Поиск дефектов в строительных конструкциях ультразвуковым методом

Московский  государственный строительный университет

Институт  энергетического водохозяйственного и природоохранного строительства

Кафедра «Испытания сооружений»

 

 

 

 

Реферат на тему

Поиск дефектов в строительных конструкциях ультразвуковым методом. Особенности методов; преимущества и недостатки. Применяемые приборы.

 

 

 

 

 

 

              Выполнил:

     студент ТЭС – V– 3

        Иванова Е.А.

 

 Москва 2011

Ультразвуковой контроль – один из самых популярных методов  неразрушающего контроля, использующий для выявления дефектов материалов ультразвуковые волны.

Ультразвуковой контроль является наиболее популярным методом  получения информации о дефектах, расположенных на значительной глубине  в различных материалах, изделиях и сварных соединениях.

Возбуждение и  прием колебаний. Для возбуждения ультразвуковых волн на поверхности исследуемого материала устанавливают преобразователи переменного электрического тока, создающие колебания. Чаще всего применятся преобразователи, действующие по принципу пьезоэффекта. при этом для возбуждения колебаний используется так называемый «обратный», а в преобразователях для приема колебаний – «прямой» пьезоэффекты.

Поскольку воздушные прослойки  препятствуют передаче и приему ультразвуковых колебаний, между преобразователями и исследуемым материалом наносят контактирующую среду. Для металла применяют обычно минеральное масло, для бетона и других материалов с неровной поверхностью необходимы смазки более густой консистенции – солидол, технический вазелин, эпоксидные смолы и т.д.

Условия прохождения  ультразвуковых волн. Ультразвуковые колебания могут быть введены в исследуемую среду узким направленным пучком – «лучом» с малым углом расхождения. Колебания частиц происходят при этом лишь в локализованном объеме  материала, ограниченном контурами пучка, а исследуемый же элемент в целом остается неподвижным. Эта возможность прозвучивания материала в заданных направлениях является весьма существенной при проведении исследований.

Ультразвуковые волны, переходя из одной среды в другую, преломляются, а также отражаются от граней, разделяющих  эти среды, что используется для  определения из распространения  при данном методе контроля. В воздушных  прослойках ультразвуковые колебания  затухают почти полностью, что позволяет выявлять и исследовать скрытые внутренние дефекты: трещины, расслоения, пустоты и т.д.

Различают продольные и поперечные волны. В первом случае частицы материала колеблются по направлению ультразвукового луча, а во втором – перпендикулярно ему. Используют также поверхностные волны, как продольные, так и поперечные, распространяющиеся лишь в поверхностном слое материала и позволяющие, например, в металле, обнаруживать самые мелкие поверхностные повреждения. Скорость распространения волн (своя для каждого из указанных видом материалов) является одним их основных показателей при оценке физико-механических характеристик и состояний бетона, древесины и других материалов с переменными плотностью и влажностью.

Способы прозвучивания. По направлению ультразвуковых волн различают два основных приема прозвучивания.

Сквозное – когда излучатель, возбуждающий колебания, и приемник, воспринимающий их, расположены с противоположных сторон исследуемого объекта (рис. 1, а, б). направление ультразвукового луча по отношению к поверхности материала может при этом быть как нормальным, так и наклонным, а также с использованием отражения или «эхо-метода», когда излучатель и приемник располагаются на одной и той же стороне (рис. 1, в), что особенно существенно при возможности лишь одностороннего доступа к объекту. Кроме того, эхо-метод удобен при использовании не двух, а одного приемо-передающего преобразователя, который последовательно посылает упругие волны и сам же принимает их отражения.

Рис. 1. Способы прозвучивания:

а- сквозное прозвучивание  нормлаьно к поверхности элемента; б- диагональное прозвучивание; в- эхо-метод;

1-прозвучиваемый элемент; 2-излучающая пьезоэлектрическая  пластинка; 3-пьезопластинка, воспринимающая  колебания; 4-призма из оргстекла; 5-направление прозвучивания; 6-выявляемый  дефект; 7-теневая зона

 

 

 

 

По характеру  излучения необходимо различать:

1) метод непрерывного излучения с подачей к излучателю колебаний переменного тока постоянной частоты; по такому принципу были разработаны первые дефектоскопы (С. Я. Соколов, 1928 г.) для выявления дефектов в материале по направлению звуковой тени (рис.1, в);

2) импульсный метод, получивший сейчас самое широкое применение как наиболее эффективный при исследовании бетона, при дефектоскопии сварных швов металлоконструкций и др. В этом случае к преобразователю через определенные достаточно малые промежутки времени, например, 25 или 50 раз в 1 сек, подаются короткие серии («пакеты») колебаний высокой частоты.

Регистрация ультразвуковых колебаний производится с помощью  специальной аппаратуры. Наиболее распространенной является передача электрических колебаний  от приемного преобразователя через  усилитель на экран электроннолучевой  трубки катодного осциллографа. С  большой точностью при этом могут  быть определены скорость прохождения  ультразвуковых колебаний через  исследуемый материал, интенсивность  их затухания, а также другие показатели, используемые при оценке результатов  измерений.

Приборы: УКБ-1, УКБ-1М УКБ16П, УФ-90ПЦ Бетон-8-УРП, УК-1П.

 

 

 

 

 

 

 

Область применения ультразвуковых методов.

Определение динамического  модуля упругости.

Определение толщины элемента при одностороннем доступе.

Определение глубины трещин в бетоне.

 

В бетонных и железобетонных конструкциях производится:

-определение прочности бетона по корреляционным зависимостям между скоростью распространения ультразвуковых волн и прочностью бетона на сжатие, устанавливаемым путем параллельных ультразвуковых и прочностных испытаний образцов бетона заданного состава и режима изготовления (при контроле вновь изготовляемых конструкций и деталей) или образцов, извлеченных из возведенных сооружений. В случае невозможности отбора образцов из уже эксплуатируемых конструкций ориентировочное определение прочности бетона возможно по тарировочной зависимости;

-контроль однородности бетона в сооружениях;

-выявление и исследование дефектов в бетоне сквозным прозвучиванием (возможным и при значительных толщинах бетона – до 10 м и более) и путем измерений на поверхности конструкций. О наличии и характере дефектов и повреждений судят при этом по изменениям скорости прохождения ультразвуковых волн в пределах отдельных участков поверхности (так называемый метод годографа, т.е. графика скоростей);

-определение толщины верхнего ослабленного слоя бетона, расположения слоев разной плотности и т.п.

Наличие арматуры в железобетонных конструкциях не мешает применению ультразвуковых методов, если направление прозвучивания  не пресекает арматурные стержни  и не совпадает с ними.

 

В металлических  конструкциях:

-импульсная дефектоскопия швов сварных соединений в стальных и алюминиевых конструкциях;

-дефектоскопия основного материала;

-толщинометрия (определение толщин защитных металлических покрытий; выявление ослабления сечений коррозией).

 

В деревянных конструкциях и конструкциях с применением  пластмасс:

-проверка физико-механических характеристик,

-проверка качества и дефектоскопии основного материала;

-дефектоскопия клеевых соединений и стыков.