загрузка...
загрузка...
На головну

Ультразвукові методи контролю

Дивіться також:
  1. A 22 Потенціал дії і історія його відкриття. Методи реєстрації одно- і двофазного ПД. Складові частини ПД і іонний механізм. Механізм проведення збудження.
  2. I. Статичні методи
  3. II. МЕТОДИ (МЕТОДИКИ) Патопсихологическое дослідження МЕТОДИКИ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ УВАГИ І сенсомоторної реакції
  4. II. МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ ЗАХВОРЮВАНОСТІ НАСЕЛЕННЯ
  5. II. МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ ЗАХВОРЮВАНОСТІ НАСЕЛЕННЯ
  6. II. Методи розробки.
  7. II. Основні методи конкурентної боротьби
  8. III. Гідрометаллургічесіе методи
  9. III. Основні фінансові методи і прийоми фінансового менеджменту
  10. V Питання вихідного контролю
  11. V. Механізми реалізації (або методи забезпечення)
  12. V. Проективні методи діагностики особистості

Ультразвукові хвилі, які використовуються в дефектоскопії, є пружні коливання, що збуджуються в матеріалі вироби, при цьому частки матеріалу, не переміщаються вздовж напрямку руху хвилі; кожна частка, зробивши коливальний рух відносно своєї первісної орієнтації, знову займає початкове положення, а коливальний рух здійснює наступна частка і т. д. В гомогенних тілах, особливо металах, ультразвукові хвилі поширюються як спрямовані промені, а на кордоні з повітрям практично дають 100% -ве відображення.

Ультразвук має здатність необмеженого проникнення в глибину і виявлення дефектів будь-яких розмірів і розташування. Поширення високочастотних пружних хвиль відбувається за аналогією з законами геометричної оптики. Пружна хвиля в напрямку поширення несе певну енергію, і в міру віддалення від випромінювача інтенсивність хвиль (кількість енергії, переносний хвилею за 1 з крізь поверхні площею 1 м2, Нормальної до напрямку поширення хвилі) падає, і амплітуда коливань частинок зменшується.

У металах збуджуються хвилі п'яти типів: поперечні, поздовжні, вигину, розтягування і поверхневі. Виникнення хвиль того чи іншого типу визначається пружними властивостями об'єкта і його формою. Якщо частинки здійснюють коливальні рухи, що збігаються з напрямком руху хвилі по об'єкту, то це поздовжні хвилі; коли напрямок коливання частинок перпендикулярний, то це поперечні (зсувні) хвилі. В об'єктах, товщина яких порівнянна з довжиною хвилі (листовий матеріал), можуть виникати хвилі вигину (нормальні).

Хвилі розтягування виникають в об'єктах типу стрижня, і частинки коливаються вздовж напрямку поширення хвиль і перпендикулярно йому. Поверхневі хвилі обумовлені коливанням частинок зі значною амплітудою на поверхні тіла і поступовим її зменшенням при видаленні частинок від поверхні. Якщо поздовжня хвиля падає перпендикулярно на плоску межу розділу двох середовищ, що володіють різним акустичним опором, то одна частина її енергії переходить у другу середу, а інша відбивається в першу. Частка відображеної енергії тим більше, чим більша різниця акустичних опорів середовищ. Якщо поздовжня хвиля потрапляє на кордон розділу двох твердих середовищ під кутом, то відображена і пройшла хвилі заломлюються і трансформуються на поздовжні і зсувні, що поширюються в першій і другій середовищах під різними кутами. Закони відбивання і заломлення хвиль аналогічні законам геометричній оптики. Властивості пружних хвиль використовують при конструюванні вишукувальних головок дефектоскопів для контролю виробів.

Як джерела коливань в ультразвукових дефектоскопах використовують лампові або напівпровідникові генератори. Отримувані в них електричні коливання перетворюються в ультразвукові коливання середовища за допомогою перетворювача, заснованого на п'єзоелектричного ефекту.

