Размещено на http://www.allbest.ru/

23

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Бийский Технологический Институт (филиал)

Кафедра «Методы, средства измерения и автоматизации»

Реферат

Тема: «Ультразвуковые методы неразрушающего контроля»

Студент группы ПС-22 В.А. Мосиенко

Руководитель доцент, к.т.н. Р.В. Барсуков

Бийск 2013

Содержание

Введение

1. Природа ультразвука

2. Генерирование ультразвуковых волн

3. Распространение ультразвуковых волн

4. Отражение и преломление УЗК на границе двух сред

5. Акустический вид неразрушимого контроля

6. Сущность ультразвуковой дефектоскопии эхо - методом

7. Методика ультразвукового контроля

7.1 Выбор частоты УЗК

7.2 Ввод и прием ультразвуковых волн

7.3 Мертвые зоны и способы их сокращения

7.4 Преобразователи

7.5 Эталонирование чувствительности ультразвукового контроля

Библиографический список

Введение

Согласно ГОСТ 18353-79 в основу классификации методов неразрушающего контроля положены физические процессы взаимодействия физического поля или вещества с объектом контроля . С точки зрения физических явлений, на которых они основаны, выделяют девять видов неразрушающего контроля: магнитный, электрический, вихретовый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиационный, акустический и проникающими веществами. Каждый из видов контроля подразделяют на методы по рассмотренным ниже признакам.

Характер взаимодействия поля или вещества с объектом. Взаимодействие должно быть таким, чтобы контролируемый признак объекта вызывал определенные изменения поля или состояния вещества. Например, наличие несплошности вызывало изменение прошедшего через нее излучения или проникновение в нее вещества. В некоторых случаях используемое для контроля физическое поле возникает под действием других физических эффектов, связанных с контролируемым признаком. Например, электродвижущая сила, возникающая при нагреве разнородных материалов, позволяет контролировать химический состав материалов (термоэлектрический эффект).

Первичный информативный параметр - конкретный параметр поля или вещества (амплитуда поля, время его распространения, количество вещества и т. д.), изменение которого используют для характеристики контролируемого объекта. Например, наличие несплошности увеличивает или уменьшает амплитуду прошедшего через нее излучения.

1. ПРИРОДА УЛЬТРАЗВУКА

Ультразвук - упругие колебания и волны высокочастотной части спектра акустических волн. Как известно, в зависимости от частоты упругие волны подразделяют на инфразвуковые (с частотой до 20 Гц), звуковые (от 20 до 2104 Гц), ультразвуковые (от 2104 до 109 Гц) и гиперзвуковые (свыше 109 Гц). Акустические (упругие) волны - распространяющиеся в упругой среде механические возмущения (деформации). Упругие волны могут возникать в любой среде - твердой, жидкой и газообразной. Возмущения от источника передаются частицам среды, которые также начинают колебаться относительно своей точки равновесия. Эти колебания передаются соседним частицам, которые также начинают колебаться, затем колебания передаются все новым и новым частицам и в среде возникает упругая волна. Пространство, в котором распространяются упругие волны, - звуковое или акустическое поле. Упругие волны характеризуются следующими параметрами: длиной , частотой f и скоростью распространения c, которые связаны зависимостью = c/f.

В зависимости от упругих свойств среды в ней могут возникать упругие волны различных видов, отличающиеся направлением смещения колеблющихся частиц. В связи с этим различаются продольные, сдвиговые, поверхностные, нормальные и другие волны.

Если колебания частиц среды совпадают с направлением распространения волны, то волна называется продольной. Такая волна может быть возбуждена в твердом теле, жидкой и газообразной средах. Она может быть возбуждена только в твердом теле, которое способно упруго сопротивляться деформации сдвига. Продольные и сдвиговые волны могут возникать в чистом виде только в неограниченной среде или в теле, размеры которого во всех направлениях значительно превышают длину волны. На свободной поверхности твердого тела можно возбудить поверхностные волны.

2. ГЕНЕРИРОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН

В практике ультразвуковой дефектоскопии металлов применяются ультразвуковые колебания (УЗК) частотой от 0.5-0.8 до 10.0 МГц. Для получения ультразвука таких частот используются пьезоэлектрические, магнитострикционные, электромагнитно-акустические и другие преобразователи. Наибольшее распространение получили пьезоэлектрические преобразователи, в которых активным элементом являются пьезоэлементы, изготовленные из монокристалла кварца или пьезокерамических материалов - титаната бария, цирконат-титаната свинца и других (ГОСТ 13927-74). На поверхности пьезоэлементов наносят слои серебра, служащие электродами. При подведении к электродам переменного электрического напряжения пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания (растягивается и сжимается) с частотой электрического напряжения (обратный пьезоэффект). При воздействии на пьезоэффект упругих механических колебаний на его электродах возникает переменное электрическое напряжение с частотой воздействующих механических колебаний (прямой пьезоэффект). Амплитуда колебаний пьезоэлемента зависит от напряжения на электродах и соотношения частоты переменного напряжения и собственной частоты колебаний пьезоэлемента будет при резонансе, когда собственная частота его колебаний совпадает с частотой возбуждающего переменного напряжения.

Подавая на пьезоэлемент переменное напряжение с частотой, отличной от собственной частоты колебаний, можно получить вынужденные колебания пьезоэлемента с любой частотой. Однако в этом случае излучаемая энергия будет меньше, чем при резонансной частоте.

Основными характеристиками пьезоэлемента являются частотный спектр, излучаемая мощность звука, направленность излучения.

3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН

Распространение ультразвуковых волн происходит по законам геометрической (лучевой) акустики.

Половина угла раствора при вершине конуса, в котором почти полность концентрируется генерируемая излучателем энергия, может быть определена из соотношения sin=1.22/D, где - угол между осью пучка УЗК и крайним лучом.

Однако в пределах этого конуса интенсивность ультразвука неодинакова: она уменьшается по направлению от оси пучка к периферии. Это свойство излучателя характеризуется его диаграммой направленности, представляющей собой полярную диаграмму изменения звукового поля (интенсивности или давления) в зависимости от направления. Если размеры излучателя меньше длины волны, то от него распространяются сферические волны и излучение будет ненаправленным. Если размеры излучателя больше длины волны, то излучаемая энергия концентрируется преимущественно по одному направлению, совпадающему с направлением нормали к излучаемой поверхности.

Направленность излучателей определяется экспериментально с помощью относительных измерений. Для некоторых простейших случаев могут быть рассчитаны характеристики направленности излучателей.По мере удаления от излучателя амплитуда колебаний частиц постепенно убывает. Это обусловлено геометрическим расхождением лучей, что приводит к увеличению площади фронта волны, а также наличием потерь в среде, приводящих к постепенному затуханию колебаний при их распространении. Затухание УЗК происходит по экспоненциальному закону

A = A0e-z,

где z - расстояние, пройденное волной, м;

- коэффициент затухания, 1/м.

Коэффициенты затухания различны для различных материалов и складываются из коэффициентов поглощения и рассеяния: = пог + рас. В однородной изотропной упругой среде и в монокристаллах металлов затухание определяется поглощением ультразвука. При этом энергия упругих колебаний переходит в тепловую. В поликристаллической среде и в металлах, обладающих упругой анизотропией, затухание определяется рассеянием упругих колебаний зернами металла. Это приводит к дополнительному уменьшению интенсивности волн в направлении их распространения.

При распространении упругих волн в металлах возможна реверберация - постепенное затухание колебаний, обусловленное повторными отражениями. Реверберация может быть объемной (из-за многократного отражения колебаний от поверхностей, ограничивающих контролируемое изделие) и структурной (из-за многократного отражения и рассеяния колебаний границами зерен металла). Возникновение структурной реверберации может быть объяснено анизотропией упругих свойств зерен металла, благодаря чему ультразвук при переходе из одного зерна в другое претерпевает отражение на их границах, преломление при переходе через границы и постепенное рассеяние во все стороны.

4. ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ УЗК НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД

Законы отражения и преломления ультразвуковых волн аналогичны законам геометрической акустики. Если продольная волна, распространяющаяся в некоторой среде I, встречает на своем пути среду II с другими акустическими свойствами, то часть энергии отражается от границы раздела в первой среде, а оставшаяся часть проходит в новую среду. При этом отраженные волны распространяются от границы раздела в первой среде, а прошедшие - во второй. Пусть плоская упругая продольная волна, распространяясь со скоростью CI в однородной среде с плотностью I , доходит до границы со второй средой с плотностью II и скоростью распространения CII . Условимся углом n падения ультразвукового луча называть угол, образованный лучтом и нормалью к поверхности в точке падения луча.

