УЗК. Тема 1. Введение. Назначение, цепи и задачи неразрушающего контроля. Общие положения неразрушающего контроля (НК)
 Скачать 1.64 Mb.
|
Тема № 3. Физические основы ультразвуковой дефектоскопии.Ультразвуковой контроль — одна из разновидностей неразрушающего контроля. Заключается в установлении свойств исследуемого предмета при помощи ультразвука. Ультразвуковая дефектоскопия — метод, предложенный С. Я. Соколовым в 1928 году и основанный на исследовании процесса распространения ультразвуковых колебаний в контролируемых изделиях с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа:. Является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля Звуком - называются упругие колебания частиц среды около положения равновесия с частотой от 16Гц до 20кГц (это слышимые звуки). Ультразвук- упругие колебания свыше 20кГц до 1 млн.кГц от 16Гц до 20кГц-слышимые звуки. Ниже 16Гц-инфрозвуки. Гц(герц)- одно колебание в секунду. 1кГц-1000Гц 1МГц-1000кГц-1000000Гц 0,6; 1,25; 1,8; 2,5; 5,0МГц- рабочие частоты. Для передачи звука нужна материальная среда, в вакууме не распространяется. Ультразвуковой волной-наз. процесс распространения упругих колебаний ультразвуковой частоты в материальной среде. При этом каждая частица, участвующая в волновом движении, колеблется в положении около своего равновесия, передавая свою энергию соседним частицам. Луч-это направление, в котором распространяется макс. энергия волнового процесса. Фронт волны - совокупность точек колеблющихся в одной фазе, до которой в заданный момент времени дошел волновой процесс. Луч перпендикулярен фронту волны. Различают волны: 1.Продольные. 2.Поперечные. 3.Поверхностные (волны Рэлея) и головные волны. 4.Нормальные (волны Лэмба). Продольная волна (Cl)- это такие волны, в которых колебания частиц среды совершаются вдоль направления распространения волн. (рис. Б) Используется при контроле паковок, толщинометрии, УЗК качества металла и контроля тавровых соединений. Продольная волна распространяется во всех средах (твердых, жидких, газообразных), и обладает самой большой скоростью. Поперечная волна (сдвиговая Ct)- это такие волны, при которых колебания частиц среды совершаются перпендикулярно направлению распространения волн. (рис. А) Используется для контроля сварных соединений. Поперечная волна распространяется только в твердых средах, телах. Скорость распространения почти в 2 раза меньше продольной волны. Эти волны могут распространяться в больших объемах и поэтому они имеют название объемные.  Поверхностные волны (волны Рэлея) - это упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной границы твердого тела с быстро затухающей глубиной. Представляет линейную комбинацию продольной и поперечной волны. Частицы поверхностной волны колеблется по эллипсам. Иногда применяют для контроля изделий на поверхностные дефекты вместо магнитного или капиллярного контроля. В жидкости поверхностные волны не существуют. Скорость поверхностной волны приблизительно равна скорости поперечной волны. Головные волны - это продольные волны вдоль поверхности. Распространяется на небольшую глубину и служит для определения подповерхностных дефектов. Головные волны почти нечувствительны к поверхностным дефектам и не реагируют на неровности поверхности, но хорошо выявляют дефекты на глубине 2-8 мм. Эти волны применяют для контроля сварных соединений на дефекты под валиком усиления, выявления дефектов под наплавкой, резьбой. В пластинах или стержнях, толщина которых соизмерима с длиной волны, распространяются нормальные волны. Или волны в пластинах (волны Лэмба) и волны в стержнях (волны Похгаммера). Волны в пластинах применяют для УЗ контроля тонких листов, труб, оболочек, а волны в стержнях применяются для контроля проволок, стержней, труб. Скорость распространения этих волн изменяется в зависимости от частоты, упругих свойств материала и поперечных размеров пластины или стержня. В зависимости от геометрического фонда волн различают: 1.Сферическая- это звуковая волна на небольшом расстоянии от источника звука. 2. Цилиндрическая- звуковая волна на небольшом расстоянии от источника звука, представляющая собой длинный цилиндр маленького диаметра. 