Печать
Опубликовано: 21 мая 2015 21 мая 2015
Просмотров: 11042 11042

Ультразвуковая дефектоскопия относится к неразрушающим методам контроля.

Звуком называют упругие колебания мельчайших частиц среды около положения своего равновесия, происходящие с частотой от 16 Гц до 20000 Гц. Частоты 16 и 20000 Гц считают пределами слышимости звуков человеческим ухом. Упругие колебания с частотой более 20000 Гц называют ультразвуком.

Ультразвуковой (УЗ) волной называется процесс распространения упругих колебаний ультразвуковой частоты в материальной среде.

Физические основы ультразвуковой дефектоскопии.

Ультразвуковая дефектоскопия основана на явлениях, происходящих на границе раздела двух сред, имеющих разные акустические сопротивления.

В общем случае на границе раздела могут происходить три явления: отражение, преломление и трансформация волн.

Отражением называют изменение направления УЗ волны на границе раздела, при котором волна не переходит в другую среду.

Преломлением называют изменение направления УЗ волны на границе раздела, при котором волна переходит в другую среду.

Трансформацией называют преобразование волн одного типа в волны другого типа, происходящее на границе раздела двух сред.

 

 

Чем больше отличаются акустические сопротивления сред, тем большая часть энергии звуковой волны отразится от границы раздела двух сред. Этим условием определяется как возможность, так и эффективность выявления нарушений сплошности материала (включений среды с акустическим сопротивлением, отличающимся от сопротивления контролируемого материала).

Коэффициенты отражения продольной волны на границе между сталью и некоторыми средами, заполняющими полости дефектов сварки, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Коэффициент отражения границы стали с другим материалом

Материал несплошности Коэффициент отражения по интенсивности, %
газ 100.0
вода 88.0
масло трансформаторное 90.0
медь 0.26
кварц 31.0
шлак AН-348 16.0

 

Из таблицы видно, что шлаковые включения будут выявляться гораздо хуже дефектов таких же размеров, но с воздушным заполнением. Приведенные значения справедливы для несплошностей, размеры которых намного больше длины волны. Если же размеры несплошности в направлении, перпендикулярном УЗ лучу, значительно меньше длины волны, то волны, огибают ее без существенного отражения. Для полученения заметного отражения достаточно, чтобы размеры несплошности были соизмеримы с длиной волны.

Классификация ультразвуковых дефектоскопов.

Ультразвуковой дефектоскоп - это электронно-акустическое устройство, предназначенное для возбуждения - приема УЗ колебаний и преобразования их в вид, удобный для вывода на соответствующий индикатор, снабженное сервисными устройствами для измерения параметров принятых сигналов.

В зависимости от области применения дефектоскопы делят (ГОСТ 23049) на приборы общего назначения и специализированные. В зависимости orфункционального назначения дефектоскопы подразделяют на следующие группы:

1 - для обнаружения дефектов (пороговые дефектоскопы);

2 - для обнаружения дефектов, измерения глубин их залегания и измерения отношения амплитуд сигналов от дефектов;

3 - для обнаружения дефектов, измерения глубин их залегания и измерения эквивалентной площади дефектов по их отражающей способности или условных размеров дефектов;

4 - для обнаружения дефектов, распознавания их форм или ориентации, для измерения размеров дефектов или их условных размеров.

По конструктивному исполнению дефектоскопы делятся на стационарные, переносные и портативные. По степени участия дефектоскописта в процессе контроля различают ручные, механизированные и автоматизированные дефектоскопы.

 

Функциональная схема ультразвукового дефектоскопа общего назначения.

Принцип работы современного УЗ эхо-импульсного дефектоскопа можно представить на основе схемы (рис.1). Генератор синхронизируюших испульсов (ГСИ) через определенные промежутки времени вырабатывает импульсы, которые проходят через делитель частоты и запускают различные блоки прибора.

Рис.1. Функциональная схема ультразвукового эхо-импульсного дефектоскопа общего назначения [1].

