Представлен обзор технических возможностей современных ультра­звуковых толщиномеров (Ultrasonic Thickness Gage) отечественного и импортного производства.

Об авторах 

Гиллер Гэннадий Абрамович 

Директор Центра контроля и диаг­ностики Всероссийского научно-иссле- довательского института по строи­тельству трубопроводов, генеральный директор научно-производственного предприятия «Политест». Кандидат технических наук. III уровень по акус­тическим методам контроля. Науч­ные интересы - контроль качества и диагностика трубопроводов.

Могильнер Леонид Юрьевич

 Управляющий директор научно-производственного предприятия «По­литест». Кандидат технических наук. III уровень по акустическим методам контроля. Научные интересы - конт­роль качества и диагностика трубо­проводов.

 Определение толщины материалов (изделий) в диапазоне от долей до десятков миллиметров, особенно при одностороннем доступе к изделию, как правило, осуществляется ультразвуковым эхо-импульсным методом с применением прямых совмещенных или раздельно-совмещенных пьезопреобразователей. Измеряется время прихода импульса, отраженного от донной поверхности, и расчет толщины материала производится с учетом скорости распространения ультразвуковой волны в материале и времени ее задержки в призме пьезопреобразователя. Фактически эта процедура может рассматриваться как одна из стандартных задач, реализуемых ультразвуковыми дефектоскопами общего назначения. Однако в большинстве отраслей промышленности толщинометрия является самостоятельной задачей, которая потребовала создания специализированных приборов - ультразвуковых толщиномеров. Очевидно, что основные технические требования к этим приборам так или иначе связаны с максимально точными измерениями времени прихода эхо-сигнала; при этом отсутствует необходимость в ряде систем (аттенюатор, АСД, ВРЧ и др.), характерных для дефектоскопов общего назначения.

 Настоящий краткий обзор касается наиболее характерных решений в рассматриваемой области, и в нем использованы в основном материалы о приборах, экспонировавшихся на выставке в Москве в рамках XV Российской конференции "Неразрушающий контроль и диагностика" (июнь - июль 1999 г.).

 Анализируя основные технические решения, используемые в последние годы при создании ультразвуковых толщиномеров, можно выделить три основные группы этих приборов, отличающиеся друг от друга наличием специальных систем, обеспечивающих не только измерения толщины, но и решение специальных задач дефектоскопии - выявление расслоений металла, неметаллических включений, коррозионные измерения и т.п.:

 —   традиционные толщиномеры, в том числе толщиномеры с памятью;

  —   толщиномеры с дополнительным экраном (развертка типа Л);

 —   толщиномеры с регистрацией рельефа изделия.

 Развитие ультразвуковых толщиномеров и дефектоскопов шло параллельно. Как и в ситуации с дефектоскопами, в советское время отечественным пользователям предлагались в основном приборы, выпускавшиеся ПО "Электро-точприбор" (Кишинев). С конца 80-х гг. цифровой толщиномер УТ-93П и его модификации неплохо зарекомендовали себя в различных отраслях промышленности. Также можно было встретить разработки МНПО «Спектр» (Москва), толщиномеры DM-2 фирмы Krautkramer GmbH & Со (Германия) и ряд других зарубежных приборов.

 В настоящее время на рынке представлено большое количество традиционных ультразвуковых толщиномеров, выпускаемых не менее чем десятью фирмами, в том числе отечественными.Эти приборы позволяют производить измерение толщины контролируемого изделия и (или) скорости ультразвуковой волны в нем. Как правило, имеются дополнительные возможности, например, контроль наличия акустического контакта или автоматическая настройка отдельных режимов работы.

 Следует отметить, что цена деления большинства толщиномеров составляет 0,1 -0,01 мм, причем с точностью 0,01 мм измеряются малые толщины. Также выпускаются специализированные прецизионные толщиномеры с ценой деления 0,001 мм.