3. Плоская- ее может излучать бесконечно-колеблющаяся плоскость.  Параметры характеризующие ультразвуковую волну: Длина волны – называется минимальное расстояние между двумя точками колеблющееся в одной фазе. Это расстояние, на которое распространяется волна за время равное периоду колебаний, обычно длина волны обозначается греческой буквой  . По аналогии с волнами, возникающими в воде от брошенного камня, длиной волны является расстояние между двумя соседними гребнями волны. Период колебаний – называется время, в течение которого совершает один полный цикл колебания на ультразвуковую волну. Обозначается (Т).  Частота колебаний – называется количество колебаний, происходящее за 1 секунду. Обозначается (ƒ). Амплитуда колебания – называется большее смещение, колеблющейся частицы, от положения равновесия. Обозначается (А). Скорость распространения волны – называется скорость распространения определенного состояния в материальной среде. Скорость волн различна. Существует справочная таблица скоростей УЗВ. Обозначается (c). Вывод: УЗК позволяет определить дефекты равной половины длины волны. Длина волны тем меньше, чем выше частота излучения и длина поперечной волны меньше длины продольной волны. Применение высокой частоты вызвано необходимостью обнаружению дефектов малых размеров. При одной и той же частоте поперечная волна обнаружит более мелкие дефекты, чем продольная волна. Интенсивность (сила) Общая энергия излучаемая источником звука в единицу времени называется акустической мощностью. Интенсивность звука или сила звука (от лат. intetisio — усиление, напряжение) — важнейшая энергетическая характеристика звуковых колебаний, которая зависит, с одной стороны, от формы звуковой волны и амплитуды звукового давления, с другой — от характеристик среды, в которой происходит распространение звука (к примеру, в стоячей волне в среднем потока звуковой энергии нет, в сферической бегущей волне эта величина обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника звука). Под интенсивностью звука подразумевается количество энергии, переносимой волной за 1 секунду через 1 квадратный метр площади, перпендикулярно направлению распространения волны. При распространении звуковой волны происходит постепенное снижение интенсивности за счет перехода звуковой энергии в энергию в тепловую (реже — в прочие формы энергии). При определении интенсивности периодического звука берется усредненная величина, при этом усреднение осуществляется либо за целое число периодов, либо за промежуток времени, превышающий период. В системе единиц СИ для измерения интенсивности звука используется Вт/м2, обозначается (J). Также оценка этой величины может выполняться на основе шкалы децибел. В прямой связи с интенсивностью находится субъективная характеристика, известная как громкость звука. Изучению поведения и характеристик звуковых волн посвящена такая ветвь науки, как акустика, дифференцируемая сегодня на узкоспециализированные разделы (в том числе — строительная акустика, архитектурная акустика, электроакустика и пр.) Для удобства выражается сила звука используют логарифмическую единицу- децибел (Дб) и об интенсивности звука судят по амплитуде. По мере распространения звуковой волны интенсивность ее уменьшается. Ослабление интенсивности звуковой волны обуславливается ее рассеиванием и затуханием. Затухание - это снижение амплитуды волны за счет потери энергии на внутреннее трение и излучение. Снижение интенсивности волны вследствие затухания происходит по экспоненциальному закону, т.е. чем больше затухание, тем на меньшую глубину проникает звук. Если среда, в которой происходит распространение ультразвука, обладает вязкостью и теплопроводностью или в ней имеются другие процессы внутреннего трения, то при распространении волны происходит поглощение звука, то есть по мере удаления от источника амплитуда ультразвуковых колебаний становится меньше, так же как и энергия, которую они несут. Среда, в которой распространяется ультразвук, вступает во взаимодействие с проходящей через него энергией и часть её поглощает. Преобладающая часть поглощенной энергии преобразуется в тепло, меньшая часть вызывает в передающем веществе