|
|
Ручной УЗК. Продукции
6 - объемного и поверхностного упрочнения (закалочные и
поверхностные трещины, поры, пузыри, пережоги и др.);
механической обработки (шлифовочные трещины, при-
жоги, надиры, риски, надрезы, забоины и др.);
правки и монтажа (рихтовочные трещины, надрезы, риски
и др);
сварки (сварочные трещины, непровары, поры, шлаковые
и металлические вкрапления и др.);
в процессе эксплуатации (усталостные трещины, местный
наклеп, местная, общая и межкристаллическая коррозия
и др.).
Рассмотрим типы дефектов, возникающих при некоторых
технологических процессах.
В верхней части слитка или отливки (заготовки детали)
возникают усадочные раковины в результате уменьшения
объема металла при застывании. Раковина может продолжать-
ся в глубину металла в виде рыхлости. Кроме того, в литом
металле образуются поры и пузыри вследствие выделения
газов, а также ликвации - неоднородность химического
состава.
В результате перерывов в течении жидкого металла
образуются неслитины и неспаи, в результате засорения и
окисления расплавленного металла возникают неметалличес-
кие включения и окисные плены. При быстром остывании
слитка или отливки возникают горячие трещины с окисленной
поверхностью. В случае остывания разных частей отливки
или слитка с различной скоростью возникают холодные (не
окисленные) трещины.
При последующих технологических операциях слитки
проходят обработку давлением (прокат, штамповка, ковка,
прессование). При этом усадочные раковины и другие
объемные несплошности деформируются (расплющиваются),
превращаясь в расслоения и волосовины. Горячие трещины
при обработке давлением иногда раскрываются, холодные
трещины могут завариться. Кроме описанных дефектов, при
обработке давлением могут возникнуть новые дефекты:
надрывы на поверхности из-за недостаточной пластичности,
утяжины, ковочные трещины, заковы, закаты, флокены
(трещины от выделившегося водорода), риски от инструмента
и др. 7
При термообработке дефекты могут возникать из-за
неправильного режима нагрева и охлаждения, что приводит
к несоответствию структуры металла заданным параметрам,
трещинам, развитию существующих дефектов.
Для сварки плавлением свойственны некоторые дефекты,
характерные для литого металла: усадочные раковины, поры,
вкрапления. Специфическими дефектами сварки являются
непровар, вогнутость или превышение проплава корня сварного
шва, подрез, смещение кромок сварного шва, прожог в виде
сквозного отверстия, треш.ины. Непроваром называют не-
сплошность, которая возникает вследствие неполного рас-
плавления кромок или поверхности ранее выполненных
валиков (слоев) шва. Подрезом называют углубление вдоль
линии сплавления.
Сварочные трещины возникают в процессе остывания
сварного шва.
Различают продольные и поперечные трещины (относитель-
но продольной оси шва), а также паукообразные, в виде
сетки. Причиной появления сварочной трещины может быть
неправильная конструкция сварного изделия, неправильный
термический режим сварки, наличие дефектов основного ме-
талла.
Все виды дефектов снижают прочность изделий, особенно
работающих при переменных нагрузках или температурах, в
коррозионных средах. Наиболее сильное влияние на прочность
изделия оказывают тонкие плоские (трещиноподобные)
дефекты, которые склонны к развитию при нагружениях.
Дефекты округлой формы (объемные) менее склонны к
развитию.
Проверочные вопросы.
Какие основные задачи решает контроль качества
промышленной продукции?
Назовите виды контроля качества с точки зрения техно-
логического процесса производства продукции.
Какой основной тип дефектов обнаруживают с помощью
неразрушающих видов контроля?
Какие дефекты характерны для сварки?
В чем заключается опасность дефектов?
Какие дефекты наиболее опасны, почему?УЛЬТРАЗВУКОВОЙ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ.
Общие положения.
