4.3.Теневой метод ультразвуковой дефектоскопии.

С ущность теневого метода (рис.19, а) дефектоскопии заключается в том, что искательные головки располагаются по обе стороны изделия, т.е. с одной стороны изделия – 8 с помощью излучателя 6 вводится пучек ультразвуковых колебаний, а с другой стороны, с помощью щупа - 7, установленного строго напротив излучателя – 6, регистрируется интенсивность волн, прошедших через толщу изделия – 8. Излучатель – 6 непрерывно получает высокочастотный электрический сигнал от блока генератора – 1, а интенсивность прошедшего сигнала снимается с преобразователя – 7 и поступает на усилитель – 2, а затем – на блок индикатора - 3. В качестве индикатора обычно используется осциллограф, на экране которого видна временная развертка прошедшего через изделие сигнала (рис. 20 а). Расстояние между началом шкалы и центром пика сигнала будет пропорционально времени прохождения волны от излучателя до приемника – 7.

Рис. 20

Если на пути зондирующего пучка окажется какое-нибудь расслоение – 4, то интенсивность луча, пришедшего к приемнику, окажется заметно меньшей за счет того, что дефект отразил часть лучей в сторону излучателя. На осциллограмме это вызовет уменьшение высоты пика от оси ординат (рис.20, б). Чем протяженнее

дефект под излучателем, тем, соответственно, значительней будет ослабление результирующего сигнала. В том же случае, если дефект внутри изделия будет иметь очень большую протяженность, то на экране осциллографа сигнала не будет регистрироваться . .

Теневой метод получил широкое распространение в области обнаружения дефектов изделий простой формы с доступом к их поверхности с двух сторон (листовые материалы, прокатные профили и т.п.). Часто изделия контролируют в жидкой среде, как показано на рисунке 21. Здесь представлен вариант контроля изделия – 1 с внутренним дефектом - 2 в баке с водой – Б. Ряд излучателей - 3 направляют ультразвуковые колебания через жидкую среду в изделие, а прошедшие волны колебаний через водную среду попадают в регистрирующие преобразователи – 4. Сигнал от преобразователей – 4 через приемно-усилительный тракт – П поступает на индикатор – И. По такой схеме работают автоматизированные установки контроля дефектности прокатанных листов, в которых

Рис.21 используется большое количеством излучателей и приемников (до 360 пар), а полученная информация от индикатора регистрируется на специальной электротермической бумаге. На рисунке 22 показан результат контроля толстого листа на установке «Дуэт». Здесь видно, что усадочная раковина слитка была закатана в листовую заготовку (темная область).

Рис. 22

В некоторых случаях для контроля листовых заготовок теневым методом, используют системы кольцевых искательных головок, схема одной пары которых представлена на рисунке 23. Каждый кольцевой преобразователь излучающей и принимающей систем состоят из: резиновой оболочки – 1; кольца из титаната бария – 2, жидкости, обеспечивающей акустический контакт – 3 и корпуса – 4 из плексиглаза.

Изделие – 5 с дефектом - 6 протягивается между вращающимися преобразователями и в процессе этого движения ведется непрерывный контроль листа по всей его длине.

Две последние схемы ультразвуковой дефектоскопии легко автоматизируются и хорошо работают в потоке прокатного производства.

Рис.23

.

4.4.Эхо-метод ультразвуковой дефектоскопии.

Э хо - метод дефектоскопии получил самое широкое применение в промышленной диагностике разнообразных дефектов из-за того обстоятельства, что для обнаружения дефекта в изделии достаточен односторонний доступ к контролируемой поверхности.

Рис.24

Метод (рис. 19 б) основан на том, что в контролируемый объект вводится пачка колебаний продолжительностью τ = 0.5 … 8.0 мкс, затем следует перерыв t = 1 – 5 мкс (рис.24), после чего процесс генерации ультразвука и паузы, повторяется. Во время паузы пъезокристалл регистрирует волны, которые вернулись от «дна» и возможного дефекта.

Рис. 25

Однако возвращение сигналов возможно лишь в том.

