Определение допусков на метрологические характеристики контрольных отражателей

Воспроизводимость ультразвукового (УЗ) контроля определяется в основном настройкой чувствительности дефектоскопа и обеспечивается, если рассеяние значений амплитуд сигналов от отражателей не превышает заданных границ. Такие границы могут быть установлены на основе теоретической схемы (рис. 1), расчета статистической выявляемости дефектов, приведенного в работах [1, 2], и из анализа параметров рассеяния амплитуд сигналов от однотипных отражателей испытательных образцов.
Под кривой /р(ж) — плотности вероятности появления дефектов в сварных швах выделено шесть площадок.
Рвг аРг, Рг, ха, Хдо, Дхр — вероятности правильной оценки недопустимых и допустимых дефектов, не выявления допустимых дефектов, ложного забракования, пропуска и не выявления недопустимых дефектов соответственно; суммарная вероятность пропуска.
Выявляемость дефектов с параметрами — это полная вероятность Р(х) их обнаружения при заданном уровне чувствительности:
Р(*)=РрР*
где Рр — вероятность возникновения дефектов в сварном шве; Рд — вероятность выявления этих дефектов.
Полная вероятность Р'(х) забракования как недопустимых, так и допустимых дефектов
Р'(х)=*Рр( 1-*2+ха)
Согласно экспериментальным данным, приведенным у литературе [6], при установлении оптимальной браковочной чувствительности УЗ контроля сварных швов барабанов котлов по плоскодонному отверстию диаметром 3,8 мм вероятность выявления недопустимых дефектов р =0,7; вероятность пропуска недопустимых дефектов х2=1—д=0,3; полная вероятность Р'(х) обнаружения дефектов (средняя доля недопустимых дефектов или отношение суммарной протяженности выявленных УЗ методом дефектных участков при контроле 7750 м сварных швов, выполненных в течение 30 месяцев, к общей их протяженности) равна ~ 0,00293.
Из этих данных и формулы (1) следует, что вероятность Рр возникновения дефектов в исследуемых сварных швах барабанов.
Поэтому доля участков сварных швов с недопустимыми дефектами, не выявленных УЗ методом, может быть определена как полная вероятность пропуска недопустимых дефектов
Ир=0,3*0,0031=0,00093.
В работе [6] показано, что бракуется около 50 % участков сварных швов с дефектами и ~ 50 % участков признаются годными (т. е. ~ 0,0029, включая и пропущенные недопустимые дефекты). Поэтому доля участков швов с допустимыми дефектами равна разности 0,00293—0,00093= 0,002.
Ложное забракование обычно является следствием выявления и забракования дефектов, размеры которых не превышают предельно допустимых. Вероятность ложного забракования для заданной (03,8 мм) чувствительности [61 равна ~0,25, а полная вероятность ложного забракования
хп=0,002-0,25^0,50-10-3.
Пользуясь данными работы [6], построим график зависимости полной вероятности обнаружения дефектов (Рр=0,0031) в сварных швах барабанов от чувствительности УЗ дефектоскопа (рис. 2). Из анализа этого графика видно, что за счет неправильной оценки допустимости дефектов сварки, например за счет ложного забракования (хп=0,50-10“3), в результаты УЗ контроля может быть внесена погрешность, соответствующая изменению площади контрольного отражателя (с 5!= = 11,4 до $2=9,1 мм2) на величину, вызывающую изменение чувствительности на ЗдБ.
В связи с тем, что достоверные результаты УЗ дефектоскопии могут быть обеспечены, если разброс амплитуд сигналов от однотипных отражателей не превысит погрешностей контроля, обусловленных неправильной оценкой допустимости дефектов в сварных швах при заданной чувствительности дефектоскопа, в качестве допуска на разброс амплитуд сигналов можно принять величину, не превышающую ЗдБ.
Для подтверждения правильности сделанного вывода и уточнения величины допуска сравним полученные значения допуска (ЗдБ) с параметрами 5 и т рассеяния амплитуд сигналов от однотипных отражателей, применимых при УЗ контроле сварных швов малой и большой толщин.
Из анализа данных такого сопоставления следует, что половина поля допусков (при задаваемой вероятности 0,95 и вероятности риска 2^== 0,05), характеризующая предельное поле рассеяния амплитуд сигналов от однотипных угловых, боковых и плоскодонных отверстий, не превышает величины ±1,5 дБ и равна: для угловых отражателей т—1,4 дБ (5=0,66 дБ); для боковых отражателей т=0,68дБ     (5—0,3 дБ); для плоскодонных отверстий т= 1,15 дБ (5=0,5 дБ).
