Акустические методы
УДК 620.179.16
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И ИХ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
И. Н. Ермолов
Сопоставлены европейский и российские стандарты на проверку у. з. преобразователей, отмечены их сильные и слабые стороны. Предложено мнение, о целесообразности введения европейского стандарта в России с внесением примечаний и приложений, корректирующих ошибки и недостатки этого стандарта.
1. ВСТУПЛЕНИЕ
Вышло три европейских стандарта на у. з. дефектоскопическое оборудование.
ЕЫ 12668-1. Неразрушающий контроль. Характеристика и проверка у. з. оборудования. Часть 1. Приборы.
ЕЙ 12668-2. Неразрушающий контроль. Характеристика и проверка у. з. оборудования. Часть 2. Преобразователи.
ЕЫ 12668-3. Неразрушающий контроль. Характеристика и проверка у. з. оборудования. Часть 3. Комплект оборудования (дефектоскоп, преобразователь и соединяющий их кабель).
В данной статье рассматривается второй из этих документов в сопоставлении с двумя действующими российскими стандартами: ГОСТ 26266—90 "Преобразователи ультразвуковые. Общие технические требования" и ГОСТ 23702—90 "Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний".
Предлагаемый в статье вопрос обсуждался на заседании круглого стола на XVI российской конференции по неразрушающему контролю в Санкт-Петербурге, где автор делал сообщение, однако сообщение не представлялось к публикации. Круглый стол проходил под тем же названием, предложенным председателем конференции проф. А. К. Гурви-чем. На заседании круглого стола присутствовало около 50 человек, принявших активное участие в обсуждении. Автор направил письмо по неясным вопросам европейского стандарта к одному из активных участников его подготовки — известному немецкому ученому Г. Вюстенбергу и получил от него исчерпывающий ответ, за что приносит ему искреннюю благодарность.
2. ТИПЫ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ПЭП)
В ЕЙ рассмотрено 15 типов ПЭП: контактные и иммерсионные, прямые и наклонные, совмещенные и раздельно-совмещенные (РС), нефо-кусирующие и фокусирующие. Для каждого из них приведен свой набор требований (см. таблицу). В ГОСТ такого разбиения нет, что неправильно. Зато в ГОСТ 26266—90 дефектоскопы разделены на 3 класса по их техническим возможностям и выделены толщиномеры. Также на 3 класса разбиты преобразователи. По нашему мнению, разделение преобразователей по классам следует исключить, так как все преобразователи должны быть высококачественными по всем параметрам. Преобразователь на толщиномеры также лучше исключить и рассматривать толщиномер как единый прибор.
Е]М рассчитан на преобразователи в диапазоне частот 0,5—15 МГц. В ГОСТ предусмотрен более широкий диапазон частот 0,16—30 МГц. Рекомендовано использовать стандартные образцы для проверки преобразователей из разных материалов в зависимости от частоты, например для
Информация, которая должна приводиться в таблице данных преобразователя
Категория преобразователя
Контактный Иммерсионный
Информация, Прямой Наклонный Прямой
сдвига
которая должна волн сжатия волн сжатия сдвиговых волн сжатия
приводиться
совмещен- разд.- совмещен- разд,- совмещен- разд.- совмещен-
ный совмещ. совм ный совмещ. ный совмещ. ный
не фокусиро- фоку сиро-ван. не фокусиро- фоку сиро-ван. не фокусиро- не фоку снро- фокусирован. не фокусиро- фокусирован. не фокусиро- фокусирован. не фокусиро- фокусирован. не фоку-! сиро- фокусирован.
ван. ван. ван. ван. ван. ван. ван. ван.
Наименование
изготовителя I I I I I I I I I I I I I I I
Тип преобра- I I
зователя I I I I I I I I I I I I I
Масса или раз-
меры преобра- I
зователя I I I I I I I I I I I I I I
Тип разъема I I I I I I I I I I I I I I I
Взаимозаменя-
емость разъе-
мов РС преоб-
разователя I I I I I I
Материал пьезо
элементов пре-
образователей I I I I I I I I I I I I I I I
Форма и размер
пьезоэлементов
преобразовате-
лей I I I I I I I I I I I I I I I
Материал приз- I I I I I I
мы, задержки I I I I I I
Материал защи- I
тного донышка
Допуск на износ I I I I I I I I I I I I
Подавление по-
мех излучатель- И
приемник И И И И и
Форма импуль-
са (время или
частота) И И и и и И и и и и И и и и И
Средняя частота,
ширина полосы и И и и и И и и и И и и и И И
Чувствитель-
ность в эхоимпу
льсном режиме и И и и и и и и и И и и и и и
АРД-диаграмма и, Р И,Р И,Р И, Р И,Р и, Р И,Р И,Р И, Р И, Р И, Р И,Р И, Р И, Р И.Р
Импеданс, стата -
ческая емкость и и и и И и и и И И И И И И И
Индекс преоб-
разователя (точ-
ка выхода луча) и и и и и и И И
Угол луча и и и и и и И и
Углы расхож-
дения и и и и и
Смещение оси
луча и и и и и и и и и и и и и
Угол скоса и и и и и и и и и и и и и
Фокусное рас-
стояние, ближ-
няя зона И,Р И, Р И, Р И,Р и, Р И, Р и, Р и, Р И, Р И,Р И, Р И,Р и, Р И, Р И, Р
Ширина фокуса И и и и и и и
Длина фокуса и и и и и и и
Физические
аспекты и и И и и и и и и и и и и и и
Обозначение: И — измерение, Р — расчет, И, Р — измерение или расчет, I — информация.
