6. Технические средства и методы акустического контроля

6.1 Ультразвуковой контроль (узк)

Для контроля металлоконструкций горных машин наибольшее применение при УЗК имеет эхо-метод, как наиболее чувствительный и по­мехоустойчивый. Кроме того, эхо-метод применим при одностороннем доступе к поверхностям контроля и сварным швам, что наиболее характерно для контроля элементов горных машин при производственном и эксплуатационном обследовании.

К оборудованию контроля эхо-методом относят:

• Ультразвуковой эхо-дефектоскоп;

• Пьезопреобразователи (искатели);

• Стандартные образцы (для настройки характеристик дефектоскопа)

Основные виды дефектов, обнаруживаемые при ультразвуковом контроле приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Виды дефектов, выявляемые акустическими средствами НК

Вид дефекта	Степень выявляемости (балл)
Включения неметаллические, шлаковые флюсовые	4
Закаты	3
Заковы	3
Металлургические дефекты сварного шва	4
Нарушение диффузионного сцепления	4
Непровар	4
Неслитины	3
Пережог	3
Газовая пористость	3
Пузыри газовые	3
Разрывы внутренние	4
Раковины усадочные	4
Расслоения	4
Рыхлота усадочная	3
Расслоения деформационные	4
Расслоения продольного шва	4
Растрескивание коррозионное	4

Таблица 6.1 (продолжение)

Вид дефекта	Степень выявляемости (балл)
Трещины:	-
-горячие	4
-внутренние	4
-сварочные	5
-термические (в том числе закалочные)	4
-холодные	4

Эхо-метод основан на посылке в контролируемое изделие коротких импульсов УЗК и регистрации интенсивности и времени прихо­да сигналов, отраженных от дефектов или границ изделия.

Эхо-метод является наиболее распространенным методом ультра­звуковой дефектоскопии, применяемым для контроля металлов и металлоизделий, в том числе крупногабаритных и сложной формы. Контроль проводят различными волнами, при одностороннем доступе к объекту, контактным или иммерсионным способами.

УЗК вводят в изделие 1, как правило, с одной стороны совмещенным преобразователем 2 (рис. 6.1). Излучаемые импульсы УЗК называют зондирующими. Их посылают в контролируемое изделие один за другим через определенные промежутки времени — паузы или интервалы. Периодом импульсов Т называют время, прошедшее от начала действия одного импульса до начала действия следующего. Период равен сумме длительностей импульса τ и паузы t: .

Зондирующий импульс УЗК, пройдя через металл, отражается от противоположной поверхности изделия и, возвращаясь, частично попадает на преобразователь. На экране ЭЛТ возникает донный (концевой) сигнал. При наличии дефекта 3 импульс УЗК отразится от него раньше, чем от противо­положной поверхности детали. Между начальным и донным (концевым) сиг­налами возникает промежуточ­ный сигнал. Если дефект пол­ностью перекрывает путь ульт­развуковому пучку, то на экране ЭЛТ наблюдается только начальный сигнал и сигнал от дефекта.

Ультразвуковой эхо-дефектоскоп предназначен для обнаружения несплошностей и неоднородностей в изделии, определе­ния их координат, размеров и характера путем излучения импульсов ультразвуковых колебаний, приема и регист­рации отраженных от неоднородностей эхо-сигналов. Структурная схема эхо-дефектоскопа показана на рис. 6.2.

Преобразователь 2 служит для преобразования электрических колебаний в ультразвуковые, излучения ультразвуковых полей в изделие, приема эхо-сигналов от отражающих поверхностей в изделии 1.

Рис.6.1. Схема прозвучивания изделия эхо-методом продольными УЗК

1 — контролируемое изделие; 2 — преобра­зователь; 3 — дефект

Синхронизатор 3 обеспечивает синхронную работу узлов дефектоскопа, запуская генератор импульсов возбуждения преобразователя 4, глубиномер 12, а также генератор развертки (генератор селектирующих импуль­сов) 10. Роль синхронизатора иногда выполняет генера­тор зондирующих импульсов.