                     С – синхронизатор

                     ГСИ – генератор синхронизирующих импульсов

ДЧ – делитель частоты;

ГИВ – генератор импульсов возбуждения;

ОК - объект контроля;

А – аттенюатор;

У – усилитель;

ПУТ - приемно-усилительный тракт;

ЭЛТ - электронно-лучевая трубка;

К1,К2 – переключатели;

Р1 ,Р2 – разъемы;

ПЭП1, ПЭП2 – преобразователи;

БР - блок развертки и подсветки;

BРЧ - временная регулировка чувствительности;

АСД - блок автоматической сигнализации дефектов;

БИ - блок измерений;

И – индикатор;

ИП - источник питания.

Генератор импульсов возбуждения (ГИВ) вырабатывает короткий электрический импульс, который через разъем Р1 подается на пьезоэлемент ПЭП1. Вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта пьезоэлемент ПЭП1 преобразовывает электрический импульс в упругое колебание, которое излучается в объект контроля (OK) в виде УЗ волны. УЗ колебания, отраженные от противоположной поверхности объекта контроля или oт дефектов, возвращаются к поверхности контроля. Вследствие явления прямого пьезоэлектрического эффекта упругое колебание пьезоэлементом ПЭП2 преобразуется в электрический импульс, который через разъем Р2 поступает на аттенюатор (А). Аттенюатор служит для калиброванного ослабления и измерения отношений (дБ) принятых сигналов. Далее сигнал усиливается и преобразовывается в блоке усилителя (У), а затем подается на вертикально-отклоняющую пластину электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) или на другой индикатор. Блок развертки (БР) вырабатывает пилообразные импульсы и прямоугольные импульсы подсветки. Пилообразные импульсы подаются на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ. Напряжение подсветки обеспечивает испускание электронного пучка только на прямолинейном участке пилообразного напряжения.

Блок временной регулировки чувствительности (ВРЧ) позволяет скомпенсировать уменьшение эхо-сигналов с увеличением глубины, связанное с геометрическим расхождением пучка и затуханием звука в материале.

Блок автоматической сигнализации дефектов (АСД) предназначен для установления зоны контроля и формирования сигнала для подачи на звуковой, световой или другой сигнализатор при наличии зхо-имлульсов в зоне контроля.

Блок измерений (БИ) предназначен для измерения координат дефектов с выдачей информации на индикатор (И), а также дли измерения длительности задержки развертки, временных параметров АСД и системы ВРЧ

Источник питания (ИП) служит для преобразования питающего электрического напряжения и его распределения по блокам дефектоскопа.

Измеряемые характеристики дефектов.

Основным параметром, по которому в эхо-импульсном методе судят о величине обнаруженной несплошности, является амплитуда отраженного от нее сигнала. Эхо-импульс на экране дефектоскопа, возникший при прохождении этого сигнала, сравнивают с эхо-импульсом от искусственного отражателя заданной геометрической формы, условно помещенного в ту же точку изделия, где находится дефект.

Реальные дефекты отличаются от идеальных геометрических моделей. Вследствие этого при одинаковой амплитуде эхо-импульсов от несплошности и искусственного отражателя их геометрические размеры, как правило, отличаются. Поэтому в УЗ дефектоскопии для характеристики геометрических размеров выявленной несплошности используют понятие эквивалентного размера.

Акустическое поле, формируемое преобразователем в изделии, представляет собой пучок, ширина которого меняется с глубиной. При перемещении ПЭП слева направо эхо-импульс возникает, когда дефект озвучивается правой частью пучка. При пересечении акустической осью ПЭП центра дефекта эхо-импульс максимален. Таким образом, при перемещении ПЭП над компактным (точечным) дефектом, эхо-импульс от него наблюдается не в точке, а на некотором участке. Поскольку ширина пучка зависит оттого, на каком уровне она определяется, то и протяженность изменяется в некоторых пределах при изменении усиления дефектоскопа.

Литература:

  1. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении. Санкт-Петербург: издательство «Радиоавионика». - 1995. – 327 с.