Классификация методов акустического контроля

Общая классификация различных видов акустического контроля представлена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация акустических методов контроля

Наибольшее распространение имеют активные методы - ИМПУЛЬСНЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ, основанные на излучении и регистрации ультразвукового импульса, прошедшего через контролируемое изделие. В этом случае в изделии возбуждаются бегущие волны. Эти методы наиболее часто применяются при дефектоскопии изделий, на них основано большинство ультразвуковых дефектоскопов. Поскольку в ультразвуковом импульсе используются довольно высокие частоты, эти методы называют высокочастот-ными акустическими методами.

К активным методам относятся также МЕТОДЫ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ, основанные на возбуждении в изделии и регистрации собственных колебаний (в этом случае в изделии возбуждаются стоячие волны). Иногда эти методы называют методами колебаний. Обычно частоты собственных колебаний находятся в более низком частотном диапазоне, чем частоты в ультразвуковых импульсах, поэтому эти методы называют еще низкочас-тотными акустическими методами.

К пассивным методам относятся метод акустической эмиссии (регистрация ультразвуковых импульсов, возникающих в изделии при его нагружении) и виброметрия – анализ колебаний деталей, возникающих при их эксплуатации.

Импульсные ультразвуковые (узк) методы

Суть импульсных УЗК методов состоит в том, что с помощью датчиков в контролируемом изделии возбуждают импульс упругих колебаний (зондирующий импульс). Колебания распространяются в изделии на расстояние L и их принимают через некоторое время t . При возбуждении импульса продольных упругих колебаний скорость их распространения С определяется по формуле:

(12)

Обычно при импульсном УЗК методе длина волны возбуждаемых колебаний значительно меньше размеров изделия, поэтому по формуле (12) получают скорость распространения упругих колебаний в бесконечной среде. При возбуждении импульса упругих поперечных колебаний получаем скорость распространения поперечных упругих колебаний Ct.

Различные импульсные методы УЗК могут отличаться схемами располо-жения датчиков. Различают ЭХОИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД, при котором воз-буждение и прием отраженного сигнала осуществляются с одной стороны изделия, для возбуждения и приема могут использоваться либо два разных датчика, либо один, который сначала служит излучателем, а затем приемником отраженного сигнала, и МЕТОД ПРОХОЖДЕНИЯ, при котором излучатель и приемник расположены по разные стороны изделия.

К приборам, реализующим импульсные УЗК методы, относятся ультра-звуковые дефектоскопы, толщиномеры, измерители скорости УЗ колебаний. Дефектоскопы являются более универсальными приборами, чем толщиномеры и измерители скорости. Почти все современные дефектоскопы имеют функцию измерения толщины изделия и скорости УЗК. Как следует из формулы (12), зная время t распространения УЗК импульса, при постоянной скорости С можно определить размер изделия L и наоборот, при известном размере L вычислить скорость С. Отсюда следует, что измерять размеры можно только у изделий, изготовленных из материалов с постоянной скоростью распространения упругих колебаний, например из стали. При этом для разных сортов стали скорость С может несколько отличаться, поэтому обычно предварительно производят настройку прибора для измерений размеров изделий из данной марки стали.

Структурные схемы дефектоскопов изучают в курсе лекций «Методы и приборы дефектоскопии». Укажем только на основные составляющие этих приборов. В качестве датчиков (и излучателя, и приемника колебаний) обычно используются пьезоэлектрические преобразователи, которые способны преобразовывать электрические колебания в упругие и обратно. В приборе имеется генератор электрических импульсов (зондирующих импульсов), усилитель, синхронизатор сигналов, индикатор в виде электронно-лучевой трубки или жидкокристаллического дисплея. Обычно на индикаторе отражается зависимость амплитуд сигналов от времени их распространения (по оси абсцисс – время), по оси ординат – амплитуда. Время прохождения УЗК импульса t определяют по его положению на оси абсцисс и, зная или измерив толщину изделия (расстояние L, которое прошел УЗК импульс), по формуле (12) вычисляют скорость распространения колебаний.

Измерители скорости УЗК и толщиномеры, которые при известной длине пути прохождения УЗК можно использовать и как измерители скорости, в отличие от дефектоскопов могут не иметь индикатора в виде электронно-лучевой трубки или жидкокристаллической панели. На их табло может быть показана в цифровом виде информация о времени прохождения УЗК импульса или о скорости УЗК.

Одной из основных технических характеристиках импульсных УЗК приборов, которые необходимо учитывать при выборе типа прибора для контроля конкретных материалов, является РАБОЧАЯ ЧАСТОТА датчиков. Эта частота в разных приборах может меняться в очень широких пределах – от приблизительно 50 кГц до 25-30 МГц. Чем выше рабочая частота, тем точнее можно провести измерение времени распространении УЗК импульса, однако, тем труднее передать УЗК импульс от преобразователя к изделию и тем быстрее колебания затухают.

Как правило, при дефектоскопии металлов используют частоты 1,5-5 МГц, при этом контакт преобразователя с изделием осуществляют через контактную жидкость, обычно машинное масло, или через воду (такой вид контроля называется иммерсионным). Поскольку скорость распространения УЗК в металлах изменяется в небольших пределах (исключение составляют чугун; изделия, изготовленные методом порошковой металлургии, и некоторые сплавы), то при контроле физико-механических свойств металлов импульсным методом необходимо выбирать как можно более высокие рабочие частоты. При этом для получения достаточной точности значительно возрастают требования к чистоте поверхности контролируемого изделия и к его геометрии. Поэтому для контроля физико-механических свойств металлов нужны прецизионные измерители скорости УЗК.

При контроле крупногабаритных неметаллических изделий с шерохова-той поверхностью, большой пористостью, например бетона, строительных материалов, огнеупоров, обычно используют рабочие частоты 50 – 500 кГц. Это позволяет осуществлять акустический контакт преобразователя с изделием всухую, без использования контактной жидкости.