ОТД_Краткий курс лекций_2010

Г

П

Рис. 2.7 Схема УЗК теневым методом

Зеркально-теневой метод (рис. 2.8) основан на измерении амплитуды данного сигнала. Он используется при одностороннем доступе к объекту.

Рис. 2.8 Схема зеркально-теневого метода УЗК

Ультразвуковые методы контроля используются в ультразвуковой тол-

щинометрии и дефектоскопии. Ультразвуковая толщинометрия в настоящее время широко используется для измерения толщины объектов, как при их изго-

товлении, так и при контроле технического состояния.

Измерения толщины изделий на основе ультразвука по сравнению с ме-

ханическими измерениями имеют то преимущество, что не требуют доступа к обратной стороне стенки контролируемого объекта. Это могут быть как закры-

21

тые сосуды, трубные системы, так и изделия более сложных форм. Для стали и гомогенных материалов может быть достигнута очень высокая точность изме-

рений. Кроме того, возможно проведение измерений в отдельных точках, на-

пример, в критических местах узлов установок, находящихся под высокой на-

грузкой, без их остановки.

Принцип действия ультразвуковых толщиномеров основан на ультразву-

ковом импульсном эхо-методе измерения, который использует свойства ульт-

развуковых колебаний отражаться от границы раздела сред с разными акусти-

ческими сопротивлениями. Электронный блок толщиномера вырабатывает за-

пускающий импульс, подаваемый на излучающую пластину акустического преобразователя, которая излучает ультразвуковой импульс через линию за-

держки в изделие. Этот импульс распространяется в изделии до внутренней по-

верхности изделия, отражается от нее, распространяется в противоположном направлении и, пройдя линию задержки, принимается приемной пластиной.

Время распространения ультразвуковых колебаний связано с толщиной изде-

лия. Принятый импульс усиливается и подается на вход блока обработки ин-

формации, который формирует цифровой код, пропорциональный времени распространения импульса в изделии с учетом времени распространения в ли-

ниях задержки, после чего встроенная микро ЭВМ вычисляет толщину.

В настоящее время выпускается широкий ряд ультразвуковых дефекто-

скопов как отечественного, так и зарубежного производства.

К ним относятся ультразвуковые дефектоскопы типа Булат-1М, ТУЗ-1,

ТУЗ-2, А 1207, А 1208, А 1209, УТ-93П (Россия), DM 4E, DM 4, DM 4DL, DMS 2, DMS 2TC (Kpautkremer, Германия), 26 MG, 26 MG-XT, 26 XTDL, 36 DLPLUS (Panametrics, США) и др.

Ультразвуковые дефектоскопы используют для обнаружения и анализа дефектов в материалах. Ультразвуковая дефектоскопия сводится к решению следующих задач:

выявление дефектов, подлежащих регистрации;

определение местоположения дефектов;

22

оценка размера дефекта;

протоколирование результатов контроля.

Принцип работы ультразвукового дефектоскопа также основан на спо-

собности УЗ-колебаний распространяться в контролируемых изделиях и отра-

жаться от внутренних дефектов и границ изделий. При этом глубина залегания дефекта определяется по формуле:

где H – расстояние от точки ввода УЗ-колебаний до дефекта;

c – скорость распространения УЗ-колебаний от точки ввода до де-

фекта;

t – время прохождения УЗ-колебаний от точки ввода до дефекта.

Современные ультразвуковые дефектоскопы выпускаются в различных модификациях, при этом некоторые из них могут быть также использованы для толщинометрии. В настоящее время на российском рынке представлен широ-

кий спектр ультразвуковых дефектоскопов, каждый из которых имеет свое на-

значение, особенности и технические характеристики. Это УД2-70М, УД2-12,

«Пеленг» УД2-102, УД3-103 (Россия), USN 52R, USM 22, USLT 2000 (совме-

щенный с ноутбуком), USD-15, USPC (Kpautkremer, Германия), EPOCH II, EPOCH III (Panametrics, США) и др.

Вихретоковая дефектоскопия

Вихретоковая (электромагнитная индукционная) дефектоскопия основана на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля возбуждающей катушки прибора с электромагнитным полем вихревых токов объекта контроля.

Схема образования вихревых токов показана на рис. 2.9. В катушке 1 пропус-

кается переменный ток, который возбуждает переменное магнитное поле. Это поле возбуждает токи в поверхностных слоях объекта 2.

При проведении вихревого контроля (рис. 2.10) датчик 3 сканирует по-

верхность контролируемого объекта 2. Наличие дефектов приводит к измене-

23

нию электропроводности в местах их расположения. Это изменение фиксирует-

ся специальным прибором 4.

1

2

Рис. 2.9 Образование вихревых токов в контролируемом объекте.

