yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->1.4. Класифікація та сутність методів ультразвукової дефектоскопії

Ультразвукові дифекти

1.4. Класифікація та сутність методів ультразвукової дефектоскопії

Відомо багато акустичних методів неруйнівного контролю, деякі з яких застосовуються в декількох варіантах. Класифікація акустичних методів показана на рис. 8. Їх ділять на дві великі групи - активні і пасивні методи.

До методів проходження відносять:

–                   амплітудний тіньовий метод, заснований на реєстрації зменшення амплітуди хвилі, що пройшла через ОК, унаслідок наявності дефекту (рис. 8, а);

–                   часовий тіньовий метод, що базується на реєстрації запізнювання імпульсу, викликаного збільшенням його шляху у виробі при обгинанні дефекту (рис. 8, б); тип хвилі при цьому не міняється;

–                   метод багатократної тіні. Він аналогічний амплітудному методу проходження, але про наявність дефекту судять по амплітуді крізного сигналу (тіньового імпульсу), багато разів минулого між паралельними поверхнями виробу. Метод чутливіший, ніж тіньовий або дзеркально-тіньовий, оскільки хвилі проходять через дефектну зону кілька разів, але менш перешкодостійки.

У фотоакустичній мікроскопії акустичні коливання генеруються унаслідок термопружного ефекту при освітленні зразка модульованим світловим потоком (наприклад, імпульсним лазером), сфокусованим на поверхні зразка.

Ультразвукова реконструктивна томографія - крізне прозвучування ОК по різних напрямах з виділенням особливостей ОК, отриманих при різних напрямах променів.

Рисунок 8 - Методи проходження:

а - тіньовий; б - часовий тіньовий; в - велосиметричний;

1- генератор; 2 - випромінювач; 3 - об'єкт контролю; 4 - приймач;

5 - підсилювач; 6 - вимірник амплітуди; 7 - вимірник часу пробігу;             8 - вимірник фази

 

Метод лазерного детектування - метод візуального представлення акустичних полів в твердих середовищах. Візуалізація досягається шляхом спостереження за зсувами точок поверхні, уздовж якої розповсюджується УЗ хвиля, за допомогою лазерного інтерферометра.

Термоакустичеський метод контролю називають також ультразвуковою локальною термографією. Метод полягає в тому, що в об'єкт контролю вводяться могутні низькочастотні (близько 20кГц) УЗ коливання. На дефекті відбувається перетворення УЗ коливань на тепло. Підвищення температури фіксується термовізором. УЗ коливання модульовані по амплітуді частотою в декілька герц. Таку ж модуляцію матимуть і теплові хвилі. Це істотно підвищує можливість реєстрації і локалізації дефектів.

Велосиметрічеський метод, заснований на реєстрації зміни швидкості розповсюдження дисперсійних мод пружних хвиль в зоні дефекту і вживаний при односторонньому і двосторонньому доступі до контрольованого об'єкту (рис. 8, в). У цьому методі зазвичай використовують перетворювачі з сухим точковим контактом. У варіанті з одностороннім доступом (рис. 8, в) швидкість порушуваної випромінювачем антисиметричної хвилі нульового порядку () у відокремленому дефектом шарі менша, ніж в бездефектній зоні. При двосторонньому доступі (рис. 8, в) в бездефектній зоні енергія передається подовжньою хвилею , в зоні дефекту - хвилями , які проходять більший шлях і розповсюджуються з меншими швидкостями, чим подовжня хвиля. Дефекти наголошуються по зміні фази або збільшенню часу проходження (тільки у імпульсному варіанті) по контрольованому виробу.

У методах віддзеркалення використовують як один, так і два перетворювачі; застосовують імпульсне випромінювання. До цієї підгрупи відносять наступні методи дефектоскопії.

Ехо-метод (рис. 9, а) заснований на реєстрації ехо-сигналов від дефекту. На екрані індикатора зазвичай спостерігають посланий (що зондує) імпульс I, імпульс III, відбитий від протилежної поверхні (дна) виробу (донний сигнал) і ехо-сигнал від дефекту II. Час приходу імпульсів II і III пропорційно глибині залягання дефекту і товщині виробу. При суміщеній схемі контролю (рис. 9, а) один і той же перетворювач виконує функції випромінювача і приймача. Якщо ці функції виконують різні перетворювачі, то схему називають роздільною.

Ехо-дзеркальний метод заснований на аналізі сигналів, що випробували дзеркальне віддзеркалення від донної поверхні виробу і дефекту, тобто що пройшли шлях  (рис. 9, б). Варіант цього методу, розрахований на виявлення вертикальних дефектів в площині , називають методом тандем. Для його реалізації при переміщенні перетворювачів  і  підтримують постійним значення ; для отримання дзеркального віддзеркалення від невертикальних дефектів значення  варіюють.

Рисунок 9 – Методи віддзеркалення:

а – ехо; б – ехо – дзеркальний; в – деталь – метод; г – дафракційно – часовий; д – ревербераційний,

1 – генератор; 2 – випромінювач; 3 – об’єкт контролю; 4 – приймач; 5 – підсилювач; 6 – синхронізатор; 7 – індикатор

 

Один з варіантів методу, званий «косий тандем», передбачає розташування випромінювача і приймача не в одній площині (рис. 9, б, вигляд в плані внизу), а в різних площинах, але так, щоб приймати дзеркальне віддзеркалення від дефекту.

