частота пэп на что влияет
Частота пэп на что влияет
По углу ввода колебаний различают:
По способу размещения функций излучения и приема УЗ сигнала различают:
По частоте колебаний
По способу акустического контакта
По типу волны возбуждаемой в объекте контроля:
Выбор ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя зависит от параметров контролируемого объекта, таких как материал, толщина, форма и ориентация дефектов и т.д.
Выбор ПЭП по углу ввода (прямой или наклонный) выбирают исходя из схемы прозвучивания конкретного объекта. Схемы прозвучивания содержатся в государственных и ведомственных стандартах, а так же технологических картах контроля. В общем случае угол ввода выбирают таким образом, что бы обеспечивалось пересечение проверяемого сечения акустической осью преобразователя (прямым или однократно отраженным лучем). Выявление дефектов выходящих на поверхность наиболее эффективно обеспечивается при падении поперечной волны под углом 45 °±5° к этой поверхности.
Выбор ПЭП по схеме включения (совмещенный или РС) выбирается в зависимости от толщины изделия или расстояния зоны контроля от поверхности ввода. Прямые совмещенные ПЭП обычно применяют при контроле изделий толщиной более 50мм, а прямые РС ПЭП для контроля изделий толщиной до 50мм включительно, или приповерхностного слоя до 50мм.
Наклонные РС ПЭП в основном используются по совмещенной схеме включения. Наклонные РС ПЭП с поперечной волной используют преимущественно для контроля сварных соединений тонкостенных (до 9мм) труб диаметром не более 400мм (хордовые преобразователи). Наклонные РС ПЭП с продольной волной применяют для контроля соединений с крупнозернистой структурой и высоким уровнем шумов (аустенитные швы).
Выбор ПЭП по частоте колебаний, выбирается в основном исходя из толщины ОК и требуемой чувствительности контроля. Благодаря более короткой волне, высокочастотные преобразователи позволяют находить дефекты меньшего размера, тогда как УЗ волны низкочастотных ПЭП глубже проникают в материал, т.к. коэффициент затухания уменьшается с частотой. Низкочастотные ПЭП применяются при контроле крупнозернистых материалов и материалов с высоким коэффициентом затухания.
При выборе частоты надо учитывать, что ее увеличение вызывает:
Подпишитесь на наш канал You Tube
Далее приведены основные типы и характеристики преобразователей, наиболее часто применяемых в процессе ультразвукового контроля.
Преобразователи типа П111 используются для дефектоскопии и толщинометрии изделий продольными волнами. На практике, прямые совмещенные преобразователи применяются для контроля листов, плит, валов, отливок, поковок, а также для поиска локальных утонений в стенках изделий. Преобразователи П111 используются для выявления объемных и плоскостных дефектов – пор, волосовин, расслоений и т.д. Характеристики ПЭП типа П111 приведены в таблице:
Контактные раздельно-совмещенные преобразователи, типа П112, как правило используются для применяются для определения остаточной толщины стенки изделий и для поиска дефектов, расположенных на относительно небольших глубинах под поверхностью. Толщина контролируемых П 112 объектов, как правило, находится в диапазоне от 1 до 30мм. Характеристики П112 приведены в таблице:
П121 наклонные совмещённые преобразователи
Наклонные преобразователи, типа П121, широко применяются в задачах контроля сварных соединений, листов, штамповок, поковок и других объектов. Преобразователи П121 позволяют выявлять трещины, объемные дефекты, такие как неметаллические включения, поры, непровары, усадочные раковины и т.п. С помощью преобразователей типа П121, как правило, определяются характеристики вертикально ориентированных дефектов. Характеристики и возможная маркировка П 121 одного из производителей приведены в таблице:
| Условное обозначение | Угол ввода по образцу СО-2, град | Диапазон контроля по стали, мм | Эффективная частота, МГц | Стрела, мм | Размер ПЭ, мм | Размер рабочей поверхности, мм | Габаритные размеры, мм |
| П121-1,8-40-М-002 | 40+-1,5 | 1…50 | 1,8+-0,18 | 9 | 8х10 | 24х12 | 33х16х25 |
| П121-1,8-50-М-002 | 50+-1,5 | 1…50 | 1,8+-0,18 | 10 | 8х12 | 30х16 | 33х16х25 |
| П121-1,8-65-М-002 | 65+-1,5 | 1…45 | 1,8+-0,18 | 12 | 8х12 | 32х16 | 33х16х24 |
| П121-2,5-40-М-002 | 40+-1,5 | 0,7…50 | 2,5+-0,25 | 8 | 8х12 | 30х16 | 33х16х25 |