необратимые структурные изменения. Поглощение является результатом трения частиц друг об друга, в различных средах оно различно. Поглощение зависит также от частоты ультразвуковых колебаний. Теоретически, поглощение пропорционально квадрату частоты. Величину поглощения можно характеризовать коэффициентом поглощения, который показывает, как изменяется интенсивность ультразвука в облучаемой среде. С ростом частоты он увеличивается. Интенсивность ультразвуковых колебаний в среде уменьшается по экспоненциальному закону. Этот процесс обусловлен внутренним трением, теплопроводностью поглощающей среды и её структурой. Его ориентировочно характеризует величина полупоглощающего слоя, которая показывает на какой глубине интенсивность колебаний уменьшается в два раза (точнее в 2,718 раза или на 63 %). Вывод: 1. В твердых телах коэффициент затухания складывается из коэффициента поглощения и рассеяния. При поглощении, звуковая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии энергия остается звуковой, но уходит из направленно-распространенной волны в результате отражений на границах зерен и от неоднородности среды. 2. Рассеяние связано с тем, что среда не является однородной. 3. На степень затухания оказывает влияние величина зерна.  Схема распространения УЗ волн в поликристаллическом твердом теле. Чем крупнее зерно, тем больше затухание. При крупнозернистой структуре применять более низкие частоты. При некоторых частотах затухание может быть очень большим, что УЗ волна не сможет проникнуть вглубь металла и проконтролировать возможность дефекта. Акустические свойства сред. Такие физико-механические свойства материала, как плотность, упругость, структурное строение определяют постоянные, характеризующие распространение в среде упругих волн, т.е. акустические свойства среды. К акустическим свойствам сред относятся: скорость распространения волны, коэффициент затухания и удельное волновое сопротивление (характеристический акустический импеданс). В твердом теле эти величины определяют для продольных и поперечных волн. Характеристический импеданс (Z) – это произведение плотности среды на скорость звука в ней  Явление на границе двух сред (отражение, преломление, деформация) В общем случае на границе 2 сред может проходить 3 явления: отражение, преломление, трансформация. Отражение – изменения направления УЗ волны на границе 2 сред, при которой волна не переходит в другую среду. Преломление – изменение направления УЗ волны на границе 2 сред, при которой волна переходит в другую среду. Трансформация – это преобразование волн одного типа, в волны другого типа, происходящее на границе раздела 2 сред. Суть трансформации состоит в следующем: Если на границе раздела 2 сред с разным акустическим сопротивлением под некоторым углом падает, например продольная волна то, как и при отражении, так и при преломлении появляется 2 вида волн. Т. е. часть энергии падающей волны преобразуется в энергию продольной волны, а часть в энергию поперечной волны. При равных акустических средах тип волн не изменяется при любом угле падения  Cl  Cl   Z1   Z2 Cl Cl При разных акустических средах: При перпендикулярном падении тип волны не меняется  Для П111 β=0° При 0<β<20° тип волны не меняется. Это явление используется при изготовлении раздельно-совмещенных ПЭП   β Сl Сl 1 11 П112  Z1   Z2 Сl 2 При падении продольной волны под углом 20°<β<28° происходит трансформация продольной волны. Она расщепляется на продольную и поперечную волну. При увеличении угла падения 28°<β<56° продольная волна начинает скользить по поверхности и в изделии остается только поперечная волна. Сl  β П121 Z1 Сl 2   Z2 Сt2 Увеличивая еще угол падения 56°<β, тогда и поперечная волна тоже будет скользить по поверхности.  β Сl   Сt2 К  огда продольная волна начинает скользить по поверхности, называется первым критическим угломКогда и поперечная волна начинает скользить по поверхности, называется вторым критическим углом. Рассчитать эти углы можно по закону Снеллиуса (закон синусов)  Обозначения углов показаны на рисунке с, сt, сlʼ ctʼ- скорости волн падающей, отраженной продольной, отраженной поперечной, преломленной продольной, преломленной поперечной. Таким образом, для всех волн отношение синуса угла (между направлением волны и нормалью к поверхности раздела) к скорости волны будет постоянной величиной.  