Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Кафедра “Испытания Сооружений”

“Ультразвуковой импульсный метод исследования свойств строительных материалов в конструкциях и сооружениях”

Принял: Ермаков В. А.

Выполнил: Иванов Н.А.

Москва - 2015

Содержание

Введение

1. Использование ультразвука при испытании различных материалов

2. Классификация акустических методов контроля

3. Виды излучателей и приемников УЗВ

4. Оборудование и приборы

5. Метод поверхностного прозвучивания

Введение

Двадцать первый век - век атома, покорения космоса, радиоэлектроники и ультразвука. Наука об ультразвуке сравнительно молодая. Первые лабораторные работы по исследованию ультразвука были проведены великим русским ученым-физиком п. Н. Лебедевым в конце XIX, а затем изучение применения ультразвука занимались многие видные ученые.

Ультразвук представляет собой волнообразно распространяющееся колебательное движение частиц среды. Ультразвук имеет некоторые особенности по сравнению со звуками слышимого диапазона. В ультразвуковом диапазоне сравнительно легко получить направленное излучение; он хорошо поддается фокусировке, в результате чего повышается интенсивность ультразвуковых колебаний. При распространении в газах, жидкостях и твердых телах ультразвук порождает интересные явления, многие из которых нашли практическое применение в различных областях науки и техники.

Так, ультразвуковые колебания применяют в неразрушающем контроле. Профессор с. Я. Соколов использовал свойство распространения ультразвука в ряде материалов и предложил в 1928 году новый метод обнаружения дефектов, залегающих в толще металла. Ультразвуковой метод скоро получил признание в нашей стране и за рубежом. Это объясняется более высокой чувствительностью по раскрытию на 5 порядков, достоверностью в 2 - 2,5 раза обнаружения дефектов, более высокой оперативностью в 15 - 20 раз и производительностью в 2 - 4 раза, меньшей стоимостью в 2 - 6 раз и безопасностью в работе по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.

Ультразвуковые акустические методы построены на изучении характерараспространения звука в конструкционных материалах. Звук - механическое колебательное движение частиц, распространяющееся в виде волны в газообразной, жидкой или твердой среде. Упругие волны принято делить на инфразвуковые частотой до 20 Гц, звуковые, частота которых лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, ультразвуковые, частотой от 20 кГц до 1000 МГц, и гиперзвуковые, частота которых превышает 1000 МГц.

1. Использование ультразвука при испытании различных материалов

При испытании бетонов и керамики используют ультразвуковые колебания частотой от 20 кГц до 200 кГц, а при испытании металлов и пластмасс - частотой от 30 кГц до 10 МГц. Существует ряд методов использования ультразвука в практике. Наибольшее распространение получил ультразвуковой импульсный метод (УИМ). Основным исходным параметром, используемым при ультразвуковых испытаниях, является скорость распространения ультразвукового импульса в материале конструкции, которая определяется по формуле:

V= , (м/с)

где L - расстояние пройденное ультразвуком в объекте испытаний (база прозвучивания), измеряется с точностью ± 0,5%;

t - время прохождения ультразвуковых колебаний (УЗК) на базе прозвучивания; измеряется в микросекундах ( 10-6 с).

2. Классификация акустических методов контроля

Согласно гост 23829-79 акустические метода делят на две большие группы: использующие излучение и приём акустических волн (активные методы) и основанные только на приёме (пассивные методы). В каждой из групп можно выделить методы, основанные на возникновении в объекте контроля бегущих и стоячих волн или колебаний. Активные акустические методы, в которых применяют бегущие волны, делят на две подгруппы, использующие прохождение и отражение волн. Применяют как непрерывное, так и импульсное излучение.

К методам прохождения относятся следующие:Теневой метод, основанный на уменьшении амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта. ультразвук акустический излучатель приемник

Временной теневой метод, основанный на запаздывании импульса, вызванном огибанием дефекта. Зеркально-теневой метод, основанный на ослаблении сигнала, отраженного от ротивоположной поверхности изделия (донного сигнала).

Велосиметрический метод, основанный на изменении скорости упругих волн при наличии дефекта. В методах отражения применяют, как правило, импульсное излучение. К этой подгруппе относятся следующие методы дефектоскопии.

Эхо-метод. Регистрирует эхо-сигналы от дефектов. Зеркальный эхо-метод основан на зеркальном отражении импульсов от дефектов, ориентированных вертикально к поверхности, с которой ведётся контроль.

Реверберационный метод предназначен для контроля слоистых конструкций типа металл-пластик. Он основан на анализе длительности реверберации ультразвуковых импульсов в одном из слоёв.

От рассмотриенных акустических методов неразрушающего контроля существенно отличается импедансный метод, основанный на анализе изменения механического импеданса участка поверхности контролируемого объекта, с которым взаимодействует преобразователь. На использование стоячих волн основаны следующие методы:

Локальный метод свободных колебаний. Он основан на анализе спектра возбуждённых части контролируемого объекта с помощью ударов молоточка-вибратора.

