28. Велосимметрический метод контроля. Основы методов, аппарату­ра, возможности и область применения.

Этот метод применяют для НК многослойных конструкций, ОК из ПКМ и других подобных изделий. Контроль проводится по сухим поверхностям без применения контактных смазок или погружения ОК в ванну с жидкостью. Метод использует влияние дефектов на скорость распространения упругих волн и длину их пути между излучающим и приемным преобразователями дефектоскопа.

Сущность метода отражена в его названии: vefocitas - скорость (лат.), метрический - измерительный.

В контролируемом изделии возбуждают непрерывные или импульсные низкочастотные (20 ... 60 кГц) УЗ-колебания, распространяющиеся в виде антисимметричных волн нулевого порядка (мода а0) и продольных волн. В случае импульсного излучения число периодов в импульсе должно быть достаточным для формирования в слое волны ао.

Дефекты регистрируют по изменению сдвига фазы принятого сигнала или времени распространения импульса на участке между излучателем и приемником упругих колебаний. Эти параметры практически не зависят от силы прижатия преобразователя к ОК, состояния акустического контакта и других факторов, поэтому метод отличается повышенной стабильностью показаний.

Метод применяют в нескольких вариантах. В фазовых способах дефект регистрируют по изменению фазы сигнала, во временном способе - по изменению времени его прохождения.

Рассмотрим варианты фазовых способов.

В первом варианте преобразователь содержит расположенные в общем корпусе излучающий И и приемный П вибраторы с фиксированным расстоянием l между осями. От излучателя во все стороны распространяется непрерывно излучаемая волна ао. В отсутствие дефектов фазовая скорость ср1, определяется толщиной h1 изделия. При расположении преобразователя над расслоением скорость сp2 волны соответствует толщине h2 разделенного дефектом слоя, причем, сp2 < ср1. С уменьшением скорости меняется фаза бегущей волны в точке приема, что служит основным признаком дефекта.

Дополнительным признаком дефекта является обычно наблюдаемое увеличение амплитуды принятого сигнала.

Второй вариант (импульсный фазовый метод) реализуется также при одностороннем доступе к ОК, но отличается от первого использованием импульсного излучения. Изменение фазовой скорости упругих волн над дефектами регистрируется по смещению нулей импульса, принятого приемным вибратором.

Временной способ реализуется при двустороннем доступе с применением импульсного излучения. Дефект увеличивает время прохождения импульса от излучающего к приемному преобразователю, что приводит к запаздыванию переднего фронта (первого вступления) принятого сигнала. В отличие от временного метода прохождения запаздывание импульса обусловлено не столько увеличением пути, сколько изменением типа волн в зоне дефекта с продольных на волны ао распространяющиеся с меньшими скоростями.

Преобразователи. В РС-преобразователях, применяемых для контроля с односторонним доступом, излучающий и приемный вибраторы расположены в общем корпусе и электрически и акустически изолированы друг от друга. В раздельных преобразователях, используемых при двусторонним доступе, обеспечивается соосное расположение вибраторов по разные стороны от ОК.

Для излучения и приема упругих колебаний в преобразователях велосиметрических дефектоскопов применяют составные пьезовибраторы, работающие на основных собственных частотах. Кроме пьезопластин, эти вибраторы содержат пассивные элементы (металлические накладки), служащие для получения нужных собственных частот, а также износостойкие контактные наконечники. Используют продольный и поперечный пьезоэффекты.

В преобразователях для контроля с односторонним доступом к ОК расстояние между осями вибраторов выбирают порядка длины упругой волны (20 ... 30 мм). Во всех преобразователях вибраторы прижимают к контролируемому изделию пружинами.

Основная область применения метода - обнаружение дефектов соединений между элементами многослойных конструкций из ПКМ и металлов, расслоений в неметаллических слоях таких конструкций и изделиях из ПКМ.

При использовании односторонних вариантов метода показания дефектоскопа зависят от ориентации преобразователя относительно армирующих волокон, поэтому метод полезен для определения анизотропии ПКМ.

Возможности и особенности метода. Односторонним вариантам метода свойственна неконтролируемая зона, прилегающая к поверхности, противоположной поверхности ввода упругих колебаний. Она составляет 20 ... 40 % толщины изделия. Двусторонние варианты такой зоны не имеют и позволяют выявлять дефекты во всех сечениях ОК, кроме очень близких (< 0,3 ... 0,5 мм) к поверхности, которые могут "захлопываться" под действием статической силы прижатия вибраторов к ОК.

Односторонним вариантам метода присущи интерференционные помехи, затрудняющие контроль небольших ОК, не содержащих сильно поглощающих упругие колебания неметаллических слоев. По этой же причине обычно не удается обнаруживать дефекты вблизи краев и зон резкого изменения сечений контролируемых изделий.

