Влияние скорости ультразвука на погрешность определения координат несплошностей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 13 марта, печатный экземпляр отправим 17 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №39 (277) сентябрь 2019 г.

Дата публикации: 28.09.2019

Статья просмотрена: 240 раз

Библиографическое описание:

Николаев, С. В. Влияние скорости ультразвука на погрешность определения координат несплошностей / С. В. Николаев, И. А. Останин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 39 (277). — С. 197-201. — URL: https://moluch.ru/archive/277/62673/ (дата обращения: 01.03.2021).



Анализ нормативно-технической документации показал, что параметры ультразвукового контроля в большинстве случаев выбираются без учета фактической скорости распространения продольной и поперечной волн в материале, что приводит к неточности в определении координат расположения дефекта. В статье приведены результаты экспериментальных измерений скоростей в восьми тест-образцах, изготовленных из сталей различного назначения. На основании полученных результатов проведена оценка погрешности при определении координат дефектов с учетом изменении скорости распространения поперечной волны в материале.

Ключевые слова: ультразвуковой контроль, поперечная и продольная волна, дефект, определение координат.

Эффективность применения ультразвукового контроля, определяется не только поиском, но и правильной оценкой выявленных несплошностей. При этом оценка качества контролируемого объекта проводится не только по амплитуде отраженного импульса, но и по расположению в сечении контролируемого объекта поверхности, вызвавшей отражение [1, с.1].

В настоящее время, эксплуатирующие и ремонтные организации требуют, по возможности, точно определять истинное местоположение несплошности. Для того чтобы избежать многократных и необоснованных ремонтов, т. к. это серьезная экономическая проблема, поскольку необоснованный ремонт не только приносит убытки в сотни тысяч рублей, но и ухудшает качество сварного соединения и примыкающих к нему зон, что в будущем может стать причиной аварии.

Местоположение дефекта в сварных соединениях определяют по координатам: H — глубина залегания дефекта, X — проекция расстояния вдоль поверхности изделия от точки выхода ПЭП до дефекта (рис.1).

1

Рис. 1. Координаты расположения несплошности при ультразвуковом контроле

Программное обеспечение современных дефектоскопов для автоматического определения координат Х и Н дефекта позволяет устанавливать значение скорости поперечной волны, угол ввода. Глубиномерное устройство измеряет временной интервал между зондирующим импульсом и эхо-сигналом от отражателя Т, а расчет координат Х и Н производится по формулам (1) и (2):

(1)

, (2)

где r — расстояние от точки выхода до отражателя по лучу, T — время распространения от пьезоэлемента до отражателя и обратно, — время распространения ультразвуковых колебаний (УЗК) в призме преобразователя, — скорость поперечной волны в контролируемом объекте, — угол ввода.

Совершенные ранее открытия показали, что погрешность измерения координат определяется отклонением истинных значений скорости распространения ультразвука в материале и угла ввода от предполагаемых величин [2, с.233].

Известно, что скорость связана с упругими константами. В свою очередь, упругие константы зависят от структуры и химического состава сплавов. Для оценки влияния скорости распространения УЗК на погрешность определения координат были отобраны 8 стальных тест-образцов (рис. 2). Для определения марки стали был проведен химический анализ данных образцов.

D:\2017\Диплом\Образцы\IMG_1921.JPG

Рис. 2. Стальные тест-образцы

Измерения скорости продольной волны выполнены c применением дефектоскопа А1212 MASTER и стационарного измерителя скорости распространения продольных и поперечных волн УЗК повышенной точности УЗИС-ГЭТУ [3, с.297], с точностью не хуже 0,5 % (табл. 1).

Таблица 1

Результаты экспериментальных измерений скорости УЗК

тест-образца

Марка стали

Скорость продольной волны , мм/мкс

(УЗИС-ГЭТУ)

Скорость продольной волны , мм/мкс

(А1212)

Скорость поперечной волны , мм/мкс

(УЗИС-ГЭТУ)

Скорость поперечной волны , мм/мкс

(А1212)

1

15Х5М

5,915±0,03

5,945±0,06

3,281±0,02

3,293±0,04

2

Ст3сп

5,870±0,03

5,790±0,06

3,249±0,02

3,252±0,04

3

08Х18Н10Т

5,688±0,03

5,628±0,06

3,126±0,02

3,136±0,04

4

12Х1МФ

5,900±0,03

5,924±0,06

3,240±0,02

3,253±0,04

5

20

5,795±0,03

5,824±0,06

3,236±0,02

3,242±0,04

6

45

5,840±0,03

5,905±0,06

3,245±0,02

3,237±0,04

7

20Х13

5,940±0,03

5,946±0,06

3,309±0,02

3,323±0,04

8

1.4852

5,877±0,03

5,860±0,06

3,215±0,02

3,206±0,04

Проведенный анализ результатов экспериментальных измерений показал, что в тест-образцах № 1, № 3, № 7, № 8 изменение скорости (относительно справочного значения 3,25 мм/мкс) продольной волны составляет 0,25 … 0,7 %, скорости поперечной (0,95 … 2,3 %).