Ультразвуковой контроль - это вид неразрушающего
контроля, основанный на регистрации параметров упругих волн,
возбуждаемых и (или) возникающих в контролируемом
объекте.
Процессы механических колебаний и их распространение
в твердых, жидких или газообразных веществах рассматри-
ваются наукой о звуке - акустикой.
Ультразвуком называют акустические колебания, частота
которых лежит в диапазоне от 20 кГц до 1000 МГц, т- е. выше
диапазона частот, воспринимаемых человеческим ухом. Для
ультразвукового контроля промышленной продукции обычно
применяются колебания в диапазоне частот от 0,8 МГц до
10 МГц.
С помощью ультразвукового неразрушающего контроля:
выявляют дефекты типа нарушения сплошности (ракови-
ны, поры, неметаллические включения, трещины различ-
ных видов, непровары, непропаи, дефекты многослойных
конструкций и др.);
контролируют геометрические размеры изделий (толщи-
ны труб, прутков, листов и др„ имеющих односторонний
доступ);
определяют физико-механические свойства и структуру
материала (механические свойства, модуль упругости,
величину зерна, отклонения режимов термической и
пластической обработки).
История развития ультразвукового контроля.
Практическое применение ультразвука для неразрушающего
контроля материалов осуществлялось в последние 50 лет.
Основными предпосылками развития в этой области являются:
открытие в 1880-1881 г.г. братьями Жаком и Пьером Кюри
обратимого пьезоэлектрического эффекта, что позволило ис-
пользовать кварц в качестве преобразователя электрических
колебаний в звуковые;
разработка лордом Рэлеем в 1885-1910 г.г. теории
распространения звука в твердых веществах;разработка М. Ланжевеном эхо-импульсного способа
обнаружения отражателей в 1915-1917 г.г.
В 1929 г. член.-корр. АН СССР С. Я. Соколов первым предло-
жил для выявления дефектов материала теневой акустический
метод с непрерывным излучением. Эту дату можно назвать
днем рождения ультразвуковой дефектоскопии.
В 1931 г. О. Мюльхойзер получил первый патент на прибор
для ультразвукового контроля теневым методом. Серийные
приборы для теневого метода контроля были созданы уже во
второй половине 40-х г.г.
В 1940 г. Ф. Файерстон первым предложил использовать
эхо-импульсный метод для ультразвукового контроля матери-
алов, имеющий более высокую чувствительность, чем теневой
метод с непрерывным излучением. Для совершенствования
последнего в 1941 г. С. Я. Соколов предложил использовать
частотную модуляцию, но вскоре этот метод был вытеснен
эхо-импульсным и потерял свое значение.
Первые эхо-импульсные приборы были выпущены в 1943 г
в США и Великобритании, с тех пор они постоянно
совершенствуются. В первых приборах применялись кварцевые
преобразователи с прямым акустическим контактом. В 50-х
годах были созданы призматические преобразователи,
возбуждающие поперечные волны под определенными
углами. В качестве пьезоэлемента вместо кварца стали
применяться материалы с более высокой чувствительностью.
В СССР серийный выпуск ультразвуковых эхо-импульсных
дефектоскопов был освоен в 60-е годы на заводе "Электро-
точприбор" ( г. Кишинев ).
Применение ультразвуковой энергии.
Энергия звуковых волн широко применяется в различных
областях техники:
а) отделение посторонних частиц от поверхности изделия
при его очистке;
б) преодоление сил поверхностного натяжения при эмуль-
гировании;
в) перемешивание жидкостей;
г) создание на поверхности изделия рельефа сложной
формы ( с применением абразивного материала);
д) ультразвуковая сварка материалов;е) локация объектов в море, в т. ч. измерение глубины;
ж) испытание материалов с целью оценки их состояния,
т.е. определение упругих и других свойств, проверка
на отсутствие дефектов и т. д.
