Ультразвуковая толщинометрия

Программное обеспечение (ПО) DataSaver, входящее в комплект поставки прибора, позволяет передавать данные из памяти прибора на  внешний  персональный  компьютер  (ПК),  для  их  последующего анализа,  обработки  и  документирования.  Связь  с  компьютером осуществляется через USB порт.

 

1.3.2 Технические  характеристики ультразвукового толщиномера «А1208»

 

Основные технические характеристики прибора приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Технические характеристики ультразвукового толщиномера «А1208»

Наименование прибора	Значение
Диапазон измерений толщины (по стали), мм преобразователем D2763 10.0A0D6CL преобразователем S3567 2.5A0D10CL	0,7 – 30,0 0,7 – 300,0
Основная  погрешность  измерений  толщины  Х, мм, не более:   при толщинах от 0,7 до 3,0 мм при толщинах от 3,01 до 99,99 мм  при толщинах от 100,0 до 300,0 мм	±(0,01Х+0,1) ±(0,01Х+0,05) ±(0,01Х+0,1)
Дополнительная  погрешность  при  измерениях изделий с шероховатостью поверхности Rz=160, мм, не более	± 0,1
Дискретность индикации толщины, мм:   при толщинах до 99,99 мм при толщинах от 100,0 мм	0,01; 0,1 0,1
Диапазон настроек скоростей ультразвука, м/с	1 000 – 19 999
Номинальное напряжение питания, В	3,7
Продолжительность  работы  от  аккумулятора,  ч, не менее	9
Габаритные размеры электронного блока, мм	157х70х23
Масса электронного блока, г, не более	250
Средняя наработка на отказ, ч	35000
Установленный срок службы, лет	5

 

Прибор  предназначен  для  эксплуатации  при  следующих условиях окружающей среды:

• температура от  – 30 до + 50 ;
• относительная  влажность  воздуха  до  85 %  при температуре + 25 .

 

1.3.3 Принцип действия ультразвукового толщиномера «А1208»

 

Принцип измерения толщины заключается в измерении времени прохождения ультразвука в исследуемом объекте и последующем умножении этого интервала на скорость прохождения ультразвука в данном материале. Данный принцип широко применяется  в методах и приборах неразрушающего контроля.  

При построении УЗ толщиномеров обычно используются пьезоэлектрические датчики, которые при подаче на них короткого электрического импульса излучают звуковые волны, частота которых значительно превышает верхнюю границу диапазона, воспринимаемого человеческим ухом. Значения частоты сигнала, излучаемого датчиком, может составлять 1 МГц…20МГц. Колебания такой частоты плохо распространяются в воздухе, поэтому для исключения воздушного зазора и обеспечения хорошего контакта между датчиком и поверхностью обследуемого объекта необходим слой пасты/геля (глицерин, вода, масло, специальные гели).[4]

Ультразвуковые сигналы, формируемые генератором, поступают в пьезоэлектрический излучатель. Далее проходят через внешнюю поверхность объекта, распространяются в теле объекта и отражаются от его внутренней поверхности (т.е. от границы значительной разницы плотностей «металл-среда»). Датчик приемника воспринимает отраженный УЗ сигнал, преобразует его в электрический сигнал и передает его в измеритель, в котором происходит преобразование интервала времени в результат измерения толщины.

Обычно функции излучателя УЗ сигнала и приемника совмещены в общем корпусе датчика. Окончательный результат вычисления значения толщины отсчитывается по цифровому индикатору.

Вычисление толщины по результатам измерения интервала времени прохождения УЗ в теле объекта – это классический пример косвенного измерения, в котором на погрешность окончательного результата влияют погрешности определения (задания) отдельных исходных сомножителей. На работу УЗ толщиномера могут оказывать влияние различные факторы. Если материал исследуемого объекта неоднороден, содержит полости, трещины, поверхность его несет следы коррозии (и др.), то результаты могут быть искажены.

