otd
.pdfОтношение амплитуды отраженной акустической волны к амплитуде падающей определяется выражением
A0 |
|
Z1 |
Z2 |
, |
(7.10) |
|
A |
Z1 |
Z2 |
||||
|
|
|
где: Z1 – акустический импеданс среды, в которой распространяется падающая волна;
Z2 – акустический импеданс среды, заполняющей дефект.
На этом основаны методы дефектоскопии: теневой или отраженного сигнала (импульсный это-метод).
В ультразвуковой дефектоскопии в зависимости от размеров и формы объекта и вида возможных дефектов используют следующие виды волн:
-продольные, угол ввода в изделие 0 - 7 скорость волны в стали – 5,85 103 м/с;
-поверхностные, угол ввода 60 - 64 , скорость волны в стали 3 103 м/с;
103 |
м/с. |
- поперечные, угол ввода 27 - 58 , скорость волны в стали – 3,23 |
Сl
Продольная
λ |
Сt |
λ |
Поперечная
λ λ
СR
Поверхностная
λ λ
Частота ультразвуковых колебаний выбирается с таким расчетом, чтобы длина волны колебаний была значительно меньше размеров дефекта и была возможность распознавания сигнала, отраженного от дефекта.
Длина волны =с/f.
Излучение и регистрацию ультразвуковых волн осуществляют путем преобразования электрических сигналов в механические колебания и обратно. Используют в основном пьезоэлектрические преобразователи.
На рис.7.8 показано устройство пьезоэлектрического преобразователя ультразвукового дефектоскопа.
|
7 |
|
6 |
2 |
|
1 |
8 |
|
3 |
4 |
5 |
Рис. 7.8. Пьезоэлектрический преобразователь ультразвукового дефектоскопа: 1 – пьезопластина; 2 – демпфер; 3 – протектор; 4 – контактная жидкость; 5 -
контролируемое изделие; 6 – корпус; 7 – коаксиальный кабель; 8 – призма.
Пьезопластина имеет толщину равную половине длины волны ультразвука на резонансной частоте. Демпфер предназначен для ослабления свободных колебаний пьезопластины и изготовлен из искусственных смол с наполнителями. Протектор служит для защиты призмы или пьезопластины от износа и повреждений. Призма изготовлена из материала с небольшой скоростью звука, что позволяет получить большие углы преломления Пьезопластина, демпфер, призма и протектор склеены между собой и являются резонатором.
Наибольшее распространение получили следующие методы ультразвуковой дефектоскопии:
•теневой метод
•импульсный эхо –метод
•зеркальный импульсный эхо-метод.
Теневой метод основан на уменьшении амплитуды волны, прошедшей через изделие, под влиянием дефекта. Этот метод применяют для листов малой и средней толщины, изделий из материалов с большим рассеянием ультразвуковых колебаний
генератор |
Объект контроля |
|
|
дефект |
пьезопреобразователи |
приемник
Импульсный эхо–метод основан на регистрации ультразвуковых волн, отраженных от дефекта. Принцип работы состоит в том, что от импульсного генератора в изделие вводится зондирующий импульс ультразвуковых колебаний. Затем ввод ультразвука прерывается (задержка) до получения отраженных сигналов этим же или другим преобразователем. Отраженные сигналы несут информацию о техническом состоянии детали. При отсутствии дефекта на индикаторе наблюдается сигнал от зондирующего импульса и донные импульсы, отраженные от поверхности объекта. Расположение донных импульсов на экране индикатора определяется формой объекта. При наличии дефекта на экране наблюдается импульс, отраженный от дефекта, расположение которого отличается от эталонной
картины. |
Генератор |
Индикатор |
|
||
|
развертки |
|
|
|
Импульсный |
Усилитель |
генератор |
|
|
Объект |
контроля
Дефект
Зеркальный импульсный эхо-метод основан на зеркальном отражении импульсов от дефектов, ориентированных вертикально к поверхности, с которой ведется контроль. Принципиальная схема зеркального импульсного эхо метода представлена на рис. 7.11. Наклонные преобразователи А и С располагают по разные стороны изделия таким образом, чтобы получить зеркальное отражение от дефекта D, или по одну сторону изделия А и В, используя отражение сигнала от противоположной (нижней) поверхности. В процессе контроля с помощью механических или электрических сканирующих устройств выполняется условие lA+ lB = const. Этот метод дает возможность точного определение координат дефекта. В вагонном хозяйстве используют, в основном, дефектоскопы, основанные на импульсном эхометоде.
lВ
lА
В
А
D
С
На рис 7.12 дан пример ультразвукового контроля части оси колесной пары под ступицей колеса, то есть зоны, недоступной для других видов дефектоскопии.
дефект (модель дефекта)
1
ПЭП 50О
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
2 |
|
|
3 |
|
|
Рисунок 7.12. Схема прозвучивания и вид экрана дефектоскопа при контроле зоны оси под внешней кромкой ступицы колеса наклонным пьезоэлектрическим преобразователем
ПЭП (N5): 1 – задний фронт зондирующего импульса; 2 - эхо-сигнал от дефекта под внешней кромкой ступицы колеса; 3 - эхо-сигнал от внутренней кромки ступицы колеса.
7.11. Метод акустической эмиссии
Акустическая эмиссия (АЭ) – явление генерации упругих волн в твердых телах при их деформации. Источниками акустической эмиссии являются процессы скольжения и разрушения в кристаллах материала вследствие его пластического деформирования, разрыва связей и роста трещин под действием накопленной упругой энергии.
При деформации кристаллической решетки сигналы эмиссии имеют небольшую амплитуду. Разрывы кристаллической решетки в результате появления и роста трещины генерируют импульсы АЭ большой амплитуды.
3 |
4 |
|
1 |
2 |
5 |
|
|
|
6 |
7 |
Рис. 7.13. Схема распределения энергии при росте трещины:1 – рост трещины; 2 – выделившаяся энергия; 3 – распределение энергии; 4 – энергия упругой деформации кристаллической решетки; 5 – затраты энергии на образование новой поверхности; 6 – волна напряжения; 7 – звуковая энергия.
Связь энергии АЭ с параметрами роста трещины определяется формулой
ЕЭ2 К 2 |
2 L |
, |
(7.11) |
|
E |
||||
|
|
|
где К – коэффициент концентрации напряжений на вершине трещины;
Е – модуль упругости;
L – приращение длины трещины.
Число излучаемых импульсов пропорционально К4.
Небольшие приращения трещины генерируют до 1000 импульсов на 1 мм в зависимости от микроструктуры материала.
Для обнаружения сигналов АЭ используют пьезоэлектрические датчики в диапазоне частот от 0,1 до 0,7 МГц. Для реализации метода АЭ контролируемый объект должен быть нагружен.