Для точной работы глубиномерного устройства дефектоскопа необходимо ввести несколько параметров: время в ПЭП (), скорость поперечной волны (), угол ввода в сталь (). Точность измерения координат обуславливается соответствием истинных (фактических) значений и значениям и принимаемым при расчете (3) (предполагаемым) координат и показаний глубиномерных устройств [3, с.297].

, (3)

где ,

На основе результатов экспериментальных исследований (табл. 1) и формулы (3) построен график расчетных значений погрешности при определении глубины расположения отражателя в зависимости от угла ввода (рис.3).

Рис. 3. Расчетные зависимости погрешности определения глубины расположения отражателя от угла ввода (без учета параметров ПЭП)

По графику (рис.3) погрешность близка к нулю при = и возрастает с увеличением угла ввода Например: при =60 и погрешность = — 4 %, а при =65 и погрешность = — 9 % [2, с.298]. Построенный график (рис. 3) рассчитан без учета фактического значения скорости в мере СО-3, на которой определяется «задержка» в призме. В дальнейшем это может привести к расхождению измеренных и фактических значений координат расположения дефектов.

Для учета компенсации временного интервала Т распространения УЗК в призме подставим в формулу (3) значения времени распространения, , Т1

=, =,

где r — путь до вогнутой поверхности меры СО-3, — время распространения УЗ в мере СО-3 с предполагаемым значением скорости , — время распространения УЗ в мере СО-3 с фактическим значением скорости .

В результате подстановки получена формула (4), позволяющая определить зависимость погрешности определения глубины расположения отражателя от угла ввода :

. (4)

По полученной формуле (4) построен график зависимости (рис.4) суммарной погрешности при изменении скорости поперечной волны в мере СО-3 и контролируемом объекте. При этом величина погрешности увеличилась относительно предыдущего графика на 1–3 %.

2

Рис. 4. Расчетные зависимости погрешности определения глубины расположения отражателя от угла ввода (с учетом параметров ПЭП)

По формуле (5) построен график (рис.5) зависимости суммарной погрешности определения координаты Х расположения отражателя от угла ввода :

. (5)

1

Рис. 5. Расчетные зависимости погрешности определения координаты Х расположения отражателя от угла ввода

Погрешность не зависит от угла ввода, а зависит только от изменения скорости поперечной волны в изделии. Для определения координат обнаруженного дефекта, при углах ввода свыше 55 целесообразно определять местоположение отражателя путем измерения координаты X [2, с.236].

Приведенные в данной статье результаты экспериментальных исследований показали, что при изменениях скорости (до 3 %) погрешность в определении координат достигает 15 %, а с учетом изменения скорости в мере СО-3 погрешность дополнительно увеличивается на 1–3 %.

Поэтому еще раз подчеркивается необходимость определения скорости как в мерах или образцах для настройки основных параметров, так и в контролируемом объекте. В связи с данными обстоятельствами встает острая необходимость разработки экспресс-методики, которая позволит определять скорости распространения УЗК с высокой точностью.

Литература:

  1. Гурвич А. К., Г. Я. Дымкин Г. Я. Измерение координат отражателей (дефектов) при ультразвуке контроле эхо-методом. — СПб.: Типография ФГБОУ ВО ПГУПС, 2017. — 9 с.
  2. Алешин Н. П., Белый В. Е., Вопилкин А. Х., Вощанов А. К., Ермолов И. Н., Гурвич А. К. Методы акустического контроля металлов. — СПб.: Машиностроение, 1989. — 450 с.
  3. Шевелько М. М., Перегудов А. Н., Яковлев Л. А., Ковалевский М. В. Измеритель скорости ультразвука повышенной точности УЗИС-ГЭТУ // Труды Нижегородской акустической сессии. — 2002. — С. 297–299.
Основные термины (генерируются автоматически): угол ввода, поперечная волна, продольная волна, глубина расположения отражателя, изменение скорости, ультразвуковой контроль, расчетная зависимость погрешности, скорость, суммарная погрешность, фактическое значение скорости.


Ключевые слова

дефект, ультразвуковой контроль, поперечная и продольная волна, определение координат

Похожие статьи

Оценка точности определения координат акустически активного...

Рис. 4. Зависимость погрешности измерения времени от расстояния между УЗ передатчиками. Выводы: - возможность аналитической оценки точности измерений позволяет определить топологию расположения УЗ датчиков в рабочей зоне без проведения измерений

Использование ультразвуковых волн для измерения расстояния...

Как видно из графика, скорость распространения звуковых волн с понижением температуры воздуха снижается. Например, при температуре скорость звуковой волны C(t) 305,8 м/с, а при температуре +45 C(t) 357,2 м/с. В таблице 1 представлена зависимость скорости звука от...

Точность и погрешность измерений на картах при выполнении...

Поперечный масштаб позволяет существенно повысить точность графических работ на планах и картах.