В случае, когда звуковая волна используется как носитель
информации о состоянии изделия, обычно необходимо
послать волну в это изделие и затем принять прошедшую
через него волну. В тех случаях, когда звуковая волна
возникает в объекте под действием нагрузки, говорят об
излучении (эмиссии) звука изделием.
Ультразвуковая волна позволяет проводить испытание
изделия неразрушающими методами, при которых на него
действуют механические силы растяжения, сжатия, среза или
изгиба, но они настолько малы, что не вызывают повреждения
материала. В настоящее время ультразвуковой эхо-импульсный
метод применяется в следующих областях:
в металлургии - для контроля литых, кованых и катаных
изделий;
в судостроении, машиностроении и производстве сталь-
ных конструкций - для контроля заготовок и сварных соединений;
в химической промышленности и энергетике - для контроля
сосудов и трубопроводов, работающих под давлением, и пр.
Уровни квалификации специалистов.
Персонал, аттестованный в соответствии с Европейским
стандартом EN №473:1993, относится к одному из трех уров-
ней квалификации.
Лицо, аттестованное на 1 уровень квалификации, может
быть допущено к проведению неразрушающего контроля по
письменным инструкциям и под наблюдением специалиста 2
или 3 уровня. Специалист 1 уровня должен уметь:
а) настраивать аппаратуру;
б) проводить контроль;
в) заносить в протокол и классифицировать результаты
контроля на основе критериев, изложенных в инс-
трукциях на контроль;
г) составлять отчет по результатам контроля.
Специалист 1 уровня не может отвечать ни за выбор метода 11
или технологии контроля, ни за оценку или характеристику
результатов контроля.
Лицо, аттестованное на 2 уровень квалификации, может
быть допущено к руководству проведением неразрушающего
контроля по установленным или признанным методикам.
Специалист 2 уровня должен уметь:
а) выбрать технологию для применяемого метода контроля;
б) определить ограничения для применяемого метода
контроля, по которому он аттестован на 2 уровень ква-
лификации;
в) разбираться в стандартах по неразрушающему кон-
тролю и интерпретировать их для инструкций по
проведению практического контроля, привязанных
к конкретным условиям работы;
г) настраивать и калибровать аппаратуру;
д) проводить и осуществлять надзор за контролем;
е) интерпретировать и оценивать результаты в соответст-
вии с действующими стандартами, правилами или
спецификациями;
ж) составить письменную инструкцию на контроль;
з) выполнять и осуществлять надзор за работами, соот-
ветствующими 1 уровню квалификации;
и) обучать или руководить работой персонала с квали-
фикацией ниже 2 уровня;
к) составить и выполнить отчет по результатам контроля.
Лицо, аттестованное на 3 уровень квалификации, может
быть допущено к руководству любыми работами по контро-
лю, по которому оно аттестовано. Среди различных зада-
ний, входящих в его обязанности, специалист 3 уровня дол-
жен:
а) брать на себя всю ответственность за оборудование
и персонал;
б) разрабатывать и аттестовывать технологии контроля
и процедуры их выполнения;
в) интерпретировать стандарты, правила, спецификации
и инструкции;
г) выбрать соответствующий метод контроля, технологию
и инструкцию.
Он должен обладать:
а) компетенцией, чтобы оценить и интерпретировать ре-
зультаты в соответствии с действующими стандартами,
правилами и спецификациями;
б) достаточным практическим знанием применяемых
материалов, технологий производства, чтобы
выбрать методы контроля и разработать методику,
участвовать в определении критериев оценки, если
таковые отсутствуют;
в) общими знаниями в области других методов неразру-
шающего контроля;
г) способностью руководить персоналом с квалификацией
ниже 3 уровня.
Он может, если требуется , проводить и осуществлять надзор
за квалификационными экзаменами, на которые он уполно-
мочен независимой Службой Сертификации.
Специалист 3 уровня не может быть единственным
экзаменатором для любого кандидата, которого он персональ-
но готовил к сдаче данного экзамена.
Проверочные вопросы.
