Ультрадыбыстық бақылау

Кіріспе

 

 

«Ультрадыбыс»  түсінігі қазіргі таңда, акустикалық  толқындардың спектрінің жоғарғы жиілікті бөлігінің қарапайым шартты белгісі  ғана емес, кең мағынаға ие болып  отыр. Онымен қазіргі  физиканың,  өндірістік технологияның,  ақпараттық және өлшеуіш техника мен биологияның барлық облыстары байланысты.

Алғашқы  ультрадыбысты  зерттеулер өткен ғасырда орындалғанымен ультрадыбысты кең тәжірибелік  қолданудың негіздері кейінірек, жиырмасыншы  ғасырдың бірінші үштігінде негізделген  болатын. Ультрадыбыс ғылым мен техниканың облысы ретінде әсіресе соңғы үш-төрт онжылдықта кең дамуды бастады. Бұл акустиканың ғылым ретінде жалпы прогресcімен және де оның сызықты емес және кванттық акустика сияқты бөлімдердің дамуымен, сонымен қатар қатты дене физикасының, электрониканың дамуымен, әсіресе кванттық электрониканың туындауымен байланысты болды. Ультрадыбыстық әдістерінің кең қолданылуы бір жағынан, сәулеленетін қуаттың жоғарлауын, әлсіз дабылдарды қабылдаған кезінде сезімталдылығының үлкеюін қамтамасыз ететін, басқа жағынан,  сәулеленетін және қабылданатын толқындардың жоғарғы диапозон шегін гипердыбыстық жиіліктер облысына жылжуына көмектесетін акустикалық толқындарды сәулелендіретін және қабылдайтын жаңа сенімді құралдардың пайда болуына негізделген. 

Өндірісте ультрадыбыстық әдістерді дефектоскопия, қалыңдықты өлшеу және металдардың құрылымдық талдауы үшін қолданылады. Азовтардан бастап дефектоскопия және қалыңдық өлшеуіштің негізгі деректерін қарастырайық.

 

 

 

 

 

1 МЕСТ 3242-79 бойынша  дәнекерленген қосылыстардың бақылау түрлері мен әдістері

 

 

Бұл стандарт сапаның  бақылау әдістері мен дәнекерленген  қосылыстардың ақауларын анықтаған  кезде олардың қолдану облыстарын орнатады, олар:

• техникалық қарау;
• капиллярлы;
• радиационды;
• акустикалық;
• магнитті;
• ағыс іздеу.

Бақылау әдісі – ультрадыбыс.

Анықталған  ақаулар – ішкі және беттік ақаулар (тегіс емес).

Әдістің сипаттамасы:

Анықталған  ақаулар – сыртқы және беттік ақаулар (тегіс емес), 1-кестеге сәйкес көрсетілген.

 

1-кесте – Сезгіштілік

 

Дәнекерленген қосылыстың қалыңдығы, мм	Шектік сезгіштілік, мм2
1,5 бастап	0,5 – 2,5
10-ға дейін
10-нан бастап 50-ге дейін	2,0 – 7,0
50-нан бастап 150-ге дейін	3,5 – 15,0
150-нан бастап 400-ге дейін	10,0 – 80,0
400-нан бастап 2000-ге дейін	35,0 – 200,0

 

Әдістің ерекшеліктері  – ақаулардың мөлшері, саны, сипаты МЕСТ 14782-86 бойынша шартты көрсеткіштермен анықталады.

 Қолдану  облысы – МЕСТ 14782-86 бойынша.

МЕСТ 14782-86. Қосылыстар дәнекерленген. Әдістер ультрадыбыстық.  Бұл стандарт бұрыштық, беттестірілген, таврлық,баттастырылған қосылыстардың ультрадыбыстық  бақылау әдістерімен орнатылады.

 

 

 

2 Әдістер  мен аппаратураның негізгі параметрлері,  оларды өлшеудің әдістері

 

 

2.1 Шағылу  мен өту әдістерінің негізгі параметрлері

 

Негізгі парамерлері  жиілік, толқын ұзындығы, сезгіштілік, призманың бұрышы, енгізу бұрышы сияқты шамалар болып табылады. Ульрадыбыстық бақылау бойынша маман, оның жұмыс барысында кездесетін параметрлерді таңдай білу қажет және олардың мән-мағынасын білу қажет.  Аппаратура мен бақылау әдістерінің келесідей негізгі параметрлері бар. Біріншісі (мысалы, жиілік, призма бұрышы) тек дефектоскоп пен түрлендіргішке байланысты болады. Екіншісі (мысалы, толқын ұзындығы, енгізу бұрышы) аппаратурамен басқарылатын материалдарға байланысты болады.

