2.1.3. Ультразвуковой метод

В настоящее время ультразвуковой контроль составляет 70…80 % среди других методов неразрушающего контроля благодаря высокой чувствительности и достоверности обнаружения наиболее опасных дефектов типа трещин и непроваров, точности, высокой производительности, отсутствию вредного воздействия на организм человека и окружающую среду, низкой стоимости.

Данный метод контроля основан на регистрации параметров ультразвуковых волн, возникающих или возбуждаемых в объекте. Ультразвуковые волны представляют собой упругие колебания частотой 20 кГц. Это вид контроля применим ко всем материалам (металл, керамика, пластмасса, бетон) и обеспечивает одновременное выявление внутренних и поверхностных дефектов. Для возбуждения ультразвуковых колебаний в качестве источников энергии используют пьезоэлектрические преобразователи сухим контактным, контактным через жидкую среду или бесконтактным способом через воздушный зазор с помощью электромагнитно-акустического преобразователя.

Ультразвуковые методы контроля используются в ультразвуковой толщинометрии, дефектоскопии (выявляют неоднородности структуры и места утечки жидкости и др.), при определении геометрических характеристик размеров изделий, для определения расхода жидкости. Измерение толщины ультразвуком не требует доступа к обратной стороне изделия.

Эти методы имеют следующие недостатки: сложность использования специальной аппаратуры, повышенные требования к чистоте поверхности изделия, влияние сторонних шумов на результаты измерений и др. Все эти недостатки приводят к возрастанию погрешностей измерения.

Ультразвуковая дефектоскопия сводится к решению следующих задач:

Выявлению дефектов, подлежащих регистрации;

Определение местоположения дефектов;

Оценка размера дефектов;

Протоколирование результатов контроля.

Методы ультразвукового контроля очень многообразны на практике широко применяются следующие:

Эхо-зеркальный метод, основанный на анализе ультразвуковых импульсов, зеркально отражённых от поверхности объекта контроля и дефекта.

Теневой метод основан на регистрации уменьшения амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта. При наличии дефекта уменьшается амплитуда прошедшего сигнала. Недостатки данного метода диагностирования: невозможно определить координаты, низкая чувствительность данного метода, необходимость двустороннего доступа к объекту контроля. Этот метод часто используется для контроля тонкостенных объектов.

Зеркально-теневой метод, основанный на измерении амплитуды данного сигнала.

Принцип работы ультразвуковых дефектоскопов основан на способности УЗ-колебаний отражаться от внутренних дефектов и границ изделий. Глубина залегания дефектоскопа определяется по формуле:

,

где Н – расстояние от точки ввода УЗ-колебаний до дефекта;

с – скорость распространения УЗ-колебаний от точки ввода до дефекта;

t – время прохождения УЗ-колебаний до дефекта.

К ультразвуковым методам контроля относят импульсный эхо-метод, основанный на посылке коротких ультразвуковых импульсов и отражении их от поверхности дефекта. Этот метод контроля называется ещё методом отражения и используется в толщинометрии и дефектоскопии. Оба прибора состоят из двух основных частей – электронный блок и пьезопребразователь. Импульсным эхо-методом контролируют сварные швы, изделия из пластмассы, измеряют толщину изделий и структуру материалов.

Реализация ультразвукового метода осуществляется применением следующих устройств: УЗ толщиномеры – UT-301, ТУЗ-3, УТ-82 (для измерения толщины стальных и пластмассовых изделий эхо-импульсным методом), УТ-83 (предназначен для контроля изделий из стали расположенных под водой), ультразвуковые дефектоскопы – УД2-70 (для контроля продукции на наличие дефектов типа нарушения сплошности и однородности материалов и сварных соединений, для измерения глубины и координат их залегания), Epoch 4, Epoch 4B, EPOCH 4PLUS (для контроля и толщины изделий из различного материала), дефектоскоп-томограф УД4-76 и др.

Принцип работы толщиномера UT-301, рис… основан на ультразвуковом импульсном эхо-методе измерения, который использует свойство ультразвуковых колебаний отражаться от границы раздела сред с разными акустическими сопротивлениями.

Передающая пластина преобразователя излучает импульс УЗК через линию задержки (призму) в направлении наружной поверхности изделия, толщину которого нужно измерить.

Рис. Блок схема толщиномера

1 - Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

2 - Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

3 - Клавиатура

4 - Блок микропроцессорного управления (БМУ)

5 - Блок интерфейса

6 - Измерительный блок

7 -Усилитель

8 - Генератор УЗК

9 - Преобразователь

10- Контролируемое изделие

Импульс УЗК распространяется в изделии до внутренней поверхности, отражается от нее, распространяется в направлении наружной поверхности и, пройдя линию задержки (призму), принимается приемной пластиной.

Работа толщиномера осуществляется под управлением блока микропроцессорного управления (БМУ) в соответствии с программой, находящейся в ПЗУ, и командами оператора, поступающими с клавиатуры толщиномера. Генератор формирует короткий отрицательный импульс УЗК амплитудой около 80 В и длительностью переднего фронта не более 20 нс, который через разъем « » толщиномера поступает на излучающую пластину преобразователя. Импульс УЗК, отраженный от внутренней поверхности изделия, принимается приемной пластиной преобразователя и преобразуется в электрический сигнал, который поступает на вход усилителя, а с выхода усилителя в измерительный блок. В измерительном блоке формируется импульс, который преобразуется в цифровой код и передаётся в БМУ.

БМУ осуществляет расчет толщины изделия в соответствии с цифровым кодом, скоростью УЗК, введенной оператором и хранящейся в ОЗУ.

Современные ультразвуковые анализаторы дефектов позволяют контролировать герметичность в труднодоступных местах трубопроводов и резервуаров, регистрировать кавитационные процессы – (FlexUs), диагностировать работу гидравлических и пневматических систем, фиксировать неплотности в запорной арматуре – (SDT170), производить мониторинг движущегося оборудования (насосов, турбин и др.) – (например, прибор SDT270 имеет встроенный пирометр, тахометр).

Ультразвуковые методы широко используются в приборах для измерения расхода жидкости (расходомерах). Они имеют много преимуществ по сравнению с другими расходомерами (возможность проводить измерения в неблагоприятных условиях, быстрота получения результата, цифровая обработка сигналов и т.д.).

Эти расходомеры применяются для измерения расходов чистой, морской воды, потоков воды с небольшим содержанием частиц, для сточных вод, масел, нефти и т.д. На практике широко используются следующие виды расходомеров: Fuji (Япония), Ultraflux (Франция), рис…, Ultraflux (Франция), и др.

Ультразвуковые расходомеры рассчитывают скорость и расход жидкости на основе прохождения скорости ультразвука между двумя преобразователями

Рис. Схема прохождения и обработки данных с использованием ультразвуковых расходомеров