Какие открытия физиков способствовали возникновению
и развитию ультразвукового контроля?
Какой метод использовался в первом ультразвуковом
дефектоскопе?
Какой метод нашел наиболее широкое применение в
практике ультразвукового контроля?
Какими уровнями оценивается квалификация дефектоско-
п и сто в?
5 Какие работы должен уметь выполнить дефектоскопист
первого уровня?БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ АКУСТИКИ.
Природа звуковых волн.
Звуковая волна представляет собой процесс переноса
энергии колеблющимися частицами вещества. Колебанием
называют движение вокруг некоторого среднего положения
- положения равновесия. В акустике обычно рассматривают
упругие колебания точек среды относительно положения, в
котором они находились в покое. Упругостью называют
свойство частиц среды возвращаться к первоначальному
состоянию.
При возбуждении частиц упругого вещества (например,
путем сжатия) в какой-либо области, они начинают совершать
колебания с некоторой амплитудой (максимальным
отклонением от положения равновесия) и частотой (число
колебаний в единицу времени). Эти колебания передаются
частицам соседней области за счет упругих связей. Если бы
частицы были соединены друг с другом жестко, то они пришли
бы в движение все одновременно. Однако в упругих
веществах для передачи движения необходимо некоторое
время, поэтому колебания частиц в соседней области
запаздывают относительно исходного колебания Колеблю-
щиеся частицы второй области возбуждают частицы в третьей
области и т. д. В результате процесс передачи (возбуждения)
колебаний распространяется в веществе с постоянной ско-
ростью - возникает упругая волна.
В волне изменяется во времени (перемещается) только
состояние частиц - в упругих волнах это состояние сжатия и
растяжения. Сами частицы вещества остаются на своих местах
и колеблются только около своего положения равновесия.
Приведенная модель не может быть распространена в
полной мере на жидкие и газообразные вещества, т. к. в них
частицы не связаны со своим положением равновесия, а
свободно движутся. Тем не менее эти вещества оказывают
сопротивление сжатию или растяжению, поэтому они могут
передавать некоторые виды упругих волн.
Виды волн и их параметры.
14 Твердые, жидкие и газообразные вещества характеризуютсяупругостью объема, а твердое вещество имеет еще и упругость
формы, связанную с наличием сдвиговой упругости. Поэтому
твердое тело стремится сохранить не только свой объем, но
и форму, в отличие от жидких и газообразных веществ, ко-
торые сохраняют только объем.
Например, два слоя жидкости легко сдвинуть относительно
друг друга, в то время, как два слоя в твердом веществе
сопротивляются сдвигу. Поэтому колебания растяжения -
сжатия бывают во всех средах, а в твердых телах возможны
еще и сдвиговые колебания
Волны первого типа (в которых действуют силы растяжения
- сжатия) называются волнами сжатия или продольными
волнами, поскольку колебания в них происходят вдоль
направления распространения волны.
В твердых телах, как уже указывалось, возможен еще один
тип волн — поперечные волны, в которых колебания частиц
происходят перпендикулярно направлению распространения
волны. Другое название поперечных волн - волны сдвига.
Рассмотренные выше процессы могут происходить только в
каком-то объеме вещества, не имеющего граничных
поверхностей, которые могут существенно изменить волновой
процесс. Поэтому описанные виды волн называют объемными
волнами.
Волны могут иметь различную форму волновой поверхности,
на которой колебания имеют одинаковую фазу. Такая
поверхность называется фронтом волны. Фронт волны может
быть плоским, сферическим, цилиндрическим, иметь более
сложную форму.
Частотой f волны называют количество колебаний частиц
в секунду. В одной волне частота одинакова для всех частиц
и равна частоте возбуждения. Одно колебание в секунду
называется герц (Гц). При ультразвуковом контроле частоту
волн обычно выражают в мегагерцах (МГц) - миллионах
колебаний в секунду. Соответственно
1
Период Т волны - это время одного колебания, поэтому
период обратно пропорционален частоте:
МГц = 1000 кГц = 1000000 Гц.