В этой связи, в качестве допуска на разброс амплитуд эхо-сигналов за счет погрешностей изготовления отражателей и погрешностей измерения сигналов от них можно принять величину, равную ±1 дБ для плоскодонных и боковых отверстий и ±1,4 дБ — для угловых отражателей. Задаваясь допусками на отклонение амплитуды эхо-сигнала, можно оценить допуски на линейные или угловые параметры отражателя.
Для того чтобы определить величины допуска А на линейные размеры контрольных отражателей в зависимости от величины допуска на разброс амплитуд эхо-сигналов от последних, площадь плоскодонного отверстия 5Ь или радиус бокового и углового отражателей выразим через номинальные диаметры (1)н) этих отражателей следующим образом:
Подставив эти выражения в формулы акустического тракта для плоскодонного, бокового и углового отверстий из работы и решив систему двух уравнений относительно Д, получим
ди отражателя к максимальной, соответствующее допустимым пределам изменения амплитуды эхо-сигнала, установленным для идентичных отражателей.
На основании исследований, приведенных выше и в работах, можно принять, что разброс амплитуд эхо-сигналов, вызванный неточностью выполнения размеров отражателей, составляет ~ 0,14 (0,3 дБ) от установленной величины (3 дБ) интервала допуска на разброс амплитуд эхо-сигналов от однотипных отражателей. Переведя децибелы в относительные единицы, подставим значения &=0,95 в формулы (2) и (3) и получим значение допуска на диаметр плоскодонного отражателя (04 мм) равным ±0,04 мм, на диаметр бокового и углового отверстия (04 мм)—±0,15 мм.
При изготовлении испытательных образцов трудно выдержать их основные характеристики в пределах допусков и обеспечить необходимую воспроизводимость чувствительности УЗ дефектоскопов, настроенных по этим образцам.
Из данных, приведенных в статье и в работах [3— 5], следует, что величина максимальной погрешности при оценке амплитуды сигнала от дефектов сварных соединений тонкостенных труб из-за недостаточно высокой воспроизводимости чувствительности дефектоскопов, настроенных по различным испытательным образцам, равна ~ 14,8 дБ. Причем примерно 40,7% (5... 6 дБ) составляет погрешность, вызванная различием чистоты обработки контактной поверхности испытательных образцов и контролируемого объекта; примерно 19,0 % (2,8 дБ) — погрешность измерения амплитуды эхо-сигналов отражателей оператором средней квалификации (погрешность, вносимая в результаты измерения оператором высокой квалификации, — порядка 1 дБ); 20,3% (3,0 дБ) — погрешность контроля;
8,1 % (1,2 дБ) — за счет погрешностей изготовления отражателей в пределах допусков на ориентацию отражателей; 8,5%      (1,25 дБ) и 3,4% (0,5 дБ) — за счет погрешностей в пределах допусков на размеры отражателя и инструментальной погрешности дефектоскопа.
При оптимальной чистоте обработки контактной поверхности (/?а=2,5-т-1,25 мкм) испытательных образцов суммарная максимальная погрешность измерения идентичных контрольных отражателей испытательных образцов с малой толщиной стенки равна ~8,8 дБ. Погрешность измерения за счет субъективных качеств оператора от суммарной погрешности — 32,0 %, погрешности контроля — 34,3 %, изготовления отражателей в пределах допусков на их размеры — 14,3%, на ориентацию — 13,7%, инструментальная погрешность — 5,7 %.
Выводы
На основе анализа распределения и выявляемости дефектов в штатных сварных швах барабанов котлов и погрешностей метода УЗ контроля показано, что для обеспечения достоверности допуск на разброс амплитуд сигналов от однотипных отражателей не должен превышать ЗдБ.
В результате анализа акустического тракта разработаны принципы и получены аналитические формулы, определяющие связь между величинами разброса параметров отражателей и амплитуд сигналов от них, которые позволяют рассчитывать обоснованные допуски на разброс параметров этих отражателей.
В результате математической обработки исследованных погрешностей УЗ контролем установлено, что поиск дефектов сварки целесообразно осуществлять при повышении чувствительности дефектоскопа в 2,8 раза относительно контрольного уровня.