Акустические методы и средства контроля

• Обнаружение и определение координат дефектов, представляющих собой нарушения сплошности и расположенных как на поверхности, так и внутри металлических и неметаллических изделиях и в сварных соединениях.
• Определение размеров дефектов и изделий.
• Обнаружение зон крупнозернистости в металлических изделиях и заготовках.

Аппаратура, реализующая метод, позволяет  определить характер дефектов, идентифицировать  их по размерам, формам, ориентации.

НК

 

23

 

Акустические методы и средства  контроля

 

Условия получения максимального  сигнала

Для оптимального выполнения  этого условия необходимо сначала  выбрать правильно рабочую частоту  ультразвуковых колебаний.

Как известно, частота связана  с коэффициентом затухания звуковой  волны в веществе. Для большинства  материалов в диапазоне частот, применяемых в дефектоскопии, эта  зависимость приближенно выражается  формулой: δ=С_¹f+C_²f⁴,

Где С_¹ и С_² - коэффициенты, не зависящие от частоты.

Первый член связан с поглощением, второй – с рассеянием ультразвука  мелкими зернами материала, например, кристаллитами металла.

НК

 

24

 

Акустические методы и средства  контроля

 

При малых расстояниях от  преобразователя до дефекта влияние  затухания ультразвука невелико, поэтому в ближней зоне целесообразно  применение высоких частот. В  дальней зоне затухание имеет  очень большое значение для  рационального выбора частоты.

Оптимальная частота ультразвуковых  колебаний при исследовании объектов  малой толщины определяется приближенной  формулой f=2/C_¹r, где r - расстояние от преобразователя ультразвуковых волн до дефекта. Для относительно толстых объектов, когда ведущую роль играет рассеяние, формула преобразуется к виду:

НК

 

25

 

Акустические методы и средства  контроля

 

Разрешающая способность эхо-метода  – минимальное расстояние между  двумя одинаковыми дефектами, при  котором эти дефекты фиксируются  раздельно. Различают лучевую и  фронтальную разрешающую способности. Первую определяют минимальным  расстоянием Δr между двумя раздельно  выявленными дефектами, расположенными  в направлении хода лучей вдоль  акустической оси преобразователя. Фронтальную разрешающую способность  определяют минимальным расстоянием  Δl между одинаковыми по величине  точечными раздельно выявляемыми  дефектами, залегающими на одной  глубине.

НК

 

26

 

Акустические методы и средства  контроля

 

Ультразвуковой эхо-импульсный  дефектоскоп

Ультразвуковой эхо-дефектоскоп  – это прибор, предназначенный  для обнаружения несплошностей  и неоднородностей в изделии, определения их координат, размеров  и характера.

Генератор импульсов 3 возбуждает, пьезопластину передающей головки 1. Ультразвуковые колебания распространяются  в детали, отражаются от ее  противоположной стенки и попадают  на пьезопластину приемной головки 2. На ее гранях возникает переменное  напряжение, которое детектируется  и усиливается в усилителе 4, а  затем поступает на вертикальные  отклоняющие пластины 5 осциллографа. Одновременно генератор горизонтальной  развертки 6 подает пилообразное  напряжение на горизонтальные  отклоняющие пластины 5.

НК

 

27

 

Акустические методы и средства  контроля

НК

 

28

 

Акустические методы и средства  контроля

 

Генератор импульсов 3 возбуждает  пьезопластину передающей головки 1 короткими одиночными импульсами. Это позволяет четко различать  на экране сигнал начального  импульса I, сигнал от дефекта III и  донный сигнал II. При отсутствии  дефекта импульс III будет отсутствовать. Перемещая передающую и приемную  головки по поверхности детали, обнаруживают дефекты и определяют  их местоположение. В некоторых  конструкциях дефектоскопов имеется  только одна совмещенная головка  как для передачи, так и для  приема колебаний.

НК

 

29

 

Акустические методы и средства  контроля

 

    Ультразвуковая дефектоскопи-ческая тележка УДС2-32 представляет собой микропроцес-сорный многоканальный ультразвуковой дефектоскоп.

НК

 

30

 

Акустические методы и средства  контроля

 

Новые возможности развития  ультразвукового контроля

    В последние годы начались широкие исследования особенностей распространения ультразвуковых волн в неоднородных, в том числе неоднофазных средах. В их число входят пористые, слоистые и многофазные объекты. Такие неоднородности приводят к гигантским нелинейностям взаимодействия волн со средой. Использование нелинейностей способно дать весьма чувствительные методы обнаружения дефектов.

НК

 

31

 

Акустические методы и средства  контроля

 

        Эффекты объемной нелинейности способны накапливаться при распространении волны, если конкурирующие процессы (например, затухание, дисперсия, дифракция), слабы, и проявляются тем сильнее, чем большее расстояние прошла волна в образце. Поэтому их можно заметить даже при небольшой нелинейности. Очевидно, такое накопление можно наблюдать только при многократном взаимодействии волны с нелинейным элементом, например, границей раздела сред, что можно обеспечить, поместив образец в резонатор. Столь же очевидно, что степень нелинейности будет зависеть от амплитуды волны и диапазона частот, соответствующего размеру неоднородности.

НК

 

32

 

Акустические методы и средства  контроля

 

     Идея нелинейной акустической диагностики состоит в следующем. С ростом амплитуды сильные волны в нелинейной среде начинают обмениваться энергией, нарушая принцип суперпозиции, т. е. независимости их друг от друга. Такой обмен можно использовать как своеобразный механизм запоминания и других волн, и особенностей места обмена энергией. Эта информация может быть доставлена к приемнику самой волной или возникающим в области взаимодействия звуковым излучением, часто содержащим новые спектральные компоненты. Обработка принятого сигнала даст информацию об особенностях области взаимодействия. Кроме того, кождый пучок волн оказывается промодулированным другим пучком – возникает т. н. явление рассеяния «звука на звуке».

НК

 

33

 

Акустические методы и средства  контроля

 

В верхнем ряду – рассеяние  на однородном образце, в нижнем  – на образце с двумя включениями.