| П121-2,5-45-М-002 | 45+-1,5 | 0,7…50 | 2,5+-0,25 | 8 | 8х12 | 30х16 | 33х16х25 |
| П121-2,5-50-М-002 | 50+-1,5 | 0,7…50 | 2,5+-0,25 | 8 | 8х12 | 30х16 | 33х16х25 |
| П121-2,5-65-М-002 | 65+-2 | 0,7…45 | 2,5+-0,25 | 10 | 8х12 | 32х16 | 33х16х25 |
| П121-2,5-70-М-002 | 70+-2 | 0,7…35 | 5+-0,5 | 12 | 8х12 | 32х16 | 33х16х25 |
| П121-5-40-М-002 | 40+-1,5 | 0,7…50 | 5+-0,5 | 5 | 5х5 | 20х16 | 20х16х16 |
| П121-5-45-М-002 | 45+-1,5 | 0,7…50 | 5+-0,5 | 5 | 5х5 | 20х16 | 20х16х16 |
| П121-5-50-М-002 | 50+-1,5 | 0,7…50 | 5+-0,5 | 5 | 5х5 | 20х16 | 20х16х16 |
| П121-5-65-М-002 | 65+-2 | 0,7…40 | 5+-0,5 | 6 | 5х5 | 20х16 | 20х16х16 |
| П121-5-70-М-002 | 70+-2 | 0,5…25 | 5+-0,5 | 7 | 5х5 | 20х16 | 20х16х16 |
П122 – наклонные раздельно-совмещенные преобразователи
Хордовые преобразователи типа П122 в основном применяют для контроля кольцевых сварных швов трубных элементов из сталей и полиэтилена диаметром от 14 до 219 мм. с толщиной стенки от 2 до 6 мм., используются контактные раздельно-совмещенные хордовые преобразователи. Применение преобразователей хордового типа особенно эффективно для контроля тонкостенных сварных швов от 2 до 4 мм.
Преобразователи типа П122 предназначены для контроля тонкостенных сварных швов, как правило из нержавеющих, малоуглеродистых сталей и сплавов алюминия Характерная особенность ПЭП – минимальная мертвая зона и фокусировка УЗ поля в определенном диапазоне толщин. Характеристики П 121 представлены в таблице:
Под заказ возможна поставка специальных преобразователей:
Для основных типов ПЭП в России принято буквенно-цифровое обозначение, которое формируется следующим образом:
Схема обозначения ультразвуковых преобразователей фирмы АКС приведена ниже
 |
Помимо ГОСТ Р 55725-2013 и ГОСТ Р 55808-2013, ультразвуковым преобразователям посвящен ряд методических отраслевых документов, перечисленных в следующей таблице.
| Отрасль промышленности | Норматив |
| Химическая и нефтехимическая промышленность | СТО 00220256-005-2005 |
| СТО 00220256-014-2008 | |
| РДИ 38.18.016-94 | |
| Трубопроводы пара и горячей воды | РД 34.17.302-97 (ОП-501) |
| РД 153-34-1-003-01 (РТМ-1с-2002) | |
| Магистральные и промысловые газо и нефтепроводы | СТО Газпром 2-2.4-083-2006 |
| Грузоподъемные механизмы | РД РОСЭК-001-96 |
| Гибы трубопроводов | РД 34.17.418 (И№23 СД-80) |
| Оборудование атомных энергетических установок | ПНАЭ Г-7-030(031, 032)-91 |
| Контроль поковок, литых деталей и заготовок | ОСТ 5.9675-88 |
В данном описании использованы материалы монографии Е.Ф.Кретова «Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении» и учебного пособия для подготовки и аттестации контролеров по неразрушающим и разрушающим методам контроля.
Дополнительные материалы:
Купить ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и другие приборы неразрушающего контроля можно по официальной цене производителей с доставкой до двери в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Саратов. Амурск, Ангарск, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Брянск, Воронеж, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Вологда, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Мурманск, Муром, Набережные Челны, Нальчик, Новокузнецк, Нарьян-Мар, Новороссийск, Новосибирск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Новочеркасск, Нижнекамск, Норильск, Нижний Новгород, Обнинск, Омск, Орёл, Оренбург, Оха, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Псков, Ржев, Ростов, Рязань, Самара, Саранск, Смоленск, Сочи, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тобольск, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Ханты-Мансийск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Элиста, Ярославль и другие города. А так же Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.
Определение оптимального размера и частоты пьезоэлектрического преобразователя для ультразвукового неразрушающего контроля бериллиевых слитков
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 07.08.2016 2016-08-07
Статья просмотрена: 1003 раза
Библиографическое описание:
Асеев, А. А. Определение оптимального размера и частоты пьезоэлектрического преобразователя для ультразвукового неразрушающего контроля бериллиевых слитков / А. А. Асеев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 16 (120). — С. 65-68. — URL: https://moluch.ru/archive/120/33180/ (дата обращения: 02.12.2021).
