Ультразвуковой метод контроля.

Основан на возбуждении ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии и регистрации интенсивности и времени прохождения отраженных эхо-сигналов в диапазоне 1,25 - 10 МГц.

В зависимости от направления колебаний частиц в контро­лируемом материале по отношению к распространению волны различают продольные, сдвиговые (поперечные) и поверхностные волны рис.3.1

Если направление колебаний частиц совпадает с направлением распространения волны, то волна называется - про­дольной. Если перпендикулярно рас­пространению волны, то - по­перечная. Она возбуждается только в твердом упругом ма­териале. На свободной по­верхности твердого тела - можно возбудить поверхностные волны, локализующиеся в поверхностном слое толщиной, соизмеримой с длиной волны.

В изотропных твердых телах скорость распространения уп­ругих волн зависит от их вида и упругих постоянных материала.

Табл. 3.4. Скорость распространения различных видов УЗ-волн в материалах.

Материал	Скорость м/с			Материал	Скорость м/с
	продольная	сдвиговая	Релея		продольная	сдвиговая	Релея
Алюминий Латунь Медь	6270 1700 1630	3100 2140 2130	2800 1930 1910	Свинец Сталь	1950 5750	640 3090	581 2790

Для возбуждения упругих колебаний в различных материалах используют пьезоэлектрические преобразователи (пластинка из монокристалла кварца или пьезокерамических материалов – титаната бария, цирконата – титаната свинца и др.). Под действием переменного эл. напряжения пьезопластина (ПП) совершает вынужденные механические колебания, пропорциональные частоте эл. тока. Если ПП приложить к поверхности контролируемой детали, то в ней будет возбуждаться и распространяться упругие волны с амплитудой – менее 10^-8 мм.

Упругая волна в направлении распространения несет опреде­ленную энергию. Количество энергии, переносимое волной за 1сек. сквозь поверхность площадью 1 кв.м., перпендикулярную направле­нию распространения волны – называется интенсивностью. Интенсив­ность плоской гармонической волны: J_B=0,5ρVA²

ρ – плотность материала;

V – скорость распространения волны;

A – амплитуда колебательной скорости.

В ультразвуковой дефектоскопии измеряют амплитудные характеристики, выраженные в логарифмических единицах – децибелах. Число децибел – это величина, на которую сигнал интенсивностью J_B с амплитудой (А) отличается от некоторого исходного уровня с интенсивностью J_BO и амплитудой А₀:

dB=10lg(J_B/J_BO)=20lg(A/A₀)

В децибелах выражают уровень амплитуд входных сигналов и отраженных эхо-сигналов, образующихся от встречающихся на пути прохождения упругой УЗ-волны всякого рода несплошности (расслое­ния, трещины, шлаковые включения, поры). Регистрация Эхо-сигнала осуществляется путем преобразования в эл.импульсы отраженных волн, усиления и регистрации их на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) дефектоскопа.

Усиление сигнала происходит нелинейно, а по соотношению (1), т.е. более мощный эхо-сигнал усиливается в меньшей степени, чем более слабый.

В усилителях предусмотрена поправка на глубину залегания дефекта: чем больше запаздывание эхо-сигнала, тем больше он усиливается.

В современных УЗ-дефектоскопах для идентификации дефекта по эхо-сигналу предусмотрена возможность его стробирования – выделения на ЭЛТ с помощью электронных маркеров, автоматически настраиваемых измерительную систему дефектоскопа на данный сигнал.

В УЗ-дефектоскопии различают несколько методов:

1 – Эхо-метод;

2 - Теневой;

3 – Зеркально-теневой.

Теневой – основан на посылки в контролируемое изделие упругих колебаний и регистрации изменения их интенсивности после однократного прохождения через металл. Ввод УЗ-контроля с одной стороны – прием (приемным преобразователем) с другой стороны.

Зеркально-теневой метод является разновидностью те­невого. При контроле приемную и излучающую головки устанавли­вают с одной стороны изделия. Регистрация изменения интенсив­ности упругих колебаний осуществляется после их отражения от противоположной поверхности детали.

Схемы контроля с двумя преобразователями (излучающей и приемной), называются – раздельными. В практике используют совмещенную схему (один преобразователь выполняет поочередно функции излучателя и приемника) и раздельно-совмещенную схему прозвучивания (преобразователь имеет две совмещенные головки, соединенные параллельно).

УЗ-преобразователи подразделяют на прямые и наклонные. Прямые - генерируют только продольные волны, наклонные - сдвиговые и поверхностные. Глубину и ориентацию дефектов определяют с помощью наклонных преобразователей (угол ввода УЗ-волны 30 - 60°). Координаты h (глубина) и l (протяженность) выражаются по известным значениям времени t распространения УЗ-волны до дефекта и обратно, а также угла ввода α:

R=0,5V_ttcosd=K₁t

L=0,5V_ttsinα=K₂t

K₁ и K₂ – коэффициенты, учитывающие скорость V_t и угол α ввода сдвиговой волны.

Эти параметры автоматически рассчитываются в электронной части дефектоскопа и выдаются на блок цифрового отсчета (БЦО).

Для достоверности показаний, дефектоскоп настраивают на стандартных образцах по параметрам чувствительности и работоспо­собности глубиномера.

Чувствительность контроля оценивают наименьшей площадью надежно выявляемого дефекта в данном материале. Она зависит от частоты УЗ-колебаний, применяемой аппаратуры, акустических свойств материала детали, частоты обработки и кривизны поверхности, структурного материала, формы ориентировки и глубины залегания дефекта. В реальных условиях могут быть выявлены трещины площадью 1-10 мм².

В эксплуатации используют портативные УЗ-дефектоскопы:

ДУК-66П, УД-11ПУ, УД2-12. Два последние прибора – базовые дефек­тоскопы нового поколения, реализующие все виды УЗК с автоматической обработкою сигналов.

Толщинометры (эхо-метод) применяют для оценки степени поражения коррозией внутренней стороны обшивки планера. Толщина определяется по времени задержки эхо-сигнала и известной скорос­ти прохождения УЗ-волны. УТ-92, УТ-93П – малогабаритны, авто­номное питание, измерение широких диапазонов толщин с точностью до 0,1мм.

Особое место при УЗК занимает импедансный метод, осно­ванный на различии механических импедансов бездефектного и дефектного участков изделия, определяемых в точке ввода колеба­ний.

Механических импеданс Zu – отношение возмущающей силы F к вызываемой ею колебательной скоростью V частиц среды в точке приложения силы: Zu=F/V. При возбуждении изгибных колебаний в конструкции последнее колеблется как единое целое и механический импеданс имеет максимальное значение. При нарушении сплошности конструкции механический импеданс будет из­меняться. Этот метод подразделяется на амплитудный и фазовый.

Амплитудный – регистрируется изменение уровня сигнала на измерительном пьезоэлементе датчика.

Фазовый – дефект фиксируется по изменению фазы силы реак­ции изделия на датчик (клеевые соединения обшивки сотовых конструкций). Контроль ИМ соединений однородных слоев одинаковой толщины – невозможен. Дефектоскопы: ИАД - 3, ИАД - 2 - без фазового ка­нала, АД - 40Н, АД-50У с комплектом датчиков - преобразователей. При контроле ось датчика не должна отклоняться от перпендикуляра более 10ْ. И.Л. используется когда модуль упругости материала велик (металлы, стеклотекстолит), а с низким модулем упругости (резина, пенопласт) - невозможен.