Если упругая волна падает перпендикулярно на плоскую границу раздела двух сред (=0), то часть ее энергии переходит во вторую среду, а часть отражается в первую, причем проходящая и отраженная волны будут того же вида, что и волна падающая, и направлены также перпендикулярно к границе раздела (рис. 2, а). Распределение энергии между отраженной и прошедшей волнами определяется коэффициентами отражения и прохождения.

Схема прохождения упругих волн на плоской границе двух сред при перпендикулярном (а) и наклонном (б) падении лучей.

Рисунок 1 - Схема прохождения упругих волн на плоской границе двух сред при перпендикулярном (а) и наклонном (б) падении лучей

П - пьезоэлемент, I - первая среда, II - вторая среда

Коэффициентом отражения R называется отношение интенсивностей отраженной и падающей волн. Для рассматриваемого случая:

R = (IICII - ICI)/(IICII + ICI),

где ICI и IICII - удельные акустические сопротивления I и II сред.

Коэффициентом прохождения D называется отношение интенсивностей прошедшей и падающей волн. Так как сумма коэффициентов отражения и прохождения при нормальном падении равна 1, то коэффициент прохождения можно определить из уравнения

D = 1 - R.

Если продольная упругая волна L падает на границу раздела двух твердых сред под углом, отличным от прямого, то отраженная и прошедшая волны преломляются и трансформируются на продольные LL и сдвиговые SS волны, распространяющиеся в первой и второй средах под различными углами (рис. 2, б). На практике для обеспечения падения продольных волн под углом между пьезоэлементом и контролируемой деталью располагают призму из органического стекла. В этом случае угол между падающим лучом LO и перпендикуляром MN к поверхности раздела в точке O называется углом падения, углы и - углами отражения, и - углами преломления (или углами ввода) соответственно продольной и сдвиговой волн.

Законы отражения и преломления упругих волн по аналогии с законами геометрической оптики формулируются так:

- отраженные и преломленные лучи лежат в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к поверхности раздела сред, проведенной в точке падения;

- угол отражения продольной волны равен углу падения;

- при ICI < IICII углы падения, отражения и преломления связаны отношением sin/СПРI = sin/CСДВI = sin/CПРII = sin/CСДВII , где СПРI, CСДВI, CПРII и CСДВII - скорости распространения продольных и сдвиговых волн в I и II средах соответственно.

При увеличении угла падения продольной волны L углы и также увеличиваются и при некотором значении = КРI (первый критический угол) преломленные продольные волны распространяются по поверхности, не проникая в глубь среды II (рис. 2, б). При дальнейшем увеличении угла падения до КРII (второй критический угол) по поверхности распространяются преломленные сдвиговые волны (рис. 2, г).

Свойства упругих волн используют при конструировании наклонных преобразователей для контроля изделий сдвиговыми и поверхностными волнами. В них УЗК преломляются с помощью клинообразной призмы, изготовленной из органического стекла, играющей роль среды I, а средой II является контролируемое изделие. Зная скорость распространения УЗК в призме и контролируемом изделии, можно рассчитать значения углов распространения продольных и сдвиговых волн в среде II в зависимости от угла .

ультразвуковой волна дефектоскопия контроль

5. АКУСТИЧЕСКИЙ ВИД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

При данном виде неразрушающего контроля регистрируют упругие волны, параметры которых тесно связаны с такими свойствами материалов, как упругость, плотность, анизотропия и другие. Акустические свойства твердых материалов и воздуха настолько сильно отличаются, что акустические волны отражаются от тончайших зазоров (трещин, непроваров) шириной 10-6 - 10-4 мм. Этот вид контроля применим ко всем материалам, достаточно хорошо проводящим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бетону и т.д.

По характеру взаимодействия с объектом различают пассивный и активный методы. Пассивный акустический метод предусматривает регистрацию упругих волн, возникающих в самом объекте. Шумы работающего механизма позволяют судить о исправности или неисправности механизма и даже о характере неисправности. Этот пассивный метод акустического контроля называется шумовибрационным. Многие машины снабжают датчиками, регистрирующими уровень вибрации определенных узлов и прогнозирующими их работоспособность. Это вибрационный метод контроля или диагностики.

