Ультразвуковые приборы дефектоскопы

ГОУ ВПО МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

ИНСТИТУТ   ИИЭСМ

ФАКУЛЬТЕТ МиАС

КАФЕДРА      МОиДМ 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На  тему: Ультразвуковые приборы дефектоскопы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Левина Е.М.

группа  МиАС 4-1

  Руководитель: Дьяконов Н.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва, 2012 г.

 

 

 

 

Содержание:

 

Введение

1.

2.

3.

4.

5.

6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Двадцать первый век - век атома, покорения космоса, радиоэлектроники и ультразвука. Наука об ультразвуке  сравнительно молодая. Первые лабораторные работы по исследованию ультразвука  были проведены великим русским  ученым-физиком п. Н. Лебедевым в  конце xix, а затем ультразвуком занимались многие видные ученые.

Ультразвук представляет собой  волнообразно распространяющееся колебательное  движение частиц среды. Ультразвук имеет  некоторые особенности по сравнению  со звуками слышимого диапазона. В ультразвуковом диапазоне сравнительно легко получить направленное излучение; он хорошо поддается фокусировке, в  результате чего повышается интенсивность  ультразвуковых колебаний. При распространении  в газах, жидкостях и твердых  телах ультразвук порождает интересные явления, многие из которых нашли  практическое применение в различных  областях науки и техники.

Так, ультразвуковые колебания применяют  в неразрушающем контроле. Профессор  с. Я. Соколов использовал свойство распространения ультразвука в  ряде материалов и предложил в 1928 году новый метод обнаружения  дефектов, залегающих в толще металла. Ультразвуковой метод скоро получил  признание в нашей стране и  за рубежом. Это объясняется более  высокой чувствительностью по раскрытию  на 5 порядков, достоверностью в 2 – 2,5 раза обнаружения дефектов, более высокой  оперативностью в 15 – 20 раз и производительностью  в 2 – 4 раза, меньшей стоимостью в 2 – 6 раз и безопасностью в работе по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.

 

Дефектоско́п— устройство для обнаружения дефектов в изделиях из различных металлических и неметаллических материалов методаминеразрушающего контроля. К дефектам относятся нарушения сплошности или однородности структуры, зоны коррозионного поражения, отклонения хим. Состава и размеров и др. Область техники и технологии, занимающаяся разработкой и использованием дефектоскопов называется дефектоскопия. С дефектоскопами функционально связаны и другие виды средств неразрушающего контроля:течеискатели, толщиномеры, твердомеры, структуроскопы,  интроскопы и стилоскопы.

 

 

 

 

 

 

 

 Применение

Дефектоскопы используются в транспорте, различных областях машиностроения, химической промышленности, нефтегазовой промышленности, энергетике, строительстве, научно-исследовательских лабораториях для определения свойств твердого тела и молекулярных свойств и в других отраслях; применяются для контроля деталей и заготовок, сварных, паяных и клеевых соединений, наблюдения за деталями агрегатов. Некоторые дефектоскопы позволяют проверять изделия, движущиеся со значительной скоростью (например, трубы в процессе прокатки), или сами могут передвигаться с большой скоростью относительно изделия (например, рельсовые дефектоскопы, тележки и вагоны-дефектоскопы). Существуют дефектоскопы для контроля изделий, нагретых до высокой температуры.

[править]акустические (ультразвуковые) дефектоскопы

[править]импульсные ультразвуковые дефектоскопы

 

 

Ультразвуковой дефектоскоп для  контроля рельсов

В импульсных дефектоскопах используются эхо-метод, теневой и зеркально-теневой  методы контроля.

Эхо-метод основан на посылке  в изделие коротких импульсов  ультразвуковых колебаний и регистрации  интенсивности и времени прихода  эхосигналов, отражённых от несплошностей (дефектов). Для контроля изделия  датчик эходефектоскопа сканирует  его поверхность. Метод позволяет  обнаруживать поверхностные и глубинные  дефекты с различной ориентировкой.

При теневом методе ультразвуковые колебания, встретив на своём пути дефект, отражаются в обратном направлении. О наличии дефекта судят по уменьшению энергии ультразвуковых колебаний или по изменению фазы ультразвуковых колебаний, огибающих  дефект. Метод широко применяют для  контроля сварных швов, рельсов и  др.

