Теневой метод (метод прохождения)

Теневой метод основан на регистрации уменьшения амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта (рис. 4.2). Электрические сигналы от генератора (1) поступают на электроакустический преобразователь (2), где они преобразуются в акустические колебания и затем вводятся в контролируемое изделие. Прошедшие через изделие акустические сигналы поступают на приемный преобразователь (3), расположенный с противоположной стороны изделия соосно с излучающим преобразователем. Сигнал, принятый датчиком (3), подается на вход приемника-анализатора (4). Непременным условием данного метода является соотношение , где – длина волны ультразвуковых колебаний, – поперечный размер дефекта.

Информативный параметр метода – амплитуда (A) или время прохождения сигнала (t). Используемое излучение – непрерывное или импульсное.

Теневой метод применяется главным образом для контроля качества листового проката, многослойных материалов, клееных изделий и др. Данный метод имеет высокую помехоустойчивость.

Рис. 4.2. Схема теневого метода АК: 1 – генератор, 2 – электроакустический преобразователь, 3 – приемный преобразователь, 4 – приемник-анализатор

Методы отражения

В методах отражения используют как один, так и два преобразователя; применяют, как правило, импульсное УЗ-излучение.

Информативные параметры:

– амплитуда (несет информацию о размере дефекта);

– время прихода сигнала (глубина дефекта).

К этой подгруппе относят следующие методы дефектоскопии.

Эхо-метод – метод, основанный на регистрации эхо-сигналов от дефектов. Схема метода приведена на рис. 4.3. Блоки 1–4 предназначены для генерации УЗК и их регистрации. Блок 5 является совмещенным преобразователем – он излучает и принимает УЗК. На экране индикатора наблюдается зондирующий импульс, отраженный импульс от дна ОК и эхо-сигнал от дефекта. Эхо-метод нашел наибольшее применение в практике АК. С его помощью решают задачи дефектоскопии поковок, литья, сварных соединений, многих неметаллических материалов. Эхо-метод используют также для определения геометрических параметров ОК и контроля физико-механических свойств материала.

Рис. 4.3. Схема эхо-метода АК: а) 1 – импульсный генератор, 2 – генератор развертки, 3 – индикатор, 4 – усилитель, 5 – приемник сигнала; б) вид эхо-сигналов при отсутствии дефекта (рисунок сверху) и при наличии дефекта (рисунок снизу)

В эхо-зеркальном методе анализируются сигналы, испытавшие зеркальное отражение от донной поверхности контролируемого изделия и от дефекта (рис. 4.4). Этот вариант акустического контроля рассчитан на выявление вертикальных дефектов. Основное преимущество данного метода – высокая выявляемость плоскостных дефектов и возможность оценки их формы. Эхо-зеркальный метод применим для металлов больших толщин. Признак существования дефекта – появление импульса на заданном участке развертки экрана дефектоскопа.

Информативный параметр метода – амплитуда сигнала.

Для точного определения места расположения трещины требуется выполнение условия:

, (4.1)

где – расстояния от края дефекта до точек ввода луча преобразователей A и B соответственно;

– толщина объекта контроля;

– угол ввода луча.

Преобразователи (А и В) жестко закреплены и образуют так называемый тандем – механическое устройство, позволяющее обнаруживать вертикальные трещины. Если возможен двухсторонний доступ к объекту контроля, то используются преобразователи А и С (так называемый К-метод).

lB lA

Рис. 4.4. Схема эхо-зеркального метода АК: A, B, C – наклонные преобразователи, Н – высота объекта контроля, a – угол ввода луча, lA и lB – расстояния от дефекта до точки ввода луча преобразователей A и B соответственно

Для выявления дефектов типа вертикальных трещинприменяетсядельта-метод. Преобразователь излучает расходящийся пучок поперечных волн t. На краях трещины за счет дифракционных эффектов возникают краевые продольные и поперечные волны, изотропно рассеивающиеся в пространстве. Схема метода приведена на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Схема дельта-метода АК: а) 1 – электроакустический преобразователь (наклонный), 2 – приемный преобразователь (нормальный), l – продольные волны, t – поперечные волны; б) вид эхо-сигналов, разделенных временной задержкой

Информативные параметры:

- амплитуда продольной волны (несет информацию об остроте краев трещины);

- запаздывание импульса по времени (характеризует длину трещины).

Преимущества метода:

- метод выявляет дефекты типа вертикальных трещин;

- возможность определить месторасположение дефекта;

- возможность определить размер трещины.

Реверберационный метод основан на анализе времени объемной реверберации – процесса постепенного затухания звука в некотором объеме (рис. 4.6). На рис. 4.6 представлен пример слоистого объекта контроля, состоящего из трех слоев: металл, пластик и резина. Метод считается индикаторным и эффективно применяется для контроля слоистых и композитных материалов.

Информативные параметры: время гашения ревербераций.

Рис. 4.6. Реверберационный метод АК: а) схема метода; б) и в) вид осциллограмм (t1<t2)

Импедансный метод

Импедансный метод основан на анализе изменения механического или входного акустического импеданса участка поверхности контролируемого объекта, с которым взаимодействует преобразователь (рис. 4.7).

Акустический импеданс определяется как

, (4.2)

где – акустическое давление;

– колебательная скорость (с этой скоростью частицы или элементы среды совершают колебательные движения);

– плотность среды;

– фазовая скорость волны.

Механический импеданс :

, (4.3)

где – приложенная сила.

Акустический и механический импедансы не совпадают по размерности:

[Z_A] =[акуст. Ом ], [Z_M]=[механ. Ом ].

Изменение входного импеданса механической системы может быть обнаружено по изменению амплитуды или фазы силы реакции, действующей на датчик, возбуждающий в изделии упругие колебания. На рис. 4.7 показана принципиальная схема измерения импеданса по изменению амплитуды.

Рис. 4.7. Схема импедансного метода АК: 1 – генератор, 2 – анализатор, 3 – колеблющийся стержень

Датчиком является стержень, совершающий продольные колебания. Если стержень контактирует с участком (например, обшивкой, жестко склеенной с заполнителем), то вся конструкция колеблется как единое целое и импеданс системы заполнитель–обшивка­–датчик определяется ее жесткостью. При этом сила реакции изделия на стержень будет значительной. Если же стержень расположен над дефектной зоной (непроклеем), то непроклееный участок обшивки будет совершать колебания независимо от всей конструкции, как зажатый по контуру диск. Так как жесткость обшивки значительно меньше жесткости рассматриваемой системы, то сила резко уменьшится.

Импедансный метод позволяет обнаруживать зоны нарушения жесткой связи между элементами слоистых конструкций: непроклеи, непропаи, расслоения, слабую адгезию и т. д. Этим методом можно контролировать изделия как с плоскими, так и с кривыми поверхностями.