Дельта-метод (рис. 9, в) заснований на прийомі перетворювачем для подовжніх хвиль 4, розташованим над дефектом, розсіяних на дефекті хвиль, що випромінюють перетворювачем для поперечних хвиль 2.

Дифракційно-часовий метод (рис. 9, г), в якому випромінювачі 2 і 2', приймачі 4 і 4' випромінюють і приймають або подовжні, або поперечні хвилі, причому можуть випромінювати і приймати різні типи хвиль. Перетворювачі розташовують так, щоб отримувати максимуми луно-сигналов хвиль, дифрагованих на кінцях дефекту. Вимірюють амплітуди і час приходу сигналів від верхнього і нижнього кінців дефекту.

Ревербераційний метод (рис. 9, д) використовує вплив дефекту на час загасання багато разів відбитих ультразвукових імпульсів в контрольованому об'єкті. Наприклад, при контролі клеєної конструкції із зовнішнім металевим шаром і внутрішнім полімерним шаром дефект з'єднання перешкоджає передачі енергії у внутрішній шар, що збільшує час загасання багатократних луно-сигналов в зовнішньому шарі. Віддзеркалення імпульсів в полімерному шарі зазвичай відсутні унаслідок великого загасання ультразвуку в полімері.

У комбінованих методах використовують принципи як проходження, так і віддзеркалення акустичних хвиль.

Дзеркально-тіньовий метод заснований на вимірюванні амплітуди донного сигналу. На рис. 10, а відбитий промінь умовно зміщений убік. По техніці виконання (фіксує ехо-сигнал) його відносять до методів віддзеркалення, а по фізичній суті контролю він близький до тіньового методу.

Рисунок 10 - Комбіновані методи, використовуючи проходження і віддзеркалення:

а - дзеркально-тіньовий; б - ехо-тіньовий; в - ехо-наскрізний:

1 – дефект; 2 - випромінювач; 3 - об'єкт контролю; 4 – приймач

 

Ехо-тіньовий метод заснований на аналізі як минулих, так і відбитих хвиль (рис. 10, б).

У ехо-наскрізному методі фіксують крізний сигнал I, сигнал II, що випробував двократне віддзеркалення у виробі, а у разі появи напівпрозорого дефекту - також сигнали III і IV, відповідні віддзеркаленням хвиль від дефекту і що випробували також віддзеркалення від верхньої і нижньої поверхонь виробу. Великий непрозорий дефект виявляють по зникненню або сильному зменшенню сигналу I, тобто тіньовим методом, а також сигналу II. Напівпрозорі або невеликі дефекти виявляють по появі сигналів III і IV, які є головними інформаційними сигналами.

Методи власних частот, що використовують вимушені коливання. У інтегральному методі генератор регульованої частоти сполучений з випромінювачем, збудливим пружні коливання (зазвичай подовжні або вигинисті) в контрольованому виробі. Приймач перетворить прийняті коливання в електричний сигнал, який посилюється підсилювачем і поступає на індикатор резонансу. Регулюючи частоту генератора, вимірюють власні частоти виробу. Діапазон вживаних частот до 500кГц.

Імпедансні методи використовують залежність імпедансу виробів при їх пружних коливаннях від параметрів цих виробів і наявності в них дефектів. Зазвичай оцінюють механічний імпеданс , де  і  - комплексні амплітуди возмущаючої сили і коливальної швидкості відповідно. На відміну від характеристичного імпедансу , що є параметром середовища, механічний імпеданс характеризує конструкцію. У імпедансних методах використовують ізгибні і подовжні хвилі.

Метод контактного імпедансу, вживаний для контролю твердості, заснований на оцінці механічного імпедансу зони контакту діамантового індентора стрижньового перетворювача, що притискується до контрольованого об'єкту з постійною силою. Зменшення твердості збільшує площа контактної зони, викликаючи зростання її пружного механічного імпедансу, що наголошується по збільшенню власної частоти подовжнього перетворювача, що коливається, однозначно пов'язаної з вимірюваною твердістю.

Пасивні акустичні методи засновані на аналізі пружних коливань хвиль, що виникають в самому контрольованому об'єкті.

Найбільш характерним пасивним методом є акустико - емісійний метод. Явище акустичній емісії полягає в тому, що пружні хвилі випромінюються самим матеріалом в результаті внутрішньої динамічної локальної перебудови його структури. Такі явища, як виникнення і розвиток тріщин під впливом зовнішнього навантаження, алотропічні перетворення при нагріві або охолоджуванні, рух скупчень дислокацій, - найбільш характерні джерела акустичної емісії. Що контактують з виробом п’єзоперетворювачі приймають пружні хвилі і дозволяють встановити місце їх джерела (дефекту).

Пасивними акустичними методами є вібраційно-діагностичний і шумодіагностичний. При першому аналізують параметри вібрацій якої-небудь окремої деталі або вузла (ротора, підшипників, лопатки турбіни) за допомогою приймачів контактного типу, при другому вивчають спектр шумів працюючого механізму, зазвичай за допомогою мікрофонних приймачів.

 

 

10