Обладнання та технологія
луна-імпульсного методу ультразвукової дефектоскопії
Реферат
підготував студент Невьянцев С.В, група Фт-14061
ГОУ ВПО «УГТУ-УПІ»
Кафедра ФМПК
Єкатеринбург 2004
Введення
Двадцять перше століття - століття атома, підкорення космосу,
радіоелектроніки та ультразвуку. Наука про ультразвук порівняно молода.
Перші лабораторні роботи з дослідження ультразвуку були проведені великим
російським ученим-фізиком П. М. Лебедєв в кінці XIX, а потім ультразвуком займалися багато видних
вчені.
Ультразвук є хвилеподібно
розповсюджується коливальний рух частинок середовища. Ультразвук має
деякі особливості в порівнянні зі звуками чутного діапазону. У
ультразвуковому діапазоні порівняно легко отримати спрямоване випромінювання; він
добре піддається фокусуванні, в результаті чого підвищується інтенсивність
ультразвукових коливань. При поширенні в газах, рідинах і твердих
тілах ультразвук породжує цікаві явища, багато з яких знайшли
практичне застосування в різних галузях науки і техніки.
Так, ультразвукові коливання застосовують у
неруйнівного контролю. Професор С. Я. Соколов використовував властивість
розповсюдження ультразвуку в ряді матеріалів і запропонував у 1928 році новий
метод виявлення дефектів, що залягають у товщі металу. Ультразвуковий метод
скоро отримав визнання у нашій країні і за кордоном. Це пояснюється більш
високою чутливістю по розкриттю на 5 порядків, вірогідністю у 2 - 2,5
рази виявлення дефектів, більш високою оперативністю в 15 - 20 разів і
продуктивністю в 2 - 4 рази, меншою вартістю в 2 - 6 разів і
безпекою в роботі у порівнянні з іншими методами неруйнівного контролю.
1. Класифікація акустичних методів контролю
Згідно ГОСТ 23829-79 акустичні методу
ділять на дві великі групи: що використовують випромінювання і прийом акустичних хвиль
(активні методи) і засновані тільки на прийомі (пасивні методи). У кожній з
груп можна виділити методи, засновані на виникненні в об'єкті контролю
що втікають і стоячих хвиль або коливань.
Активні акустичні методи, в яких
застосовують біжать хвилі, ділять на дві підгрупи, які використовують проходження та
відображення хвиль. Застосовують як безперервне, так і імпульсне випромінювання.
До методів проходження відносяться наступні:
Тіньовий метод, заснований на зменшенні
амплітуди минулої хвилі під впливом дефекту. (малюнок 2 а)
Тимчасової тіньовий метод, заснований на
запізнюванні імпульсу, викликаному огібаніем дефекту.
дзеркально-тіньовий метод, заснований на
ослаблення сигналу, відбитого від протилежної поверхні виробу (донного
сигналу).
Велосіметріческій метод, заснований на
зміні швидкості пружних хвиль у разі дефекту.
У методах відображення застосовують, як
правило, імпульсне випромінювання. До цієї підгрупи відносяться наступні методи
дефектоскопії.
Рисунок 1 - Класифікація ультразвукових методів
контролю.
Ехо-метод. Реєструє ехо-сигнали від
дефектів. (малюнок 2 б)
Дзеркальний луна-метод заснований на дзеркальному
відображенні імпульсів від дефектів, орієнтованих вертикально до поверхні, з
якої ведеться контроль.
ревербераційні метод призначений для
контролю шаруватих конструкцій типу метал-пластик. Він заснований на аналізі
тривалості реверберації ультразвукових імпульсів в одному з шарів.
Від рассмотріенних акустичних методів
неруйнівного контролю істотно відрізняється іімпедансний метод, (малюнок 2
г) заснований на аналізі зміни механічного імпедансу ділянки поверхні
контрольованого об'єкту, з яким взаємодіє перетворювач. На
використання стоячих хвиль засновані наступні методи:
Локальний метод вільних коливань. Він
заснований на аналізі спектру порушених в частині контрольованого об'єкта з
допомогою ударів молоточка-вібратора. (малюнок 2 д)
Інтегральний метод вільних коливань.
Механічним ударом порушуються вібрації у всьому виробі чи в значній
його частини.
Локальний резонансний метод. Застосовується в
тольщіномеріі. (малюнок 2 в)
Інтегральний резонансний метод. Застосовують
для визначення модулів пружності матеріалу з резонансних частот поздовжніх,
ізгібних або крутильних коливань виробів простої геометричної форми.
Рисунок 2 - Схеми основних акустичних методів
контролю.
До методів вимушених коливань відносять
акустико-топографічний, акустико-емісійний метод. (малюнок 2 е)
2. Ехо-імпульсний метод
ультразвукової дефектоскопії.
Як видно, існує величезна кількість
методів ультразвукової дефектоскопії, але одна з найбільш поширених
методів є луна-імпульстний метод ультразвукового неруйнівного контролю.
Це пояснюється тим, що цей метод - на відміну від інших - можна використовувати при
односторонньому доступі до досліджуваного об'єкта, і при цьому дозволяє визначити
розміри дефекту, його координати, характер.
У ехо-імпульсному методі ультразвукової дефектоскопії
(УЗД) використовуються ті ж принципи, що і в радіо - та акустичної локації.
