31. Зеркально-теневой метод контроля. Схемы прозвучивания. Оценка результатов контроля.

В практике ультразвукового контроля используется пять способов реализации зеркально-теневого метода (ЗТМ). В качестве информационного параметра всех способов выступает ослабление амплитуды отраженных от противоположной поверхности волн. Различают следующие способы:

- прямым преобразователем по первому донному импульсу;

- прямым преобразователем по n - му донному импульсу;

- двумя наклонными преобразователями по донному импульсу поперечной волны;

- двумя наклонными преобразователями по донному импульсу продольной волны;

- прямым преобразователем по отношению амплитуды второго донного сигнала к амплитуде первого донного сигнала.

Схемы прозвучивания изделия при раздельном (рисунок 3.4, а) и совмещенном (рисунок 3.4, б) вариантах расположения УЗ-преобразователей выбираются в зависимости от вида изделия, требуемой чувствительности и других факторов.

Количественная оценка выявляемости дефектов зеркально-теневым методом производится посредством коэффициента K_Д, характеризующего ослабление первого донного импульса

(3.10)

где U₀₁ - амплитуда первых донных импульсов при отсутствии дефекта;

U_Д1 - минимальная амплитуда первых донных импульсов в зоне с дефектом.

Рисунок 3.4 – Схемы прозвучивания при ЗТМ

Чувствительность зеркально-теневого метода может быть установлена значением максимальной величины коэффициента выявляемости K_Д дефектов, еще обнаруживаемых при контроле. На рисунке 3.5 показан характер изменения амплитуды донных импульсов в зоне без дефекта и с дефектом при перемещении совмещенного или раздельного преобразователей.

Исследование результатов практической реализации всех способов ЗТМ показывает, что:

а) чувствительность способов, использующих наклонные преобразователи, при прочих равных условиях меньше чувствительности способов, использующих прямые преобразователи;

б) при использовании наклонных преобразователей чувствительность тем выше, чем меньше угол ввода УЗ-волн;

в) наименьшей чувствительностью при прочих равных условиях обладает способ, основанный на прозвучивании изделий поперечными волнами посредством наклонных преобразователей, а наибольшей - способ контроля по первому донному импульсу;

г) чувствительность всех способов возрастает с уменьшением глубины залегания дефекта и толщины изделия, а также с увеличением частоты колебаний и диаметра излучателя;

д) при расположении дефекта на акустической оси преобразователя чувствительность возрастает с увеличением направленности поля преобразователя.

В ЗТМ различают предельную и условную чувствительность. Предельную характеризуют максимальной величиной коэффициента выявляемости дефектов K_Д, еще обнаруживаемых при данной настройке прибора. Условную чувствительность определяют максимальной величиной коэффициента K_У, аналогичного K_Д и определяющего собой минимальное относительное ослабление донного импульса, регистрируемого индикатором дефектоскопа, т.е.

(3.11)

где U₀ - амплитуда донного отражения (1,2..., n-го);

U_m - амплитуда того же донного отражения, но ослабленного до появления сигнала на индикаторе дефектоскопа (U_m<U₀).

Рисунок 3.5 - Характер изменения амплитуды донных импульсов

32. Физические основы эхо-импульсного метода контроля геометрических размеров. Структура и принцип действия эхо-импульсных толщиномеров.

В настоящее время в технике НК наибольшее распространение получили эхо-импульсные УЗ-толщиномеры. Положенный в основу метод состоит в измерении времени t пробега ультразвуковых импульсов между поверхностями измеряемого изделия, которое прямо пропорционально толщине изделия и обратно пропорционально скорости ультразвука, т.е.:

(5.1)

Эхо-импульсные толщиномеры делятся на приборы для контроля изделий с чистыми поверхностями (параллельными) - группа А и грубо обработанными непараллельными поверхностями - группа Б.

Нижняя граница диапазона измерений приборов: группы А - (0,2-0,3)10^-3 м с погрешностью 0,5 %; группы Б - (1,2-1,5)10^-3 м с абсолютной погрешностью (0,1-0,2)10^-3 м.

В основном на практике реализуется четыре типа акустического тракта толщиномеров: контактные с раздельно-совмещенным пьезопреобразователем, с совмещенным преобразователем и твердотельной линией задержки, без линии задержки и иммерсионный с совмещенным преобразователем (рисунок 5.1).

1 2 3 4

Рисунок 5.1 – Акустические тракты эхо-импульсных толщиномеров

Толщина контролируемого изделия d определяется для первой схемы по формуле

(5.2)

где t₁ - общее время пробега УЗ-импульса;

t₂ и t₃ - время пробега УЗ- импульса по одной и по второй призмам соответственно.

Время пробега по слою жидкости мало по сравнению с t.

Для второй схемы рассмотрим эпюры импульсов на пьезоэлементе (рисунок 5.2). Здесь U - импульс с генератора; O₁ и O₂ - импульсы, отраженные от внешней и внутренней поверхностей изделия; O₃,... - импульсы многократных отражений между поверхностями; t - удвоенное время прохождения импульсов между поверхностями.

Рисунок 5.2 – Эпюры импульсов для схемы с задержкой

На практике измерение толщины ведется, как правило, по первому интервалу t между импульсами O₁ и O₂. Это объясняется наибольшей амплитудой импульса O₂ по сравнению с другими (O₃, O₄, ...) и минимальным искажением этого сигнала, т.к. он претерпевает лишь однократное отражение. Длину линии задержки необходимо выбирать такой, чтобы время t₁ было больше t_max, соответствующего максимальной измеряемой толщине.

Важное условие для акустического тракта с контактными преобразователями - минимальная толщина слоя контактной смазки.

Иммерсионный вариант тракта с совмещенным преобразователем (см. рисунок 5.1). Здесь твердотельная линия задержки заменена жидкостной. Показания прибора не зависят от расстояния между преобразователем и изделием, если высота промежуточного столба жидкости такова, что выполняется условие t₁>t_max.

Акустический тракт толщиномеров по схеме (рисунок 5.1) отличается тем, что время пробега колебаний по протектору, как правило, меньше длительности импульсов O₁, т.е импульсы U и O₁ практически сливаются. Поэтому максимальная толщина изделия ограничивается только затуханием ультразвука.

Рассмотрим схему эхо-импульсного толщиномера (рисунок 5.3) с совмещенным преобразователем. Генератор импульсов 1 возбуждает преобразователь 2. УЗ-импульсы через слой контактной смазки попадают в изделие 3, отражаются от его поверхности и возвращаются на преобразователь. Электрические импульсы с выхода преобразователя 2 поступают на вход усилителя 5 через амплитудный ограничитель 4. Генератор 1 запускает схему временной задержки 6, которая в свою очередь запускает пороговое устройство7, фиксирующее начало отсчета измеряемого временного интервала между эхо-импульсами.

Рисунок 5.3 – Схема эхо-импульсного толщиномера

Задержка в схеме 6 подстраивается равной задержке УЗ-импульсов в протекторе преобразователя 2. При этом устройство 7 срабатывает в момент, когда УЗ-импульс достигает внешней поверхности изделия. Первый же из эхо-сигналов с выхода усилителя 5 запускает второе пороговое устройство 8, аналогичное устройству 7, фиксируя конец измеряемого интервала. Информация с выходов 7 и 8 поступает на преобразователь 9 временного интервала в требуемый вид сигнала, который отображается блоком 10.