Кроме того, для получения достоверных результатов измерения толщины в расчете необходимо использовать значение скорости распространения УЗ в данном конкретном материале. Фактическая скорость УЗ в разных материалах сильно отличается как от материала к материалу, так и от приводимых в таблицах справочных данных. Наилучшие результаты можно получить, если предварительно откалибровать прибор на объекте заранее известной толщины (эталоне), изготовленном из того же материала, что и исследуемый объект.

 

1.3.4 Режимы работы ультразвукового толщиномера «А1208»

 

Толщиномер может работать в следующих режимах:

• в режиме измерений с отображением принадлежности результатаизмерений  заданному  интервалу  и  критерию срабатывания АСД - НОРМА;
• в  режиме  измерений  с  отображением  сохраненных результатов - ПАМЯТЬ;
• в  режиме  измерений  с  индикацией  отклонения результата  измерений  от  установленного  номинального значения - ДОПУСК;
• в  режиме  настройки  и  выбора  параметров измерений - НАСТРОЙКА.

Во  всех  режимах  измерений  предусмотрено  сохранение результатов в памяти прибора.[4]

Режим НОРМА  предназначен для оперативного определения толщины изделия с возможностью установки диапазона срабатывания АСД и определения отклонения толщины металла от допустимых значений.

Существует возможность проведения измерений толщины с индикацией остаточной толщины объекта контроля в процентах от предварительно установленного значения, путем задания верхнего предела толщины, соответствующего 100%, и нижнего – соответствующего браковочной норме. Удобство работы обеспечивают:

• звуковая и виброиндикация, изменяемая цветовая гамма при выходе результатов измерений за границы допустимых значений;
• наглядное представление шкалы глубиномера.

В  режиме  ПАМЯТЬ  толщиномер  позволяет  оперативно определять  толщину  ОК,  просматривать  на  экране  записанные  в память прибора результаты измерений, а также выполнять коррекцию записей,  проводя  повторные  измерения  с  записью  данных  в корректируемые ячейки памяти.

Режим ДОПУСК предназначен для оперативного определения отклонения толщины изделия от допустимых норм, указанных в нормативных документах. Результаты измерения отображаются на дисплее прибора в виде разницы между номинальной и реальной толщиной объекта контроля.

Существует возможность установки диапазона срабатывания АСД при отклонении результатов измерений от допустимых значений.

Режим НАСТРОЙКА позволяет изменять выбранные  условия и параметры  измерений.  Набор  параметров,  доступных  для редактирования,  состоит  из  общих  для  всех  режимов  и индивидуальных для каждого режима измерений.

 

1.3.5 Проведение  измерений ультразвуковым толщиномером  «А1208»

 

Перед измерением толщины следует выбрать преобразователь из  базы,  провести  адаптацию  прибора  и  подобрать  материал,  на котором будет проводиться измерение. Если установленная скорость в материале отличается от реальной, необходимо откорректировать скорость вручную или провести калибровку.

От  точности  настройки  скорости  напрямую  зависит  точность измерений.  Если  необходимы  точные  результаты,  то  необходимо  взять образец из того же материала, что и измеряемое изделие, и настроить скорость по нему. Настраивать скорость по образцу следует с тем УЗ преобразователем,  с  которым  будут  проводиться  измерения. Лучше всего  использовать  плоскопараллельный  образец  с  гладкими поверхностями. Следует помнить, что, чем больше толщина образца (в  пределах  доступного  диапазона)  и  чем  лучше  качество  его поверхности,  тем  с большей  точностью можно настроить прибор на скорость ультразвука в нем.

При проведении измерений место установки преобразователя по возможности должно быть чистым, смазанным жидкостью и не иметь грубых  выступов  или  впадин,  препятствующих  установке преобразователя  на  поверхность.  Впадина,  на  дно  которой  нельзя установить  преобразователь,  является  местом,  где  результат измерения получить не удастся.