Период измеряется в секундах (с), миллисекундах (мс) и
микросекундах (мкс).
1 с = 1000 мс = 1000000 мкс.
Скорость С звуковой волны - это скорость распространения
определенного состояния, например, зоны сжатия.
Скорость звука является свойством каждого вещества.
Длина X волны - это расстояние между двумя плоскостями,
в которых частицы находятся в одинаковом состоянии,
например, между двумя зонами сжатия. Другими словами,
длина волны - это расстояние, на которое волна распростра-
няется за время одного колебания:
С
X = СТ = — •
f
При распространении волны происходит ее ослабление с
увеличением расстояния. Основные причины ослабления -
расхождение звуковой энергии в пространстве (дифракцион-
ное ослабление) и затухание волны.
За счет дифракционного расхождения амплитуда объемных
(свободных) продольных и поперечных волн уменьшается
пропорционально расстоянию.
Уменьшение амплитуды волны под действием затухания
происходит по экспоненциальному закону и характеризуется
коэффициентом затухания 6. Коэффициент затухания выра-
жается в неперах на 1 м расстояния, проходимого волной
(Ип/м). Иногда он выражается в децибелах на 1 м или 1 мм
(дБ/м, дБ/мм).
1 дБ/м = 8,686 Нп/м.
Акустические свойства среды.
Акустические свойства среды характеризуются скоростью
звука, волновым сопротивлением и коэффициентом затуха-
ния.
Скорость звука для различных типов волн можно рассчитать
по упругим константам материала, а именно по модулю
нормальной упругости Е, плотности вещества р и коэффици-
енту Пуассона д.
16 Скорость продольных волн определяется по формуле:
Е-О-Ц)
р
с,=
-(1 + ц)-(1-2ц)
Скорость поперечных волн определяется по формуле:
f
с,=
cT
Р-2(1 + ц)
где G 2(1 +jli) М0ДУЛЬ сдвига'
Отношение скоростей поперечной и продольной волн в стали
составляет 0,55, в алюминии - 0,49, поэтому по грубой оценке
можно сказать, что скорость поперечной волны в металлах в
два раза меньше скорости продольной волны.
Волновым сопротивлением среды называется произведение
плотности на скорость звука:
Z = р-С.
Эта величина называется еще звуковым сопротивлением,
удельным звуковым импедансом, нормальным импедансом.
Материалы с высоким волновым сопротивлением называют-
ся акустически жесткими (различные металлы, стекло).
Материалы с малым волновым сопротивлением называются
акустически мягкими (пластмассы, резина, жидкости, газы).
Коэффициент затухания в общем случае складывается из
коэффициентов поглощения 5П и рассеяния 8о:
8 = 6П + 8П.
п р-
При поглощении звуковая энергия преобразуется в тепловую,
при рассеянии она остается звуковой, но уходит в направле-
ниях, отличающихся от направления распространения волны.
Поглощение звука обусловлено внутренним трением и тепло-
проводностью среды. Коэффициент поглощения в твердых
телах пропорционален или частоте (стекло, металлы) или
квадрату частоты (резина).
Рассеяние звука характерно для металлов и обусловлено
частичным отражением, преломлением и трансформацией
волны на границах кристаллов (зерен) вещества.
Доля рассеянной энергии определяется главным образом
отношением длины волны к среднему размеру кристаллита.
В области диффузного рассеяния, где указанное отношение
составляет Зч-4, рассеяние максимально.
Наименьшее рассеяние наблюдается при отношении 20...100.
Для одной и той же частоты затухание поперечной волны
более существенно по сравнению с продольной, т. к. длина
поперечной волны меньше, соответственно меньшее значение
имеет и отношение длины волны к размеру кристаллита.
|
|
|
Скачать 2.08 Mb.