5.7. Ультразвуковая томография
Промышленная ультразвуковая (УЗ) томография – это качественно новый уровень УЗ дефектоскопии. Визуализация внутренней структуры объекта контроля (ОК) с возможностью измерения реальных размеров дефектов материала – вот главные преимущества УЗ томографа перед традиционным дефектоскопом.
УЗ томографы основаны на методах отражения. В них для излучения и приёма УЗ волн используются решётки пьезоэлементов, конструктивно объединённые в едином корпусе и называемые фазированными антенными решётками (ФАР).
Физический принцип работы томографа заключается в электронном управлении функцией направленности акустического поля антенной решётки для сбора информации об относительной отражающей способности точек внутренней структуры материала ОК и в визуализации сечения этого объекта путём преобразования полученной информации в цветояркостное изображение (томограмму).
Рис. 5.9. УЗ томограммы сварного шва листов углеродистой стали толщиной 20 мм, полученные с помощью антенной решётки поперечных волн: а – область без дефектов; б – область с дефектом типа непровар.
Решётки с непосредственной акустической связью состоят из набора пьезоэлементов, установленных непосредственно на общий тонкий, в сравнении с длиной волны, протектор и покрытых специальным материалом, демпфирующим их собственные акустические колебания. Пьезоэлементы в них параллельны поверхности ОК и работают аналогично прямым УЗ преобразователям. Поэтому такие решётки можно по аналогии с прямыми преобразователями также назвать прямыми. Их обычно применяют для контроля на продольных УЗ волнах в диапазоне углов ввода от нуля до 50 - 60 градусов.
Призматические ФАР отличаются от прямых решёток тем, что в них пьезоэлементы установлены на призму из материала с низкой скоростью ультразвука, меньшей, чем у металлов. Поэтому на границе призма – ОК происходит преломление УЗ лучей. Эти решётки, аналогично наклонным призматическим УЗ преобразователям, применяют чаще всего для контроля на поперечных УЗ волнах в диапазоне углов ввода от 20 до 70 градусов.
Наибольшее распространение в практике промышленной УЗ томографии получили одномерные ФАР, как прямые, так и призматические. Одномерные решётки обеспечивают решение большинства задач томографического контроля, но в то же время они конструктивно и технологически намного проще двумерных матричных ФАР. И аппаратура, работающая совместно с одномерными ФАР, как правило, менее сложная и дорогая, чем аппаратура на основе двумерных решёток.
Рис. 5.10 Схема антенной решётки и матрица взаимодействий её элементов при работе. N – общее количество возможных пар элементов.
На рис. 5.10 показана схема антенной решётки. Стрелки на схеме символизируют распространение УЗ сигналов от излучающего элемента к приёмному в процессе её работы. При количестве элементов решётки равном n общее количество принятых реализаций УЗ сигналов при полном переборе всех возможных комбинаций излучатель – приёмник равно
(32)
По окончании каждого цикла комбинационного зондирования результат накопления в памяти суммарных откликов для каждой точки визуализируемого сечения ОК представляется на экране томографа в цветояркостной форме как томограмма.