ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Теплоэнергетики»

ДИАГНОСТИКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

АКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Работа №3

Оренбург2011 г.

Акустические методы НК подразде­ляют на две большие группы: активные и пассивные методы (рис. 1). Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные - только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля (ОК), например обра­зование трещин сопровождается возник­новением акустических колебаний, выяв­ляемых акустико-эмиссионным методом.

Активные методы делят на методы отражения, прохождения, комбинирован­ные (использующие как отражение, так и прохождение), собственных колебаний и импедансные.

Методы отражения основаны на анализе отражения импульсов упругих волн от неоднородностей или границ ОК, методы прохождения - на влиянии пара­метров ОК на характеристики прошедших через него волн.

Рисунок 1 - Классификация акустических методов контроля

Комбинированные мето­ды используют влияние параметров ОК как на отражение, так и на прохождение упругих волн. В методах собственных колебаний о свойствах ОК судят по параметрам его свободных или вынужденных ко­лебаний (их частотам и величине потерь). В импедансных методах информативным параметром служит механический импе­данс ОК в зоне его контакта с преобразо­вателем.

Пассивные методы НК классифици­руют по характеру анализируемых сигналов.

Далее кратко описаны обозначенные на схеме и некоторые не показанные на рис. 2.1 методы контроля. Более подробно основные из иих они рассмотрены в соот­ветствующих разделах книги.

2. Методы отражения

В этой группе методов информацию получают по отражению акустических волн в ОК.

Эхометод основан на регистрации эхосигналов от дефектов - несплошностей. Он похож на радио- и гидролокацию. На рисунке 2 показана упрощенная струк­турная схема импульсного эходефектоскопа.

Генератор зондирующих импульсов 7 возбуждает короткие электрические им­пульсы. В преобразователе 3 они преобра­зуются в импульсы ультразвуковых (УЗ) колебаний, которые распространяются в ОК 4, отражаются от дефектов 6 и проти­воположной поверхности (дна) ОК, при­нимаются тем же (совмещенная схема включения) или другим (раздельная схема включения) преобразователем 2. Преобра­зователь превращает сигналы из УЗ в электрические. От него сигнал поступает на усилитель1, а затем на экран 5 дефек­тоскопа.

Одновременно (а иногда спустя неко­торый интервал времени) с запуском гене­ратора импульсов начинает работать гене­ратор развертки 9. Правильную последо­вательность включения их, а также других узлов дефектоскопа, не показанных на упрощенной схеме, обеспечивает синхро­низатор 8.

Сигналы от генератора развертки вы­зывают горизонтальное отклонение светящейся точки на экране, а от усилителя -вертикальное отклонение. В результате экран УЗ-эходефектоскопа отображает информацию двух видов. Горизонтальная линия (линия развертки дефектоскопа) соответствует времени пробега импульса в ОК, а это время пропорционально пути импульса. Высота пиков (импульсов) по вертикали пропорциональна амплитудам эхосигналов. Таким образом, по горизон­тальной линии развертки определяют дли­ну пути импульса, а по вертикальной шка­ле оценивают его амплитуду. Такое изо­бражение называют разверткой типа А (А-разверткой, А-сканом).

Очень высокий (для совмещенной схемы - уходящий за пределы экрана) сигнал, обозначенный буквой З, соответ­ствует возбуждаемому генератором и по­сылаемому в изделие УЗ-импульсу. Он отмечает нулевое значение шкалы време­ни. Его именуют зондирующим импульсом. Высокий сигнал Д соответствует импуль­су, отраженному от противоположной по­верхности (дна) ОК. Его называют донным сигначом. Э - эхосигнал от дефекта. Он приходит раньше донного сигнала, и ам­плитуда его обычно значительно меньше. Измеряя времена прихода сигналов по шкале на экране или специальным устрой­ством (глубиномером) прибора, можно определить расстояние до дефекта или дна изделия и, таким образом, различить их. Амплитуда эхосигнала характеризует от­ражательную способность дефекта.

Другие методы отражения применя­ют для поиска дефектов, плохо выявляе­мых эхометодом, и для исследования па­раметров дефектов.

