A-скан: Расширение границ применения ЭМА толщиномера
Автоматический режим измерения толщины
Основной режим работы толщиномеров - автоматическое измерение толщины объекта, когда на экране отображается единственное число - результат измерения.
Но когда необходимо провести контроль:
• объектов сложной формы,
• объектов, подверженных сильной коррозии,
• сильно загрязненных объектов,
• объектов, изготовленных методом литья,
автоматического измерения значения толщины может быть недостаточно.
Для опытных специалистов электромагнитно-акустический (ЭМА) толщиномер – это инструмент, возможности которого значительно расширяются благодаря использованию A-скана. Давайте разберемся на примере ЭМА толщиномера EM1501, как правильно использовать A-скан и почему это важно для получения достоверных результатов.
Автоматические измерения
ЭМА толщиномер EM1501 измеряет толщину металла и отображает на экране результат: значение толщины в миллиметрах. Для объектов с простой геометрией – ровный лист или труба, и небольшой коррозией, этого значения обычно достаточно.
Однако в условиях сильной коррозии или загрязнений, при работе с литыми объектами или при наличии сложных геометрических форм объекта, этого значения недостаточно для получения надёжных измерений и вывода о состоянии объекта. Именно здесь требуется применять A-скан.
Что показывает A-скан?
A-скан – это график, по горизонтали которого отложено время (или расстояние, полученное путем умножения времени на скорость звука в материале), а по вертикали – амплитуда принимаемого прибором сигнала, обычно выраженная в процентах.
В левой части A-скана мы видим сигнал очень большой амплитуды, возникающий из-за импульса, создаваемого генератором толщиномера. Эта область называется «мёртвая зона», так как в ней приём эхо-сигналов невозможен.
За «мёртвой зоной» следует область в которой видны полезные донные импульсы на фоне шума. Для удобства анализа ЭМА толщиномер EM1501 позволяет отображать как реальный вид А-скана, так и отображать его огибающую.
Если преобразователь находится на слишком большом расстоянии от объекта контроля, например, из-за толстого слоя ржавчины, покрытия или других препятствий, то на А-скане, правее мёртвой зоны мы видим только шум, без полезных донных импульсов.
Как только мы приближаем преобразователь к объекту контроля на расстояние, достаточное для формирования и приёма акустической волны, на А-скане появляются донные импульсы и толщиномер начинает измерять по ним толщину. Соответственно при работе на сложных объектах контроля необходимо следить за уровнем донных импульсов на А-скане.
Если объект контроля имеет плоскопараллельные поверхности и не сильно корродирован, то на А-скане мы видим плавно затухающие чередующиеся эхо-сигналы: акустическая волна возникает на границе объекта контроля, долетает до противоположной стенки, отражается, возвращается в ту же точку откуда была отправлена, и дальше циклично перемещается между стенками пока не затухнет.
Коррозия и дефекты на A-скане
На объектах с сильной коррозией стандартная картина А-скана нарушается. Вместо чёткой последовательности донных импульсов, A-скан превращается в практически случайный сигнал. Коррозия объекта со стороны датчика приводит к излучению волны не по нормали, а в других направлениях, от которых волны никогда не вернутся обратно, а коррозия с обратной стороны объекта контроля приводит к отражению волны не по нормали в любых направлениях, и соответственно такие отражения никогда не вернутся в датчик. В данном случае мы можем сделать вывод о наличии дефекта или коррозии в объекте контроля, мешающей проводить измерения, и немного сместить преобразователь на поверхности в любом направлении, чтобы найти положение, где донные импульсы присутствуют без сильной интерференционной картины, и измерение проводится корректно.
Геометрия имеет значение
Помимо коррозии, на процесс измерения толщины может влиять форма объекта. При контроле нестандартных поверхностей, например, участков с изгибами или резкими переходами, волна может отражаться под углом и уходить в сторону, не возвращаясь к преобразователю. В таких случаях A-скан помогает выявить зоны, где эхо-сигналы действительно поступают обратно, позволяя провести измерение толщины.
Когда автоматика не справляется: ручные режимы и стробы
Автоматический режим измерения толщины работает хорошо до тех пор, пока A-скан содержит однозначно интерпретируемые эхо-сигналы. Но в условиях неоднородности материала автоматический режим измерения толщины может работать не корректно из-за наличия неоднозначных эхо-сигналов на А-скане. Для таких случаев в ЭМА толщиномере ЕМ1501 предусмотрены два алгоритма работы в ручном режиме – по одному или двум стробам.
Каждый строб представляет собой выделенный промежуток времени, в котором производится расчёт максимального значения эхо-сигнала.
Установка двух стробов позволяет использовать для расчетов более поздние импульсы, которые остаются стабильными, в случаях если первые ослаблены или «зашумлены». Например, в примере выше, первый эхо-сигнал находится в «мертвой зоне» из-за маленькой толщины объекта контроля. На отдельных участках третий и четвертый донные импульсы падают практически до уровня шумов, из-за чего прибор учитывает только один эхо-сигнал, считает его первым (так как последующие эхо-сигналы упали до уровня шумов) и некорректно рассчитывает толщину, удваивая реальное значение. Ручной режим измерений по двум стробам позволяет взять за основу пятый и шестой эхо-сигналы и корректно измерить значение толщины.
Такой эффект может происходить из-за анизотропии металла. Под анизотропией металла мы понимаем зависимость скорости распространения поляризованной поперечной волны в зависимости от направления, в котором происходят колебания. Когда она есть, волна с круговой поляризацией распадается на две поперечные волны и каждая из этих двух волн перемещается со скоростью немного отличающейся от соседней. Иногда на А-скане в таких случаях можно увидеть обе эти волны.
Игнорирование 'паразитных' эхо-сигналов
Иногда требуется игнорировать определённые эхо-сигналы. Например, на приведенном объекте сложной формы (рельс) мы видим в начале А-скана эхо-сигналы, пришедшие с расстояния 16-17мм. Толщина рельса намного больше, поэтому если нам требуется измерить именно толщину рельса - укажем прибору явно интервал в котором мы ищем толщину, переключив прибор в ручной алгоритм, и расположив один строб в районе нахождения именно донного импульса. Толщиномер будет учитывать только эхо-сигнал в данной зоне и не будет реагировать на 'паразитный' эхо-сигнал, в данном случае мешающий измерению.
Данный способ игнорирования части эхо-сигналов хорошо подходит для контроля толстых, но сильно корродированных объектов, изделий из чугуна или других литых изделий, у которых возникают паразитные мешающие эхо-сигналы из-за крупнозернистой структуры.
Повышение стабильности измерений: накопление сигнала
В случаях, когда шум достаточно сильный и приводит к нестабильным результатам измерений, помогает еще одна полезная функция прибора – регулировка числа накоплений. При увеличении числа накоплений ЭМА толщиномер ЕМ1501 усредняет несколько измерений, устраняя случайные помехи. Это немного замедляет процесс измерения, но заметно повышает стабильность показаний.
A-скан как инструмент принятия решений
Для опытных специалистов неразрушающего контроля A-скан – это важный инструмент для принятия решений, обеспечения точности и повышения достоверности контроля.
С его помощью специалист может не только измерить толщину, но и понять, почему то или иное значение появилось на экране, и стоит ли ему доверять.
Если вы работаете с объектами сложной формы, подверженными сильной коррозии, или в условиях, где автоматический режим не справляется, используйте возможности A-скана. Это один из инструментов, которые раскрывают весь потенциал ЭМА контроля.