случае, если импульс ультразвука успеет во время паузы достигнуть дефекта, отразится от него и возвратится обратно к искательной головке

Принципиальная схема импульсного ультразвукового дефектоскопа представлена на рисунке 25. Здесь показано, как ультразвуковые колебания вводятся в металл через тонкую пленку контактной смеси (трансформаторное масло). Дойдя до противоположной поверхности изделия («дна»), импульсы ультразвука отражаются вверх («донный сигнал»). Часть отраженных звуковых волн попадает на пьезоэлектрический искатель и преобразуется в нем в электрическое напряжение, которое передается на вход усилителя. Здесь сигнал усиливается (коэффициент усиления до 10⁶), детектируется и подается на осциллограф.

Выход усилителя соединен с вертикально отклоняющими пластинами осциллоскопического индикатора. Индикатор дефектоскопа представляет собой электронный малогабаритный осциллограф со ждущей разверткой, начинающей работать одновременно с генерацией импульса..

Когда отраженный от дна изделия или от поверхности дефекта импульс достигнет вертикально отклоняющих пластин, на линии развертки появится выброс-сигнал.

Так как часть пути в контролируемом металле импульс проходит в виде ультразвуковых волн со сравнительно небольшой скоростью (V≤ 6000 м/с), то отраженный сигнал попадает на вертикально отклоняющие пластины осциллографа с некоторым запозданием по отношению к началу развертки.

Электронный луч, прочерчивающий линию развертки, движется слева направо, и поэтому пик от отраженного сигнала появится правее начала развертки.

Так как время прохождения ультразвуковых волн до дефекта меньше, чем время прохождения их до дна, то пик от «дефектного» сигнала - 3 возникнет раньше или, что то же, левее пика от донного сигнала – 2 (рис.25). Расстояние между началом развертки и донным сигналом соответствует временному масштабу толщины изделия, а расстояние между началом развертки – 1 и пиком от дефектного сигнала – глубине залегания дефекта.

Если при работе на две головки (излучатель и преобразователь на рис. 25) поверхность дефекта расположена близко к поверхности, с которой вводятся ультразвуковые волны, то такой дефект, как видно из схемы рис.25, не может быть обнаружен. Этим объясняется наличие у поверхности изделия, с которой ведется исследование, мертвой зоны (4-5 мм), т.е. зоны, в которой не могут быть обнаружены дефекты.

При работе с одной искательной головкой, являющейся одновременно и излучателем и приемником ультразвуковых волн, мертвая зона не исчезает, но ее величина определяется длительностью импульса и временем затухания колебаний пластины пьезокристалла после прекращения подачи электрического импульса. Наименьшая же глубина мертвой зоны (менее 1 мм) получается при использовании раздельно-совмещенной головки щупа дефектоскопа.

Для использования методики контроля эхо- методом требуются изделия простой формы с плоскопараллельными или круглыми поверхностями. При этом необходимо, чтобы контролируемая поверхность была чистой и достаточно ровной.

Выбор рабочей частоты ультразвука зависит в основном от следующих факторов:

- чистоты обработки поверхности;

- величины зерна материала изделия;

- наличием в металле мелкой пористости или структурных составляющих с

сильно различающимися упругими свойствами .

Чем выше частота импульсов, тем более мелкие дефекты и неоднородности могут быть обнаружены, однако при этом усиливается поглощение звуковых волн, поэтому оптимальный диапазон применяемых частот находится в интервале от 0.8 до 5 МГц.

Для проведения контроля, оператор дефектоскопа прижимает щуп к поверхности изделия и, постепенно перемещая его, наблюдает за картиной на экране. Появление пиков на линии развертки левее донного сигнала указывает на наличие дефекта. Если контролируемое изделие имеет сложную форму, то часто прибегают к использованию иммерсионного способа озвучивания изделий. При этом, как и в теневом методе, изделие погружают в бак с водой или маслом, туда же помещают и искательные головки, расположенные на расстоянии нескольких сантиметров от изделия. Таким способом удается контролировать изделия с грубой неровной поверхностью.

Чувствительность эхо-метода ультразвуковой дефектоскопии оценивается величиной минимального дефекта, который может быть выявлен в металлическом изделии, он составляет величину в 1-2 мм².