Зеркально-теневой метод используют вместо или в дополнение к эхо-методу для выявления дефектов, дающих слабое отражение ультразвуковых волн в  направлении раздельно-совмещенного преобразователя. Дефекты (например, вертикальные трещины), ориентированные перпендикулярно  поверхности, по которой перемещают преобразователь(поверхности ввода), дают очень слабый рассеянный и донный сигналы благодаря тому, что на их поверхности продольная волна  трансформируется в головную, которая  в свою очередь излучает боковые  волны, уносящие энергию. Пример применения зеркально-теневого метода — контроль рельсов на вертикальные трещины в шейке. По чувствительности этот метод обычно в 10—100 раз хуже эхо-метода.

При контроле сварных соединений необходимо обеспечивать тщательное прозвучивание всего металла шва. Ультразвуковые волны вводятся в шов через основной металл с помощью наклонных акустических преобразователей. При поиске дефектов производят продольно-поперечное перемещение (сканирование) преобразователя вдоль шва, одновременно осуществляя его вращательное движение. Чувствительность ультразвукового контроля определяется минимальными размерами выявляемых дефектов или эталонных отражателей (моделей дефектов). В качестве эталонных отражателей обычно используют плоскодонные сверления, ориентированные перпендикулярно направлению прозвучивания, а также боковые сверления или зарубки.

[править]импедансные дефектоскопы

Принцип работы основан на определении  отличия полного механического сопротивления (импеданса) дефектного участка по сравнению с доброкачественным, для чего контролируемая поверхность сканируется с помощью двух пьезоэлементов, один из которых возбуждает колебания в материале, а другой воспринимает колебания. Импедансные дефектоскопы предназначены для обнаружения дефектов, расслоений, непроклеев, пористости и нарушения целостности композитных материалов и сотовых структур в авиастроении, космической, автомобильной и других отраслях промышленности.

[править]резонансные дефектоскопы

Резонансный метод основан на определении  собственных резонансных частот упругих колебаний (частотой 1—10 мгц) при возбуждении их в изделии. Этим методом измеряют толщину стенок металлических и некоторых неметаллических изделий. При возможности измерения с одной стороны погрешность измерения — около 1 %. Кроме того, при помощи резонансной дефектоскопии можно выявлять зоны коррозионного поражения. Вариантом резонансного метода является спектрально-акустическая дефектоскопия.

[править]другие методы акустической дефектоскопии

Реверберационный метод основан  на анализе времени объемной реверберации — процесса постепенного затухания звука в некотором объеме — контролируемом объекте.

Акустико-эмиссионный метод контроля основан на приеме и анализе волн акустической эмиссии, возникающих в изделии при развитии трещин в процессе его нагружения.

Велосиметрический метод эходефектоскопии основан на измерении изменения  скорости распространения упругих  волн в зоне расположения дефектов в многослойных конструкциях, используется для обнаружения зон нарушения  сцепления между слоями металла.

Акустико-топографический метод  основан на возбуждении в контролируемом изделии мощных изгибных колебаний  заданной (в первом варианте метода) или непрерывно меняющейся (во втором варианте) частоты с одновременной визуализацией картины колебаний поверхности изделия, напр., путём нанесения на эту поверхность тонкодисперсного порошка. При достаточно сильных колебаниях поверхности изделия с заданной частотой частицы порошка из мест, не принадлежащих узлам, постепенно смещаются к узлам колебаний, рисуя картину распределения узловых линий на поверхности — т. Н. Фигуры хладни. Для бездефектного изотропного материала эта картина получается чёткой и непрерывной. Если же в материале имеется дефект, то в зоне дефекта картина меняется: узловые линии искажаются в месте наличия включений, а также на участках, характеризующихся анизотропией механич. Свойств, или прерываются при наличии расслоения. Если используется второй вариант метода, то при наличии расслоения находящийся над ним участок верхнего слоя изделия рассматривается как колеблющаяся, закреплённая по краю диафрагма; в момент резонанса, то есть совпадения частоты возбуждения с собственной частотой этой диафрагмы, амплитуда её колебаний резко возрастает, и частицы порошка перемещаются к границам дефектной зоны, оконтуривая её с большой точностью. Работа ведётся на частотах 30—200 кгц. Чувствительность метода весьма высока: в многослойном изделии (напр., биметал-лич. Или триметаллич. Лист) с толщиной верхнего листа 0,25 мм обнаруживаются дефекты протяжённостью 1 —1,5 мм. Мёртвая зона отсутствует, сканирование не требуется — излучатель прижимается к поверхности изделия в одной точке.

 

 

 

1. Классификация акустических методов  контроля

Согласно гост 23829-79 акустические метода делят на две большие группы: использующие излучение и приём акустических волн (активные методы) и основанные только на приёме (пассивные методы). В каждой из групп можно выделить методы, основанные на возникновении  в объекте контроля бегущих и  стоячих волн или колебаний.

