Теория и практика метода ультразвуковой дифектоскопии, его потенциальные возможности в производственных процессах многочисленны и разнообразны.
Методы ультразвуковой дефектоскопии
Некоторые современные технологии имеют древние корни. Сотни лет назад работники литейного производства использовали звуковые волны для проверки целостности металлических отливок, постукивая по ним молотком и прислушиваясь к тону звука.
Но за последние шестьдесят лет этот процесс стал гораздо более сложным. Современные цифровые инструменты оборудованы маленькими датчиками и используют ультразвуковые звуковые волны для обнаружения скрытых трещин, пустот. Ими ищутся пористости, внутренние неоднородности в металлах, композитах, пластмассах и керамике. Ультразвуковой контроль, как и 100 лет назад, является абсолютно неразрушающим и безопасным. Этот хорошо зарекомендовавший себя метод используются во многих отраслях промышленности, производства и обслуживания.
В этой статье представлен краткий обзор дефектоскопии с помощью обычного ультразвука.
Теория ультразвуковой дефектоскопии
Звуковые волны — это просто организованные колебания, проходящие через твердое тело, жидкость или газ. Это относится как к повседневным звукам, которые мы слышим, так и к ультразвуку, используемому для обнаружения дефектов. Звуковые волны проходят через данный материал с определенной скоростью или скоростью в предсказуемом направлении. А когда они сталкиваются с границей материала или с другим материалом, они отражаются или преломляются в соответствии с простыми физическими правилами. Этот принцип лежит в основе ультразвуковой дефектоскопии.
Ультразвуковые волны будут отражаться от трещин или других неоднородностей в испытательном образце. Анализируя схему эхо-сигналов, обученный оператор может определить и обнаружить скрытые внутренние дефекты.
Все звуковые волны колеблются с определенной частотой или числом циклов в секунду, которое мы воспринимаем как частоту в привычном диапазоне слышимого звука. Слух человека не превышает примерно 20 000 циклов в секунду (20 кГц), в то время как большинство ультразвуковых дефектоскопов используют частоты от 500 000 до 10 000 000 циклов в секунду (от 500 кГц до 10 МГц). Более низкие частоты проникают глубже в материал, в то время как более высокие частоты могут устранять меньшие недостатки из-за их более короткой длины волны. Ультразвуковые волны всегда направлены и сфокусированы.
Звуковые волны в твердых телах существуют в различных режимах, определяемых типом движения. Продольные волны и поперечные волны являются наиболее распространенными модами, используемыми при ультразвуковой дефектоскопии. Продольная волна характеризуется движением частиц в том же направлении, что и распространение волны, от источника. Поперечная волна характеризуется движением частиц, перпендикулярным направлению распространения волны. Поперечные волны используются во многих проверках сварных швов.


Оборудование ультразвуковой дефектоскопии
Современные ультразвуковые дефектоскопы и ультразвуковые толщиномеры — это небольшие портативные микропроцессорные устройства, позволяющие работать в полевых условиях. Они генерируют и отображают ультразвуковую форму волны, которая используется обученным оператором, для определения местоположения и классификации дефектов в испытательных образцах.
Такие устройства обычно включают в себя ультразвуковой генератор импульсов / приемник, который генерирует звуковые импульсы и прослушивает эхо-сигналы, аппаратное и программное обеспечение для захвата и анализа сигнала, отображение формы сигнала и модуль регистрации данных. Большинство современных инструментов используют цифровую обработку сигналов для оптимальной стабильности и точности выводя данные на экран.


Дефектоскопы фиксируют сигнал в цифровом виде и затем выполняют различные функции измерения и анализа. Жидкокристаллический или электролюминесцентный дисплей имеет экран, откалиброванный в единицах глубины или расстояния. Многоцветные дисплеи могут быть использованы для оказания помощи в интерпретации. Внутренние часы синхронизируют импульсы преобразователя и обеспечивают калибровку расстояния. Обработка сигнала может быть такой же простой, как создание отображения формы сигнала, который показывает амплитуду сигнала в зависимости от времени в калиброванном масштабе, или такой сложной, как сложные алгоритмы цифровой обработки, которые включают в себя коррекцию расстояния / амплитуды и тригонометрические вычисления для наклонных звуковых трактов.