Вывод: При отражении и преломлении углы отражения и преломления продольной волны всегда больше поперечной. Это связано с тем, что скорость распространения продольной волны больше чем поперечной. Если луч падает перпендикулярно границе 2 сред, трансформация отсутствует. Первый критический угол – это наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленная продольная волна не будет проникать во 2 среду, и начинает скользить по поверхности. Второй критический угол – это наименьший угол падения продольной волны, при котором поперечная волна не будет проникать во 2 среду, и начинает скользить по поверхности. При падении поперечной волны на границе раздела 2 сред (сталь-воздух), когда скорость распространения УЗ волны в 3 среде меньше чем во 2, упругая волна достигнув границы трансформируется. При угле падения поперечной волны не более 30°, около 90% энергии отражается в виде продольной волны и лишь 10% в виде поперечной. При увеличении угла падения поперечной волны, может наступить такой момент, когда на границе отражается только поперечная волна. Н  аименьший угол падения поперечной волны, при котором отсутствует отраженная продольная волна называется третьим критическим углом.Излучение и приемы УЗ колебаний. Для излучения и приема упругих колебаний и волн применяют различные способы. Все они основаны на преобразовании энергии, например из электрической в механическую и наоборот. УЗ колебания могут возбуждаться различными способами: Механические излучатели. Электродинамические. Магнитострикционные. Пьезоэлектрические. Пьезоэлектрический эффект Был открыт братьями Кюри. Суть его состоит в том, что если кварцевую пластинку подвергнуть механическому сжатию или растяжению, то на ее поверхности возникает переменная эдс. При ультразвуковом контроле обычно используют пьезопреобразователи, принцип работы которых основан на пьезоэлектрическом эффекте, заключающимся в преобразование механических колебаний в электрические и наоборот. Активный элемент такого ПЭП (пьезоэлемент) изготавливают из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, а торцевые поверхности его металлизированы и являются электродами. При подаче на них электрического напряжения пьезоэлемент изменяет свою толщину вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта. Если напряжение знакопеременно, то пьезоэлемент колеблется в такт с этими изменениями, создавая в окружающей среде упругие колебания, т.е. работает в качестве излучателя (рис. 3). И, наоборот, если пьезоэлемент воспримет импульс давления, то на его обкладках вследствие прямого пьезоэффекта появятся электрические разряды.
П  рямой пьезоэффект, используется при приеме УЗ колебаний. Обратный пьезоэффект, используется при излучении УЗ колебаний.Пьезоматериалы: Кварцевая пластина – стабилен, их пьезоэлектрические свойства практически не зависят от температуры, очень высокая точка Кюри +550°С (Точка Кюри – это температура, при которой пластина теряет пьезоэлектрические свойства). Достоинства: при снижении температуры кварц восстанавливает свои пьезоэлектрические свойства. Недостатки: дорог, хрупок, низкая чувствительность. Титанат-бария – менее стабилен, пластины могут быть любой формы, дешевле и прочнее чем кварц. Недостатки: точка Кюри около +100°С, теряет свои пьезоэлектрические свойства не обратимо. Цирконат-титонат свинца – наиболее широко используемый пьез материал в УЗ дефектоскопии, т.к. он довольно стабилен, точка кюри +350°С. Недостаток: не способен само восстанавливаться. Акустическое поле пьезопреобразователя. Акустическим полем называют область пространства, упругие колебания в точках которого определяются их положением относительно объекта, порождающего это поле: излучателя, отражателя, границы раздела сред и т. д. Применительно к преобразователю различают: поле излучения Iи , поле приема Iп , поле излучения-приема Iип . Акустическое поле пьезопреобразователя представляет в разрезе рупор. Рядом с пьезопластиной располагается ближняя зона (зона Френеля) – зона нечеткого выявления дефектов, которая обусловлена интерференцией наложением волн, называют еще зоной немонотонного изменения акустического поля. В ближней зоне более 80% излученной энергии находится в пределах цилиндра, ограниченного краями излучателя, однако по сечению цилиндра энергия распределена неравномерно. Рассчитывается размер ближней зоны по формуле:  где  - длина волны.