Эхозеркальный метод основан на анализе акустических импульсов, зеркаль­но отраженных от донной поверхности ОК С и дефекта В, т. е. прошедшие путь ABCD (рис. 3, б). Вариант этого метода, рас­считанный на выявление вертикальных дефектов, называют методом тандем. Для его реализации при перемещении преобразователей 1 и 3 поддерживают постоянным значение l_A + l_D = 2H tg ,

Рисунок 2 – Упрощенная структурная схема эходефектоскопа

1 – усилитель; 2 – преобразователь; 3 – преобразователе; 4 – объект контроля; 5 экран дефек­тоскопа; 6 – дефект; 7 - генератор зондирующих импульсов; 8 - синхро­низатор; 9 - гене­ратор развертки

где Н - толщина ОК. Тогда будут выяв­ляться дефекты в сечении EF. Выявляются также нестрого вертикальные дефекты. Для получения максимального (зеркаль­ного) Отражения от невертикальных де­фектов значение l_A + l_D варьируют.

Другой вариант эхозеркального ме­тода предусматривает перемещение пре­образователей 2 и J в разных плоскостях (см. рис.3, б, в середине). Его иногда называют методом тандем-дуэт или стредл. При этом сохраняется принцип зеркального отражения от вертикального дефекта и донной поверхности. Примене­ние метода тандем-дуэт целесообразно, например, в случаях, когда при контроле методом тандем преобразователи 2 и 3 слишком сближаются и мешают друг другу.

Еще один вариант эхозеркального метода - с трансформацией типов волн на дефекте (Т-тандем). Например, преобра­зователь 2 излучает поперечную волну под углом ввода а, большим 57 ° (для ста­ли). Угол падения на вертикальный дефект 90 ° - а будет меньше третьего критиче­ского, поэтому произойдет частичная трансформация поперечной волны в про­дольную, направленную в сторону дна ОК. Отраженную поперечную волну в дальнейшем не используют, а отраженная от дефекта продольная волна (показана штриховыми линиями) далее отразится от дна ОК и будет принята другим преобра­зователем в точке G. При отражении от дна ОК также произойдет частичная трансформация продольной волны в попе- речную, но поперечную отраженную вол­ну в дальнейшем не используют. Для реа­лизации этого варианта эхозеркального метода требуется меньшее расстояние от преобразователей до оси сварного шва.

Дельта-метод (рис. 3, в) основан на использовании дифракции волн на дефек­те. Часть падающей на дефект В попереч­ной волны от излучателя 2 рассеивается во все стороны на краях дефекта В, причем частично превращается в продольную волну. Часть этих волн принимается при­емником 3 продольных волн, расположен­ным над дефектом, а часть отражается от донной поверхности и также поступает на приемник, Варианты этого метода пред­полагают возможность перемещения при­емника 3 по поверхности, изменения ти­пов излучаемых и принимаемых волн.

Дифракционно-временной метод (ДВМ) (рис. 3, д) основан на приеме волн, рассеянных на концах дефекта, при­чем могут излучаться и приниматься как продольные, так и поперечные волны. На рисунке представлен случай, когда излу­чаются поперечные волны, а принимаются продольные. Практическое применение, однако, получил вариант, при котором излучаются и принимаются продольные волны, поскольку они первыми приходят на приемник и по этому признаку их легко отличить от поперечных волн. Главная информационная характеристика - время прихода сигнала. Этот метод также назы­вают времяпролетным, буквально перево­дя английское название (time of flight diffraction - TOFD).

Рис. 2.3. Методы отражения:

а - эхо; б - эхозеркальный; в - дельта; г - реверберационный; д - дифракционно-временной; 1 - ОК; 2 - излучатель; 3 - приемник

Реверберационный метод основан на анализе времени объемной ревербера­ции, т.е. процесса постепенного затухания звука в некотором объеме - ОК. При кон­троле используется один совмещенный преобразователь 2, 3, поэтому метод пра­вильнее назвать эхореверберационным. Например, при контроле двухслойной кон­струкции (рис.3, г) в случае некачествен­ного соединения слоев время ревербера­ции в слое 1, с которым контактирует пре­образователь, будет больше, а в случае доброкачественного соединения слоев -меньше, так как часть энергии будет пере­ходить в другой слой

Акустическая микроскопия отли­чается от эхометода повышением на один-два порядка частоты УЗ, применением острой фокусировки и автоматическим или механизированным сканированием объектов небольшого размера. В результа­те удается зафиксировать небольшие из­менения акустических свойств в ОК. Ме­тод позволяет достичь разрешающей спо­собности в сотые доли миллиметра. Воз­можна акустическая микроскопия с ис­пользованием прохождения волн.

Когерентные методы отличаются от других методов отражения тем, что в ка­честве информационного параметра помимо амплитуды и времени прихода им­пульсов используется также фаза сигнала. Благодаря этому повышается на порядок разрешающая способность методов отра­жения и появляется возможность наблю­дать изображения дефектов, близкие к реальным. Наиболее эффективным коге­рентным методом является компьютерная акустическая голография.