Прямий п'єзоелектричний ефект - це виникнення електричних зарядів на гранях кварцової пластинки при її деформації. Якщо ж до такої кварцовою платівці підвести електричний заряд, вона змінить свої розміри, і ми отримаємо зворотний п'єзоелектричний ефект.

Чим більше заряд, тим сильніше деформується платівка. Під впливом змінного електричного поля пластинка стискується або розтягується в такт зміні знаків прикладеної напруги, причому коливається вона з тією частотою, з якою змінюється саме поло. Якщо прикладена змінна електрична напруга змінюється з частотою, що дорівнює власній механічної частоті коливань кристала, платівка здійснює інтенсивні механічні коливання (резонанс), на чому і грунтується застосування кварцу для отримання ультразвукових хвиль.

Прямий п'єзоелектричний ефект використовують в приймачах ультразвукових коливань, де вони перетворюються в змінний струм. Такий же приймач дозволяє отримати і зворотний п'єзоефект. В цьому випадку змінний струм перетвориться в ультразвукові коливання, і приймач працює як ультразвуковий випромінювач. Отже, п'єзоелектричний приймач і випромінювач можуть бути представлені у вигляді одного приладу, яким можна по черзі випромінювати і приймати ультразвукові коливання. Такий прилад називають ультразвуковим акустичним перетворювачем.

Найбільшого поширення мають п'єзоелектричні перетворювачі, що представляють собою пластину, виготовлену з монокристала кварцу або пьезокерамических матеріалів: титаната барію цирконат-титанату свинцю і ін. (ГОСТ 13927-80). На поверхні цих пластин наносять тонкі шари срібла (електроди) і поляризують їх в постійному електричному полі. Випромінює пластину монтують у спеціальній внесений запобігливо голівці (щупі), пов'язаної з генератором коаксіальним кабелем.

Використовують різні типи вишукувальних головок з порушенням в контрольованому виробі переважно поздовжніх, зсувних, поверхневих хвиль. Все вишукувальні головки мають наступні основні елементи: корпус, п'єзоелемент, електроди, демпфер і контактний пристрій (рис. 4.7, а, б).

Пряма запобігливо головка (рис. 4.7, а) призначена для збудження в виробі поздовжніх хвиль і виявлення глибинних дефектів. У конструкції передбачено демпфірування вільних коливань пьезоелемента шляхом приклеювання його до демпфера - масивного циліндра. Нижня частина пьезоелемента захищена денцем з пластмаси, металу або металокераміки, що підвищує його зносостійкість. Для контролю листових матеріалів можуть застосовуватися головки кільцевої форми з випромінюють кільцем з титанату барію.

Призматичні вишукувальні головки забезпечують збудження в виробі в залежності від цілей контролю поверхневих, нормальних або зсувних хвиль, що поширюються під певним кутом до поверхні. Призму виконують з органічного скла, п'єзоелемент поміщають на майданчик, орієнтовану відповідно до обраного кутом падіння. Призма головки сконструйована так, що відбиті від розділу середовищ (деталь - призма) пружні хвилі затухають, багаторазово відбившись від граней прийоми, не потрапляючи на п'єзоелектричну пластину і не створюючи тим самим шумів, що забивають відбиті від дефекту ультразвукові коливання (рис. 4.7, б) .

При неруйнівному контролі використовують кілька методів ультразвукового прозвучування контрольованих об'єктів і отримання необхідної інформації: минулого випромінювання, відбитого випромінювання (луна-метод) і резонансний (рис. 4.8, а, б, в).

