книги / Применения ультразвука

Рис. 7.89. Метод сухого сканирования — расположение образца и преобразователя

Рис. 7.90. Картина на экране CRT—метод сухого сканирования

Вариации этих двух параметров позволяют судить о дефектной области. Перед тестированием следует настроить дискриминатор на соответствующий выбираемый частотный диапазон для полу­ чения оптимальной картины пульсаций. Если картина пульсаций выглядит нормально, то есть без резких изменений в смещении и интенсивности между соседствующими циклами, считается, что материал хороший (рис. 7.91). Смещение будет ярко выражен­ ным, если дефект расположен далеко от зонда.

Смещ ение

Смещ ение

Рис. 7.91. Частичная передача энергии вокруг края расслоения. Низкий процент приема сигнала

В различных компонентах ракет широко используются рези­ новые материалы, а именно для тепловой изоляции, в баллонах, перегородках и т.д. Наличие внутренних разрывов, таких как рас­ слоения и пустоты, — нежелательное явление в этих материалах вследствие важности применения последних. Ультразвуковой метод сухого сканирования оказался полезным при тестировании резиновых листов толщиной 1—3 мм. Чтобы стандартизировать процедуру тестирования, на листе резины делался искусственный распил перпендикулярно плоскости толщины и параллельно ши­ роким поверхностям (имитация расслоения).

После этого теневым методом проводилось наблюдение и осу­ ществлялась запись картины пульсаций в хорошей области (вдали от распила) и дефектной области (в месте распила). При той же самой настройке инструментария 1 0 0 %-е тестирование прошли другие листы резины. Рис. 7.92 показывает картину, относящую­ ся к дефекту в одном из листов. Наблюдаемая картина аналогична картине расслоений в стандартном образце (рис. 7.92). Здесь нуж­

7.10.Заключение

Вданной главе рассматриваются основные методы ультразвуко­ вого тестирования, к которым относятся прямолучевой, наклон­ но-лучевой, контактный и иммерсионный, и приводятся соот­ ветствующие иллюстрации. Вкратце освещаются достоинства и недостатки ультразвукового тестирования. Функции дефектос­ копа обсуждаются вместе с тремя базовыми режимами операций сканирования, включающими А-, В- и С-сканирование, с рас­ смотрением их плюсов и минусов. Описывается реализация пря­ молучевого тестирования в измерениях толщины и исследовании связи компонентов. Рассматривается довольно подробно, с по­ нятными иллюстрациями ультразвуковое тестирование сварных соединений, поковок и отливок. Приводятся со схемами и приме­ рами варианты иммерсионного метода, которые находят широкое применение. Уделено также внимание прогрессивным методам, таким как SAFT, IRIS и TOFD. Продемонстрировано тестирова­ ние материалов методом сухого сканирования. И, в завершение, рассматриваются композиты как наиболее важные новые мате­ риалы в промышленности, а также применение лазерной ультра­ акустики в исследовании композитов.

Рекомендуемая литература

1.Aame Lipponen, 5th WCNDT, Roma 2000.

2.Albert S Briks, Robert E Green Jr (Tech Edt.), Non-Destructive Testing Hand Book, 2nd Edition, American Society for Non Destructive Tesyting, (1991).

3.Baldev Raj, Subramanium С V and Jayakumar T, Non-destructive Testing of Welds, Narosa Publishers, New Delhi, (2000).

4.Baldev Raj, Thavasimuthu M and Jayakumar T, Practical Non-destructive Testing, Narosa Publishers, New Delhi, (1998).

5.Banks B, Oldfield and Rawding H, Ultrasonic Flaw Detection in Metals, Theory and Practice, ILIFFE Book Ltd, London, (1962).

6. Berger H, Chang Y T, Jones T S, Pietsch В E, Rosen M, Industrial Quality report No: IQI-F-88-0729, NSA Langley Research Centre, (1988).

7.Bindal V N, Ultrasonic Transducers for non-destructive Testing, Narosa Publishers, New Delhi, (1999).

8. Browne В Insight, 39(9) (1997), 658

9.Chang F H, Drake T E, Osterkamp M A, Prowant R S, Monchalin J-P, Heon R, Bouchard P, Padioleau C, Froom D A, Frazier W and Barton J P,

Рекомендуемаялитература 38 1

Review of Progress in Quantitative Non-destructive Evaluation, 12, (1993), 611.

10.Drury J C, Ultrasonic flaw detection for Technicians, Pub Unit Inspection Co. Ltd., Swansea, (1978) 26.

11. Frederick J R, Seydel J A and Fairchild R C, NUREG-0007-1, First Annual Report, University ofMichigan, Michigan, (1976).

