. д.), а также от различных уступов, граней и выточек, находящихся ближе и дальше выделенной зоны контроля. При наличии в контролируе­мой зоне трещин срабатывает автоматическая сигнализация, наст­роенная на определенную (заданную) чувствительность.

О размерах дефектов можно судить по амплитуде эхо-сигна­лов, измерение которых производят аттенюатором.

Условную протяженность дефекта измеряют длиной зоны перемещения искателя по поверхности детали, например вдоль сварного шва, в пределах которой наблюдается эхо-сигнал от выявляемого дефекта при заданной чувствительности дефекто­скопа. Ошибка в измерении условной протяженности дефекта может достигать 8—12 мм и более. Для большей точности изме­рения вносят поправку, которую определяют измерением услов­ной длины пропила на контрольном образце. Условную протяжен­ность менее 5 мм не измеряют.

Местоположение дефекта при контроле поверхностными и нор­мальными волнами ориентировочно можно определить двумя способами:

1. Путем демпфирования распространяющихся УЗК — прижа­тием к контролируемой поверхности материала, хорошо погло­щающего УЗК (резины или пальца, смоченного маслом). Если это нажатие произойдет между искателем и дефектом, то эхо-сиг­нал на экране дефектоскопа уменьшится по высоте или исчезнет, а если за дефектом, то он не изменится. Сближая точки нажатия, находят местоположение дефекта.

2. Перемещением искателя. При положении искателя над дефектом последний на экране не фиксируется. Для точного опре­деления координат выявленного дефекта пользуются графиком глубиномера для поверхностных или нормальных волн.

Меры предосторожности и техника безопасности. При прове­дении контроля в аэродромных условиях запрещается работать с дефектоскопом без его заземлення; снимать кожух, а также рабо­тать со снятым кожухом, так как на электроды ЭЛТ подается высокое напряжение, опасное для жизни. При работе непосред­ственно на самолете стремянка должна иметь ограждение. К, работе с дефектоскопом допускаются специалисты, прошедшие

инструктаж и сдавшие зачет по знанию методики контроля и правил техники безопасности.

Ошибки в применении ультразвуковых дефектоскопов. При

ультразвуковом контроле иногда допускают ошибки, снижающие его эффективность. Вот некоторые из них.

Контроль проводят с применением неисправных дефектоскопов и искателей, дающих большие помехи, или дефектоскопов, имею­щих пониженные чувствительность и дальность прозвучивания, вследствие чего проверяется не вся поверхность деталей, напри­мер, не проверяется поверхность кожухов камер сгорания, и не выявляются опасные дефекты.

Для настройки дефектоскопов применяют контрольные образ­цы с большими, чем оговорены в методике, контрольными отра­жателями, и дефектоскопы работают от источников питания с пониженным напряжением, вследствие чего сильно загрублястся чувствительность дефектоскопа.

В процессе контроля не следят за правильностью установки искателя, нс знают, в каком месте экрана ЭЛТ должен возникать концевой эхо-сигнал, так как на нем такое место не отмечают.

Проводят контроль при сильной освещенности, затрудняющей наблюдение за осциллограммами.

Невнимательно наблюдают за экраном дефектоскопа; непра­вильно расшифровывают результаты контроля. Например, име­лись случаи, когда эхо-сигналы от крупной трещины, расположен­ной у конца пера лопатки, принимали за концевые.

В ряде случаев не выясняют причин возникновения эхо-сигна­лов и производят браковку по ложным сигналам.