Методы ультразвуковой дефектоскопии

Теория и практика метода ультразвуковой дифектоскопии, его потенциальные возможности в производственных процессах...
Методы ультразвуковой дефектоскопии

Теория и практика метода ультразвуковой дифектоскопии, его потенциальные возможности в производственных процессах многочисленны и разнообразны.

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.

Работа с ультразвуковым дифектоскопом

Изображение 1 из 5

Теория

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.

Продольные волны
Продольные волны
поперечные волны
Поперечные волны

Оборудование

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.

Ультразвуковой контроль
Ультразвуковой контроль
Методы ультразвуковой дефектоскопии
Ультразвуковой контроль поиск дефектов рельс

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

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.

 

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.