Негізгі параметрлерге  ультрадыбыстық бақылау нәтижелерінің сенімділігін ақтайтын параметрлерді жатқызамыз. Бүкіл параметрлердің тізімі қолданылатын аппаратурамен анықталады. Осыған байланысты бақылау параметрлердің жиынтығынан аппаратура параметрлері мен оларға тәуелді бақылау әдістерінің параметрлерін белгілейді.   Жаңғырық-әдіс үшін негізгі параметрлер келесі 2-кестеге сәйкес көрсетілген.

 

2-кесте – Негізгі параметрлер

 

Аппаратураның	Әдістің
1	2
Жиілік, f, МГц	Толқын ұзындығыl, мм
Сезгіштілік: -шартты Ку, мм немесе дБ	Сезгіштілік: нақты; шектік (бекіту деңгейі), Sп, мм2; эквиваленттіSэ, мм
Түрлендіргіш  мөлшері ā, мм	Түрлендіргіштің өріс бағытыj, град
	Фронтальді  шешуші қасиет
Призма бұрышыb, град.	Сәулені енгізу бұрышыa, град.
Тереңдік өлшеуіштің қателігі (селекция жүйесі) А, %	Координаттарды өлшеудің дәлдігі А, %
Ұзақтығы: зондалаушы импульстіңt, мкс; түрлендіргіштің реверберационды бөгеттердіңtп, мкс	Өлі зона h, мм
Сканерлеупараметрлері: қадамs, мм; қозғалу жылдамдығы, мм; айналу бұрышыg, град	Сканерлеу тығыздығы (шектік сезгіштіліктың біртексіздігі) DР, мм
2-кестенін жалғасы
1	2
Тіректік дабылдың дисперсиясы , дБ	Акустикалық байланыстың  тұрақтылығы (түрлендіргіш шектерінің мөлдірлік коэффициентінің дисперсиясы - металл) , дБ
Уақыт бойынша шешуші қасиетtр, мкс	Қашықтық бойынша  шешуші қасиетDr, мм

 

Келтірілген тізімнен көлеңкелі және айналы-көлеңкелі  әдістер үшін әдістердің келесі параметрлері (және де оған сәйкес аппаратураның  параметрлері) сақталады: толқын ұзындығы, сезімталдылығы, түрлендіргіштің өріс бағыты, енгізу бұрышы, өлі зона (тек айналы-көлеңкелі әдіс үшін), сканерлеу тығыздығы, акустикалық байланыстың тұрақтылығы, фронтальді шешуші қасиет.

 

 

2.2. Толқын  ұзындығы және тербелістің жұмыс жиілігі

 

Жұмыс жиілігі  – бұл дефектоскоппен бірге түрлендіргіштен қозатын тербеліс жиілігі f. Толқын ұзындығы l – белгілі бір периодта ортада тербеліс таралатын қашықтық. Бұл параметрлер келесі тәуелділікпен байланысты,1-ші формулаға сәйкес

 

(1)

 

мұндағы с – ортада дыбыстың таралу жылдамдылығы.

 

Жұмыс жиілігінің ауытқуының рұқсаты МЕСТ 14782-86-пен  бекітілген. «Ультрадыбыстық тербелістердің жиілігі 1,25 МГц-тен жоғары диапозонда номиналды мәнінен 10 %-дан жоғары болмау қажет, ал 1,25 МГц-ке дейінгі диапозонда 20 %-дан жоғары болмау қажет».

Жиіліктің өзгеруі  түрлендіргішті жасау кезінде қателіктерінен (әсіресе, материалды және пьезоэлементтің  қалыңдығын таңдау қателістерінен), түрлендіргіштің  дефектоскоптың электрлік тізбектермен дұрыс қосылмауынан, бақылау объектімен акустикалық байланыс сапасының өзгеруінен туындайды. Соңғысы тек тура түрлендіргіштерге қатысты. Көлбеу түрлендіргіштерде пьезоэлемент бақылау объекттен қалың призмамен алшақтатылған, сондықтан да акустикалық байланыстың сапасы пьезоэлементтің тербеліс режимі мен оның жиілігіне әсер етпейді. МЕСТ-тің талаптары тек көлбеу түрлендіргіштерге қатысты.

