45. Теневой метод контроля. Физические основы метода. Оценка изменения уровня сигнала в зависимости от величины дефекта и параметров объекта контроля.

Физическая сущность: образование теневой зоны на противоположной от излучателя поверхности изделия (амплитудный теневой) или на запаздывании сигнала за счет огибания волнами дефекта, если его размеры больше размеров излучателя (временной теневой). Наличие дефекта на пути УЗ-волн вызывает изменение их параметров, что регистрируется приемником.

В отличие от эхо-метода, при теневом методе отсутствует мертвая зона. Это является его важным преимуществом.

Наличие дефекта на пути УЗ-волн вызывает изменение их параметров, что регистрируется приемником.

Теневой метод, основанный на анализе уменьшения амплитуды прошедшей волны, из-за наличия дефекта.

В этом случае радиус минимального выявляемого дефекта определится как

(5.8)

Размер минимально выявляемого дефекта зависит от его местоположения в контролируемой среде. Увеличение размеров приемника дает эффект в выявлении дефектов с размерами менее Rmin только при наличии ничтожного влияния помех.

46. Особенности аппаратуры для реализации теневых методов контроля. Помехи при теневом контроле и способы их уменьшения.

Теневой метод реализован посредством приборов с непрерывным и импульсным излучением: эхо-дефектоскопы, которые включаются по раздельной схеме.

Функциональная схема импульсного теневого дефектоскопа (рис.5.3). Синхронизатор 1 запускает генератор импульсов 2, пьезопластина 3 возбуждается и излучает упругие колебания в изделие 4. Приемный преобразователь 5 принимает прошедшие через изделие УЗ-волны и преобразует их в электрические колебания. Эти колебания усиливаются усилителем 6, детектируются и выпрямляются блоком 7 и подаются на амплитудный селектор 8, который отделяет сигналы, связанные с большим изменением амплитуды, от помех. Одновременно с запуском генератора синхронизатор через регулируемую задержку 9 запускает генератор стробимпульсов 10, который подает сигнал на блок совпадений 11, открывая его на время, соответствующее приходу прямого УЗ-импульса. В качестве регистратора 12 может выступать пиковый вольтметр или ЭЛТ, запуск развертки которой осуществляется синхронизатором 1.

Если контролю подвергаются материалы с малыми реверберационными помехами, то блоки 9..11 в схеме могут отсутствовать.

Функциональная схема прибора с непрерывным излучением аналогична рассматриваемой и включает элементы прямой цепочки 1..4..8,12. В последнее время данные приборы не находят широкого применения.

Помехи при теневых методах контроля и способы борьбы с ними

Т.к при теневых методах о дефектах судят по уменьшению амплитуды сигнала, то всякое возмущение, приводящее к ослаблению информационного сигнала, следует считать помехой. По аналогии с чувствительностью уровень помех может быть оценен коэффициентом помехи

K_п=U_п/U₀

где U₀ - амплитуда сигнала при отсутствии помехи; U_п - амплитуда того же сигнала при наличии помехи. В связи с тем, что помеха уменьшает амплитуду сигнала, большей помехе соответствует меньшее значение

При реализации теневых методов контроля характерны следующие виды помех:

1) помехи, вызванные нарушением акустического контакта, характеризуются коэффициентом K_пa;

2) помехи, вызванные изменением отражающих свойств донной поверхности, характеризуются K_пд;

3) помехи. связанные с изменением поглощения и рассеяния ультразвука (структурные помехи) - K_пc;

4) помехи, обусловленные не параллельностью контактной и донной поверхностей - K_пп;

5) помехи от резонансных явлений - K_пр;

6) помехи, связанные с неточностью сканирования, т.е. механические помехи - K_пм;

При одновременном воздействии всех помех суммарный коэффициент помех равен

Для надежного обнаружения дефектов необходимо, чтобы чувствительность способа была меньше суммарного коэффициента помех, т.е. К_д<K_п.

Важной характеристикой любого из теневых методов является коэффициент помехоустойчивости

Рассмотрим способы уменьшения помех

1. Обычные же методы борьбы с нестабильностью контакта, рассмотренные выше, не обеспечивают требуемой эффективности. Поэтому контроль теневыми методами проводят обычно иммерсионным или щелевым способами. Широко используют локальные ванны, преобразователи с резиновыми баллончиками, заполненными жидкостью и т.д. В последнее время используются протекторы из эластичного полиуретана.

2. При контроле изделий с поверхностью сложной формы преобразователь необходимо поворачивать таким образом, чтобы направление УЗ-лучей было оптимальным с точки зрения прохождения ультразвука. В противном случае произойдет отклонение лучей в сторону и частичная трансформация продольной волны в поперечную при переходе УЗК на границе раздела сред. Для выравнивания условий прохождения ультразвука применяют компенсаторы, близкие по акустическим свойствам к изделию.

3. Контроль неоднородных материалов сопровождается структурными помехами. Особенно они опасны при проведении зеркально-теневого метода, т.к. иногда в результате структурной реверберации не удается выделить донный сигнал на фоне помехи. Появление ложного сигнала в этом случае возможно из-за того, что рассеяные на неоднородностях УЗ-колебания могут попадать на приемник с запаздыванием относительно основного сигнала и, интерферируя с ним, вызвать дополнительное его уменьшение. Для снижения помех уменьшают размеры преобразователя, а для повышения амплитуды сигнала снижают частоту колебаний, что позволяет повысить прозрачность cреды. Для контроля указанных материалов эффективным является временной теневой метод, т.к. его чувствительность слабо зависит от частоты, которую можно в этом случае значительно понизить.

4. Помехи, обусловленные локальными непараллельностями контактной и донной поверхностей, частично устраняются введением твердых и жидких компенсаторов.

5. Существенную роль играют помехи, обусловленные образованием cтоячих волн и других резонансных явлений. Возникновение стоячих волн в изделиях с толщиной, кратной /2 или /4 приводит к тому, что амплитуда колебаний частиц на границе приемник-изделие равна нулю. В результате можно получить ложный сигнал о наличии дефекта. Наиболее эффективным способом устранения помех данного типа является использование импульсного режима излучения. При этом длительность излучаемого импульса  должна быть меньше времени пробега ультразвука в изделии в прямом и обратном направлениях, т.е. <2L/c. Тогда импульсы, прошедшие непосредственно через изделие и испытавшие в нем отражение, приходят на приемник в разные интервалы времени и не интерферируют между собой.

При использовании непрерывного излучения для борьбы с помехами осуществляют модуляцию частоты в диапазоне обеспечения минимальной и максимальной прозрачности. Усредненная за период модуляции частоты амплитуда прошедшего сигнала будет соответствовать значению, полученному в отсутствии резонансных явлений, и последние не будут мешать контролю. Интервал модуляции частоты определяется из выражения

(5.18)

6. Последний вид помех, связанный с несовершенством механических вспомогательных систем, устраняется применением высокоточных механизмов сканирования.