низкочастотных — плексиглас, для высокочастотных — алюминиевые сплавы. Автор считает, что в ГОСТ следует включить только преобразователи для контроля металлов, а для этого достаточен диапазон частот 0,5—15 МГц. Для контроля других материалов нужны специальные приборы и преобразователи к этим приборам.
Далее приведены материалы только по контактным прямым, наклонным и РС ПЭП, как наиболее часто употребляемым. Иммерсионные преобразователи не рассматриваются как менее употребительные.
3. ПАРАМЕТРЫ
В ГОСТ 26266—90 даны определения 69 параметров преобразователей, из них рекомендовано использовать при проверке основных параметров 42, в частности (в скобках — количество используемых параметров): 9 (3) электрических (амплитуды напряжений или токов, импульсные характеристики, электрические импедансы), 13 (6) частотно-временные (частоты, подробное описание деталей формы импульса), 5 (3) шумовые, 21 (12) акустические (зависимость сигнала от расстояния, диаграммы направленности, фокусировка), 6 (6) надежность и внешние влияния.
В ЕЙ определены 23 параметра, все они используются; в том числе 3 электрических, 3 частотно-временных, 10 акустических. Некоторых важных параметров в наших ГОСТах нет, например методики определения акустического центра преобразователя. Шумовые (их два) приведены в ЕЫ на комплект. Ряд показателей (время пробега в призме, надежность работы) в ЕЙ отсутствуют, что неправильно.
4. КРИТЕРИИ ПРИЕМКИ
В ГОСТах критерии приемки отсутствуют. В ЕК обязательно даны, но часто в привязке к параметру, указываемому изготовителем. Например, частота должна быть в пределах ±10 % от значения, указанного в спецификации изготовителя.
Такой подход представляется совершенно правильным: чем лучшие параметры предлагает изготовитель, тем более высокую цену он вправе запросить, но должен полностью отвечать за свою продукцию.
5. МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
В ГОСТ 23702—90 и ЕЙ 12668—2:2001 даны подробные методики измерения всех параметров, но иногда методики отличаются друг от друга. В EN иногда дано несколько альтернативных вариантов. Далее приведено сопоставление некоторых методик.
5.1. Форма импульса, его длительность по ЕЙ измеряются на стенде (рис. 1). Исследуют эхо от максимального отражателя — полуцилиндра. Для прямых и наклонных ПЭП радиус полуцилиндра должен быть больше 1,5 ближних зон. Для РС и фокусирующих ПЭП радиус должен быть равен фокальному расстоянию, поэтому нужен набор полуцилиндров радиусами от 12 до 200 мм. Толщина полуцилиндра должна быть больше радиуса, чтобы не мешали отражения от боковых поверхностей.
Длительность импульса измеряют на уровне 10 % от максимума (рис. 2). В документе по результатам испытаний должны быть приведены форма и частотный спектр импульса.
В ГОСТ 23702—90 рекомендована подобная схема испытаний, но выбор образцов довольно неопределенен, на каком уровне производится измерение длительности импульса не указано. Избыточно много параметров описывают форму импульса, его фронтальную и хвостовую части.
5.2. Среднюю частоту/0 по ЕЫ измеряют не по максимуму в спектре, как в ГОСТе, а как среднее геометрическое из верхней/, и нижней/2 частот спектра, взятых на уровне 6 дБ от максимальной амплитуды спектра эхосигнала
/0= -Ш-
По нашему мнению, правильно измерять рабочую частоту не по максимуму всего спектра, а по максимуму спектра из двух или трех периодов колебаний с максимальными амплитудами, так как именно эти периоды колебаний образуют максимум при интерференции, ответственной за образование эхосигнала от дефекта. Это, по-видимому, отличается от средней геометрической частоты.
Рис. 1. Схема для исследования формы и длительности импульса:
/ — генератор импульсов; 2 — выход генератора; 3 — осциллоскоп; 4 — у. з. преобразователь; 5 — стандартный образец.
5.3. По ЕЙ измеряется относительная эхоимпульсная чувствительность
5ге/ = 2018(У/У),
то есть в децибелах вычисляется отношение размаха амплитуд V "от определенного, предпочтительно плоского, отражателя" к V — размаху
Рис. 2. Измерение длительности импульса:
Л — амплитуда между двумя пиками (размах импульса); £ — длительность импульса.
I
амплитуд генератора зондирующего импульса. Правильнее сказать, что Уе — это максимально возможный акустический эхосигнал, способы по-
лучения которого разные для разных преобразователей. Например, для прямого преобразователя это сигнал от большого плоского отражателя (донный сигнал) в ближней зоне преобразователя.
В отношении Уа следует заме
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.