Сучасний луна-метод УЗД заснований на випромінюванні в
контрольоване виріб коротких імпульсів пружних коливань (тривалістю 0,5
- 10 мксек) і реєстрації інтенсивності (амплітуди) і часу приходу
луна-сигналів, відбитих від дефектів відбивачів.
Імпульсний луна-метод дозволяє вирішувати такі завдання
дефектоскопії:
Виявлення та визначення координат дефектів,
що представляють собою порушення суцільності і розташованих як на поверхні,
так і всередині металевих і неметалевих виробах і в зварних з'єднаннях.
Визначення розмірів дефектів і виробів.
Виявлення зон крупнозернистою в металевих
виробах і заготовках.
Апаратура, що реалізує даний метод, дозволяє
визначити характер дефектів, ідентифікувати їх за розмірами, формами,
орієнтації.
2.1 Характеристика
До основних характеристик методу відносяться:
чутливість, максимальна глибина прозвучіванія, мінімальна глибина
( "мертва" зона), роздільна здатність, точність вимірювання
відстані, продуктивність контролю [4].
Під чутливістю розуміють мінімальний розмір
дефекту, що знаходиться на максимальній глибині і чітко реєструється приладом.
Кількісно її визначають порогом чутливості. Для луна-методу - це
мінімальна площа штучного дефекту типу плоскодонне отвори,
який виявляється при контролі. Її можна визначити за віддзеркалювачам іншого
типу, виконуючи перерахунок на площу плоскодонне отвори за формулами
акустичного тракту. Поріг чутливості обмежується двома головними
факторами: чутливістю апаратури і рівнем перешкод. Залежно від
структури матеріалу буде і змінюватися поріг чутливості.
Максимальна глибина прозвучіванія визначається
максимальною відстанню від дефекту (відбивача) заданого розміру, на якому
він упевнено виявляється. Вона обмежується умовою, щоб сигнал від дефекту
був більше мінімального сигналу, що реєструється приладом і рівня перешкод. Вона
також визначається параметрами апаратури. У технічних характеристиках
приладу в якості максимальної глибини прозвучіванія вказують максимальну тривалість
розгортки дефектоскопа. Досягнення максимальної глибини прозвучіванія
обмежується тими ж факторами, які перешкоджають підвищенню
чутливості.
Мінімальна глибина або "мертва" зона --
мінімальна відстань від перетворювача або від поверхні виробу до
дефекту, на якому він чітко виявляється не зливаючись з зондуюче імпульсом або
імпульсом від поверхні введення ультразвуку.
Роздільна здатність - мінімальна відстань між
двома однаковими дефектами, за якого вони реєструються окремо.
Розрізняють променеву і фронтальну роздільну здатність методу.
Променева роздільна здатність - мінімальна
відстань в променевому напрямку, при якому сигнали від дефектів видно на
екрані як два роздільні імпульсу.
Фронтальне роздільна здатність по переміщенню --
мінімальна відстань між дефектами в напрямку перпендикулярному променевому.
Точність вимірювання відстані до дефекту визначається
похибкою у% від вимірюваної величини.
Продуктивність контролю визначається кроком і
швидкістю сканування (переміщення) перетворювача. При оцінці часу
контролю враховується і час на дослідження дефекту.
2.2 Умови виявлення дефектів при
ехо-імпульсному методі
Для забезпечення надійного виявлення дефектів
необхідно виконання двох умов:
1. Сигнал від дефекту повинен перевищувати мінімальний
сигнал, зареєстрований реєстратором приладу:
(2.2.1)
2. Сигнал від дефекту має бути більше сигналу перешкод:
(2.2.2)
2.3 Умови отримання
максимального сигналу від дефекту
Для оптимального виконання першої умови виявлення
дефекту величина повинна мати
максимальне значення. Де Ще - сигнал від дефекту, а V0 - сигнал
що посилається перетворювачем.
Також, часто від правильного вибору частоти
ультразвукових коливань залежить потужність по, одержанні сигналу від дефекту, і як
наслідок, точність визначення дефекту. Можна сказати, що частота є
одним з головних параметрів, від вибору яких залежить виявлення. Зупинимося
докладно на її виборі. Як відомо, частота залежить від коефіцієнта загасання.
Для більшості матеріалів у діапазоні частот, що застосовуються в дефектоскопії, ця
залежність наближено виражається формулою:
(2.3.1)
де і - коефіцієнти, не
залежать від частоти.
Перший член пов'язаний з поглинанням, другий - з
розсіюванням ультразвуку дрібними зернами (кристалітів) металу.
При малих відстанях від перетворювача до дефекту
вплив загасання ультразвуку невелика, тому в ближній зоні доцільно
застосування більш високих частот. У дальній
зоні загасання має
дуже велике значення для раціонального вибору частоти.
Оптимальна частота ультразвукових коливань
визначається формулою
(2.3.2)
де
С1 - коефіцієнт, пов'язаний з поглинанням
ультразвуку
r - відстань від перетворювача ультразвукових хвиль
до дефекту
для дрібнозернистих матеріалів. А для крупнозернистих
оптимальна частота знаходиться за формулою:
(2.3.3)
де
С2 залежно від співвідношення
