Ультразвуковая дефектоскопия. Область применения.

Ультразвуковая дефектоскопия основана на использовании упругих колебаний, главным образом ультразвукового диапазона частот. Нарушения сплошности или однородности среды влияют на распространение упругих волн в изделии или на режим колебаний изделия. Из большого многообразия методов акустического контроля (ГОСТ 23829-79), для контроля сварных швов металлических конструкций применяют эхо-метод, теневой, зеркально-теневой, эхо-зеркальный метод, дельта-метод. Кратко рассмотрим характеристики этих методов.

Эхо-метод (рис. 1) основан на регистрации эхо-сигнала отраженного от дефекта. Кроме преимущества одностороннего

доступа он также имеет наибольшую чувствительность к выявлению внутренних дефектов ( и ),

высокую точность определения координат дефектов. К недостаткам метода следует отнести прежде всего низкую помехоустойчивость к наружным отражателям, резкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта. Этим методом контролируют около 90 % всех сварных соединений толщиной 4 мм и более.

Рис. 1. Контроль эхо-методом: 1 - генератор; 2 - усилитель; 3 - индикатор; 4 - объект контроля; 5 – преобразователь

 

 

Теневой метод. При теневом методе контроля о наличии дефекта судят по уменьшению амплитуды УЗ-колебаний, прошедших от излучателя к приемнику (рис. 2).

Рис.2 1-генерато; 2,4-ПЭП; 3-шов; 5-ЭЛТ; 6-усилитель

Чем больше размер дефекта, тем меньше амплитуда прошедшего сигнала. Излучатель и приемник ультразвука располагают при этом соосно на противоположных поверхностях изделия. Теневой метод можно применять только при двустороннем доступе к изделию. При ручном контроле этим методом можно контролировать сварные швы ограниченного сечения небольшой толщины. Недостатками метода являются сложность ориентации ПЭП относительно центральных лучей диаграммы направленности, невозможность точной оценки координат дефектов и более низкая чувствительность (в 10...20 раз) по сравнению с эхо-методом. К преимуществам следует отнести низкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта, высокую помехоустойчивость и отсутствие мертвой зоны. Благодаря первому преимуществу этим методом уверенно обнаруживаются наклонные дефекты, не дающие прямого отражения при эхо-методе. Используется для контроля листового проката, подшипников, дисков, изделий из резины, пластмассы, бетона.

Эхо-зеркальный метод (рис. 3) - наиболее достоверен при обнаружении плоскостных вертикально ориентированных дефектов. Он реализуется при прозвучивании шва двумя ПЭП, которые перемещаются по поверхности околошовной зоны с одной стороны шва таким образом, чтобы фиксировать одним ПЭП сигнал, излученный другим ПЭП и дважды отразившийся от дефекта и противоположной поверхности изделия. Этим методом контролируют изделия с эквидистантными поверхностями, а если их толщина менее 40 мм, то необходимы специальные ПЭП. Одно из основных преимуществ метода - возможность оценки формы дефектов размером 3 мм и более, которые отклонены в вертикальной плоскости не более чем на Ө≤100. При оценке формы дефектов необходимым условием является использование ПЭП одинаковой чувствительности. Метод нашел широкое применение при контроле толстостенных изделий, когда требуется высокая надежность обнаружения вертикально-ориентированных плоскостных дефектов, а также при арбитражных оценка.

Рис.2.43. Контроль эхо-зеркальным методом: 1-генератор; 2-усилитель; 3- ЭЛТ; 4-ПЭП; 5-шов

Зеркально-теневой метод (рис. 4). При зеркально-теневом методе признаком обнаружения дефекта служит ослабление амплитуды сигнала, отраженного от противоположной поверхности (ее обычно называют донной поверхностью) изделия. Дополнительным преимуществом этого метода по сравнению с теневым являются односторонний доступ и более уверенное обнаружение дефектов, расположенных в корне шва. Оба эти метода нашли широкое применение при контроле сварных стыков арматуры, железнодорожных рельс.

Рис.4. 1-генератор; 2-усилитель; 3-ПЭП; 5-шов.

Дельта-метод. Здесь (рис. 5) используется ультразвуковая энергия, переизлученная дефектом. Падающая на дефект поперечная волна частично отражается зеркально, частично трансформируется в продольную, а частично переизлучает дифрагированную волну. Трансформированная продольная волна распространяется нормально к нижней поверхности, отражается от нее и улавливается прямым ПЭП. Этим же ПЭП будет улавливаться компонента продольной дифрагированной волны, срывающейся с верхнего кончика трещины и распространяющейся вертикально вверх. К недостаткам метода следует отнести необходимость зачистки шва, сложность расшифровки принятых сигналов при контроле соединений толщиной 15 мм и менее, трудности при настройке чувствительности и оценке величины дефектов.

Рис.5. 1-генератор; 2-усилитель; 3-ЭЛТ; 4-ПЭП; 5-шов

Наиболее достоверные результаты получают, если применяют СОП, с реальными дефектами. Применение СОП с искусственными дефектами, имитирующими трещины, может привести к ложным результатам. Это связано с тем, что искусственные дефекты имеют с торца сравнительно большую отражающую поверхность, поэтому процессы рассеяния УЗ-колебаний от искусственных дефектов могут резко отличаться от реальной картины рассеяния.

При любом из перечисленных методов контроля можно, а иногда и необходимо применять два ПЭП, один из которых выполняет функции излучателя, другой - приемника. Такая схема включения называется раздельной. Когда используется один ПЭП, то в этом случае он выполняет функции излучения зондирующих импульсов и приема эхо-сигналов и такая схема называется совмещенной. При эхо-зеркальном методе ПЭП включены по совмещенной схеме, а также принимают сигналы по раздельной схеме. В этом случае схема называется раздельно-совмещенной.