З  а пределами ближней зоны излучателя начинается дальняя зона или зона дифракции (зона Фраунгофера). Здесь звуковое давление убывает монотонно, с увеличением расстояния от излучателя. Максимальная концентрация энергии находится на границе ближней и дальней зоны. Акустическое поле в дальней зоне излучателя характеризует диаграммой направленности, показывающая изменение звукового давления, в зависимости от угла между направлением луча и акустической осью на постоянном расстоянии от излучателя.Или это диаграмма, которая характеризует угловую зависимость амплитуды излучения УЗ колебаний в любом направлении от акустической оси. Акустическая ось – прямая, проведенная через акустический центр в направлении максимума диаграммы направленности. За единицу масштаба принимается амплитуда давления на акустической оси.  Акустическая ось  зона Френеля  зона Фраунгофера  Классификация пьезопреобразователей Узел прибора, преобразующий электрическую энергию в акустическую и обратно, принцип работы которого основан на пьезоэлектрическом эффекте, называется пьезоэлектрический преобразователь или ПЭП. Преобразователи для приборов неразрушающего контроля классифицируют по ряду признаков. По способу ввода УЗ-колебаний различают: – контактные преобразователи, которые прижимаются к поверхности изделия, предварительно смазанной жидкостью (маслом, глицерином и т. п.); в некоторых случаях слой жидкости заменяют эластичным материалом (эластичным протектором); – иммерсионные преобразователи, между поверхностью которых и изделием имеется толстый слой жидкости (толщина этого слоя во много раз превышает длину волны); при этом изделие целиком или частично погружают в иммерсионную ванну; – щелевые (менисковые) преобразователи, между поверхностью которых и изделием создается зазор порядка длины волны ультразвука; жидкость в зазоре удерживается силами поверхностного натяжения; – преобразователи с сухим точечным контактом, имеющие шарообразную поверхность, плотно соприкасающуюся с изделием, площадь соприкосновения 0,01÷0,5 мм2; – бесконтактные преобразователи, возбуждающие акустические колебания в изделии через слой воздуха (воздушно-акустическая связь). По способу конструктивного исполнения: – совмещенные преобразователи, которые соединяются одновременно с генератором и усилителем прибора и служат как для излучения, так и приема ультразвука; – раздельные преобразователи, состоящие из излучателя, соединенного с генератором прибора, и приемника, соединенного с усилителем; – раздельно-совмещенные (РС) преобразователи состоят из излучателя и приемника, конструктивно связанных между собой, но разделенных электрическим и акустическим экранами. По направлению УЗ-волны: – прямые; – наклонные; – комбинированные. По форме рабочей поверхности или пьезоэлемента: – плоские преобразователи с пьезопластиной плоской формы; – фокусирующие преобразователи, обеспечивающие сужение акустического поля в некоторой области контролируемого объекта; – неплоские. Прямой преобразователь. Прямой совмещенный преобразователь предназначен для генерации и приема продольных волн в импульсном режиме. Наибольшее распространение совмещенные преобразователи получили в качестве датчика эхо-импульсных ультразвуковых дефектоскопов.  