1. Измерения  раздельно-совмещенным  (РС) преобразователем

Раздельно-совмещенный преобразователь D2763 10A0D6CL с рабочей частотой 10 МГц рекомендуется использовать для поиска мест язвенной коррозии площадью от 4 на внутренних поверхностях труб с толщиной стенок более 2 мм., представленный на рисунке 2:

 

 

Рисунок 2 – Раздельно-совмещенный преобразователь D2763

 

Измерения плоских изделий требуют лишь аккуратного прижима УЗ  преобразователя  к  поверхности  изделия  и  выдержки  в  течение 1-2 секунд для выжимания излишков смазки из-под преобразователя. За  это  время  показания  устанавливаются  и  уже  не  меняются.  Не отрывая,  преобразователь  от  поверхности  ОК  следует  считать результат измерения с экрана прибора либо сохранить его в память, в зависимости от выбранного режима проведения измерений.[6]

Если поверхность покрыта окалиной, то желательно соскоблить рыхлую  ржавчину  и  нанести  больше  смазки,  чем  при  гладкой поверхности.  При  отсутствии  индикации  акустического  контакта результат  измерений  не  появится на  экране,  поэтому  следует провести  контроль  еще  раз,  зачистив  место  контакта  от  коррозии более  тщательно.  Такая  зачистка  грубых  корродированных поверхностей  изделий  кроме  повышения  достоверности  измерений позволяет продлить срок службы УЗ преобразователя[4].

Контроль  цилиндрических  изделий  имеет  определенные особенности. При измерении толщины стенок труб, особенно малых диаметров,  желательно  использовать более  вязкие  жидкости,  чем трансформаторное масло или вода, и обильнее смазывать ими место контакта.  Экран,  разделяющий  призмы  РС  преобразователя  (его торец  в  виде  светлой  полоски  расположен  по  диаметру  рабочей поверхности),  следует ориентировать  поперек оси  трубы. Прижимая преобразователь  к  стенке  трубы  и  следя  за  показаниями  прибора, необходимо  медленно  наклонять  преобразователь  в  плоскости перпендикулярной оси трубы в ту и другую стороны. Преобразователь при этом следует прокатывать по стенке трубы, а не скользить по ней. Показания  прибора  при  отклонении преобразователя  от  среднего  положения  несколько  увеличиваются.  Они  обычно  минимальны  в положении, когда преобразователь касается стенки трубы серединой своей  рабочей  поверхности,  то есть,  когда  продольная  ось преобразователя  пересекает  ось  трубы.  При  сильном  отклонении преобразователя от этого положения показания будут скачкообразно увеличиваться. За истинное  значение измеренной  толщины  следует выбирать минимально возможные устойчивые показания прибора при касании  УЗ  преобразователя  стенки  трубы  серединой  рабочей поверхности.

2. Измерения совмещенным преобразователем

Использование прямого совмещенного датчика S3567 2.5A0D10CL позволяет измерять толщину в диапазоне от 0,7 – 300 мм (по стали) без дополнительных настроек. Также благодаря своим высоким электроакустическим свойствам этот датчик хорошо подходит для измерения толщины пластмассовых изделий, чугуна, поэлитилена и других материалов с высоким затуханием ультразвука.

 Кроме того, за счет  керамического протектора преобразователь,который показан на рисунке 3 слабо подвержен износу, что позволяет проводить сканирование по поверхности с выводом показаний min и max на экран толщиномера.

 

Рисунок 3 – Совмещенный преобразователь S3567

 

При  касании  УЗ  преобразователем  поверхности  измеряемого изделия  уже,  как  правило,  через  доли  секунды  устанавливается уверенный  акустический  контакт  преобразователя  с  изделием  и  на дисплее  прибора  появляются  показания,  которые  только  на  трубах малых  диаметров  незначительно  меняются  при  покачивании преобразователя, а на плоских изделиях стабильны.

При  измерениях  плоских  металлических  изделий  с  толщиной менее  4–5 мм  не  нужно  добиваться  минимальной  толщины  слоя контактной  жидкости,  то  есть  не  следует  сильно  прижимать преобразователь  к  поверхности,  притирая  его  к  ней.  Достаточно небольшого  прижима,  чтобы  толщиномер  уже  начал  показывать результат  измерения.  Показания  с  этого  момента  практически  не меняются.