Активные акустические методы, в  которых применяют бегущие волны, делят на две подгруппы, использующие прохождение и отражение волн. Применяют как непрерывное, так  и импульсное излучение.

К методам прохождения относятся  следующие:

Теневой метод, основанный на уменьшении амплитуды прошедшей волны под  влиянием дефекта. (рисунок 2 а)

Временной теневой метод, основанный на запаздывании импульса, вызванном  огибанием дефекта.

Зеркально-теневой метод, основанный на ослаблении сигнала, отраженного  от противоположной поверхности  изделия (донного сигнала).

Велосиметрический метод, основанный на изменении скорости упругих волн при наличии дефекта.

В методах отражения применяют, как правило, импульсное излучение. К этой подгруппе относятся следующие  методы дефектоскопии.

Рисунок 1 – классификация  ультразвуковых методов контроля.

Эхо-метод. Регистрирует эхо-сигналы  от дефектов. (рисунок 2 б)

Зеркальный эхо-метод основан  на зеркальном отражении импульсов  от дефектов, ориентированных вертикально  к поверхности, с которой ведётся  контроль.

Реверберационный метод предназначен для контроля слоистых конструкций  типа металл-пластик. Он основан на анализе длительности реверберации ультразвуковых импульсов в одном  из слоёв.

От рассмотриенных акустических методов  неразрушающего контроля существенно  отличается иимпедансный метод, (рисунок 2 г) основанный на анализе изменения  механического импеданса участка  поверхности контролируемого объекта, с которым взаимодействует преобразователь. На использование стоячих волн основаны следующие методы:

Локальный метод свободных колебаний. Он основан на анализе спектра  возбуждённых в части контролируемого  объекта с помощью ударов молоточка-вибратора. (рисунок 2 д)

Интегральный метод свободных  колебаний. Механическим ударом возбуждаются вибрации во всём изделии или в  значительной его части.

Локальный резонансный метод. Применяется  в тольщиномерии. (рисунок 2 в)

Интегральный резонансный метод. Применяют для определения модулей  упругости материала по резонансным  частотам продольных, изгибных или  крутильных колебаний изделий простой  геометрической формы.

Рисунок 2 – схемы основных акустических методов контроля.

К методам вынужденных колебаний  относят акустико-топографический, акустико-эмиссионный метод. (рисунок 2 е)

2. Эхо-импульсный метод ультразвуковой  дефектоскопии.

Как видно, существует огромное количество методов ультразвуковой дефектоскопии, но один из наиболее распространённых методов является эхо-импульстный  метод ультразвукового неразрушающего контроля. Это объясняется тем, что  этот метод – в отличии от других – применим при одностороннем  доступе к исследуемому объекту, и при этом позволяет определить размеры дефекта, его координаты, характер.

В эхо-импульсном методе ультразвуковой дефектоскопии (узд) используются те же принципы, что и в радио - и акустической локации.

Современный эхо-метод узд основан  на излучении в контролируемое изделие  коротких импульсов упругих колебаний (длительностью 0,5 – 10 мксек) и регистрации  интенсивности (амплитуды) и времени  прихода эхо-сигналов, отраженных от дефектов отражателей.

Импульсный эхо-метод позволяет  решать следующие задачи дефектоскопии:

Обнаружение и определение координат  дефектов, представляющих собой нарушения  сплошности и расположенных как  на поверхности, так и внутри металлических  и неметаллических изделиях и  в сварных соединениях.

Определение размеров дефектов и изделий.

Обнаружение зон крупнозернистости  в металлических изделиях и заготовках.

Аппаратура, реализующая данный метод, позволяет определить характер дефектов, идентифицировать их по размерам, формам, ориентации.

2.1 характеристики

К основным характеристикам метода относятся: чувствительность, максимальная глубина прозвучивания, минимальная  глубина ("мертвая" зона), разрешающая  способность, точность измерения расстояния, производительность контроля[4].

Под чувствительностью понимают минимальный  размер дефекта, находящийся на максимальной глубине и четко регистрируемый прибором. Количественно ее определяют порогом чувствительности. Для эхо-метода – это минимальная площадь  искусственного дефекта типа плоскодонного  отверстия, который обнаруживается при контроле. Ее можно определить по отражателям другого типа, выполняя пересчет на площадь плоскодонного  отверстия по формулам акустического  тракта. Порог чувствительности ограничивается двумя главными факторами: чувствительностью  аппаратуры и уровнем помех. В  зависимости от структуры материала  будет и изменяться порог чувствительности.