Крайнее левое основание в верхней и нижней частях поперечного масштаба делится на десять равных частей.

Подсчитано, что при угле наклона (крутизне ската) 20°...

Бесконтактные методы контроля толщины стенки изделия...

Скорость, с которой протекает коррозия, не поддается теоретическому вычислению.

Изменение μст при сканировании будет приводить к плавному изменению Hx и Нz.

Скорость контроля до 500 мм/с. Максимальная контролируемая толщина металла составляет 15 мм, при...

Повышение точности измерения углов | Статья в журнале...

В данной статье рассматриваются способы измерений углов в геодезии и основные погрешности, влияющие на точность измерения углов. Также выявлены источники ошибок при измерении горизонтальных углов.

Определение оптимального размера и частоты...

При проведении расчетов значение скорости продольных волн вычислялось по формуле

Таблица 2. Численные значения коэффициентов затухания иих случайных погрешностей при

Данная зависимость была использована в уравнении акустического тракта для определения...

Методика анализа и схема алгоритма анализа динамических...

Определение отклонений от программной скорости по траектории вследствие динамических погрешностей. Расчет компенсирующих динамические погрешности поправок на координаты по траектории. Определение приемлемых или наилучших законов аппроксимации реальных...

Анализ методов определения сжимаемости | Статья в журнале...

На установке AutoLab1500 ультразвуковой преобразователь PS2 позволяет создавать и регистрировать скорости продольной (P) и двух поперечных волн (S1 и S2) в образце породы. Колебания двух поляризованных поперечных волн ориентированы друг к другу под углом 900.

Упругие волны в горных породах и влияние различных факторов...

Скорости продольной и поперечной волн значительно отличаются между собой. В формуле для скорости продольной волны под корнем находятся

При насыщении породы жидкостью увеличивается плотность единицы объема, а скорость поперечной волны снижается.

Применение режима доплеровского обужения луча в обеспечении...

В случае, когда необходимо вычислить координаты: скорость, дальность, пространственный угол, целесообразно использовать режим

В общем случае, результирующая наклонная дальность определяется как средняя, что влечет за собой соответствующие погрешности...

Похожие статьи

Оценка точности определения координат акустически активного...

Рис. 4. Зависимость погрешности измерения времени от расстояния между УЗ передатчиками. Выводы: - возможность аналитической оценки точности измерений позволяет определить топологию расположения УЗ датчиков в рабочей зоне без проведения измерений

Использование ультразвуковых волн для измерения расстояния...

Как видно из графика, скорость распространения звуковых волн с понижением температуры воздуха снижается. Например, при температуре скорость звуковой волны C(t) 305,8 м/с, а при температуре +45 C(t) 357,2 м/с. В таблице 1 представлена зависимость скорости звука от...

Точность и погрешность измерений на картах при выполнении...

Поперечный масштаб позволяет существенно повысить точность графических работ на планах и картах.

Крайнее левое основание в верхней и нижней частях поперечного масштаба делится на десять равных частей.

Подсчитано, что при угле наклона (крутизне ската) 20°...

Бесконтактные методы контроля толщины стенки изделия...

Скорость, с которой протекает коррозия, не поддается теоретическому вычислению.

Изменение μст при сканировании будет приводить к плавному изменению Hx и Нz.

Скорость контроля до 500 мм/с. Максимальная контролируемая толщина металла составляет 15 мм, при...

Повышение точности измерения углов | Статья в журнале...

В данной статье рассматриваются способы измерений углов в геодезии и основные погрешности, влияющие на точность измерения углов. Также выявлены источники ошибок при измерении горизонтальных углов.

Определение оптимального размера и частоты...

При проведении расчетов значение скорости продольных волн вычислялось по формуле

Таблица 2. Численные значения коэффициентов затухания иих случайных погрешностей при

Данная зависимость была использована в уравнении акустического тракта для определения...

Методика анализа и схема алгоритма анализа динамических...

Определение отклонений от программной скорости по траектории вследствие динамических погрешностей. Расчет компенсирующих динамические погрешности поправок на координаты по траектории. Определение приемлемых или наилучших законов аппроксимации реальных...

Анализ методов определения сжимаемости | Статья в журнале...

На установке AutoLab1500 ультразвуковой преобразователь PS2 позволяет создавать и регистрировать скорости продольной (P) и двух поперечных волн (S1 и S2) в образце породы. Колебания двух поляризованных поперечных волн ориентированы друг к другу под углом 900.

Упругие волны в горных породах и влияние различных факторов...

Скорости продольной и поперечной волн значительно отличаются между собой. В формуле для скорости продольной волны под корнем находятся

При насыщении породы жидкостью увеличивается плотность единицы объема, а скорость поперечной волны снижается.

Применение режима доплеровского обужения луча в обеспечении...

В случае, когда необходимо вычислить координаты: скорость, дальность, пространственный угол, целесообразно использовать режим

В общем случае, результирующая наклонная дальность определяется как средняя, что влечет за собой соответствующие погрешности...

Задать вопрос