12.Frederick J R, Vanden Вгоек C J H , Fairchild R C and Elzinga M B, NUREG-CR-0135, Third Annual Report, University of Michigan, Michigan, (1978).

13.Halmshaw R, Introduction to the Non-Destructive Testing of welds Joints, The Welding Institute, UK, 4875.

14.Hutchins DA Can J Phys 64, (1986), 1247.

15.Jean F Bussiere, Tutorial Lecture Notes, 14th World Conference on NDT, New Delhi, India, December 7- 14,1996.

16.Joseph A. Thavasimuthu M Jayakumar T and Baldev Raj, Insight, 38(11), (1996), 797.

17.Kalyanasundaram P, Baldev Raj, Barat P and Jayakumar T, Int J of Press Vess & Piping, 36 (1989), 103.

18.Kalyanasundaram P, Rajagopalan C, Baldev Raj, Prabhakar О and Sarma, DOR, Brit J ofNDT, 33 (1991) 290.

19.Krautkramer J and Krautkramer H, Ultrasonic Testing of Materials, 4th Edition, Springer, New-York, 1983.

20.Kumar P, J Non Dest EvaL, 10 (1990) 19.

21.Monchalin J-P IEEE Trans Sonics, Ultrasonics, Freq Control, UFFC-33, 485(1986).

22.Newhouses, V L, Furgason E S, Bilgutay N M, and Saniie J, Proc U S International Symp, Butterworth Scientific, Guildford, UK (1979) 152.

23.Nondestructive Inspection and Quality Control: Metals Hand Book, Vol. 11, 8th Edition, Metals Park, OH: American Society for Metals, 1976.

24.Palanichamy, P and Busse, G DAAD-1998 Fellowship Report, 2000.

25.Palanichamy, P International Confernece and Exhibition on Ultrasonics

(ICEU-99), Vol. 2,1999.

26. Padioleau C, Bouchard P, Heon R, Monchalin J-P Chang F H Drake T E and McRae KI Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, 12, (1993), 1345.

27.Procedures and Recommendation for the Ultrasonic Testing of Butt Welds, Welding Institute, 2/e, The Welding Institute, Cambridge, (1971).

28.Ramesh A S, Subramanian C V, Joseph A, Jayakumar T, Kalyanasundaram P and Baldev Raj, J ofNondestructive Evaluation, 19(3-4) (1998), 22.

29.Rajendran, V and Palaniappan, M Ultrasonic testing techniques and their limitations (A course notes for ISNT level III), 2002, ISNT, India.

30.Ravindran V К Narayanan E Revindran P Panicker M P R Bhaumik В C Proceedings of the 14th World Conference on Non-Destructive Testing, New Delhi, 2 (1996), 441.

31.Rose J L and Goldberg, В В Basic physics in diagnostic ultrasound, John Wiley & Sons, New-York, 1979.

32.Rose J L and Goldberg, В В Basic physics in diagnostic ultrasound, John Wiley & Sons, New-York.

33.Scruby С B, Dewhurst R J, Hutchins D A and Palmer S В Research Techniques in Nondestructive Testing, R S Sharpe, ed. (Academic Press, 1982), V, 281.

34.Scruby CB and Drain L E Laser-Ultrasonics:Techniques and Applications (Adam Hilger, Bristol, UK, (1990).

35.Sharpe, Research Techniques in NDT, Vol. II, 365.

36.Silk M G, Research Techniques in Non-destructive Testing, Academic Press, London, 3(1977).

37.Simpson W A, J Mater Eval, 34 (1976) 261.

38.Simpson W A, J Mater Eval, 44 (1986) 998.

39.Subramanian С V, Joseph A, Ramesh A S, Jayakumar T, Kalyanasundaram P and Baldev Raj, 14th WCNDT, 2, (1996) 985.

40.Subramanian С V, Joseph A, Ramesh A S and Baldev Raj, 7th ECNDT,

COPENHAGEN (1999).

4L Subramanian С V, Palanichamy P, Thavasimuthu M, Bhattacharya D К and Baldev Raj, Quality Evaluation, 8, (1988), 11.

42.Subramanian С V Thavasimuthu M Palanichamy P Bhattacharya D К and Baldev Raj, J PureAppl Ultrasonics 12(2), (1989), 57.

43.Subramanian, С V, Thavasimuthu M, Rajagopalan C, Kalyanasundaram P and Baldev Raj, Materials Evaluation, 53 (1995) 1290.

44.Szilard, J (ed.) Ultrasonic Testing, John Wiley & Sons, New-York, 1982.

