77934

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Лекция

Производство и промышленные технологии

Обычно дефекты в виде неоднородности среды превышают по размерам длину волны колебания. Наиболее распространены шесть методов УЗ контроля: Импульсный эхометод состоит в анализе отраженной волны короткого импульса УЗ. Характеристика направленности определяется интерференцией волны от разных точек излучателя и описывается функцией SIN X X с аргументом зависящим от соотношений линейного размера излучателя и длины волны колебания. Скорость распространения волны: C = где K модуль всестороннего сжатия RO плотность.

Русский

2015-02-05

22.5 KB

2 чел.

Л.3 УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Контроль изделий, основанный на анализе распространения в них механических колебаний ультразвуковой частоты, называется ультразвуковым (УЗ). Обычно дефекты в виде неоднородности среды превышают по размерам длину волны колебания. Наиболее распространены шесть методов УЗ контроля:

Импульсный эхо-метод состоит в анализе отраженной волны короткого импульса УЗ. Расположение дефекта определяются по времени прохождения колебаний до дефекта и обратно, его размеры по амплитуде отраженного сигнала.

Теневой метод состоит в фиксации ослабления УЗ луча при его прохождении через дефектную зону. Достоинством метода является простота и способность выявлять дефекты с нерезкими краями, недостаток - обязательная установка одного из датчиков на обратной стороне изделия.

Зеркально - теневой метод отличается от теневого тем, что УЗ луч отражается от нижней поверхности изделия, что позволяет оба датчика расположить сверху.

Эхо - зеркальный метод основан на сравнении импульсов, отраженных от дефекта диффузно и зеркально (последний контролируют после отражения от нижней поверхности).

Эхо-теневой метод представляет собой комбинацию первых двух методов для реализации их преимуществ.

Дельта - метод основан на контроле рассеянния излучения, направленного вдоль изделия, при встрече с дефектом. Позволяет определить размеры и конфигурацию дефекта в плане при перемещении приемника излучения по поверхности над дефектом.

1. УЗ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Акустические колебания для дефектоскопии в материале обычно возбуждают при помощи пьезоэлектрических преобразователей, которые обратимы, то есть могут работать как источником, так и приемником колебаний. В качестве пьезоматериалов получили распространение титанат бария (ТБК) и цирконат - титанат свинца (ЦТС). Технические характеристики материалов сведены в таблицу:

Материал

Скорость звука  км/с

Плотность т/м3

Диэлек- трическая постоянная

Пьезо модуль пКл/Н

Т Кюри С.

Кварц

5.74

2.65

4.5

2.3

570

Сегнетова соль

3.08

1.77

70

54

25

ТБК-3

4.7

5.3

1200

190

105

ЦТС-19

3.3

1525

7

200

290

ЦТБС-1

3.2

7.1

3750

470

438

ЦТБС-2

3.3

7.1

1000

300

500

Преобразователи выполняют в виде пластины, которую возбуждают по толщине, подавая напряжение до тысячи вольт на напыленные электроды. Как любое упругое тело, преобразователь имеет собственную резонансную частоту, на которой колебания энергетически выгодны. Для эффективного излучения надо, чтобы волна с любой из поверхностей совпадала по фазе с волной, отраженной от другой ее поверхности. Кроме того, электроды образуют электрическую емкость, которая для эффективной передачи электрической энергии должна образовывать колебательный контур вместе с трансформатором связи. Совмещение всех этих частот обеспечивает максимальную передачу энергии как при излучении, так и при приеме излучения.

Мощность излучения лимитируется механической прочностью (для импульсных преобразователей) и максимальной рабочей температурой (при непрерывной работе).

Преобразователи формируют волну, которая распространяется перпендикулярно поверхности. Характеристика направленности определяется интерференцией волны от разных точек излучателя и описывается функцией SIN (X) / X с аргументом, зависящим от соотношений линейного размера излучателя и длины волны колебания.

Для уменьшения добротности собственных механических колебаний применяют демпфирование вязким материалом нерабочей стороны преобразователя.

Введение колебаний под углом к поверхности материала достигается при помощи призмы, находящейся между материалом и преобразователем. Большая разница в скоростях распространения дает большой коэффициент преломления, что позволяет направлять луч почти вдоль поверхности. Отраженный от границы раздела луч гасится при большом коэффициенте затухания призмы, этому же служат специальные ловушки в призме, куда направляют отраженный луч.

Для уменьшения потерь энергии, когда луч проходит из призмы в контролируемое изделие, используют жидкостную прослойку, создаваемую специальной эмульсией (иммерсионной жидкостью), хотя наличие жидкой прослойки во многих случаях создает препятствия применению акустических методов.

Акустические характеристики некоторых материалов

Материал

Плотность т/м3

Скорость звука км/с

прод.  попер

Коэффициент затухания 1/см

Модуль упругости Па*1010

Алюминий

2.7

6.26

3.08

0.05

7

Титан

4.5

6.00

3.50

-

16

Вольфрам

19.1

5.46

2.87

-

40

Сталь

7.8

5.85

3.25

0.08

20

Медь

8.9

4.7

2.26

0.044

10

Плексиглас

1.18

2.67

1.12

0.45

Воздух

0.0013

0.33

-

1

-

Вода

1.0

1.49

-

0.001

2. АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

В зависимости от материала, формы детали и возбуждения может быть более десятка различных типов колебаний. Для дефектоскопии наибольшее значение имеют четыре:

1. Продольная волна растяжения - сжатия в жидкости и газе, распространяемая колебательными движениями среды в направлении распространения против силы упругости. Скорость распространения волны:

C =   где KA - модуль всестороннего сжатия, RO - плотность.