Генератор импульсов возбуждения преобразова­теля 4 вырабатывает высокочастотные электрические им­пульсы, возбуждающие преобразователь.

Рис. 6.2. Структурная схема ультразвукового эхо-дефектоскопа

Обычно гене­рируются ударные экспоненциально затухающие им­пульсы, хотя энергетически более рациональной их фор­мой является колоколообразная. В некоторых приборах регулируются амплитуда и длительность генерируемых импульсов.

Приемно-усилительный тракт состоит из усилите­ля высокой частоты (УВЧ) 6, детектора 7 и видеоусили­теля 8. УВЧ выполняется апериодическим (широкопо­лосным) или резонансным. Коэффициент усиления УВЧ во времени регулируется напряжением, подаваемым с блока 9 временной автоматической регулировки усиле­ния (ВАРУ).

Особенностью усилителя высокой частоты является требование малого времени восстановления чувствительности после воздействия импульса генератора 4 (в случае включения преобразователя по совмещенной схеме). На входе (или вблизи входа) усилителя включа­ют калибровочный аттенюатор 5 для относительного измерения амплитуд эхо-сигналов.

Детектор или видеоусилитель обычно снабжают ре­гулируемой отсечкой шумов, исключающей прохожде­ние на выход дефектоскопа сигналов небольшой ампли­туды (в том числе шумов). Особенно эффективна ком­пенсированная отсечка, при которой восстанавливается амплитуда оставшихся после отсечки сигналов. Во мно­гих приборах детектор можно отключать, чтобы на экра­не 14 наблюдать истинную форму принимаемых им­пульсов.

Блок временной автоматической регулировки уси­ления (ВАРУ) уменьшает коэффициент усиления усили­теля в момент излучения зондируюшего импульса, а за­тем восстанавливает его по определенному закону, обес­печивающему компенсацию уменьшения амплитуд с увеличением глубины залегания дефекта. Его также на­зывают блоком временной регулировки чувствительно­сти (ВРЧ). Во многих приборах система ВАРУ прибли­женно обеспечивает постоянство предельной чувстви­тельности по глубине.

Генератор развертки 10 предназначен для форми­рования развертки на экране 14, полу­чения импульсов подсвета и селектирующих импульсов (длительность развертки и селектируюшего импульса выбирают с учетом толщины контролируемого слоя).

В дефектоскопах в основном используют развертку типа А, на которой по горизонтальной оси отложено время пробега, или путь импульса в изделии, по верти­кали - амплитуда импульса.

В ряде случаев функции генератора развертки и глубиномера совмещаются. Глубиномер 12 служит для определения координат отражателей (дефектов) путем измерения времени про­бега импульса до отражателя и обратно. В наиболее совершенном виде устройство дает цифровую индикацию расстояния от преобразова­теля до отражающей УЗК неоднородности.

Индикатором служит электронно­-лучевая трубка, плазменный или жидко ­кристаллический дисплей.

Автоматический сигнализатор дефектов 13 пред­назначен для подачи звукового или светового сигнала при одновременном поступлении на каскад совпадений селектирующего сигнала и видеосигналов, что освобож­дает оператора от необходимости одновременного на­блюдения за экраном дефектоскопа и перемещаемым преобразователем.

Современные дефектоскопы УЗК имеют широкие возможности отображения, обработки и сохранения диагностической информации:

• возможность построения АРД – диаграмм к любым преобразователям (ПЭП);

• режим автоматического распознавания ПЭП;

• разметка экрана в дБ и процентах;

• построение огибающей сигнала;

• возможность работы дефектоскопа в локальной сети (режим удаленного доступа);

• возможность непрерывной записи результатов контроля;

• связь с компьютером по интерфейсу USB2.0;

• возможность наблюдения выпрямленного сигнала и огибающей;

• цветовая сигнализация уровней дефекта;

• цветной TFT дисплей