Розроблено та вироблено в Україні
0
Кошик
 x 
Кошик порожній

Принцип роботи ультразвукового дефектоскопу

1. Принцип ультразвукового контролю


Ультразвуковий метод контролю відноситься до неруйнівних методів. Цей метод широко застосовують для контролю зварних з'єднань з низьколегованих та низьковуглецевих сталей, алюмінію, міді та їх сплавів

Механічні деформації, що розповсюджуються в пружному тілі, називаються акустичними або пружними хвилями. Їх поділяють на інфразвукові (частота коливання до 30Гц), звукові (20 - 20•10Гц), ультразвукові (від 2 • 104 до 109 Гц) і гіперзвукові (понад 109 Гц). При поширенні акустичної хвилі частки середовища, якими вони проходять, здійснюють коливання щодо точок рівноваги. Якщо частки коливаються вздовж, такі хвилі називаються поздовжніми, якщо перпендикулярно – поперечними. У твердому тілі можуть виникати як подовжні, так і поперечні хвилі. Розрізняють також поверхневі хвилі, що розповсюджуються лише на поверхні тіла. Для контролю зварних з'єднань при ультразвуковій дефектоскопії в основному використовують поперечні та поздовжні ультразвукові хвилі. Швидкість ультразвукових хвиль залежить від властивостей матеріалу або середовища, в якому вони поширюються.

 

Ультразвукова хвиля несе у напрямі свого руху певну енергію, яка характеризується інтенсивністю ультразвуку (кількість енергії, що переноситься хвилею за 1с через 1 см2 площі, перпендикулярною до напряму поширення). У міру поширення ультразвукової хвилі її інтенсивність падає. Про довжину шляху хвилі можна судити за величиною коефіцієнта згасання. У твердих тілах він складається з коефіцієнта поглинання та розсіювання.

Для збудження ультразвукових коливань використовується п'єзоелектричний ефект, сутність якого полягає в тому, що при розтягуванні та стиску деяких кристалів у певному напрямку на їх поверхні виникає електричний заряд. Електричні коливання від генератора високої частоти за допомогою п'єзокристалів перетворюються на механічні коливання частотою до 500 та 1000 МГц.

Якщо до поверхні деталі прикласти п'єзопластину, яка підключена до генератора високої частоти, то в металі почнуть поширюватися ультразвукові хвилі, які, потрапляючи на іншу п'єзопластину, викликають у ній п'єзоелектричні заряди. Ці заряди можуть бути подані на підсилювач та відтворені індикатором.

Для введення ультразвукових коливань і прийому відбитих від дефектів, а також запобігання п'єзопластини від механічних пошкоджень і зношування останню поміщають у спеціальні пристрої, звані ультразвуковими п'єзоелектричними перетворювачами (ПЕП), щупами, шукачами.

ПЕП діляться на кілька типів: суміщений - випромінювач та приймач ультразвукових хвиль в одному корпусі ПЕП; роздільний – випромінювання та прийом ультразвукової хвилі виконують два окремих ПЕП; роздільно-сумісний – випромінювання та прийом ультразвукової хвилі виконують два окремі кристали, які розташовані в одному корпусі ПЕП. Хвилі можуть поширюватися безперервно або у вигляді  імпульсів. Це залежить від режиму роботи генератора.

Для проведення ультразвукового контролю застосовуються спеціальні ультразвукові дефектоскопи, які забезпечують випромінювання ультразвукових коливань, прийом та реєстрацію відбитих сигналів та визначення координат виявлення дефектів. Ультразвуковий дефектоскоп складається з електронного блоку (власне дефектоскоп), набору ПЕП, з'єднувальних кабелів та різних допоміжних пристроїв.

2. Алгоритм роботи ультразвукового дефектоскопу

За допомогою ПЕП передається короткий ультразвуковий сигнал в контрольований об'єкт, отримавши на приймач відбитий сигнал, вимірюється час проходження звукового сигналу від ПЕП до відбиваючої поверхні і назад.

Це можливо лише тоді, коли є чітко визначений стартовий час та кінцевий час. Якщо швидкість звуку в об'єкті контролю відома, тоді, використовуючи прості обчислення, можна визначити відстань до відбиваючої поверхні, і таким чином точне положення несуцільності в об'єкті контролю, мал. 2.

 принцип дефектоскопа

Мал. 2 Принцип вимірювання часу та шляхи імпульсу

Вимірювання часу починається з подачею електричного імпульсу передачі - імпульсу збудження. Це дуже короткий електричний розряд, що викликає звуковий імпульс в п'єзоелементі перетворювача. Звуковий імпульс проходить через матеріал і при відбитті від несцільності або протилежної поверхні матеріалу повертається назад до перетворювача. Отримані коливання перетворюються на електричний імпульс, який зупиняє вимірювання часу. Відстань до відбиваючої поверхні можна буде тоді розрахувати за такою формулою:

 формула расстояния до отражающей поверхности

, де

s - шлях звукового імпульсу [мм]; с - швидкість звуку у матеріалі [км/с]; t - час проходження імпульсу [c].

Якщо тепер час проходження та амплітуду імпульсу відобразити у графічному вигляді, вийде спрощена модель універсального Ультразвукового дефектоскопа (Мал. 2.1).

 ультразвуковые сигналы

  Мал. 2.1. Графічне відображення отриманих ультразвукових сигналів у модульному вигляді

3. Налаштування ультразвукового дефектоскопу

Перед проведенням ультразвукового контролю безпосередньо на реальному об'єкті контролю дефектоскоп необхідно налаштувати. Налаштування дефектоскопа виконується у два етапи:

- налаштування параметрів ПЕП

- налаштування показань дефектоскопа за зразком із заздалегідь відомими параметрами контролю.

До налаштування параметрів ПЕП відноситься:

  • налаштування робочої частоти ПЕП,
  • налаштування стріли ПЕП,
  • налаштування кута введення ПЕП,
  • налаштування затримки у призмі ПЕП.

Налаштування параметрів ПЕП проводять на стандартних зразках для ультразвукової дефектоскопії СЗ-1, СЗ-2, СЗ-3.

До налаштування показань дефектоскопа за зразком із заздалегідь відомими параметрами контролю відноситься

  • налаштування швидкості розповсюдження ультразвукових коливань в об'єкті контролю.
  • налаштування чутливості та рівня бракування

Останні налаштування проводять за зразками із заздалегідь підготовленими відбивачами (дефектами), такі зразки називають стандартними зразками підприємства СЗП. СЗП виготовляють з такого самого матеріалу, що і об'єкт контролю, а штучний дефект має мінімальні допустимі розміри, які передбачені для конкретного об'єкта.

Ультразвуковий метод контролю здійснюється відповідно до вимог ГОСТ 14782-76, ГОСТ 20415-2 та з урахуванням діючих галузевих стандартів на ультразвуковий контроль.

Ефективність ультразвукового контролю залежить від цілого ряду факторів.

Велике значення при цьому має частота ультразвукових хвиль. Зі збільшенням частоти зменшується їх довжина, отже, підвищується чутливість методу, тобто розширюється діапазон виявлення дрібніших дефектів. Однак із збільшенням частоти на розповсюдженні ультразвукових коливань більшою мірою починає відображатися вплив структури контрольованого металу.

Перевагою ультразвукової дефектоскопії є можливість контролю при односторонньому доступі до виробу, простота і висока продуктивність методу, велика проникаюча здатність, що дозволяє виявити внутрішні дефекти у великогабаритних виробах, можливість автоматизувати процес контролю, повна безпека для оператора та навколишніх робітників, висока чутливість, що забезпечує виявлення дрібних дефектів.