4

2

Рис. 2.10 Схема вихревого контроля.

1 – катушка; 2 – объект контроля; 3 – датчик; 4 – прибор для регистрации показаний датчика.

Вихретоковые дефектоскопы, такие как, например ВД-87 НСТ (Россия),

ED-1100 (Centurion NDT, США), Noktes-100 (Stavley Instr., США), предназначе-

24

ны для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов в электро-

проводящих материалах, выполненных из магнитных и немагнитных сталей с сплавов.

Капиллярные методы контроля

Капиллярные методы контроля предназначены для обнаружения только поверхностных дефектов, не опознаваемых визуально. Методы основаны на Апиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетрантов) в по-

Перед применением метода поверхность контроля очищают от шлаков,

ржавчины, масла и других загрязнений. Затем поверхность металла покрывают специальной жидкостью (пенетрантом), которая проникает в несплошности. В

основном пенетрант состоит из керосина, который исключает закупорку щелей.

Время действия пенетранта обычно составляет несколько минут. Далее поверх-

ность очищают от пенетранта и проявляют оставшийся на поверхности рису-

нок. Проявление дефектов производят с помощью эффектов люминесценции и цветных контрастов. При применении люминесцентного метода объект по-

гружают в индикаторную жидкость (пенетрант) или покрывают ею поверхность изделия. Трещины, поры и другие дефекты подобно капиллярам втягивают в себя индикаторную жидкость и хорошо ее удерживают. Через определенное время поверхность вытирают насухо и наносят на нее сорбент – тальк или по-

рошок магнезии. Сорбент через определенное время вытягивает на поверхность часть индикаторной жидкости, оставшейся в дефектах и не удаленной при вы-

тирании. При облучении объекта ультрафиолетовыми лучами, индикаторная жидкость, поглощенная сорбентом в местах дефектов, будет люминесцировать.

При цветном методе проявление дефектов производят путем нанесения на поверхность красной проникающей жидкости. Происходит капиллярное втя-

гивание окрашенной жидкости в наружные дефекты. После удаления излишков пенетранта наносят проявитель, содержащий белое пигментное вещество, спо-

собствующее «вытягиванию» пенетранта из дефектов и одновременно служа-

25

щее для повышения контрастности. В качестве пенетрантов можно использо-

вать готовые смеси типа Sherwin, Ardrox (США), а также Spotcheck, Zyglo

(фирма Magnaflux, Англия). Для усовершенствования процесса контроля вы-

пускаются ультрафиолетовые светильники типа КД-3-ЗЛ, УФО-9-ЭВ. Кроме того, в настоящее время производят целые модульные линии для цветной и люминесцентной капиллярной дефектоскопии, которые включают модули для нанесения пенетрантов, мойки, сумки, нанесения проявителей, смотровые Амеры, системы фильтрации использованной воды и различные аксессуары

(например, фирмы Magnaflux, Англия).

Чувствительность капиллярных методов определяется по величине ми-

нимально выявленных дефектов (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Минимальные выявленные дефекты при капиллярной дефекто-

скопии

Визуально-оптический метод

Средства визуально-оптической диагностики предназначены для контро-

ля поверхностей в труднодоступных местах конструкции без разборки.

Метод позволяет выявить забоины, разрывы, трещины, эрозионный из-

нос, прогары, усталостные трещины, коробления, деформации, нарушение про-

точной части и т.п. Средствами реализации метода являются устройства, вклю-

чающие эндоскоп или бороскоп, телевизионную камеру и регистратор изобра-

жения на видео или фотопленку.

Эндоскопы или бороскопы – это смотровые приборы, построенные на ба-

зе волоконной и линзовой оптики и механических устройств.

26

Принцип действия эндоскопов заключается в осмотре объекта контроля с помощью специальной оптической системы (часто типа микроскоп, телескоп),

позволяющей передавать изображение на значительные расстояния (до не-

скольких десятков метров) с отношением эффективной длины эндоскопа L

(вводимой в объект контроля части корпуса) к его наружному диаметру d: L/d

>> 1.

Эндоскопия возникла в результате сближения, взаимопроникновения и частичного слияния волоконно-линзовой оптики, с одной стороны, и визуаль-

ного контроля, с другой. Эта быстро развивающаяся область визуально-

оптического контроля представлена большим количеством оптических систем,

устройств, приборов различного назначения. Многие из этих оптических средств выпускаются промышленностью серийно.

Современный серийный эндоскоп является универсальным оптико-

механическим прибором, обеспечивающим любой вид визуальной диагностики и контроля внутри закрытого пространства на значительную глубину (практи-

чески до 30 м).