Метод минулого випромінювання (тіньовий метод або метод наскрізного прозвучування) заснований на ослабленні проходить ультразвуку при наявності всередині деталі дефектів, що створюють ультразвукову «тінь». Якщо в деталі дефекти відсутні, то ультразвукова хвиля рухається прямолінійно, поки не досягне протилежного боку вироби. Чим більше дефект, то більша ослаблення ультразвуку і навпаки. У разі, коли на шляху пружних хвиль є дефект, то в залежності від його місця розташування показання індикатора змінюються, так як дефект відобразить частину хвиль, і вони не потраплять на приймальню головку. Імпульс на екрані приладу при цьому зменшиться або зникне, утворюється акустична «тінь». Метод, як правило, застосовується для контролю якості листового прокату, підшипників ковзання, багатошарових дисків, клеєних з'єднань. Тіньові дефектоскопи малочутливі: з їх допомогою можна виявити дефект, що викликає зміна сигналу на 15 ... 20%, не менше, в іншому випадку дефект залишиться непоміченим. Недолік методу полягає також в тому, що неможливо визначити, на якій глибині знаходиться дефект. При реалізації тіньового методу необхідний доступ до контрольованої деталі з двох сторін.

Метод відбитого випромінювання (луна-метод) заснований на посилці в контрольований виріб коротких імпульсів і реєстрації інтенсивності і часу приходу луна-сигналів, відбитих від дефектів або кордонів вироби. Імпульс, посланий випромінювачем, проходить крізь виріб і відбивається від протилежної сторони (поверхні). Якщо є дефект (тріщина, раковина), то він відіб'ється від них, що буде зареєстровано на екрані дефектоскопа у вигляді сплеску імпульсу. Якщо в деталі кілька тріщин або раковин, розташованих одна за одною, то на екрані дефектоскопа з'явиться кілька сплесків.

а - пряма запобігливо головка; б - призматическая запобігливо головка;

1 - корпус; 2 - контактний штир; 3 - демпфер; 4 - п'єзоелемент;

5 - захисне денце; 6 - призма

Малюнок 4.7 - Схеми вишукувальних головок

Ехо-метод має низку переваг: дозволяє досліджувати вироби при односторонньому доступі до них, так як в даному випадку не потрібно встановлювати приймач ультразвука з протилежного боку перевіряється ділянки, як при тіньовому методі. Чутливість луна-методу значно вище. При тіньовому методі ослаблення ультразвуку на 5% не реєструється, при імпульсному буде помічено відображення навіть одного відсотка ультразвукової енергії. Перевага луна-методу полягає ще і в тому, що він дозволяє не тільки з підвищеною чутливістю виявляти дрібні дефекти, але і визначати, на якій глибині вони знаходяться. За величиною відбитого луна-сигналу можна скласти уявлення про розміри дефекту.

Однак відлуння-метод непридатний для контролю виробів малих розмірів. Це пояснюється тим, що у імпульсних дефектоскопів є так звана «мертва зона» - ділянку безпосередньо у поверхні деталі. На цьому місці дефект можна виявити, тому що в момент повернення луна-сигналу від дефекту ще триває випромінювання прямого імпульсу. «Мертва зона» дефектоскопа буде тим менше, чим менше тривалість імпульсу. Тривалість імпульсу визначає і роздільну здатність дефектоскопа, тобто мінімальна відстань по глибині між дефектами, при якому луна-сигнали від цих дефектів будуть спостерігатися на електронно-променевої трубки окремо.

а - тіньовий метод; б - луна-метод; в - резонансний метод;

1 - блок генератора; 2 - блок підсилювача: 3 - блок індикатора; 4 - блок

реєстрації резонансів; 5 - демпфер; 6 - випромінювач; 7 - демпфер

приймальної головки; 8 - контрольований об'єкт; 9 - дефект

Малюнок 4.8 - Схеми ультразвукового контролю

Малюнок 4.9 - Блок-схема імпульсного ультразвукового дефектоскопа

з прийомом відбитого сигналу

Дефектоскоп, влаштований за цією схемою (рис. 4.9), працює в такий спосіб. Від імпульсного генератора 1 на випромінює пластинку 2 подається короткочасний імпульс змінної напруги (тривалістю 3 ... 5 мікросекунд). Під дією його в платівці збуджуються коливання, які у вигляді вузького пучка ультразвуку 3 передаються в досліджуване виріб 4, Одночасно з подачею змінної напруги на випромінює пластинку такий же імпульс подається в підсилювач 5, а також в спеціальний пристрій 6, що змушує електронний промінь в електронно променевої трубки 7 швидко пересуватися по горизонталі зліва направо. Цей промінь прокреслюють лінію, що світиться на екрані трубки (точно так само, як це відбувається на екранах телевізорів), де з'являвся світлий сплеск 8, званий початковим імпульсом.