Перестройка структуры металла, вызываемая движением групп дислокаций, возникновением и развитием трещин, аллотропическими превращениями в кристаллической решетке, сопровождается появлением упругих волн ультразвукового (реже звукового) диапазона. На использовании этих волн основан метод акустической эмиссии. Используя такие информативные параметры, как количество сигналов в единицу времени, их частота, амплитудное распределение, локация места возникновения упругих волн, судят о состоянии материала, проходящих в нем изменениях, прогнозируют работоспособность конструкции.

Активные ультразвуковые методы разнообразнее по схемам применения и получили гораздо более широкое распространение. Для контроля используют стоячие волны (вынужденные или свободные колебания объекта контроля или его части), бегущие волны по схемам прохождения и отражения. Методы колебаний используют для измерения толщин при одностороннем доступе и контроля свойств материалов (модуля упругости, коэффициента затухания). Информативным параметром служат частоты свободных или вынужденных колебаний и их амплитуды. Используют также метод, основанный на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом (импедансный метод). По амплитудам и резонансным частотам такого преобразователя (часто имеющего вид стержня) судят о твердости материала изделия, податливости (упругому импендансу) его поверхности. Податливость, в частности, улучшается под влиянием дефектов, близких к поверхности изделия.

6. СУЩНОСТЬ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ЭХО-МЕТОДОМ

Ультразвуковая дефектоскопия - комплекс методов контроля, использующих упругие колебания ультразвукового диапазона. Она основана на свойстве упругих волн распространяться в однородном твердом теле и на его плоских или кривых поверхностях в виде лучей прямолинейно и отражаться от границ тела или нарушений сплошности, а также на свойстве упругих волн рассеиваться и поглощаться структурными составляющими контролируемых объектов.

Эхо-метод является наиболее распространенным методом ультразвуковой дефектоскопии, применяемым для контроля металлических изделий, в том числе крупногабаритных и сложной формы. Контроль проводят различными волнами при одностороннем доступе к объекту контактным или иммерсионным способами.

Эхо-метод основан на посылке в контролируемое изделие коротких импульсов УЗК и регистрации интенсивности и времени прихода сигналов, отраженных от дефектов или границ изделия.

УЗК вводят в изделие, как правило, с одной стороны совмещенным преобразователем. Излучаемые импульсы УЗК называют зондирующими. Их посылают в контролируемое изделие один за другим через определенные промежутки времени - паузы или интервалы. Периодом импульсов T называется время, прошедшее от начала действия одного импульса до начала действия следующего. Период равен сумме длительностей импульса и паузы t.

Рисунок 2 - Схема прозвучивания изделия эхо-методом продольными УЗК

1 - изделие, 2 - совмещенный преобразователь, 3 - дефект, 4 - зондирующий импульс УЗК, 5 - донный сигнал, 6 - промежуточный сигнал

Зондирующий импульс УЗК, пройдя через металл, отражается от противоположной поверхности изделия и, возвращаясь, частично попадает на преобразователь. На экране возникает донный (концевой) сигнал. При наличии дефекта импульс УЗК отразится от него раньше, чем от противоположной поверхности детали. Между начальным и донным (концевым) сигналами возникает промежуточный сигнал. Если дефект полностью перекрывает путь ультразвуковому пучку, то на экране наблюдается только начальный сигнал и сигнал от дефекта. На экране строится график, по горизонтальной оси которого отложено время, пропорциональное глубине залегания дефекта, а по вертикальной - интенсивность отраженного от дефекта сигнала, зависящая от его размеров и ориентировки относительно лучей пучка УЗК.

7. МЕТОДИКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

Выбор методики являются важной задачей, от правильного решения которой зависит надежность ультразвукового контроля. Приступая к разработке методики, необходимо изучить характеристики контролируемого изделия, материала, из которого оно изготовлено, и дефектов, подлежащих обнаружению. К характеристикам контролируемого изделия относятся форма, размеры, технология изготовления, состояние поверхности, наличие припусков на термообработку, условия нагружения в эксплуатации. К характеристикам материала относятся степень деформации, макроструктура, термическая обработка, плотность, степень упругой анизотропии и акустические характеристики (скорость распространения УЗК, удельное акустическое сопротивление, коэффициенты рассеяния и затухания УЗК, уровень структурной реверберации). К характеристикам дефекта относятся тип, размеры, место и глубина залегания, ориентировка относительно поверхностей изделия и растягивающих напряжений, действующих на него в эксплуатации.

