Физические основы ультразвукового метода контроля.

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале. Отражение акустических волн происходит от раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела сред. Так как включения в металле часто содержат воздух, имеющий на несколько порядков большее удельное акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически полное.

Разрешающая способность акустического исследования определяется длиной используемой звуковой волны. Это ограничение накладывается тем фактом, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, волна от него практически не отражается. Это определяет использование высокочастотных колебаний — ультразвука. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растет их затухание, что ограничивает доступную глубину контроля. Для контроля металла наиболее часто используются частоты 0,5…10 МГц.

В промышленности ультразвуковой контроль металла проводят, как правило, в диапазоне ультразвуковых волн от 0,5 МГц до 10 МГц. В отдельных случаях неразрушающий контроль сварных швов проводится ультразвуковыми волнами с частотой до 20 МГц, что позволяет выявлять очень небольшие дефекты. Ультразвук низких частот применяют при: работе с объектами большой толщины (ультразвуковой контроль отливок, поковок, сварных соединений выполненных электрошлаковой сваркой); контроле металлов, имеющих крупнозернистую структуру (чугун, медь, аустенитные стали) и большое затухание – «плохо проводят ультразвук».

Возбуждение и прием ультразвука

Существует несколько методов возбуждения ультразвуковых волн в исследуемом объекте. Наиболее распространенным является использование пьезоэлектрического эффекта. В этом случае излучение ультразвука производится с помощью преобразователя, который преобразует электрические колебания в акустические с помощью обратного пьезоэлектрического эффекта. Отраженные сигналы, попавшие на пьезопластину, из-за прямого пьезоэлектрического эффекта преобразуются в электрические, которые и регистрируются измерительными цепями.

Также используются электромагнитно-акустический метод, основанный на приложении сильных переменных магнитных полей к металлу. КПД этого метода гораздо ниже, чем у пьезоэлектрического, но зато может работать через воздушный зазор и не предъявляет особых требований к качеству поверхности.

Прибор, реализующий метод ультразвукового контроля ‑ дефектоскоп предназначен для обнаружения несплошностей и неоднородностей в изделии, определения их координат, размеров и характера путем излучения импульсов ультразвуковых колебаний, приёма и регистрации отраженных от неоднородностей эхо-сигналов. На рисунке 1 приведена принципиальная схема импульсного ультразвукового дефектоскопа. Генератор радиоимпульсов 3 возбуждает передающий пьезокристалл 1. Ультразвуковые колебания распространяются в контролируемой детали, отражаются от её противоположной стенки («донный сигнал») и попадают на приемный пьезокристалл 2. Отраженные ультразвуковые колебания возбуждают колебания приёмного пьезокристалла 2. При этом на гранях пьезокристалла возникает переменное напряжение, которое детектируется и усиливается в усилителе 4, а затем поступает на вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 5 осциллографа.

Рисунок 1 – Блок схема импульсного ультразвукового дефектоскопа

Одновременно генератор горизонтальной развертки 6 подает пилообразное напряжение на горизонтальные отклоняющие пластины ЭЛТ 5. Генератор радиоимпульсов 3 возбуждает передающий пьезокристалл 1 короткими импульсами, с продолжительными паузами между ними. Это позволяет четко различать на экране ЭЛТ 5 сигнал начального (зондирующего) импульса I, сигнал от дефекта III и донный сигнал II. При отсутствии дефекта в контролируемом участке детали на экране осциллографа импульс III будет отсутствовать. Перемещая передающий и приемный пьезокристаллы по поверхности контролируемой детали, обнаруживают дефекты и определяют их местоположение. Часто используется один совмещённый пьезокристалл - для передачи и приёма ультразвуковых колебаний. Места прилегания пьезокристаллов к контролируемой детали смазывается тонким слоем масла, геля, вазелина для обеспечения непрерывного акустического контакта с поверхностью контролируемого изделия.

На сегодняшний день существует следующие основные методы УЗК.

1. Эхо-метод или эхо-импульсный метод — наиболее распространенный: преобразователь генерирует колебания (т.е. выступает в роли генератора) и он же принимает отражённые от дефектов эхо-сигналы (приёмник). Данный способ получил широкое распространение за счёт своей простоты, т.к. для проведения контроля требуется только один преобразователь, следовательно, при ручном контроле отсутствует необходимость в специальный приспособлениях для его фиксации и совмещении акустических осей при использовании двух преобразователей. Это один из немногих методов ультразвуковой дефектоскопии, позволяющий достаточно точно определить координаты дефекта, такие как глубину залегания и положение в исследуемом объекте (относительно преобразователя).

Реализация эхо-импульсного метода контроля сварного соединения без дефекта (сверху) и с дефектом (снизу) показана на рисунке 2. В правой части изображения представлен экран дефектоскопа с изображённым на нём зондирующим импульсом (сверху) и импульсом от дефекта (снизу).

Рисунок 2 ‑ Эхо-импульсный метод контроля сварного соединения

В зеркальном методе (рисунок 3) используются два преобразователя с одной стороны детали: сгенерированные колебания отражаются от дефекта в сторону приемника. На практике используется для поиска дефектов расположенных перпендикулярно поверхности контроля, например, трещин.

Рисунок 3 – Зеркальный метод

Теневой метод — используются два преобразователя, которые находятся по две стороны от исследуемой детали на одной акустической оси. В данном случае один из •    преобразователей генерирует колебания (генератор), а второй принимает их (приёмник). Признаком наличия дефекта будет являться значительное уменьшение амплитуды принятого сигнала, или его пропадание (дефект создает акустическую тень).

Зеркально-теневой метод (рисунок 4) используется для контроля деталей с двумя параллельными сторонами, развитие теневого метода: анализируются отражения от противоположной грани детали. Признаком дефекта, как и при теневом методе, будет считаться пропадание отраженных колебаний. Основное достоинство этого метода в отличие от теневого заключается в доступе к детали с одной стороны.

Рисунок 4 – Зеркально-теневой метод

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности