14.2.2. Принципы и методы ультразвуковой дефектоскопии

Разнообразие задач, решаемых ультразвуковыми дефектоскопа­ми при неразрушающем контроле металлоизделий, привело к раз­работке и использованию целого ряда различных методов. Наибо­лее широкое применение при дефектоскопирования деталей локо­мотивов получил импульсный эхо-метод и метод звуковой тени (зеркально-теневой метод).

При зеркально-теневом методе признаком обнаружения дефекта является уменьшение интенсивности (амплитуды) отраженной от противоположной поверхности изделия ультразвуковой волны, из­лучаемой и принимаемой пьезопреобразователем (рис. 149, а, б). Про­тивоположную поверхность, зеркально отражающую ультразвук, называют донной поверхностью, а отраженный от нее импульс — донным импульсом. Зеркально-теневой метод чаще используется для определения структуры металла осей и обнаружения дефектов в осях, которое больше ширины ультразвукового луча.

При эхо-методе признаком обнаружения дефекта является прием преобразователем ИП (импульсный преобразователь) эхо-импуль­са, отраженного от данного дефекта (рис. 149, в). При рассмотрении методов в каждом случае использовались совмещенные искатели ИП, где одна пьезопластина выполняет функции излучения зондирую­щих импульсов и приема отраженных сигналов.

Рис. 149. Методы ультразвуковой дефектоскопии:

а – теневой; б – зеркально-теневой; в – эхо - импульсный;

изд. – излучатель; пр. – приёмник 77

Импульсный эхо-метод основан на посылке в контролируемое изделие кратковременных зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний и регистрации отраженных сигналов от выявляемых де­фектов. Для того чтобы иметь достоверную информацию о дефекте, необходимо знать амплитуду отраженного сигнала; координаты расположения дефекта; условные размеры дефекта.

Амплитуда эхо-сигнала — наиболее простая измеряемая характе­ристика, но в то же время недостаточно объективная, поскольку она зависит как от размера дефекта, так и от глубины его залегания, кон­фигурации и ориентации трещины и шероховатости отражающей поверхности дефекта. Чем больше размер дефекта, тем больше амп­литуда, но до тех пор, пока размер дефекта не превысит ширину уль­тразвукового луча. Далее амплитуда прекращает расти (рис. 150). При размере дефекта меньше длины волны (β < λ) ультразвуковые колебания от дефекта не отражаются, а огибают его, поэтому амп­литуда эхо-сигнала равна 0 .

Рис. 150. Зависимость амплитуды эхо-сигнала от размеров дефекта

Изменяется амплитуда и от расстояния между дефектом и импульсным преобразователем (рис. 151).

Рис. 151. Зависимость амплитуды эхо-сигнала от расстояния между дефектом и ПЭП

78

Чем больше это расстояние г, тем меньше амплитуда сигнала. Во многом величина импульса зависит и от отражающей поверхности де­фекта (рис. 152). При одной и той же глубине залегания дефекта ам­плитуда эхо-сигнала определяется конфигурацией дефекта и шерохо­ватостью отражающей поверхнос­ти. Но бывают случаи, когда амп­литуда отраженного сигнала от де­фекта с зеркальной поверхностью и больших размеров будет меньше сигнала от дефекта малых разме­ров с диффузно-отражающей по­верхностью (см. рис. 152).

Рис. 152. Зависимость эхо-сигнала от ограждающих свойств дефекта

Для получения достоверной ин­формации о месте расположения дефекта необходимо знать коор­динаты детали. Это позволит отличить эхо-сигнал от сигнала, отра­женного от граней изделия. Для определения координат необходи­мо знать глубину залегания дефекта Н и расстояние от точки выхода луча до проекции дефекта на контактную поверхность L. При конт­роле прямым ПЭП замеряют только одну координату Н.

Н = С_t t/2 мм

где t – время прохождения ультразвука от поверхности, на которой установлен ПЭП, до отражающей поверхности и обратно (рис 153, а)

Рис. 153. Измерение координат расположения дефекта:

а – прямым; б – наклонным преобразователем

79

А при наклонном ПЭП необходимо иметь две координаты Н и L (рис. 153, б). Измерение этих координат сводится к измерению времени t и дальнейшему пересчёту этой величины в координатах Н и L по известному углу акустической среды:

где Т – интервал времени между моментом излучения зондирующего импульса и моментом приёма отражённого импульса;

t_n – время прохождения ультразвука через призму ПЭП.

При известных величинах С_t2; α; t_n определение координат сводится к измерению времени Т, для чего, например, в дефектоскопе УД2-12 имеется глубиномерное устройство, которое позволяет измерять координаты дефектов Н и при проведении дефектоскопии прямым и наклонным ПЭП.

Точность измерения координат дефектов при использовании современных устройств контроля зависит от следующих факторов: точности измерения дефектоскопом временных интервалов; соответствия фактической скорости звука установленной на дефектоскопе; соответствия фактического угла ввода принятому значению при использовании на­клонных ПЭП; правильности установки нуля отсчета расстояний (за­держки развертки); точности определения наклонным ПЭП положе­ния, в котором достигается максимальный эхо-импульс от дефекта.