При составлении методики должны быть выбраны частота и вид УЗК, направление их распространения в изделии; тип преобразователя, места установки его на изделии и схема сканирования; вид акустического контакта; чувствительность и настройка дефектоскопа, регистрация и способы расшифровки показаний дефектоскопа.

7.1 Выбор частоты УЗК

Правильный выбор частоты обеспечивает необходимую чувствительность ультразвукового контроля. Чем выше частота, тем меньше длина УЗК в контролируемом изделии и тем лучше условия отражения их от дефектов. Повышение частоты прозвучивания увеличивает направленность излучения и приема. При этом возрастает отношение отраженной от дефекта энергии к общей энергии, вводимой в изделие, что также способствует повышению чувствительности контроля. Однако с увеличением частоты повышается коэффициент затухания УЗК в металле, ухудшаются условия их прохождения через поверхность ввода, увеличивается интенсивность отражений от границ зерен и неоднородностей металла, не являющихся дефектами.

Частота колебаний при контроле определяется в основном коэффициентом затухания, уровнем структурной реверберации металла и габаритами контролируемого изделия. Зная эти характеристики, можно оценить и выбрать оптимальную частоту, которая обеспечит наибольшую чувствительность контроля при минимальных потерях энергии на рассеяние и поглощение ее зернами металла. Для контроля изделий на наличие дефектов, ориентированных в металле под углом к поверхности ввода УЗК, применяются сдвиговые волны. При контроле изделий сдвиговыми волнами возможны два случая: ввод УЗК через плоскую поверхность изделия преобразователем с плоской контактной поверхностью и через кривую поверхность изделия преобразователем с плоской или кривой (по форме изделия) контактной поверхностью. В первом случае при = КР в металле возбуждаются несколько видов волн, распространяющихся под различными углами. Сдвиговые волны эффективно применяются для контроля рельсов, сварных соединений, толстостенных труб, изделий сложной формы.

7.2 Ввод и прием ультразвуковых волн

Ультразвуковые волны вводят в контролируемое изделие и принимают отраженные сигналы бесконтактным, контактным сухим (без промежуточной жидкости), контактным через тонкий слой жидкости, струйным и иммерсионным способами.

При контактном способе преобразователь прижимают к поверхности изделия. Возбужденные УЗК от пьезоэлемента распространяются в металле в виде направленного пучка лучей. Если контроль ведется в звуковом диапазоне, то преобразователь и изделие обычно контактируют без смазки (сухой контакт). Когда контроль осуществляется в ультразвуковом диапазоне, для ликвидации возможного воздушного зазора между преобразователем и изделием помещают промежуточную среду - тонкий слой жидкости. Такой зазор может быть даже при очень гладкой поверхности (из-за микронеровностей и шероховатости), благодаря чему УЗК не полностью проходят через границу преобразователь - изделие, и чувствительность контроля резко падает.

Жидкость, применяемая в качестве контактной среды, должна хорошо смачивать контролируемый материал и поверхность преобразователя, создавать между ними тонкий равномерный слой, не стекать слишком быстро с поверхности, быть однородной, не содержать пузырьков воздуха или твердых частиц, не быть токсичной и не вызывать коррозии изделий. В качестве контактной среды применяют различные минеральные масла, глицерин, воду и другие жидкости. Выбирая контактную среду, следует помнить, что вода обладает недостаточной вязкостью и смачивающей способностью и может вызвать коррозию контролируемого изделия. Поэтому в воду добавляют поверхностно-активные вещества, улучшающие ее смачивающую способность, и вещества, уменьшающие ее способность вызывать коррозию. Высоковязкие минеральные масла применяются при контроле вертикально расположенных поверхностей, поверхностей со значительной шероховатостью, а также в тех случаях, когда температура изделия или окружающего воздуха выше 20C. Маловязкие масла обычно применяются при контроле деталей в зимних условиях при отрицательных температурах окружающего воздуха (при контроле вне помещения).

При струйном способе между преобразователем и изделием создается зазор, в который непрерывно подается контактная жидкость. В этом случае минимальная толщина слоя жидкости задается ограничителем, создающим между преобразователем и изделием определенный зазор. Этот способ акустической связи используется, если поверхность контролируемого изделия расположена вертикально или имеет переменную кривизну.

