Настроечные образцы для УЗК: зачем они нужны, как пользоваться и какие виды бывают

Настроечный образец (НО) для ультразвукового контроля — специальный образец материала, предназначенный для настройки и проверки параметров ультразвуковой аппаратуры.

Его изготавливают из такого же материала, что и контролируемый образец. Если такой возможности нет, используют материал с близкими акустическими свойствами. Это позволяет учитывать особенности параметров ультразвука, характерных для конкретного объекта контроля.

НО является не просто заготовкой с искусственными дефектами, а средством воспроизведения заранее заданных условий для УЗК.

Как выглядят настроечные образцы для УЗК?

НО бывают разной формы в зависимости от параметров контролируемого объекта.

Они могут выглядеть как:

• пластины или бруски;
• заготовки из длинномерного проката;
• образцы сварных швов;
• части труб и трубных гибов;
• образцы в виде «утюга» или «клина» — блока со скошенными гранями;
• более специализированные варианты — например, в виде анкерных болтов, шпилек или валов.

На поверхности образца обычно присутствует техническая маркировка:

• тип изделия;
• нормативный документ, по которому изготовлен конкретный образец;
• материал;
• скорость распространения продольной волны;
• параметры отражателей;
• параметры изгиба;
• линейная шкала;
• заводской номер.

На некоторых образцах наносят позиционные метки, которые помогают точно позиционировать преобразователь относительно отражателя.

То есть универсального внешнего вида у настроечного образца нет. Его форма и расположение отражателей определяются конкретной задачей УЗК и характеристиками контролируемого объекта.

Зачем нужны настроечные образцы для УЗК

С их помощью:

• проверяют работоспособность оборудования;
• настраивают глубиномер и чувствительность прибора;
• устанавливают ноль прямых ПЭП и калибруют скорость ультразвука при измерении толщины;
• корректируют настройки при изменении температуры, скорости распространения ультразвука или других параметров;
• обеспечивают точность исследования.

Настроечный образец содержит искусственные отражатели с известными характеристиками. Дефектоскопист получает от такого отражателя сигнал с заданными параметрами и по нему настраивает аппаратуру. Если необходимый сигнал воспроизводится, можно переходить к исследованию реального объекта.

Образец нужен, чтобы перед УЗК убедиться в правильности настроек аппаратуры и ее способности выявлять требуемые несплошности.

Какие бывают виды настроечных образцов для УЗК

НО для УЗК различаются по внешнему виду, назначению, типу искусственных отражателей и особенностям контролируемого объекта. Универсальной классификации, которая охватывала бы все варианты НО, нет: конкретное исполнение определяется нормативно-технической документацией, технологией контроля и характеристиками изделия.

По форме и назначению

• Плоские образцы выполняют в виде пластин или брусков. Их используют при контроле листового проката, сварных соединений и других объектов с плоской поверхностью. Такой образец может применяться и для настройки аппаратуры при контроле труб, если соответствующая замена допускается нормативной документацией.
• Трубные изготавливают из участка трубы с тем же диаметром, что и у контролируемого объекта. В зависимости от технологии контроля они могут иметь продольный или стыковой сварной шов. Такие НО позволяют учитывать особенности распространения ультразвука в цилиндрической стенке и параметры поверхности реального объекта.
• Хордовые настроечные. Они предназначены для работы с хордовыми и притертыми ПЭП. Их отличительная особенность — наличие торцевых плоскодонных отражателей. Изделие изготавливаться из стали или полиэтилена.
• Образцы трубных гибов применяют для контроля соответствующих участков трубопроводов по специальным методикам.
• Образцы типа «утюг» или «клин» — это блоки со скошенными гранями и отражателями, расположенными на различных глубинах. Их конфигурация может существенно отличаться в зависимости от требований НТД. Их изготавливают под конкретную задачу и используют для настройки чувствительности аппаратуры, а также проверки правильности определения эквивалентных размеров отражателей. Они подходят для работы с прямыми и наклонными ПЭП.

По типу искусственных отражателей

Конструкция НО определяется тем, какой отражатель используется в качестве опорного:

• Образцы с плоскодонными отверстиями (ПДО) получили широкое распространение. Для них характерна выраженная зависимость амплитуды эхо-сигнала от диаметра отражателя. Поэтому такие отверстия применяют при настройке чувствительности и оценке размеров несплошностей.
• С угловыми отражателями чаще всего имеют зарубки. Рабочая грань зарубки ориентирована перпендикулярно плоскости сканирования и располагается в зоне акустического пучка. Близкий к зарубке вариант — риска, или прямоугольный паз. Отличие заключается в том, что длина риски выходит за пределы акустического пучка.
• Сегментные отражатели представляют собой плоские сегменты, ориентированные перпендикулярно падающему акустическому пучку. Их применяют для настройки предельной чувствительности и оценки величины отражателей. Геометрия таких отражателей определяется требованиями соответствующей нормативной документации.
• С цилиндрическими отверстиями (БЦО) используют для настройки и проверки различных параметров аппаратуры и ПЭП. Отверстия могут иметь разные диаметры и располагаться на определенной глубине.
• С засверловками содержат несквозные цилиндрические отверстия. В качестве отражающей системы используется боковая поверхность цилиндра вместе с донной поверхностью образца.
• Со сквозными цилиндрическими отверстиями, сферическими и иными отражателями и более сложной геометрией отражающих поверхностей.

