2.2. Временной теневой метод

Метод основан на измерении времени пробега им­пульса через ОК. Путь УЗ луча , огибающе­го дефект (рис. 5) больше, чем прямой путь . По запаздыванию прихода сквозного сигнала на приемник с помощью низко­частотных волн удается определить наличие крупных дефектов в материалах с большим рассеянием ультразвука (огне­упорные блоки, бетонные изделия и т.д.).

Рис. 5. Расче­т временного теневого метода

Порог чувствительности метода опре­деляет точность измерения времени пробега импульса . Рассмотрим отношение , где – толщина ОК, . Минимальный размер де­фекта , выявленного в наиболее неблагоприятном случае, когда дефект расположен посередине между преобразователями, определяется ра­венством

.

Отсюда легко получить

.

Сравним это с минимальным размером дефекта, выявляемого амплитудным теневым методом. Для оценки воспользуемся выра­жением (3), считая его равенством. Примем

,

– величина, ограничивающая чувствительность теневого метода. Тогда получим

.

Определим область, где порог чувствительности временного метода ниже, :

.

В правую часть этого неравенства входят постоянные величи­ны, ограничивающие чувствительности методов. Из него следует, что при малых толщинах и низких частотах ультразвука порог чувствительности временного теневого метода становится ниже, чем амплитудного теневого метода, поэтому применение времен­ного метода предпочтительно при контроле тонких изделий из крупнозернистых материалов.

Аппаратура: для контроля временным методом используют импульсный де­фектоскоп со стробирующей системой, позволяющей точно фик­сировать время прихода сквозного сигнала. Специфические поме­хи, свойственные этому методу, связаны со случайными измене­ниями толщины ОК, контактных слоев и скорости распростране­ния звука в материале; эти же факторы определяют малую длительность стробирующего импульса.

2.3. Зеркально-теневой метод

Существует несколько вариантов зеркально-тенево­го метода, общим отличительным признаком которых являет­ся то, что основным информационным параметром служит ослаб­ление амплитуды отражения от противоположной поверхности (дна) изделия. Основные варианты показаны на рис. 6-(а–г):

– прямой ПЭП по ослаблению первого (а) и второго (б) донных сигналов;

– наклонные ПЭП по ослаблению дон­ного сигнала поперечной (в) и продольной (г) волн.

Рис. 6. Способы контроля зеркально-теневым методом

Анализ акустического тракта выполним для варианта на рис. 6-а. Отражение от бесконечной плоскости рассмотрим как зеркальное от­ражение падающих на плоскость волн. Тогда акустическое поле, возникающее в результате отраже­ния от бесконечной поверхности, представим как продол­жение акустического поля излучателя, испыты­вающее рассеяние на мнимом изображении экра­на–дефекта. Мнимый приемник расположен зер­кально-симметрично излучателю (рис. 7). Акустический тракт в зеркально-теневым методе подобен акустиче­скому тракту теневого метода с одинаковыми из­лучающим и приемным ПЭП и двумя одинаковыми экранирующими дефектами, расположенными зеркально-симметрично отно­сительно донной поверхности изделия.

Сигнал на приемнике вычисляют так же, как это делается для теневого метода. Если ПЭП и дефект малы по сравнению с рас­стояниями между ними, то, заменяя модуль ал­гебраической суммы суммой модулей, получим приближенную формулу для ослабления донного сигнала :

.

(4)

Рис. 7. Расче­т ослабления дон­ного сигнала зер­кально-теневым методом

Формулы, подобные (4), выведены для других вариантов зеркально-теневого метода. Они качественно подтверждены экспе­риментально. Ослабление вто­рого донного сигнала при контроле способом на рис. 6-б больше, чем ослабление первого донного сигнала, т.к. УЗ волны четыре раза проходят мимо дефекта.

При контроле способом на рис. 6-в волна один раз проходит мимо дефекта, поэтому ослабление донного сигнала такое же, как сквозного сигнала в теневом методе. При контроле способом на рис. 6-г ослабление больше, т.к. угол наклона ПЭП для продоль­ных волн делают небольшим (5... 10°), в результате чего лучи два раза пересекают область дефекта и претерпевают двойное ослаб­ление.

Наклонные ПЭП применяют при контроле тонких объектов, где мертвая зона прямых ПЭП мешает получению донного сигнала. Они полезны при выявлении и оценке размеров вертикально ориентированных дефектов, т.к. позволяют определить их эквивалент­ные и условные размеры.

Помехи, действующие при теневом методе, прояв­ляются и при контроле зеркально-теневым методом. Непа­раллельность поверхностей вызывает большее ослабление донного сигнала, чем сквозного, т.к. отраженный луч сильнее сме­шается от акустической оси. Еще сильнее эта помеха при контроле по второму донному сигналу, она уменьшается при использовании ПЭП с широкой диаграммой на­правленности.

Непланшетность ОК при иммерсионном способе контроля проявляется сильнее, чем в теневом методе контроля. Зеркально-теневой метод чаще всего применяют в контактном или щелевом вариантах, где этот вид помех не возникает, т.к. параллельность поверхностей ОК и преобразователя обеспечивается самим способом контакта.

Влияние изменений затухания ультразвука здесь сильнее, чем в теневом методе. Структурная реверберация от крупного зерна может помешать наблюдению донного сигнала. Мешает конт­ролю зеркально-теневым методом случайное изменение отражаю­щих свойств донной поверхности, вызванное ее неровностью (из-за коррозии). Неровности глубиной 8 ослабляют донный сигнал приблизительно на 10%, а – на 20%. Второй донный сигнал уменьшается в квадрате по отношению к первому.

Порог чувствительности зеркально-теневого метода, как и в теневом, выше, чем в эхометоде из-за неста­бильности амплитуды донного сигнала. Если аппаратура надежно фиксирует ослабление донного сигнала на 20 дБ, то при контроле спосо­бами на рис. 6-(а, г), выявляются дефекты площадью 0,5 ... 1 от площади ПЭП. При контроле по способу рис. 6-б порог чувствительности ниже, а по способу рис. 6-в – выше.

Аппаратура для контроля различными вариантами зеркально-теневого метода – это импульсный эходефектоскоп. Строб-им­пульс АСД помещают в месте прихода первого или второго дон­ного эхосигнала. Контроль по вариантам рис. 6-(а, б) ведут по сов­мещенной схеме, по вариантам рис. 6-(в, г) – по раздельной. Прибор для контроля этим методом имеет упрощенную схему (как и теневой дефектоскоп) – ЭЛТ и ряд других узлов отсут­ствуют. Обязателен строб-импульс для выделения соот­ветствующего донного сигнала и аттенюатор для на­стройки АСД на регистрацию заданного уровня донного сиг­нала.