При відсутності дефектів в досліджуваному виробі вузький ультразвукової пучок 3 пройде до протилежної його поверхні, відіб'ється від неї і, дійшовши до першої (верхньої на малюнку) поверхні, потрапить на приймальню платівку 9 і змусить її коливатися. Виникла на приймальні пластині різниця потенціалів посилюється. Посилені сигнали, підключені до електронно-променевої трубки, викличуть на правій стороні її екрану сплеск, званий донним імпульсом 10 (відбитий як би від дна вироби).

Якщо всередині досліджуваного вироби є дефект 11, то ультразвук дійде до нього раніше, ніж до протилежної грані, частково відіб'ється від кордону дефекту і потрапить на приймальню пластину раніше.

Внаслідок цього на екрані трубки між початковим імпульсом 8 і донним імпульсом 10 виникне третій імпульс 12, що складає присутність дефекту в досліджуваному виробі. По відстані між імпульсами, відбитими на екрані трубки, можна визначити глибину залягання дефекту, а положення вишукувальних щупів на поверхні виробу показує розташування дефекту в горизонтальній проекції.

Дефектоскоп харчується від мережі змінного струму через спеціальний блок живлення 13.

Імпульсні дефектоскопи дозволяють працювати як з двома, так і з одним запобігливо щупом. В останньому випадку щуп служить випромінювачем і приймачем. Це можливо тому, це прийом відбитого сигналу відбувається під час пауз між імпульсами, і ніяких інших сигналів, крім відображених, в цей час у а п'єзоелектричну платівку не надходить.

Для більш точного визначення глибини залягання дефектів за допомогою імпульсних дефектоскопов розроблено кілька спеціальних пристосувань.

В імпульсних ультразвукових дефектоскопах застосовуються призматичні щупи, за допомогою яких можна вводити в контрольовані вироби ультразвукової пучок під деяким кутом до поверхні. Це дозволяє виявляти дефекти, приховані під головками заклепок, розташовані перпендикулярно до поверхні і які неможливо виявити за допомогою прямого щупа.

Резонансний метод заснований на реєстрації параметрів резонансних коливань, порушених в контрольованому об'єкті. Коливання високої частоти, що виробляються генератором, безперервно випромінюються ультразвукової головкою в перевіряється виріб. Будь-яке тіло, предмет, деталь має свою власну частоту. У тонкої деталі висока резонансна частота, у великих предметів - низька (наприклад, великий церковний дзвін і маленький дзвіночок звучать по-різному). Якщо власна частота вироби дорівнюватиме частоті генератора, то виникне резонанс коливань. Знаючи частоту випромінюваних ультразвукових коливань і швидкість їх поширення в матеріалі контрольованого вироби, легко визначити розміри дефекту і глибину його розташування.

Резонансний метод контролю заснований на порушенні в об'єкті так званих стоячих хвиль, що виникають за умови інтерференції вводяться в об'єкт пружних коливань і коливань, відбитих від розділу об'єкт - повітря (або інше середовище). Така ситуація можлива за умови отримання резонансу внаслідок збігу власної частоти об'єкта і частоти порушуваних у ньому пружних коливань. При цьому завдяки різкому зниженню вхідного опору навантаження і відповідно зміни характеристик блоку генератора можна по імпульсам на екрані осцилоскопа реєструвати момент досягнення резонансу.

Основна область застосування резонансних ультразвукових приладів - толщинометрія (вимірювання товщини матеріалу об'єкта з одностороннім доступом).

