Неразрушимый контроль

         Так как время прохождения  УЗК прямо пропорционально пройденному  пути, а скорость их для данного  материала есть величина постоянная, то горизонтальная линия на  экране ЭЛТ представляет собой  глубину залегания дефекта в  каком-то масштабе. 

Методика  ультразвукового  контроля.

    Выбор  методики является важной задачей,  от правильного решения которой  зависит надежность ультразвукового  контроля. Приступая к разработке  методики, необходимо изучить характеристики  контролируемого изделия, материала,  из которого оно изготовлено,  и дефектов, подлежащих обнаружению.

    К характеристикам контролируемого изделия относят форму и размеры, технологию изготовления, состояние поверхности, наличие припусков на обработку, условия нагружения в эксплуатации. К характеристикам материала—степень деформации, макроструктуру, термическую обработку, плотность, степень упругой анизотропии и акустические характеристики (скорость распространения УЗК, удельное акустическое сопротивление, коэффициенты рассеяния и затухания УЗК, уровень структурной реверберации). К характеристикам дефекта— тип, размеры, место и глубину залегания, ориентировку относительно поверхностей изделия и растягивающих напряжений, действующих на него в эксплуатации. 

Выбор частоты УЗК.

     Правильный выбор частоты обеспечивает необходимую чувствительность ультразвукового контроля. Чем выше частота, тем меньше длина УЗК в контролируемом изделии и тем лучше условия отражения их от дефектов. Повышение частоты прозвучивания увеличивает направленность излучения и приема. При этом возрастает отношение отраженной от дефекта энергии к общей энергии, вводимой в изделие, что также способствует повышению чувствительности контроля. Однако с увеличением частоты повышается коэффициент затухания УЗК в металле, ухудшаются условия их прохождения через поверхность ввода, увеличивается интенсивность отражений от границ зерен и неоднородностей металла, не являющихся дефектами. Частота колебаний при контроле определяется в основном коэффициентом затухания, уровнем структурной реверберации металла и габаритами контролируемого изделия. Зная эти характеристики, можно оценить и выбрать оптимальную частоту, которая обеспечит наибольшую чувствительность контроля при минимальных потерях энергии на рассеяние и поглощение ее зернами металла. Следует отметить, что коэффициент затухания может значительно отличаться не только для различных сплавов одной группы, но даже для одного сплава в разных состояниях механической и термической обработки и в различных сечениях одного изделия. Поэтому коэффициент затухания определяют непосредственно на контролируемом изделии в данном сечении. 

Выбор вида УЗК.

         Выбор вида УЗК диктуется габаритами  и формой контролируемого изделия,  а также характером и местом  расположения дефектов. Применяя  продольные, сдвиговые, поверхностные  и нормальные волны, необходимо  иметь в виду, что в изделии  как простой, так и сложной  формы невозможно создать направленный  пучок определенного вида волн. В изделии всегда возникают,  кроме возбуждаемых волн, «побочные»  волны, распространяющиеся в том  же или другом направлении  вследствие отражения и расщепления  УЗК на поверхности ввода и  границах изделия. Поэтому под термином «контроль продольными, сдвиговыми и другими волнами», будем подразумевать контроль изделия комбинацией волн, распространяющейся в направлении дефекта, в которой преобладают продольные, сдвиговые или другие виды волн. В настоящее время ультразвуковой контроль заготовок и готовых изделий основан на предпосылке, что преобразователь создает в изделии «узкий» и «направленный» пучок лучей, распространяющийся с «небольшим» углом расхождения. При этом считают, что вся излучаемая энергия концентрируется вдоль центрального луча. 

Направление прозвучивания.

     После выбора вида УЗК необходимо наметить направления прозвучивания тела или его поверхности, участки ввода УЗК и схему сканирования, т. е. места установки и перемещения преобразователя.

         Направление прозвучивания должно быть выбрано так, чтобы обеспечивались оптимальные условия отражения волн от поверхности дефекта.

         Следует помнить, что лишь в  простейшем случае в изделиях, ограниченных плоскими и параллельными  поверхностями, дефекты ориентированы  параллельно этим поверхностям. При хорошем доступе к изделию  для выявления таких дефектов  можно применить продольные волны,  вводя их в объект через  какую-либо поверхность прямым  преобразователем.

         Однако на практике изделия  имеют более сложную форму,  в ряде случаев ограничены  кривыми поверхностями, а дефекты  в них расположены под углом  к поверхности. Кроме того, отдельные  элементы машин, конструкций,  сооружений и т. п. необходимо  контролировать в условиях эксплуатации, где доступ к объектам контроля  затруднен. 

Ввод  и прием ультразвуковых волн (Приложение 1).

         Ультразвуковые волны вводят  в контролируемое изделие и  принимают отраженные сигналы  несколькими способами: бесконтактным,  контактным сухим (без промежуточной жидкости), контактным через тонкий слой жидкости, струйным, иммерсионным.

         При контактном способе преобразователь  прижимают к поверхности изделия.  Возбужденные УЗК. от пьезоэлемента распространяются в металле в виде направленного пучка лучей. Если контроль ведут в звуковом диапазоне, то преобразователь и изделие обычно контактируют без смазки (сухой контакт). Когда контроль осуществляют в ультразвуковом диапазоне, для ликвидации возможного воздушного зазора между преобразователем и изделием применяют промежуточную среду— тонкий слой жидкости. Такой зазор может быть даже при очень гладкой поверхности (из-за микронеровностей и шероховатости), благодаря чему УЗК не полностью проходят через границу преобразователь — изделие, и чувствительность контроля резко падает.