Схема совмещенного пьезопреобразователя: 1 – пьезоэлемент; 2 – демпфер; 3 – электрод; 4 – протектор; 5 – контактная жидкость; 6 – объект контроля Пьезоэлементизготавливают, учитывая условие резонанса h = λ/2. Размеры в поперечных направлениях выбирают такими, чтобы интервалы времени пробега продольных УЗ-волн по толщине и длине пьезоэлемента значительно различались. Поперечные размеры пьезоэлемента должны быть во много раз больше его толщины. Важную роль в обеспечении нормальной работы пьезоэлемента играют металлические электроды, которые наносятся не на всю поверхность, чтобы избежать пробоя по краям. В качестве материала электродов в основном используют серебро и никель. При прочих равных условиях соотношение между размерами площадей поверхности пьезопластины, покрытых электродами и свободных от них, оказывает существенное влияние на добротность пьезоэлемента и характеристики акустического поля. Регулируя размер электродов, можно в довольно широких пределах менять характеристики акустического поля в изделии. Протекторпредназначен для защиты пьезоэлемента от механических повреждений, защиты от коррозии и для обеспечения акустического контакта. Толщина протектора обычно выбирается четвертьволновой для обеспечения качественно акустического контакта. Для протекторов выбирают материалы, характеризующиеся высокой износостойкостью, малым затуханием УЗК и высокой скоростью звука. Демпферзащищает пьезоэлемент от механических повреждений и гасит паразитные колебания. Демпфер изготавливают из материала с большим поглощением ультразвука, чтобы отраженная от верхней грани волна не возвращалась к пьезоэлементу и не вызывала помех. Рекомендуется, чтобы демпфер обеспечивал затухание паразитных сигналов не менее 60–80 дБ. Наклонные преобразователи. Наклонный преобразователь используется для приема и излучения поперечных волн. Выбор рабочего пьезоэлемента для наклонных преобразователей зависит от решаемых дефектоскопических задач, т. к. наряду с обычными требованиями здесь необходимо учесть наличие обязательной акустической линии задержки (более подробно об этом будет рассказано ниже), а также широкое применение преобразователей наклонного типа для выявления труднодоступных и удаленных дефектов. С учетом этого при выборе материала пьезопластины для наклонного преобразователя предпочтение отдают материалам с малым характеристическим импедансом и низкой диэлектрической проницаемостью.  Схема устройства наклонного преобразователя: 1 – пьезопластина; 2– демпфер; 3 – призма; 4 – контактная жидкость; 5 – объект контроля; α – угол призмы; β – угол ввода. Призмаобеспечивает ввод упругих колебаний в объект контроля под необходимым углом. Призма должна обеспечить при малых углах падения (углах призмы) достаточно большие углы β – углы преломления акустической оси, что достигается за счет разности скорости ультразвука в материале призмы и в материале изделия. В качестве материала призмы обычно выбирают органическое стекло (плексиглас). Геометрические размеры призм в зависимости от назначения преобразователя могут изменяться в широких пределах. При этом также изменяются углы ввода луча в объект контроля. В наклонных преобразователях, осуществляющих контроль на сдвиговых волнах, углы призмы (углы падения) имеют значения в интервале между первым и вторым критическими углами. Важной характеристикой и геометрическим параметром призмы является стрела преобразователя Δl– расстояние от точки ввода УЗ-пучка в изделие до передней грани призмы . Стрела характеризует минимальное расстояние, на котором можно расположить преобразователь вблизи выступов на поверхности изделия (например, валик усиления сварного шва). Это расстояние выбирают таким образом, чтобы УЗ-колебания, зеркально отражающиеся от передней грани призмы и поверхности изделия, не попадали непосредственно на пьезоэлемент. Другая характеристика наклонного преобразователя – точка выхода луча. Знание точного положения этой точки необходимо для определения условных размеров обнаруженного дефекта. Угол ввода– угол, при котором регистрируется максимальное отражение от модельного дефекта в виде горизонтального сверления в стандартном образце СО-2. Как правило, при больших углах призмы угол ввода может существенно отличается от угла преломления акустической оси. Раздельно-совмещенный преобразователь В рассмотренных выше преобразователях возникновение шумов обусловлено реверберационными явлениями в самом пьезоэлементе и в элементах конструкции пьезопреобразователей. Наиболее очевидный способ устранения этих шумов – применение раздельных пьезоэлементов для излучения и приема упругих сигналов. Такие преобразователи получили название раздельно-совмещенных (РС). Для удобства работы приемный и излучающий пьезоэлементы объединены в общий корпус. В РС преобразователях длительность излучаемых упругих сигналов и реверберационные шумы мало влияют на выявление близко расположенных дефектов.  