 

 

2.3 Сезгіштілік

 

Берілген мөлшердегі шағылдырғыштарды көрсететін дефектоскоп  мүмкіндігі сияқты анықталатын дефектоскоп  сезгіштігі маңызды параметрлердің бірі болып табылады. Бұл параметр негізінен бақылаудың айқындылығы мен қайта өңделуін анықтайды.

Бақылауды дефектоскоп  сезгіштігінің еркін деңгейі  кезінде жүргізу қатерлі ақаулардың өтуіне немесе жаңғырық дабылдарды қатерлі  емес ұсақ ақаулардан, тіпті құрылымдық бірыңғайеместіктерден тіркеу нәтижесінде бұйымдарды бұзылуға алып келуі мүмкін. Сондықтан, ақауларды табу, олардың мөлшерін бағалау мен өнімді бұзылудан қайта жөндеу  қатаң түрде сезгіштіктің анықталған деңгейінде өткізілуі керек.

Сезгіштіліктің  бірнеше түрі бар: нақты, абсолютті, шекті, сұрыпталушы, іздеуші және шартты.

Нақты сезгіштілік  берілген түр бұйымдарында дефектоскоптың таңдалған баптауы кезінде табылатын  нақты ақаулардың минималды мөлшерімен анықталады. Шағылыстырушы қасиеттердің әртүрлілігінен жарықшаққа қатысты нақты сезгіштілік қосылуларға қатысты нақты сезгіштіліктерге қарағанда ерекшеленеді және т.б. Нақты сезгішітіліктің сандық мәні берілген бұйымнан табылған ақаулардың статистикалық талдауы негізінде анықталады.

Абсолютті сезгіштілік  дефектоскоптың электроакустикалық пен электрлік трактінің акустикалық дабылдарға максималды қолжетімді сезгіштігін сипаттайды, ол шудың пайда болуына дейін толығымен күшейткіш реттеушілері мен түрлендірушіден қашықтықта орналасқан жазықтықтан берілген дабыл қатынасы бойынша қуат енгізілген кезде сезгіштілік резервінің мөлшерімен өлшене алады. Бұл сипаттама берілген түрлендіргішке (минималды байқалатын ақау мен дыбысталу тереңдігінің өлшемдеріне) ие дефектоскоптың потенциалды мүмкіндіктерін бағалау үшін қажет. Заманауи дефектоскоптар 80-100 дБ абсолютті сезгіштілігіне ие.

Шекті сезгіштілік  берілген сынау үлгісінде белгілі  тереңдікте орналасқан және дефектоскоптың нақтылы баптауы кезінде сенімді  түрде анықталтын түрлендіргіштің  акустикалық осьімен біліктес жайпақ түпті тесіктің ең төмен ауданымен анықталады. Бұл деңгейді көбінесе бақылаушы сезгіштілік деп, ал ол бапталатын жасанды шағылдырғышты бақылаушы шағылдырғыш деп атайды. Шекті сезгіштілік бақылаудың негізгі параметрі болып табылады және әдетте сәйкес нормативтік құжаттармен ресімделеді.

Эквивалентті  аудан (диаметр) деп нақты ақау орналасқан тереңдікте ресми түрде орналасқан және жаңғырық дабыл беретін амплитуданы  тарататын жайпақ түпті тесік  ауданын (диаметрін) атайды.

Фиксация мен сұрыптау деңгейлері берілген өнімнің бақылау нормаларында орнатылған.

Бақыланушы  өнімнің барлық көлеміне таралған шекті  сезгіштілікті фиксация деңгейі (бақылау  деңгейі) немесе сұрыптаушы деңгей деп  атайды. Фиксация деңгейі бақыланушы өнімнің барлық көлемінде анықталуға тиіс ақаудың эквивалентті ауданымен анықталады, ал сұрыптау деңгейі берілген өнімде рұқсат етілмейтін ақаудың эквивалентті ауданымен.

Сұрыпталушы сезгіштілік  берілген өнім үшін техникалық шарттар  бойынша рұқсат етілген жайпақ түпті  шағылдырғыштың максималды ауданымен сипатталады. Әдетте оның деңгейі шекті сезгіштілік деңгейіне қарағанда 3,5-6 дБ-ге (1,5-2 есеге) төмен болады.

