Методика оценки результатов ультразвукового контроля сварного соединения рельса. Расчет вида и размеров дефекта, страница 2

где   учитывает величину амплитуды колебаний ультразвукового преобразователя при генерации и прохождении ультразвуковой волновой границ разделе сред (призма преобразователя – металл, металл – дефект и т.п.);  определяет долю отраженной энергии от отражателя в сторону преобразователя; Eучитывает затухание ультразвуковой волны на пути ультразвука от пьезоэлемента до дефекта и обратно;  - условная относительная величина, учитывающая диаграмму направленности преобразователя, которая отражает отклонение энергии

ультразвукового пучка от основной оси в зависимости от угла отклонения от нее (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Диаграмма направленности стандартного пьезоэлектрического

преобразователя (в декартовых координатах)

Характерный размер (как правило, это диаметр) обнаруженного дефекта входит в составляющую В и для цилиндра с диаметром d определяется по формуле

                                                       .                                                   (1.2)

        Для диска, перпендикулярного направлению ультразвукового луча с диаметром :

                                                          ,                                                   (1.3)

где  - длина ультразвуковой волны; - расстояние до дефекта; - мнимая площадь преобразователя, определяемая для дисковых пьезопластин, используемых для ультразвукового контроля рельсов. Компоненту B при решении обратной задачи можно выразить из формулы (1.1).

        Операции расчета, как правило, достаточно громоздки, и поэтому на практике, в тех случаях, когда действительно надо иметь представление о конфигурации обнаруженного дефекта в головке, шейке или подошве рельса, чаще всего строят графики зависимости измеренных параметров дефектов от глубины его залегания, реальных размеров (диаграммы) и т.п.

        Основной целью данной работы является определение формы и размеров реального обнаруженного в металле дефекта, используя сравнение измеренных его

характеристик с расчетными данными для акустического тракта от различных идеальных моделей дефектов (сфера, боковая поверхность цилиндра, плоский диск и плоская полоса).

        Параметры  и  изменяются в зависимости от метода контроля и схемы прозвучивания объекта, а параметр B – от типа отражателя. Все значения указанных параметров для ультразвукового эхометода приведены в таблице 1.1.

        Перечисленные в таблице величины имеют следующий физический смысл:

a – радиус стандартного, используемого для контроля рельсов преобразователя,        равный 6мм;

α – угол ввода ультразвука, град;

β – угол призмы преобразователя, град, определяемый из соотношения

                                          ;                                                    (1.4)

b – размер (радиус или ширина) отражателя, мм;

 - путь, пройденный ультразвуковой волной в призме преобразователя, мм;

φ – угол между нормалью к поверхности отражателя и нормалью к поверхности ввода ультразвуковых колебаний, град;

 и  - коэффициент затухания ультразвука в контролируемом металле и оргстекле призмы преобразователя соответственно, мм^-1;

 - функция Бесселя первого рода для дискового отражателя, определяемая по формуле:

                                       ,                                              (1.5)

где n – коэффициент, равный 0,14; k – волновое число, равное отношению ;

 - угол раскрытия диаграммы направлению преобразователя, который приблизительно равен 8⁰, исходя из рисунка 1.2.

Таблица 1.1 – Формулы для компонент, составляющих расчетное значени акустического тракта эхометода контроля.

Компоненты		Формула
В	для сферы Ø2b
	для цилиндра Ø2b длиной 2b
	для диска Ø2b
	для полосы шириной 2b
E

2  Расчет вида и размера дефекта

Исходные данные приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Измеренные параметры

Наименование величины	Условное обозначение и единица измерения	Значение
Основные параметры контроля и вспомогательные величины
Угол ввода	,0	40
Радиус пьезопластины	a, мм	6
Скорость поперечной волны	, мм/мкс	3,25
Частота колебаний	,МГц	2,5
Путь, пройденный ультразвуковой волной в призме преобразователя в одном направлении	, мм	9
Скорость волны в призме ПЭП	, мм/мкс	2,67
Коэффициент затухания ультразвука в контролируемом объекте	, мм-1	0,0015
Коэффициент затухания ультразвука в СО-2	, мм-1	0,001
Коэффициент затухания ультразвука в призме ПЭП	, мм-1	0,03
Условная чувствительность	, дБ	24
Угол раскрытия диаграммы направленности преобразователя	, 0	8
Измеренные характеристики дефекта
Максимальная амплитуда от отражателя, относительно настроенного порога срабатывания	, дБ	15
Расстояние до дефекта по горизонтальной плоскости	, мм	39
Глубина залегания дефекта	, мм	33
Расстояние до дефекта по горизонтальной плоскости на уровне минус 9дБ при приближении к отражателю	, мм	34
Глубина залегания дефекта при приближении к отражателю на уровне минус 9дБ	, мм	28
Расстояние до дефекта по горизонтальной плоскости на уровне минус 9дБ при удалении от отражателя	, мм	42
Глубина залегания дефекта при удалении от отражателя на уровне минус 9дБ	, мм	35