Дефектоскопы с фазированной решеткой представляют собой усовершенствованные приборы, в которых используются многоэлементные зонды со стреловидными лучами для создания поперечных и плоских изображений дефектов в объеме детали.
В преобразователях для ультразвуковой дефектоскопии используется активный элемент, изготовленный из пьезоэлектрической керамики, композита или полимера. Когда этот элемент возбуждается электрическим импульсом высокого напряжения, он вибрирует и генерирует появление звуковых волн. Когда он вибрирует поступающей звуковой волной, он генерирует электрические импульсы, соответствующие эхо-сигналам.
Пять видов ультразвуковых преобразователей, используемых в дефектоскопах:
Контактные преобразователи вводят звуковую энергию перпендикулярно поверхности и обычно используются для определения пустот, пористости и трещин или расслоение параллельно внешней поверхности детали, а также для измерения толщины.
Угловые преобразователи луча используются в сочетании с пластиковыми или эпоксидными клиньями (угловые пучки) для введения поперечных или продольных волн в испытательный образец под определенным углом по отношению к поверхности. Они обычно используются при проверке сварных швов.
Преобразователи линии задержки содержат короткий пластиковый волновод или линию задержки между активным элементом и образцом для испытаний. Они используются для улучшения разрешения вблизи поверхности, а также при испытаниях при высоких температурах, где линия задержки защищает активный элемент от теплового повреждения.
Погружные преобразователи подают звуковую энергию в испытательный образец через водяную колонну или водяную ванну. Они используются в автоматизированных линиях и в ситуациях, когда требуется резко сфокусированный луч для улучшения разрешения дефектов.
Двухэлементные преобразователи — используются отдельные элементы передатчика и приемника в одной сборке. Они часто используются для анализа шероховатых поверхностей, крупнозернистых материалов для обнаружение точечной коррозии или пористости, и они также предлагают хорошую устойчивость к высоким температурам.
Процедура ультразвуковой дефектоскопии
Ультразвуковая дефектоскопия является сравнительным методом.
Используя соответствующие эталонные стандарты и знания о распространении звуковой волны, обученный оператор идентифицирует конкретные схемы эхо-сигналов, соответствующие эхо-отклику от хороших деталей и от типичных дефектов.
Испытание прямым лучом обычно используется для обнаружения трещин или расслоений, параллельных поверхности испытательного образца, а также пустот и пористости. В этом типе теста оператор подключает преобразователь к испытательному образцу и обнаруживает эхо-сигнал, возвращающийся с дальней стенки испытательного образца, а затем ищет любые эхо-сигналы, которые поступают перед этим отраженным сигналом задней стенки. При этом оператор не учитывает шум рассеяния зерна.
Обнаруженное эхо перед задней стенкой показывает — наличие трещины или пустоты. Посредством дальнейшего анализа могут быть определены глубина, размер и форма структуры дефекта.
Общие приложения
Потенциальные возможности использования ультразвуковой дефектоскопии в производственных процессах разнообразны. Вот некоторые из наиболее распространенных.
- Базовый материал — Металлические и пластиковые стержни, пластины и трубы могут быть проверены на наличие внутренних трещин, пустот или пористости.
- Сварные швы, проверяются небольшим высокочастотным датчиком, диаметр которого приблизительно соответствует диаметру сварного шва.
- Соединительные линии и паяные соединения. Адгезивные или металлические соединения пайки, могут быть проверены, если доступна одна поверхность.
- Формованные пластиковые детали — можно обнаружить пустоты, также возможно измерение толщины стенок.
- Подшипники — с внешней оболочкой при производстве и восстановлении.
- Отливки — пустоты, пористость, включения и трещины дают ультразвуковые показания, которые могут быть идентифицированы обученным оператором.
- Стекловолокно и композиты. Можно обнаружить отслоения и повреждения полученные при ударе.
Методы ультразвуковой дефектоскопии — могут быть очень ценным инструментами в самых разных областях применения.