ТЕМА 2. ТОЛЩИНОМЕРЫ

Вопрос 6. Методы толщинометрии

Объекты, отработавшие назначенный ресурс (котлы, сосуды, трубы и т.д.) подвергают техническому диагностированию для решения вопроса о продлении ресурса на какой-то срок. В состав нормативно-технической документации обычно входит:

- визуально-измерительный контроль

- контроль остаточной толщины стенки объекта

- контроль сварных соединений

- контроль твердости материала (или определение предела прочности)

- проведение расчетов на прочность данного изделия

Среди множества методов НК, широко использующихся в практике, важное место занимают методы измерения толщины и особенно те из них, которые реализуются при одностороннем доступе к КИ.

В настоящее время наибольшее распространение получили магнитные, электромагнитные (вихретоковые), радиометрические (использующие тормозное и γ-излучение), УЗ толщиномеры.

Интенсивное развитие УЗ методов, являющихся одним из наиболее универсальных, высокочувствительных и относительно дешевых средств НК, привело к тому, что УЗТ стали в настоящее время наиболее массовыми приборами.

Рекомендуемые материалы

Существует 2 метода ультразвуковой толщинометрии

1. резонансный

2. импульсный

1. В резонансном методе используется непрерывное излучение или импульсное, но рабочая частота меняется и фиксируется моментом, когда в толщине изделия укладывается целое число полуволн

В момент наступления резонанса наступает срыв колебаний и измеряется частота ультразвука. Т.к. чисто полуволн  неизвестно, то  продолжают менять частоту до следующего срыва, когда  увеличивается на 1.

По разности частот высчитывают толщину изделия. Для точного измерения толщины необходимо знать точное значение скорости звука в материале изделия. Для этого имеются специальные эталоны. Однако, в процессе контроля скорость звука может меняться в отдельных точках (анизотропия скорости), то соответственно, могут возникать ошибки измерения толщины в отдельных точках. Кроме того, необходимо использовать широкополосные преобразователи. Иногда применяется импульсно резонансный метод – вместо непрерывного излучения импульсное. В настоящее время резонансный метод находит применение в автоматизированных системах, в частности, для контроля толщины стенки тонкостенных труб (толщина стенки 1-2 мм) в процессе производства.  и др.

2. Ручной контроль осуществляется эхо-импульсным методом. Сущность метода состоит в измерении интервала времени между двумя опорными импульсами. В качестве опорных импульсов обычно используются зондирующий или эхо-сигнал от передней грани при иммерсионном способе и донный сигнал в методе отражения. При сквозном прозвучивании изделия в качестве опорных сигналов выбираются два прошедших импульса (1 и 2). В большинстве случаев этот временной интервал различными способами преобразуют в цифровой код времени. Т.к. цифру можно измерить с любой точностью, то точность измерения толщины определяется точностью представления этого временного интервала.

УЗ и, в частности, эхо-импульсные толщиномеры обладают очевидными достоинствами:

· Независимость результатов измерений от неоднородности и непостоянства магнитной и электрической структуры материала изделия;

· Возможность контроля суммарной толщины биметаллических изделий;

· Отсутствие воздействия на оператора вредного излучения;

· Принципиальная возможность измерения как малых, так и больших толщин.

Однако этим приборам присущ существенный недостаток – зависимость показаний от скорости УЗ в контролируемом изделии. Указанный недостаток связан с тем, что принцип работы эхо-импульсных толщиномеров состоит в измерении временных интервалов между УЗ эхо-импульсами, отраженными от поверхностей изделия. Поэтому перед проведением измерений толщиномеры обязательно калибруются по 1 или 2 эталонным образцам.

Контроль импульсным эхо-методом осуществляется по временному интервалу между зондирующим и донным импульсом.

Основная проблема состоит в точной оценке временного интервала. Т.к. временной интервал дается с ошибкой, то возникает погрешность:

В основном, в эхо-импульсных толщиномерах (ЭИТ) используются 4 типа акустического тракта: контактный с применением раздельно-совмещенных ПЭП, контактный с применением совмещенных ПЭП с линией задержки и без нее, а также иммерсионный с совмещенным ПЭП.

Рис. 8.1 Типы акустических трактов в ЭИТ: а) контактный с применением раздельно-совмещенных ПЭП, б) контактный с применением совмещенных ПЭП с линией задержки, в) контактный с применением совмещенных ПЭП без линии задержки, г) иммерсионный с совмещенным ПЭП

Акустический тракт состоит из следующих частей:

· Ативного ПЭ элемента (электро-механическое преобразование)

40 Антиангинальные средства - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

· Применяемых к ПЭП акустических цепей – защитного протектора, защитного покрытия, демпфера

Самого объекта, в который излучаются УЗ колебания и переходный слой (чаще всего жидкость).

Часто для лучшего акустического согласования с КИ и расширения полосы пропускания к ПЭП приклеиваются несколько согласующих слоев, для уменьшения мертвой зоны между ПЭП и КИ помещают жидкостную или твердотельную линию задержки.

Однако существуют также и безэталонные УЗ толщиномеры. Их принцип настройки заключается в том, что скорость УЗ измеряется в контролируемом изделии в каждый момент времени. Для этого используется специальный ПЭП, состоящий из трех ПЭП. При этом 2 наклонных датчика излучают (принимают) поверхностную волну, скорость которой близка к скорости продольной волны. Т.к. расстояние между этими ПЭП известно, то по измеренному времени прихода поверхностной волны можно определить ее скорость. Это значение скорости УЗ используется для определения толщины изделия, по измеренному третьим ПЭП временному интервалу прихода донного сигнала.

Рис. 8.2 Принцип работы безэталонного УЗ толщиномера