 Отличительная черта современных толщиномеров - возможность хранить и регистрировать результаты измерений. При этом повышается достоверность контроля (измерений), а условия работы оператора становятся значительно комфортнее. Объем памяти, как правило, достаточен для хранения нескольких тысяч результатов, что обеспечивает сохранность всех данных, которые оператор может получить за одну рабочую смену. Эти результаты могут быть введены в компьютер через стандартный интерфейс (как правило - RS 232).

 Большинство современных толщиномеров имеют режим "быстрого сканирования" ("измерение минимальной толщины"), при котором в ходе перемещения пьезопреобразователя по поверхности изделия запоминается лишь минимальное значение толщины из серии измеренных. Такой режим особенно удобен при контроле корродированных изделий: традиционная схема измерения толщины в случайно выбранных дискретных точках несет в себе опасность пропуска участков с глубокими коррозионными поражениями, расположенными между этими точками.

 При отсутствии информации о качестве акустического контакта результаты измерений толщины не могут рассматриваться как достоверные. Поэтому очень важной представляется автоматическая регистрация наличия акустического контакта. Эта функция также реализуется в ряде приборов, представленных сегодня на российском рынке.

 Особую нишу занимают ультразвуковые толщиномеры, снабженные не только алфавитно-цифровым индикатором, но и дополнительным экраном, на который выводится развертка типа Л. Фактически - это ультразвуковые дефектоскопы, имеющие несколько ограниченные функции (отсутствуют системы ВРЧ и др.), но снабженные специальными сервисными возможностями, удобными при измерении толщины материалов. Например, в случаях, когда толщи-нометрия материалов производится при наличии внутренних дефектов изделия, Л-развертка позволяет селектировать эти дефекты и устраняет их влияние на результаты измерений толщины. Также удобно селектировать сигналы по Л-развертке при работе на корродированных поверхностях. Поэтому, в частности, фирма Sonatest (Англия) представила на рынок толщиномер такого типа под названием "измеритель коррозии" (A-Skan Corrosion Gauge).

 Значительный интерес может представлять для пользователей толщиномер, снабженный датчиком пути и имеющий возможность привязки измеряемой толщины к координатам контролируемого участка поверхности. Регистрация результатов в этом случае дает возможность получать изображение рельефа контролируемого изделия, наглядно иллюстрирующее состояние поверхности и возможное наличие поверхностных или внутренних дефектов, в частности, коррозионных повреждений внутренней поверхности трубопроводов.

 Сочетание режима "быстрого сканирования" и регистрации рельефа при наличии контроля качества акустического контакта обеспечивает практически непрерывное (с шагом в доли миллиметра) сканирование поверхности изделия и регистрацию результатов толщинометрии.

 Настройка режимов работы (нуль, диапазон прозвучивания, чувствительность) всех приведенных в таблице толщиномеров может производиться как в ручном, так и в автоматическом режимах. Тем самым снижается зависимость результатов измерений от субъективного воздействия оператора на результаты контроля.

 Современные толщиномеры, как правило, снабжены меню, позволяющим выбирать режим работы, в том числе обращаться по выбору к режимам настройки, измерения, сохранения результатов и их регистрации.

 В таблице приведены основные технические характеристики толщиномеров, использующих в качестве излучателя ультразвуковых волн пьезоэлектрические пластины: А1209 (МНПО «Спектр», Москва), СКАТ-4000 (НПП «Политест», Москва, Центр «ДиК», Николаев), ТУЗ-1 (НПК «Луч», Москва), 26MG и 36DL PLUS (Panametrics, США), DM 4 Е и DMS (Krautkramer, Германия), Sonagage II и Alphagage (Sonatest, Англия). Этот список, разумеется, не исчерпывает все предлагаемые приборы, но показывает диапазон возможностей ультразвуковых толщиномеров.

 Авторы отмечают, что данные получены из материалов, представленных фирмами-производителями, и относятся к базовым комплектам. Приведенные в таблице значения могут изменяться в зависимости от модификации прибора и комплекта поставки.