         Жидкость, применяемая в качестве  контактной среды, должна хорошо  смачивать контролируемый материал  и поверхность преобразователя,  создавать между ними тонкий  равномерный слой, не стекать  слишком быстро с поверхности,  быть однородной, не содержать  пузырьков воздуха или твердых  частиц, не быть токсичной и  не вызывать коррозии изделий.

         В качестве контактной среды  применяют различные минеральные  масла, глицерин, воду и другие  жидкости. Выбирая контактную среду,  следует помнить, что вода обладает  недостаточной вязкостью и смачивающей  способностью и может вызвать  коррозию контролируемого изделия.  Поэтому в воду добавляют поверхностно-активные  вещества, улучшающие ее смачивающую  способность, и вещества, уменьшающие  ее способность вызывать коррозию. Высоковязкие минеральные масла  применяют при контроле вертикально  расположенных поверхностей, поверхностей  со значительной шероховатостью, а также в тех случаях, когда  температура изделия или окружающего  воздуха выше 20°С. Маловязкие масла  применяют чаще при контроле  деталей в зимних условиях  при отрицательных температурах окружающего воздуха (при контроле вне помещения).

         При струйном способе между  преобразователем и изделием  создают зазор, в который непрерывно  подают контактную жидкость. В  этом случае минимальная толщина  слоя жидкости задается ограничителем, .создающим между преобразователем и изделием определенный зазор. Этот способ акустической связи используют, если поверхность контролируемого изделия расположена вертикально или имеет переменную кривизну.

         При иммерсионном способе акустическая  связь между преобразователем  и изделием создается через  значительный слой жидкости. Для  этого преобразователь и изделие  полностью погружают в ванну  с водой.

         Так как скорость распространения  продольных волн в воде примерно  в четыре раза меньше, чем в  металлах, то расстояние от преобразователя  до передней поверхности контролируемого  изделия должно быть больше  четверти толщины изделия. Иначе  вторично отраженный сигнал от  передней поверхности изделия  будет виден на экране ЭЛТ  левее донного, что затруднит  расшифровку результатов контроля. Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению с контактным; высокую стабильность излучения и приема УЗК за счет постоянства акустической связи между преобразователем и изделием; отсутствие износа преобразователя, так как при контроле между преобразователем и изделием нет трения; возможность контроля изделий с грубо обработанной, корродированной или защищенной покрытием поверхностями без предварительной подготовки. Кроме того, этот способ позволяет автоматизировать контрольные операции, что существенно повышает производительность контроля. 

     Мертвые зоны и способы  их сокращения (Приложение 2.)

         Важной характеристикой чувствительности  ультразвукового контроля является  размер мертвой зоны.

       Наличие мертвой зоны — это,  пожалуй, основной недостаток  эхо-метода, который в некоторых  случаях ограничивает его применение, снижает надежность и эффективность  контроля.

         Использование продольных волн  связано с наличием временной  мертвой зоны, представляющей собой  неконтролируемый поверхностный  слой, в котором сигнал от дефекта  (искусственного отражателя) не отделяется  от начального (Приложение 2).

         Под разрешающей способностью  метода понимается способность  раздельно принимать и воспроизводить  сигналы от двух и более  отражателей, расположенных вблизи  друг от друга в направлении  распространения УЗК. При малой  разрешающей способности невозможно  наблюдать раздельно дефекты,  расположениые близко один за другим или вблизи поверхностей изделия, что приводит к появлению мертвых зон.

         Для повышения эффективности  ультразвукового контроля применяют  комплексное прозвучиванпе изделий с помощью прямых и раздельно-совмещенных преобразователей, которые позволяют выявлять дефекты, расположенные вблизи поверхности изделия на глубине от 2,0 до 30 мм. Экспериментами установлено, что величина мертвой зоны зависит в основном от характеристик материала, формы и размеров изделия, а также размеров и конструкции преобразователя и угла наклона. Такая большая величина мертвой зоны снижает эффективность контроля. Однако избавиться от нее полностью невозможно. Для выявления дефектов в мертвой зоне применяют двойное прозвучивание изделия: в направлении слева направо.

         Мертвую зону можно уменьшить,  изменив конструкцию и размеры  преобразователя, увеличив частоту  про-звучивания, выбрав правильно шаг и направление сканирования, прозвучивания изделие из нескольких зон. 

     Расшифровка результатов контроля.

         Результаты ультразвукового контроля  оценивают по показаниям индикаторов  прибора. В большинстве ультразвуковых  дефектоскопов используются индикаторы в виде экрана ЭЛТ, линия развертки на котором показывает текущее время, а вертикальное отклонение — амплитуду сигнала.

         При контроле изделий сложной  конфигурации оператор должен  иметь большой практический опыт  расшифровки осциллограмм, чтобы  уверенно отличать возникающие  на экране полезные сигналы,  от мешающих сигналов.

         При эхо-методе полезными сигналами являются начальный сигнал, сигналы от донной поверхности или конца изделия и от различного рода несплошностей материала (дефектов). Наличие донного или концевого сигнала свидетельствует о хорошем акустическом контакте и о исправности ультразвуковой аппаратуры. На рис. 27 и 28 показаны схемы прозвучивания изделий продольными, поверхностными, нормальными и сдвиговыми волнами и соответствующие им осциллограммы. Мешающими сигналами являются сигналы, возникающие на экране ЭЛТ независимо от наличия дефектов в контролируемом изделии. Эти сигналы затрудняют расшифровку осциллограмм, маскируя полезные сигналы от дефектов, и могут явиться причиной браковки доброкачественной продукции.

         Мешающие сигналы обусловлены,  как правило, неисправностью дефектоскопа, преобразователя или высокочастотного  кабеля, а также структурой материала,  формой изделия, обработкой поверхности  и т. д. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложение 1.

Приложение 2.