2. Продольные волны в твердых телах - аналогичные волны со скоростью:

CL =  ( где NI - коэффициент Пуассона (для металлов NI = 0.3)

3. Поперечные волны, возможны только в твердых телах, скорость их распространения:

CT = 0.55 * CL

4. Волны Рэлея - поверхностные волны, распространяющиеся в поверхностном слое толщиной до длины волны со скоростью:

CS = 0.93 * CL

Когда волна на пути своего распространения встречает какую-либо неоднородность, она претерпевает изменения, иногда все сразу, хотя в зависимости от конкретных условий обычно превалирует один из эффектов:

Преобразование в другой тип волны, полностью или частично.

Изменение направления фронта волны при косом падении на участок с другой скоростью распространения (преломление). Одновременно часть волны отражается в зеркальном направлении. Это происходит, если граница плоская и велика по сравнению с длиной волны.

При значительном количестве разнонаправленных участков границ раздела отраженные и преломленные волны разбегаются во все стороны и волна теряет свою направленность. Такая ситуация носит название диффузного рассеяния.

Если границы участков неоднородностей малы по сравнению с длиной волны, то волна "обтекает" препятствие, практически не искажаясь. Однако, если эти препятствия расположены компактной группой, то микроскопические искажения от каждого суммируются, а группа препятствий взаимодействует с волной как одно большое.

Предыдущий случай при условии, что малые препятствия расположены регулярно с дискретом, соизмеримым с длиной волны, микроскопические взаимодействия суммируются в одну общую дифракционную картину, которая существенно зависит от длины волны. Типичная иллюстрация этого случая: дифракционная решетка и рентгеноструктурный анализ (когда по распределению максимумов отражений рентгеновского луча от кристалла рассчитывают расположение атомов в кристаллической решетке).

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ:

Какие физические принципы возбуждения акустических колебаний в среде можно предложить ?

Какие частотно-зависимые процессы следует учитывать при анализе пьезоэлектрического преобразователя электрических колебаний в ультразвуковую волну? Нарисуйте зависимость коэффициента передачи от частоты для каждого из них. Какова будет результирующая частотная характеристика?

Перечислите все известные Вам причины потери чувствительности при ультрозвуковом контроле. Каковы способы избежать этого?

Перечислите возможные дефекты лазерных технологий. Укажите, какие эффекты при распространении акустической волны им свойственны. Какие методы контроля при этом действенны ? Подтвердите выводы числовыми данными по соотношению размеров дефекта и длины волны.

Какие стандартные образцы можно предложить для контроля чувствительности методов по предыдущему вопросу? Какие параметры методов при этом контролируются?

Объясните принцип ультрозвуковой голографии. Проанализируйте ее применимость для контроля лазерных технологий.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Волченко В. Н. Контроль качества сварных конструкций. -М.: Машиностроение, 1986. с. 62...99.

2. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Кн. 2 / Под ред. В. В. Клюева.-2-е изд., -М.: Машиностроение, 1986. с. 189...322.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16216. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПОВ ПОЛИМОРФИЗМА 109 KB
  Лабораторная работа №4 Реализация принципов полиморфизма Цель лабораторной работы: изучить правила создания дочерних классов. Постановка задачи: Разработать дочерний класс вычисления определенного интеграла с различными подынтегральными функциями. Реализоват...
16217. Изучение способов перекрытия методов родительских классов 166 KB
  Лабораторная работа №5 Цель работы: Изучить способы перекрытия методов родительских классов Постановка задачи: Создать родительский класс решения нелинейного уравнения методом деления отрезка пополам методом итераций и методом Ньютона. В дочерних классах предус...
16218. СОЗДАНИЕ DLL 87.5 KB
  Лабораторная работа №6 Создание DLL Цель лабораторной работы: изучить принципы создания и использования DLL в Delphi. Постановка задачи: Разработать библиотеку DLL содержащую класс вычисления определенного интеграла экспортируемую функцию и форму выбора цвета которы
16219. РЕШЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ПЕРВОГО ПОРЯДКА 80 KB
  Лабораторная работа №7 Решение дифференциальных уравнений первого порядка Цель лабораторной работы: Изучить принципы создания класса для решения дифференциальных уравнений первого порядка. Постановка задачи: Разработать класс решения дифференциальных уравнен...
16220. Создание Help-файла 132 KB
  Лабораторная работа №8 Создание Helpфайла Цель работы: Изучить способы создания Helpов Постановка задачи: Разработать Helpфайл поддерживающий контекстнозависимую помощь для задачи вычисления определенного интеграла. Создать содержание и текст составленный не мене
16221. Разработка многопоточных приложений 402.5 KB
  Лабораторная работа №9 Разработка многопоточных приложений Цель работы: Изучить принципы организации параллельных вычислений в отдельных потоках Постановка задачи: Разработать приложение содержащее два потока. В первом потоке случайным образом формировать парам...
16222. Динамическое создание объектов на базе стандартных классов DELPHI 103 KB
  Лабораторная работа №11 Динамическое создание объектов на базе стандартных классов DELPHI Цель работы: Изучить принципы создания приложения без использования услуг инспектора объектов Постановка задачи: Разработать приложение реализующее вычисление определенного и...
16223. Динамическое создание объектов на базе стандартных классов DELPHI 128.5 KB
  Лабораторная работа №12 Динамическое создание объектов на базе стандартных классов DELPHI Цель работы: Изучить принципы создания COMсервера и COMприложения Постановка задачи: Разработать COMсервер реализующий три метода решения нелинейных уравнений. Разработать COMкл...
16224. Создание контроллеров автоматизации приложений Microsoft Office 129.5 KB
  Лабораторная работа №14 Создание контроллеров автоматизации приложений Microsoft Office Цель работы: Изучить принципы обмена данными между клиентом пользовательским приложением и сервером на примере приложения компании Microsoft Office Постановка задачи: Разработать кон...