При ультразвуковом неразрушающем контроле металлов необходимо руководствоваться заранее написанной методикой контроля, частью которой является определение оптимального размера и частоты пьезоэлектрического преобразователя. Для нахождения данных параметров было экспериментально получено значение коэффициента затухания ультразвука и его зависимость от частоты, произведен расчет уравнения ультразвукового тракта для различных размеров преобразователя. На основе полученных данных был выбран оптимальный размер и частота преобразователя, исходя из ряда стандартных датчиков.
Ключевые слова: дефект, пьезоэлектрический преобразователь, частота, уравнение акустического тракта
Е. Ф. Кретов в своей книге [3, с. 121] предложил уравнение акустического тракта для глухого отверстия с плоским дном, приняв за модель дефекта диск площадью s, при 
)
(1)
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.
(2)
и 
– амплитуды первого и второго донного импульса соответственно; h — толщина исследуемого образца; F — функция учитывающая дифракционные расхождения звукового пучка, зависящая от расстояния 2h, пройденного импульсом, и волнового размера преобразователя ka.
Для нахождения коэффициента затухания был проведен эксперимент, основываясь на методических указаниях [1, с. 17–25], [2, с. 11]. Цилиндрическая заготовка из бериллия с радиусом и толщиной равной 80 мм была прозвучена поочередно четырьмя прямыми преобразователями с частотой 1.25, 2.5, 5 и 10 МГц соответственно. Для более точного определения коэффициента затухания прозвучивание осуществлялось с торцевой поверхности в двух противоположных направлениях (рисунок 1).
Рис. 1. Схема прозвучивания экспериментальной заготовки
Для измерения затухания использовались преобразователи, параметры которых приведены в таблице 1.
Диаметр ичастота преобразователей использованных вэксперименте
Преобразователь
Рабочая частота f, МГц
Диаметр пьезоэлемента, 2а, мм
При проведении расчетов значение скорости продольных волн вычислялось по формуле (3):
(3)
Где: H — толщина образца; t — время между первым и вторым донными отражениями.
Импульсный метод определения коэффициента затухания ультразвука основан на измерении изменения амплитуды импульса при прохождении некоторого расстояния. Чаще всего измеряются амплитуды сигналов, многократно отраженных от граней образца. На экране дефектоскопа будет наблюдаться экспоненциально уменьшающаяся последовательность импульсов (рисунок 2)
Рис. 2. Экспоненциально убывающая последовательность импульсов на экране дефектоскопа
Были измерены в децибелах амплитуды донных импульсов 
, а также время между первым и вторым донным отражением в 5 различных точках торцевой поверхности, аналогичная процедура была сделана и для противоположной поверхности.
По результатам измерения по формуле (2) были рассчитаны среднеарифметические значения коэффициентов затухания для различных частот ПЭП (таблица 2).
Численные значения коэффициентов затухания иих случайных погрешностей при различных частотах ПЭП
Частота ПЭП, МГц
Затухание, Дб/м
3.0±0.6 ( 
= 13 %)
4.5±0.4 ( = 11 %)
6.1±0.6 ( = 9 %)
9.7±0.7 ( = 7 %)
Была оценена случайная погрешность:
(4)
Где коэффициент Стьюдента 
, при 10 измерениях и доверительной вероятности α = 0.95, равен 2.26.
Вычисления были произведены в программе Excel.
Рис. 3. График зависимости коэффициента затухания от частоты
Данная зависимость была использована в уравнении акустического тракта для определения оптимального размера и частоты преобразователя. С учетом того, что дефект находится на максимальном расстоянии от преобразователя — 80мм и является плоскодонным отверстием с диаметром 2 мм.
Рис. 4. Расчет уравнения акустического тракта для различных диаметров пьезоэлектрического преобразователя
На рисунке 4 для семейства кривых, соответствующих диаметру преобразователя 6, 10, 12 и 20 мм соответственно, максимум чувствительности достигается при частоте f = 8 МГц. Однако российский ряд стандартных датчиков имеет частоту f = 5 МГц или f = 10 МГц. Точками обозначены значения чувствительности для датчиков входящих в стандартный список.
Несмотря на то, что максимальная чувствительность достигается при диаметре преобразователя равным 20 мм, целесообразно взять размер меньше — для уменьшения размера ближней зоны и улучшения качества контроля.
Стоит отметить, что исходя из ГОСТ 20415–82 «Контроль неразрушающий. Методы акустические. Общие положения» [4, с.3] следует, что изделия с мелкозернистой структурой следует контролировать на частотах 2–5 МГц, следовательно, был выбран датчик с частотой 5 МГц и диаметром 12 мм. (П111–5-К12).
В данной статье был произведен расчет коэффициента затухания звуковых волн в бериллии, была определена его зависимость от частоты. На основе этого, используя уравнение акустического тракта, были получены значения чувствительности, которые были использованы для определения оптимальной частоты и диаметра пьезоэлектрического преобразователя.
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.