Использование в эндоскопах холодных источников света высокой ярко-

сти открыло безопасный метод контроля поверхностей в полостях, содержащих взрывчатые материалы, жидкости и газы, а также обеспечило качественное фо-

тографирование, киносъемку и телевизионную передачу изображения указан-

ных поверхностей при малых размерах входного отверстия контролируемой полости.

Существуют линзовые, волоконно-оптические и комбинированные эндо-

скопы.

Линзовые (жесткие) эндоскопы. Оптическая схема современного ти-

пичного линзового эндоскопа показана на рис. 2.11.

Освещенное, с использованием световода, изображение участка объекта контроля (ОК) передается наблюдателю по цепочке, содержащей линзы объек-

тива, иногда и призм, систему поворачивающих линз, служащих для увеличе-

ния эффективности рабочей длины прибора и линз окуляра. Эндоскопы этого

27

типа снабжаются системой фокусировки, позволяющей получать резкое изо-

бражение анализируемого участка ОК как в ближней, так и в дальней зоне.

Управляя поворотной ручкой, можно поворачивать трубку на угол более 360º и

легко изменять анализируемый участок ОК.

L

Рис. 2.11 Структурная схема линзового (жесткого) эндоскопа:

1 – объектив; 2 – металлическая трубка; 3 – система оборачивающих линз; 4 – световод, передающий световую энергию от источника в металличе-

скую трубку для освещения ОК; 5 – окуляр.

Большое разнообразие приборов рассматриваемого типа можно получить за счет комбинации ряда их конструкционных параметров таких, как тип на-

правления визирования эндоскопа (рис. 2.12), диаметр и эффективная длина трубки (соответственно, например, в пределах 6…12 мм и 200…1000 мм), угла поля зрения (в пределах 10…60º). Увеличение линзовых эндоскопов обычно находится в пределах 0,5…5х. Используя соответствующие оптические адапте-

ры на выходе эндоскопов таких типов можно подключать фото- и киноаппара-

ты, телевизионные камеры и поляроидные системы.

Вводимые в ОК элементы линзового эндоскопа работоспособны при тем-

пературах от -40 до +150 ºС и под давлением 0,4 Мпа. Водонепроницаемая кон-

28

струкция трубки эндоскопа позволяет вести контроль в воде и масле. линзовы-

ми эндоскопами можно контролировать стены зданий, поверхности разнооб-

разных трубопроводов, авиационные двигатели, автомобильные литые детали и т.п. и обнаруживать царапины, трещины, коррозионные пятна, выбоины и дру-

гие дефекты размерами 0,03…0,08 мм в изделиях длиной 10 м и диаметром

5…100 мм и более.

Линзовые эндоскопы обычно представляют собой жесткую конструкцию.

Но уже созданы приборы, имеющие участки корпуса с гибкой оболочкой, изги-

бающиеся в пределах 5…10º.

Рис. 2.12 Типы направления визирования эндоскопов:

а– с боковой; б – косоприцельный; в – прямонаправленный;

г– ретроспективный.

Волоконно-оптические эндоскопы.

Возможности технической эндоскопии существенно расширены, благо-

даря созданию волоконно-оптических элементов.

Волоконные световоды представляют собой набор тонких стеклянных светопроводящих волокон диаметром 9…30 мкм, собранных в жгут. Каждый элементарный световод (волокно с большим показателем преломления) покрыт снаружи тонким слоем (1…2 мкм) стекла с более низким показателем прелом-

ления.

На границе волокно-покрытие происходит полное внутреннее отражение света, входящего в основное волокно, что обеспечивает его прохождение по световоду с минимальным ослаблением (рис.2.13). При значительных размерах

29

световода число отражений бывает более 106. Это приводит к ослаблению сиг-

нала, которое связано с длиной световода экспоненциальной зависимостью.

а

г

б

д

в

Рис. 2.13 Структурные схемы волоконных световодов:

а – с прямыми торцами; б – с косыми торцами; в – изогнутые; г – фокен

(уменьшает размеры передаваемого изображения); д – афокен (увеличивает размеры передаваемого изображения).

Спектр пропускания световода определяется свойствами материала, из которого он изготовлен. Обычные световоды из стекла прозрачны в области

0,4…2 мкм.

Для работы в ультрафиолетовой области используют кварцевые волок-

на, прозрачные в диапазоне 0,2…4 мкм.

В инфракрасном диапазоне (0,9…10 мкм и более) применяют волокна из специальных халькогенидных бескислородных стекол.

Световоды для передачи световой энергии изготовляют из беспорядочно уложенных волокон диаметром около 30 мкм. Для передачи изображения ис-

пользуют пучок волоконно-оптических элементов с упорядоченной структурой.

При этом число элементарных волокон может превышать 106 на 1 см2 при диа-

30