Іздеуші сезгіштілік  ақауларды іздеу кезінде дефектоскоптың күшею деңгейін анықтайды. Оны енгізудің  қажеттілігі дефектоскоптың шекті сезгіштілігін сканирлеу үрдісі кезінде қозғалыссыз түрлендіргішке қарағанда төмен болуына негізделген. Іздеуші сезгіштілік, әдетте, шекті сезгіштілік деңгейін 5-8 дБ-ге асады.

Шекті сезгіштілікке  баптауды (берілген тереңдікте) фиксация мен сұрыптау деңгейлері жасанды ақаулар бойынша іске асырады. Жайпақ түпті тесік типті ақауларды жасау міндетті емес. Басқа да шағылдырғыштарды немесе түпті дабылдарды қолданып, акустикалық тракт формулалары немесе ААД-диаграммалары бойынша есептеулер жүргізуге болады.

Түрлендіргішке  ие шартты сезгіштілік дефектоскопын  шағылдырғыш орналасқан (мм) тереңдік – плексигластан СО-1 үлгілі стандартта дефектоскоппен сенімді айқындалатын 2мм диаметрлі бүйірлі тесік (1а-суретке  сәйкес) немесе СО-2 үлгілі стандартта сезгіштілігі анықталатын аттенюатр көрсеткіштері N_x арасындағы айырмашылық бойынша және 44мм тереңдікте 6мм диаметрге ие шағылдырғыш сенімді анықталатын N₀ көрсеткіш (1б-суретке  сәйкес) – бойынша анықтайды.

СО-1 мен СО-2 бойынша шартты сезгіштіліктер тәжірибелі түрде салыстырыла алады.

Шекті сезгіштіліктің кейбір мәндеріне шарттының анықталған мәндері сәйкес келеді. Шекті сезгіштілік  шартты бойынша қайта өңделе алады, егер түрлендірушілердің f₁, a₀, 2а, t мәндері шартты сезгіштілік үшін берілген мәндерге сәйкес келсе. Көбінесе, фиксация деңгейін зертханаларда жасанды ақаулар бойынша баптайды және сонда шартты сезгіштілгін анықтайды. Содан фиксация деңгейін бақылау орнында СО-1 немесе СО-2 үлгілері бойынша қайта өңдейді.

Сынау үлгілері бойынша сезгіштілікті эталондау ең танымал әдіс болып саналады. Бұл әдіс кезінде сезгіштілікті эталондау сынау үлгілері бойынша немесе нормативті құжаттарға сәйкес ресімделген жайпақ түпті тесік немесе эквивалентті ауданға ие басқа шағылдырғыш жасалған бақыланушы өнім үстінде тікелей іске асады.

1-сурет – Түрлендіргішке  ие шарт

 

Тура әдіспен  дефектоскоп сезгіштілігінің кез  келген типін эталондауға болады. Әдіс өте қарапайым және де автоматты  түрде көптеген факторлардың акустикалық  трактқа әсерін ескереді. Алайда, бұл әдіс әртүрлі шағылдырғыштарға ие сынау үлгілерінің жиынтығын дайындауды қажет ететіндіктен қымбат бағалы. Сынау үлгісін бақылаушы өнім өңделетін болат маркасынан жасайды. Сынау үлгісі бетінің сапасы бақылаушы өнім бетінің сапасына сәйкес болуы мен жылуөңделудің өткізілуі (егержылуөңделу бақыланушы өнімде қарастырылған болса) міндетті шарттар болып табылады. Үлгі көлемі шағылдырғыштан жаңғырық-дабылға үлгінің қабырғалары мен бұрыштарынан жалған дабылдар келіп түспейтіндей жасалу керек. Бұл жалған дабылдар тірек жаңғырық-дабылдарынан мағыналы қашықтықта болуы керек.

Сынау үлгілерінде  шеттердің біреуінен кем дегенде 20мм қашықтықта талап етілген шекті  немесе сұрыпталушы сезгіштілікке  сәйкес келетін жасанды эталонды шағылдырғыштар жасайды. Үлгі бойынша  нақты ақаулармен сезгіштілікті баптауға болмайды. Бұл көлемдер мен нақты ақаулар формаларын және үлгілерді көбейту кезінде қайта өңдеуді тура анықтаудың мүмкін еместігімен түсіндіріледі.