45.Truel, Elbaum, Introduction to Ultrasonics in Solid State Physics,

46.Whaley H L and Adler L, J Materi Eval, 29(8) (1971) 182.

47.Yoshikatsu Nakagawa, Masao Nakagawa, Mashide Yoneyame and Makoto Kikuchi, IEEE, US Symp, (1984) 673.

ГЛАВА 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ХАРАКТЕРИСТИК

МАТЕРИАЛОВ

8.1. Введение

Технологический прогресс в ядерной, химической, аэрокосмичес­ кой и других отраслях промышленности требует применения пе­ редовых материалов, таких как аустенитные нержавеющие стали, дисперсионно-твердеющие стали, керамика, композиционные ма­ териалы. Определение характеристик материалов важно не толь­ ко для выявления макро-, микротрещин и их распространения, но и для определения параметров микроструктуры и прочности. Определение характеристик требуется как до начала изготовления компонентов из материалов, так и в процессе производства и пос­ ле него, во время эксплуатации и т.д. Получение характеристик не­ обходимо для того, чтобы максимально эффективно использовать компоненты в течение всего срока их службы. Другим не менее значимым моментом является выбор материала для изготовления того или иного компонента, что определяется условиями, в кото­ рых материал/компонент будет эксплуатироваться. Эта обширная тематическая характеристика материала, в сущности, включает оценку модуля упругости, микроструктуры материалов, морфоло­ гических параметров и связанных с ними механических свойств. Для получения полной характеристики применяются различные методы тестирования (разрушающее, полуразрушающее и нераз­ рушающее). Среди разнообразных неразрушающих методов ис­ пытаний ключевую роль играют ультразвуковые неразрушающие испытания и оценка (NDTE). Так, модули упругости определяют из замеров скорости ультразвука. Микроструктуру материалов [1 — 8 ] можно охарактеризовать с помощью измерений скорости и за-

тухания. Ультразвуковые измерения механических свойств (про­ чности или жесткости) являются косвенными и основаны либо на теоретических изысканиях, либо на эмпирических связях. Данная глава посвящена одному из наиболее важных способов примене­ ния ультраакустики — получению характеристик материалов.

Вследующихразделахрассматривается классификация способов получения характеристик материалов с помощью ультраакустики.

8.2. Классификация способов получения характеристик материалов

Неразрушающая оценка (NDE)включает различные методы: рентге­ новские лучи, ультраакустику, вихревые токи, лазер, магнитный ме­ тод, радиографию и т.д. Все они играют важную роль в определении характеристик материалов. Ультразвуковая NDE является одним из наиболее широко используемых методов получения характеристик материалов и классифицируется по четырем категориям (рис.8 .1 ). К первой категории относится определение постоянных упругости: модуля Юнга, модуля сдвига, модуля объемной упругости и коэф­ фициента Пуассона. Под вторую категорию подпадают микроструктурные и морфологические характеристики, такие как размер и распределение зерна, текстура и т.д. Третью и четвертую категорию формируют прерывности (микропористость или микротрещины) и механические свойства (прочность, жесткость и твердость).

В первой части данной главы обсуждаются измерения, не­ обходимые для определения характеристик материалов. Вторая и третья категории (рис. 8 .1 ) характеристик рассматриваются в разделе, посвященном постоянным упругости и их применению в материалах. Далее, руководствуясь классификацией (рис. 8.1), мы обсудим микроструктуру и механические свойства. Различные параметры, оценить которые можно на основе ультразвуковых измерений, перечислены в табл. 8 .1 .

Наиболее значимыми для полной характеристики материалов представляются величины скорости ультразвука (продольных и поперечных волн), его затухания, плотности материала, произ­ водных параметров, таких как постоянные упругости, температу­ ра Дебая, и их связь с температурой и давлением в материале.

Экспериментальные методы определения скорости, затуха­ ния, плотности и т.д. рассматриваются в следующих разделах.

Рис. 8.1. Определение свойств материалов с помощью ультраакустики

8.3. Экспериментальные методы и теория

Определение характеристик материалов с помощью ультраакус­ тики включает следующие шаги:

(1)Подготовка образца.

(2)Измерение скорости и затухания ультразвука.

(3)Измерение плотности.

(4)Определение постоянных упругости.

8.3.1. Подготовка образца

Важным моментом в измерении скорости и затухания ультразву­ ка в материале является подготовка образца. Как правило, для того чтобы обеспечить распространение ультразвуковых волн, следует хорошо отполировать и выровнять поверхности образца. Желательно, чтобы образец, предназначенный для измерений, имел круглую или прямоугольную геометрическую форму. Обе поверхности должны быть отполированы. Параллельность повер­