Принцип роботи резонансного дефектоскопа наступний. Його налаштовують на резонансну частоту вироби. Якщо ультразвукову головку переміщати по виробу, то у всіх місцях з іншою товщиною або дефектом резонансу не буде.

При резонансному методі шляхом зміни частоти генератора дефектоскопа підбирається така довжина хвилі ультразвукових коливань, при якій в товщі досліджуваного матеріалу утворюються стоячі хвилі. При цьому відбувається максимальне відображення ультразвуку від поверхні виробу, до якого прикладена запобігливо головка. Такий момент настане тоді, коли відображені ультразвукові коливання приходять на запобігливо головку в тій же фазі, в якій відбувається випромінювання прямого пучка.

Для безперервного контролю товщини виробів з металу, скла, кераміки, а також для виявлення розшарувань в біметалевих виробах з використанням явища иммерсионного резонансу створена модель иммерсионного дефектоскопа. При роботі приладу включаються сигнальні лампочки, і на виході його з'являється сигнал, що приводить в дію дефектоотметчік або бракувальної пристрій. Особливість приладу полягає в тому, що його не потрібно кожен раз налаштовувати на швидкість поширення пружних коливань при переході на вироби з іншого матеріалу. Необхідно тільки встановити межі контролю.

Резонансний метод ультразвукової дефектоскопії виправдав себе не тільки на виробництві, але і при вирішенні деяких теоретичних проблем. Резонансний метод можна використовувати при визначенні характеристик твердого тіла в умовах високих температур. Це дозволяє вибрати найбільш доцільний технологічний режим, наприклад, при випалюванні будівельних матеріалів. Метод застосуємо для виявлення несплошностей в біметалах, розшарувань в багатошарових конструкціях і зон міжкристалітної корозії.

4.8 Радіаційні методи контролю

Радіаційний неруйнівного контролю заснований на реєстрації і аналізі проникаючого іонізуючого випромінювання після взаємодії з контрольованому об'єктом. Методи радіаційного контролю визначаються характером взаємодії іонізуючого випромінювання з контрольованим об'єктом (минулого випромінювання, розсіяного випромінювання, активаційного аналізу та ін.), А також способом реєстрації первинної інформації (радіографічний, радіоскопічний і ін.). Радіаційні методи дефектоскопії використовують для просвічування випромінювання рентгенівських апаратів, закритих радіоізотопних джерел на основі ізотопів і гальмівне випромінювання бетатронів (ГОСТ 20426-75).

Радіаційні методи контролю забезпечують виявлення всіляких дефектів в матеріалі, що є оптично непрозорим, за рахунок реєстрації ослаблення інтенсивності випромінювання, що проходить через контрольований об'єкт. Об'єктами контролю можуть бути зварні з'єднання, злитки і виливки, агрегати, вузли і механізми, багатошарові матеріали і конструкції, матеріали великої щільності, клепані з'єднання. Радіаційні методи контролю виявляють дефекти і несправності типів непроварів, тріщин, газових пор, прожогов, рихлоти, шлакових включень, разностенность, руйнувань, корозійних поразок, втомних деформацій, наявності сторонніх предметів і ін.

рентгенівське та ? - Просвічування - один з найпоширеніших методів дефектоскопії, їх застосовують майже на кожному великому машинобудівному заводі. рентгенівська і ? - Лабораторії особливо необхідні на тих підприємствах, де велике місце займають ливарні і зварювальні процеси.

Джерелами проникаючої радіації (іонізуючого випромінювання) служать рентгенівські апарати (рентгенівські трубки), прискорювачі заряджених частинок і радіоактивні ізотопи. Їх застосовують для просвічування сталевих деталей товщиною до 160 мм. У рентгенівських апаратах застосовують різні по конструкції рентгенівські трубки, найбільш поширені - двохелектродні. У скляному балоні з вакуумом 106... 108 мм рт. ст. є два електроди (рис. 4.10): анод 1 у вигляді мідного полого циліндра з приварений до нього вольфрамової мішенню і катод 3 у вигляді спіралі з товстої вольфрамової дроту. До електродів від високовольтного трансформатора підводиться висока напруга, а до спіралі - низька. При напруженні нитки спіралі внаслідок термоелектронної емісії з неї ви літають електрони 2, які спеціальним пристроєм фокусуються в вузький пучок і під дією електричного поля з великою швидкістю рухаються до анода. Електронний пучок гальмується вольфрамової пластиною, виникає гальмівне рентгенівське випромінювання.