Схема устройства раздельно-совмещенного преобразователя: 1 – электроакустический экран; 2 – пьезопластина; 3 – демпфер; 4 – призма; 5 – корпус; 6 – объект контроля. РС-преобразователи наиболее широко применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить малую мертвую зону, например, при контроле толщины изделий с малыми размерами в направлении прозвучивания. Наиболее массовыми изделиями такого типа, кроме листового проката, являются прутки и трубы. РС-преобразователи применяются также при контроле изделий из крупнозернистых материалов и при контроле с применением головных волн. Обозначение пьезопреобразователей. В соответствии с ГОСТ 23702-79 принята буквенно-цифровая система обозначения преобразователей. Первая буква П означает «Преобразователь». Далее следует группа цифр: 1) способ контакта (1 – контактный, 2 – иммерсионный, 3 – контактно-иммерсионный); 2) направление оптической оси (1 – для прямых преобразователей, 2 – для наклонных); 3) режим работы (1 – совмещенный, 2 – раздельно-совмещенный, ); 4) ставится буква Ф для фокусирующих преобразователей, Н – для неплоских. Для плоских буква не ставится; 5) после дефиса следует группа цифр, указывающая частоту преобразователя в мегагерцах; 6) для наклонных преобразователей после дефиса указывается угол призмы из органического стекла в градусах (если призма изготовлена из другого материала, то производится пересчет на органическое стекло). Пример обозначения: П111-0,5. Расшифровка: контактный прямой совмещенный плоский преобразователь, работающий на частоте 0,5 МГц. Пример обозначения: П121-1,25-30°. Расшифровка: контактный наклонный совмещенный плоский преобразователь, работающий на частоте 1,25 МГц, угол призмы 30°. Методы УЗ дефектоскопии. Существует несколько типов ультразвуковой дефектоскопии. Применение того или иного метода связано с видом проверяемого материала, размера и конфигурации деталей, разновидностью дефектов и их расположение и задачами перед которыми ставится УЗ контроль. Импедансный метод. Использует зависимость импедансов изделия, при упругих колебаниях, от параметров этих изделий и наличие в них дефектов. Используются изгибные волны (волны Лэмба), которые используются в преобразователе стержневого типа. Для передачи упругих колебаний используют сухой (точечный) контакт, небольшой по площади зоне. Применяют низкие частоты от 1 до 20 кГц (слышимые звуки). Используют для выявления дефектов клеевых соединений, многослойных конструкций и расслоение слоистых пластмасс. Метод свободных колебаний. Основан на измерении частоты собственных колебаний. Метод применяют для обнаружения расслоений и зон нарушения соединений в многослойных конструкциях из полимерных композиционных колебаний. Волны Лэмба возбуждаются периодическими ударами электромагнитного вибратора. Признаком дефекта является изменение частотного спектра сигнала. Преимущество: возможность контроля изделий из материала с большим затуханием звука, например резина. Применяются частоты от 1 до 20 кГц. Резонансный метод. Резонансный метод основан на измерении частот и амплитуд ультразвуковых колебаний, которые возбуждают резонансные явления в контролируемом объекте по его толщине. Ультразвуковой резонансный метод основан на наблюдении собственных резонансных частот при возбуждении в изделиях упругих колебаний. При этом методе используют продольные волны в диапазоне частот от 0,5 до 20 МГц. Ультразвуковые колебания вводятся в изделие контактным способом. Упругие волны возбуждаются в контролируемом изделии пьезоэлектрической головкой, питаемой автогенератором с изменяющейся частотой. При совпадении излучаемой частоты с собственной частотой изделия происходит изменение режима автогенератора (увеличение анодного тока лампы), фиксируемое индикатором прибора. Частота автогенератора меняется вручную или автоматически. Расслоения выявляются по резкому уменьшению числа резонансных пиков на экране прибора. Теневой метод (метод прохождения). Теневой метод заключается в сквозном прозвучивании