С наплавкой и без нее

Для контроля объектов с наплавленными поверхностями применяют настроечные образцы УЗК с наплавкой. Они востребованы при контроле биметаллических соединений и оборудования, в котором рабочая поверхность имеет наплавленный слой.

Если контролируемый объект не имеет наплавки, используют обычные образцы без наплавки. Их характеристики подбирают с учетом материала, толщины и других параметров объекта контроля.

Для контроля расслоений

Они предназначены для проверки чувствительности аппаратуры при выявлении внутренних несплошностей такого типа. В них предусматривают одно или несколько плоскодонных отверстий либо прямоугольных или квадратных выемок. Отражатели располагают на заданной доле толщины образца, например, на глубине 1/2, 1/3 или 1/4 номинальной толщины.

Такие НО применяют при ультразвуковом контроле труб и участков рядом со сварными соединениями в случаях, когда требуется обнаруживать расслоения основного металла.

Для различных технологий ультразвукового контроля

По применяемой технологии выделяют образцы для традиционного эхо-импульсного УЗК, а также специальные НО для контроля с использованием фазированных антенных решеток (ФАР) и TOFD. Для последних применяют конструкции, разработанные с учетом специфики формирования и регистрации ультразвукового сигнала при соответствующих методах.

Отдельную категорию составляют НО для толщинометрии. Их конструкция отличается от дефектоскопических НО и может включать ступенчатые элементы и другие участки с заданной толщиной.

По конкретному типу и комплектации

На практике применяются не только индивидуальные НО, но и стандартизованные калибровочные образцы и комплекты мер, которые используются совместно с настроечными образцами.

К наиболее известным относятся СО-1, СО-2, СО-2А, СО-2Р, СО-3, СО-3А, СО-3Р, СО-4, V1 и V2. При этом их нельзя полностью приравнивать к настроечным образцам. Эти меры нужны прежде всего для установки и проверки параметров дефектоскопа и ПЭП, тогда как НО позволяют настроить аппаратуру применительно к конкретному объекту контроля.

Например, СО-2 используют для настройки ПЭП, проверки мертвой зоны и чувствительности. СО-3 предназначен прежде всего для анализа стрелы наклонного ПЭП, а также ряда параметров, связанных с настройкой глубиномера. СО-3Р имеет более широкий набор функций, включая проверку чувствительности, угла ввода, точки выхода, мертвой зоны и других ключевых параметров. V1 и V2 также являются многофункциональными мерами, применяемыми для настройки и проверки различных параметров.

Вид настроечного образца выбирают не только по его внешней форме. При подборе учитывают материал и акустические свойства объекта, толщину и кривизну поверхности и другие параметры. Именно эти параметры определяют, какие отражатели должны быть заложены в образец и какие характеристики аппаратуры с его помощью можно корректно настроить.

Как работать с настроечными образцами для УЗК

Работа с настроечным образцом должна соответствовать условиям и технологии проведения конкретного исследования. Как правило принцип работы с НО заключается в следующих действиях:

1. Подготовка к работе

Перед контролем реального объекта необходимо проверить исправность дефектоскопа и преобразователя. Нужно убедиться, что настройки соответствуют требованиям технологической карты. Для этого используют настроечный образец с искусственными отражателями, характеристики которых заранее известны.

2. Настройка аппаратуры

Датчик устанавливают на образец и получают сигнал от отражателя. В паспорте НО указаны глубина залегания и размеры отражателей, поэтому полученный сигнал можно сопоставить с заданными параметрами.

Если прибор и ПЭП исправны, а требования технологической карты соблюдены, то фиксация сигнала с заданными параметрами говорит о корректности работы системы «оператор — дефектоскоп — преобразователь».

3. Контроль стабильности настроек

Проверку настроек проводят с периодичностью, установленной нормативно-технической документацией и операционной технологической картой. Перед проведением контроля и после его завершения проверка настроек обязательна.

4. Проверка сигнала от отражателя

Чтобы убедиться в получении сигнала именно от нужного прибора, применяют пальпирование. Для этого аккуратно постукивают пальцем по поверхности образца в области расположения зарубки и наблюдают за изменением амплитуды сигнала на развертке.

Правила хранения и ухода за настроечными образцами для УЗК

Настроечные образцы требуют аккуратного обращения, поскольку их состояние влияет на корректность получаемых при настройке сигналов. Особенно важно защищать рабочие поверхности и искусственные отражатели от загрязнения, влаги и коррозии.

Расконсервация образца

Новые образцы поставляются покрытыми специальной смазкой, которая защищает металл от коррозии. Перед использованием ее удаляют. Для этого образец сначала протирают салфетками, пропитанными бензином или уайт-спиритом, затем насухо вытирают чистой безворсовой ветошью.

После очистки в полостях не должна оставаться жидкость. Ее наличие может повлиять на амплитуду сигнала и привести к некорректной настройке аппаратуры.

Хранение настроечных образцов

Если образец не планируют использовать длительное время, его рекомендуется повторно законсервировать. Для защиты от коррозии на поверхность наносят, например, моторное или веретенное масло. После этого образец для ультразвукового контроля заворачивают в бумагу или ветошь и убирают на хранение в темное прохладное место.

Важно! Нельзя допускать повреждения рабочих поверхностей и искусственных отражателей. Характеристики образца должны оставаться воспроизводимыми, поскольку от качества его изготовления и состояния зависит точность настройки аппаратуры.