Интегральный метод свободных колебаний. Механическим ударом возбуждаются вибрации во всём изделии или в значительной его части.

Локальный резонансный метод применяется в толщиномерии. Интегральный резонансный метод применяют для определения модулей упругости материала по резонансным частотам продольных, изгибных или крутильных колебаний изделий простой геометрической формы.

3. Виды излучателей и приемников УЗВ

Излучатели и приемники могут быть пьезоэлектрическими и магнитострикционными.

Пьезоэлектрический преобразователь состоит из металлического корпуса, внутри которого располагается материал обладающий пьезоэлектрическим эффектом (кристаллы кварца, сегнетова соль и пр.). Кристалл, преобразующий электрическую энергию в механическую и наоборот приклеивается или прижимается к прокладке с помощью пружины.

Магнитосриктор собирается из тонких изолированных друг от друга пластин из никеля или другого материала, обладающего под действием магнитного поля возможностью сжиматься или растягиваться. Пакет пластинок помещается в катушку, по которой пропускается переменный электрический ток (излучатель), или возникает переменный электрический ток (приемник). Для ультразвуковых испытаний могут быть использованы различные виды волн - продольные, поперечные, поверхностные и т.д. Наиболее разработана и часто применяется на практике методика ультразвуковых испытаний продольными волнами. В работе используются продольные волны ультразвука.

4. Оборудование и приборы

Ультразвуковой томограф предназначен для контроля конструкций из бетона, железобетона и камня при одностороннем доступе к ним с целью определения целостности материала в конструкции, поиска инородных включений, полостей, непроливов, расслоений и трещин, а также измерения толщины объекта контроля. Возможен контроль объектов с толщиной до 2,5 метров.

Ультразвуковой дефектоскоп - это прибор, который используется для обнаружения неоднородностей и внутренних дефектов изделий. Материалом таких изделий чаще всего являются металлы и некоторые виды пластмасс. В основе работы любого ультразвукового дефектоскопа лежат ультразвуковые колебания, которые, отражаясь от внутренних неоднородностей изделия, позволяют определить глубину дефектов, а также их координаты и размеры. Ультразвуковые дефектоскопы бывают двух видов: одноканальные и многоканальные. В отличие от одноканальных приборов многоканальные дефектоскопы позволяют делать прозвучивания нескольких зон или нескольких слоев изделия за один проход (поворот) и осуществлять регистрацию всего процесса контроля. Это дает возможность, с одной стороны разделить во времени этапы прозвучивания и оценки, с другой стороны, получать полноценный протокол контроля со всей необходимой информацией для качественного анализа полученных результатов.

Ультразвуковой толщинометр - измерение толщины стенок стальных труб и изделий из металла, чугуна, пластика, а также других материалов с высоким затуханием ультразвука.

Метод сквозного прозвучивания.

Работа по дефектоскопии методом сквозного прозвучивания обычно ведется по следующей методике: на противоположные плоскости конструкции наносят прямоугольные координатные сетки со стороной квадрата 10, 20 или 50 см (в зависимости от размера опасного для данной конструкции дефекта). Сетки размечают так, чтобы линии, соединяющие узлы на двух противоположных гранях, были перпендикулярны плоскости прозвучивания.

Последовательно прозвучивая конструкцию в каждом створе узлов сетки и измеряя базы, получают значения скоростей ультразвука. В случаях, когда толщина конструкции постоянна, можно упростить задачу испытаний, замеряя только время распространения ультразвука. Наличие дефекта в конструкции определяют, сравнивая значения полученных скоростей (или времени) распространения УЗК.

5. Метод поверхностного прозвучивания

Ультразвуковая дефектоскопия бетона применяется также при одностороннем доступе и объекту испытаний. Особенно эффективен этот метод при дефектоскопии дорожных и аэродромных покрытий, фундаментных плит, монолитных плит перекрытий и т.п. При определении дефектов методом продольного профилирования излучатель устанавливается неподвижно, а приемник последовательно переставляется по линии в точки с постоянным шагом 5-10 см. После каждого перемещения излучателя с помощью прибора определяется время прохождения УЗК. Глубина, на которой можно определить дефект методом поверхностного прозвучивания составляет h ? 1,5 ч 2 л, где л - длина волны ультравукового импульса, которая зависит от его частоты и скорости прохождения прохождения через материал:

л=

где V - скорость ультравукового импульса;

f - частота ультравукового импульса.

По схема, поясняющей выявление дефекта при поверхностном прозвучивании методом продольного профилирования, видно, что график, называемый годографом скорости, на участках конструкции, где бетон не имеет дефектов или дефектных зон, может быть представлен прямой линией.

Искривление годографа на каком-либо участке свидетельствует о несоблюдении условий, при которых наблюдается прямая пропорциональность между базой прозвучивания и временем прохождения ультразвукового импульса.

Размещено на Allbest.ru