При иммерсионном способе акустическая связь между преобразователем и изделием создается значительный слой жидкости. Для этого преобразователь и изделие полностью погружаются в ванну с водой. Так как скорость распространения продольных волн в воде примерно в четыре раза меньше, чем в металлах, то расстояние от преобразователя до передней поверхности изделия должно быть больше четверти толщины изделия. Иначе вторично отраженный сигнал от передней поверхности изделия будет виден на экране левее донного, что затруднит расшифровку результатов контроля. Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению с контактным: высокую стабильность излучения и приема УЗК за счет постоянства акустической связи между преобразователем и изделием; отсутствие износа преобразователя, так как при контроле между преобразователем и изделием нет трения; возможность контроля изделий с грубо обработанной, корродированной или защищенной покрытием поверхностью без предварительной подготовки. Кроме того, этот способ позволяет автоматизировать контрольные операции, что существенно повышает производительность контроля.

7.3 Мертвые зоны и способы их сокращения

Важной характеристикой чувствительности ультразвукового контроля является размер мертвой зоны. Наличие мертвой зоны - основной недостаток эхо-метода, который в некоторых случаях ограничивает его применение, снижает надежность и эффективность контроля.

Мертвая зона представляет собой неконтролируемый поверхностный слой, в котором сигнал от дефекта накладывается на зондирующий импульс. Наличие большой мертвой зоны нежелательно, так как приходится увеличивать припуск на обработку изделия и повышать, таким образом, стоимость изготовления. Величина мертвой зоны для прямых преобразователей составляет 40 мм при f=0.7 МГц, 15 мм при f=1.5 МГц, 6-8 мм при f=2.5 МГц и 5-6 мм при f=4-5 МГц.

Одним из путей повышения разрешающей способности и сокращения мертвой зоны является уменьшение длительности зондирующего импульса путем механического демпфирования пьезоэлемента преобразователя, электрической компенсации колебаний пьезоэлемента в режиме излучения и т.д. Механическое демпфирование заключается в том, что к пьезоэлементу приклеивают массивный демпфер, жесткая связь с которым приводит к тому, что после действия возбуждающего колебания последнего быстро затухают. Однако при таком демпфировании снижается добротность колебательного контура и мощность возбуждаемых УЗК.

7.4 Преобразователи

В современных ультразвуковых дефектоскопах применяются преобразователи, рассчитанные на работу по контактному и иммерсионному способам, с возбуждением в контролируемом изделии преимущественно продольных, сдвиговых, поверхностных и нормальных волн. По конструктивному исполнению преобразователи бывают прямыми и наклонными, раздельными, совмещенными и раздельно-совмещенными, с плоской или фигурной контактной поверхностью. Они могут посылать УЗК в изделие по нормали к его поверхности, под углом к нормали или по самой поверхности.

Все преобразователи имеют следующие элементы: корпус, пьезоэлемент, электроды, демпфер, защитное донышко и контактное устройство. В преобразователь могут входить дополнительные элементы для стабилизации силы его прижатия к поверхности контролируемого изделия, подачи контактной среды, изменения угла наклона пьезоэлемента, фиксирования преобразователя относительно детали и т. п.

Пьезоэлемент является одним из основных элементов преобразователя. Он изготавливается из естественных или искусственных пьезоэлектрических материалов - сегнетоэлектриков. Известно, что мощность излучаемых УЗК пропорциональна площади пьезоэлемента. Поэтому для повышения чувствительности контроля эту площадь стремятся увеличить. Иногда размеры пьезоэлемента увеличивают с целью повышения производительности контроля. Так при контроле листового материала выгодно иметь широкозахватные преобразователи, позволяющие прозвучивать большие площади, чем обычными преобразователями. Однако в некоторых случаях желательно иметь габариты преобразователя, а, следовательно, и пьезоэлемента минимальными, например, при контроле небольших деталей или изделий, имеющих сложную конфигурацию. От диаметра пьезоэлемента существенно зависит протяженность ближней зоны, величина угла расхождения пучка УЗК и диаграмма направленности. Прямые преобразователи рассчитаны на возбуждение в контролируемом изделии продольных волн и предназначены в основном для обнаружения глубинных дефектов в изделиях простой геометрической формы, имеющих плоские участки для установки преобразователя. Наклонные преобразователи рассчитаны на возбуждение в контролируемом изделии УЗК с преобладанием (в зависимости от цели контроля) поверхностных, нормальных или сдвиговых волн, распространяющихся под различными углами к нормали, и предназначены для обнаружения глубинных, подповерхностных и поверхностных дефектов.