Малюнок 4.10 - Схема рентгенівської трубки

Як прискорювачів заряджених частинок, що використовуються в дефектоскопії, застосовують Бетатрон, лінійні прискорювачі і мікротрон. Найбільшого поширення набули Бетатрон. Бетатрон - це індукційний прискорювач електронів, що складається з електромагніту, який призначений для отримання електричного поля у вакуумній камері, необхідного для прискорення і управління рухом електронів, рентгенівської Бетатрон камери, де електрони рухаються з великим прискоренням по колу, і інжектора (електронної гармати), а також блоку живлення і пульта управління.

Електрони, введені інжектором в камеру, рухаються з прискоренням по колу під дією индуцируемого електромагнітом вихрового електричного поля і, зробивши велике число обертів, отримують прискорення до енергії декількох десятків мегаелектронвольт. Прискорені електрони направляються на мішень з платини або вольфраму. В результаті гальмування виникає гальмівне випромінювання. Прискорювачі електронів є джерелами високоенергетичного гальмівного випромінювання (до 35 МеВ). Їх застосовують для просвічування сталевих виробів великої товщини - понад 450 мм. Вони служать також джерелами ? - Випромінювання високої енергії і генераторами нейтронного потоку.

Джерелами гамма-променів є природні і штучні радіоактивні елементи. Гамма-випромінювання пов'язане з наявністю порушеної ядра, отриманого в процесі радіоактивного розпаду і володіє надлишком енергії. У момент переходу ядра із збудженого стану в збудженому, звільняються один або кілька квантів. Енергія квантів коливається в межах від десятків кілоелектронвольт до декількох мегаелектронвольт. У дефектоскопії використовуються штучні радіоактивні елементи.

Джерела випромінювання для гамма - дефектоскопії з різною потужністю експозиційної дози випромінювання встановлені державними стандартами.

Рентгенівські та гамма-промені, як і світлові, і радіохвилі. мають електромагнітну природу. Довжина хвилі будь-якого електромагнітного випромінювання пов'язана з його енергією обернено пропорційною залежністю, т. Е. Чим менше довжина хвилі, тим більше його енергія, а, отже, і проникаюча здатність. Тому короткохвильове випромінювання називають жорстким, а довгохвильове - м'яким. Радіоактивні ізотопи застосовують для просвічування сталевих виробів товщиною до 200 мм. Багато радіоактивні ізотопи мають більш жорстким випромінюванням, ніж рентгенівське.

Однією з основних характеристик радіоактивних ізотопів є період напіврозпаду - час, протягом якого в середньому розпадається половина всіх атомів даної речовини. Період напіврозпаду характеризує ступінь стабільності (стійкості) радіоактивного ядра. При контролі радіоактивними ізотопами слід керуватися цією характеристикою, коли вам знадобиться вводити поправки.

У радіаційної дефектоскопії мають місце такі поняття, як інтенсивність випромінювання, доза випромінювання і потужність дози випромінювання.

інтенсивність випромінювання - це переноситься випромінюванням енергія в одиницю часу через малу сферу, віднесена до площі поперечного перерізу цієї сфери.

доза випромінювання (Поглинена доза) - енергія випромінювання, поглинена в одиниці маси речовини, що опромінюється.

Потужність дози випромінювання - Приріст поглиненої дози в одиницю часу.

Проходження іонізуючого випромінювання через речовину супроводжується низкою характерних явищ, які використовуються в дефектоскопії.

Магнітопорошковий метод неруйнівного контролю «-- попередня | наступна --» контроль течеісканіем
загрузка...
© om.net.ua