изделия импульсами ультразвуковых колебаний . Этот метод одним из первых стал применяться для контроля металлоизделий. Для излучения и приема ультразвука используют два соосно-расположенных преобразователя, а о наличии дефектов судят по уменьшению амплитуды принимаемых колебаний. Излучатель ультразвуковых волн, проверяемая деталь и приёмник образуют «акустический тракт», по которому распространяется ультразвуковая волна. Решение о дефектности проверяемой детали принимают по величине амплитуды (уровню) принятого сигнала на выходе принимающего преобразователя. Если на пути ультразвуковых волн от излучателя до приёмника нет препятствий (несплошностей), отражающих или рассеивающих ультразвуковые волны, то уровень принятого сигнала максимален. Однако он резко уменьшается или падает почти до нуля, если на пути ультразвуковой волны есть несплошность (дефект). Решение принимается при соблюдении требований соосного расположения преобразователей и стабильного их акустического контакта с контролируемой деталью. Метод наиболее часто применяют для контроля тонкостенных изделий, т.к. при его использовании отсутствуют мертвые зоны. Недостатками метода являются необходимость двустороннего соосного доступа к изделию, низкая чувствительность при контроле изделий средней и большой толщины и невозможность определения глубины залегания дефекта.
Зеркально-теневой (комбинированный) метод прохождения и отражения. Зеркально-теневой метод является комбинацией эхо - импульсного и теневого методов. Он принципиально не отличается от теневого, но удобен, когда к детали имеется только односторонний доступ. При контроле этим методом используют один или два ПЭП, размещенные на одной поверхности изделия. Признаком дефекта является ослабление амплитуды (уровня ультразвуковой волны), прошедшей через контролируемое изделие и отражённой от его противоположной поверхности. Размеры дефекта оценивают по уменьшению амплитуды «донного» сигнала. Этот метод применяется, например, при контроле железнодорожных рельсов, а также при контроле различных деталей (осей колесных пар различных вагонов, валов двигателей и т.д.) на прозвучиваемость.
Эхо-импульсный метод (метод отражения). Эхо - импульсный метод основан на явлении отражения ультразвуковых волн от поверхности дефекта и регистрации отражённых сигналов. Этим методом контролируют оси колёсных пар (КП), поковки, штамповки, прокат, сварные швы, детали из пластмассы, а также измеряют толщину изделия и оценивают структуру материала. Для этой цели в контролируемое изделие излучается последовательность коротких ультразвуковых импульсов. Излучаемые ультразвуковые импульсы называют «зондирующими». Признаком дефекта является наличие эхо-сигнала, отражённого от несплошности. Отражённые ультразвуковые импульсы несут информацию о наличии какого-то отражателя, его удалённости от излучателя и о его размерах. Размеры и местоположение дефекта оценивают по амплитуде и времени задержки (положению на экране) отражённого эхо-сигнала. Широкое распространение метода обусловлено простотой его реализации, высокой чувствительностью к выявлению многих типов дефектов и возможностью одностороннего доступа к изделию. К недостатку данного метода можно отнести наличие неконтролируемой мертвой зоны, расположенной под ПЭП. Расстояние до отражателя при контроле эхо-методом может быть определено с высокой степенью точности. Поскольку заранее известны тип ультразвуковой волны и скорость её распространения в материале контролируемой детали, то путь, пройденный ультразвуковым импульсом от излучателя до отражателя и обратно, составляет:
где t – время «задержки» принятого отражённого импульса относительно зондирующего; r – расстояние от излучателя до отражателя. Полное время задержки t складывается из нескольких составляющих. Такими составляющими, кроме времени пробега ультразвука в изделии, являются время пробега ультразвука через протектор (или призму) преобразователя, через слой контактной жидкости, а также время задержки в электронном блоке дефектоскопа. Однако практически величинами этих задержек можно пренебречь по сравнению с временем пробега ультразвукового импульса в контролируемом изделии.
|