Указанные помехи обусловлены интерференцией бегущей волны с волнами, прошедшими от излучающего к приемному преобразователю не кратчайшим путем (отраженными от границ и участков изменения сечения, обогнувшими изделие по окружности и т.п.).

Интерференционные помехи наибольшие в первом варианте фазового способа, когда используются непрерывные колебания. В этом случае краевая неконтролируемая зона может достигать 20 ... 50 мм. Двусторонние варианты метода почти не подвержены влиянию интерференционных помех.

Чувствительность зависит от параметров контролируемых изделий и глубины залегания дефектов, уменьшаясь с увеличением последней. Минимальная площадь обнаруживаемых дефектов 1 ... 15 см2, причем большие значения соответствуют большим глубинам залегания.

Методика контроля основана на сканировании ОК. При контроле с двусторонним доступом приспособления для сканирования должны обеспечивать соосность излучающего и приемного преобразователей и перпендикулярность осей преобразователей к поверхности с отклонением < 5°.

29. Акустико-топографический метод контроля многослойных конст­рукций.\

Этот метод, предложенный Ю.И. Китайгородским и Н.П. Бирюковой, сочетает особенности интегрального и локального методов вынужденных колебаний. С одной стороны, он использует колебания ОК как единого целого, с другой, - собственные частоты отделенных дефектами участков. При этом визуализируются контуры дефектов и определяются их координаты.Метод основан на возбуждении в контролируемом изделии изгибных колебаний автоматически меняющейся частоты. В качестве индикатора используют тонкодисперсный порошок (например, ликоподий).

На очищенную от грязи и обезжиренную поверхность ОК наносят слой индикаторного порошка. К центральной части ОК прижимают широкополосный излучатель с сухим точечным контактом. Мощным (в сотни ватт) генератором плавно изменяющейся частоты (десятки килогерц) в излучателе возбуждают продольные колебания, которые преобразуются в изгибные волны в ОК. Верхнюю и нижнюю частоты рабочего диапазона выбирают исходя из параметров ОК. Амплитуду колебаний устанавливают так, чтобы в доброкачественных зонах ОК порошок оставался неподвижным.

При совпадении частоты возбуждения с собственными частотами отделенных дефектами участков ОК как закрепленных по контуру пластин происходит резонансное увеличение амплитуд их колебаний. Порошок смещается в зоны с меньшими амплитудами (узлы колебаний), группируясь вокруг дефекта и образуя видимое его изображение. Условием выявления дефекта служит наличие в используемом частотном диапазоне хотя бы одной из его собственных частот.

Уменьшение глубины залегания и увеличение размеров дефекта снижает его собственные частоты, причем в рабочий диапазон могут попасть несколько собственных частот. Поэтому максимальная чувствительность (площадь > 2 мм2) и наименьшая погрешность определения границ (0,1 мм) наблюдаются для близких к поверхности дефектов. Рост глубины залегания и уменьшение размеров повышают собственные частоты дефектных зон, которые могут превзойти верхнюю границу частотного диапазона. Кроме того, если толщина отделенного дефектом слоя превышает 0,2 , волны уже не являются изгибными и условия их возбуждения меняются. Таким образом, как и для многих других рассмотренных здесь методов, с увеличением глубины залегания дефектов возможности акустико-топографического метода ухудшаются.

Метод используют для контроля изделий широкой номенклатуры независимо от способа соединения слоев (пайка, термодиффузионное соединение, склеивание и т.п.). Он не требует сканирования, так как контроль проводится из одного или нескольких фиксированных положений преобразователя. При этом исключается расшифровка полученной информации, поскольку результат контроля представляется в наглядной форме.Площадь, контролируемая с одной позиции преобразователя, тем больше, чем меньше коэффициент затухания изгибных волн. Отсутствие необходимости в сканировании существенно повышает производительность.

Метод применяют для обнаружения дефектов соединений в биметаллах, сотовых панелях, в изделиях с защитными покрытиями и т.п. Для контроля используют установку "Титан", включающую в себя мощный (0,4 кВт) генератор плавно меняющейся частоты, блок управления и широкополосный излучатель упругих колебаний.

Благодаря отсутствию мертвой зоны обнаруживают дефекты на самых малых глубинах. При контроле ОК с периодической структурой внутреннего элемента эта структура четко фиксируется на изображении.

Ликоподий удерживается на наклонных поверхностях, поэтому возможен контроль ОК с криволинейными поверхностями. С увеличением глубины залегания дефекта чувствительность падает. Предельная глубина залегания выявляемого дефекта 5 мм.