Отечественные преобразователи выполнены, как правило, разъемными, зарубежные - неразъемными. Призму разъемного преобразователя изготавливают обычно из органического стекла. Пьезоэлемент размещают на площадке, ориентированной в соответствии с коэффициентом затухания для гашения УЗК и в то же время не очень сильно ослабляет их на пути от пьезоэлемента до изделия. На гранях призмы фрезеруют канавки, служащие для рассеяния волн, отраженных от контактной поверхности.

7.5 Эталонирование чувствительности ультразвукового контроля

В условиях массового контроля серийной продукции особое значение приобретают надежность и воспроизводимость результатов контроля, а также их объективность. Чтобы исключить влияние субъективных факторов на результаты ультразвукового контроля, необходимо создавать стандартные условия контроля. Одним из существенных моментов стандартизации контроля является настройка чувствительности дефектоскопов по эталонам. Под чувствительностью ультразвукового метода понимается минимальная площадь отражателя, расположенного в однородной среде на определенном расстоянии от точки ввода УЗК в плоскости, перпендикулярной направлению прозвучивания, и уверенно регистрируемого индикатором дефектоскопа. Под точкой ввода УЗК подразумевается точка падения центрального луча пучка УЗК на поверхность изделия. Чувствительность метода зависит от характеристики контролируемого материала, акустического контакта изделия с искательной головкой, а также от электрических и акустических параметров прибора.

Приступая к контролю изделий, дефектоскоп необходимо настроить на определенную чувствительность, позволяющую выявить недопустимые по техническим условиям дефекты. Настройка на заданную чувствительность осуществляется по специальным эталонным образцам, имеющим различные контрольные отражатели (искусственные дефекты). При выборе эталонов важно знать, насколько выбранные контрольные отражатели полно имитируют естественные дефекты. Известно, что амплитуды эхо-сигналов, отраженных от естественного дефекта и контрольного отражателя, расположенных на одинаковой глубине залегания в одном и том же материале, имеющих равные площади и ориентированных перпендикулярно оси пьезоэлемента, неодинаковы. Амплитуда эхо-сигнала от естественного дефекта будет меньше, так как его отражающая поверхность в ряде случаев имеет кривизну, неровности и значительную шероховатость, которые способствуют диффузному отражению УЗК. Это приводит к уменьшению энергии УЗК, отраженной в направлении головки. Контрольный отражатель, выполненный, например, в виде сверления с плоским дном, имеет гладкую поверхность, от которой если и происходит отражение УЗК с рассеянием, то в значительно меньшей степени, чем от поверхности дефекта. В этом случае доля отраженной энергии УЗК в направлении искательной головки будет большей.

Для оценки размеров обнаруженных дефектов по сравнению с размерами контрольных отражателей вводится поправочный коэффициент - коэффициент выявляемости. Мерой коэффициента выявляемости служит отношение площади контрольного отражателя к площади естественного дефекта, расположенного на одинаковой глубине в аналогичном материале и дающего амплитуду эхо-сигнала, одинаковую с контрольным отражателем.

Список используемых источников

1. Ультразвуковая дефектоскопия. Электронный ресурс] режим доступа.- http://ru.wikipedia.org/wiki/Ультразвуковая_дефектоскопия

2. Методы неразрушающего контроля. Электронный ресурс] режим доступа.- http://www.kipinfo.ru/info/stati/?id=51

3. Неразрушающие методы контроля. Электронный ресурс] режим доступа.- http://viam.ru/index.php?id_page=265..

4. Ультразвук. Электронный ресурс] режим доступа.- http://ru.wikipedia.org/wiki/Ультразвук

5. Рисунок 1 - Электронный ресурс] режим доступа.- http://gendocs.ru/v35211/реферат__ультразвуковой_контроль._ультразвуковая_дефектоскопия

6. Рисунок 2 - Схема прозвучивания изделия эхо-методом продольными УЗК Электронный ресурс] режим доступа.- http://gendocs.ru/v35211/реферат_-_ультразвуковой_контроль._ультразвуковая_дефектоскопия

Размещено на Allbest.ru