Ультразвуковой метод неразрушающего контроля.

Акустический метод НК основан на регистрации параметров упругих колебаний, возбужденных в контролируемом объекте. К акустическому НК относятся ультразвуковая и звуковая дефектоскопии. Органолептический НК имеет отношение к акустическому ОТС (слуховой контроль).

Акустический контроль основан на регистрации параметров упругих колебаний при прохожденииих через контролируемый объект.

Импедансный акустический метод применяется для обнаружения дефектов в виде всевозможных расслоений (например, непроклея, отслаивания обшивки, паяных соединений и т.п.). Он основан на зависимости силы реакции поверхности контролируемого изделия на контактирующий с ним колеблющийся стержень. Если совершающий продольные колебания стержень соприкасается с участком изделия, имеющим хорошее соединение, то вся конструкция колеблется как единое целое, и механическое сопротивление (механический импеданс), оказываемое изделием стержню, определяется жесткостью всей конструкций. При этом сила реакции на стержень имеет значительную величину. Если стержень расположен над дефектом соединения, то сила реакции на датчик резко уменьшается, так как жесткость дефектного участка соединения меньше жесткости всей конструкции (рис. 5.23.).

 

Из разновидностей ультразвуковой дефектоскопии наибольшее распространение в ГА получили эхо-импульсный и зеркально-теневой, меньше - импедансный. Для дальнейшего внедрения ультразвукового НК представляет интерес акустическая эмиссия и шумовибрационная. Нередко ультразвуковой НК является единственно возможным для ОТС объектов в труднодоступных местах или в сборе - без разборки.

Эхо-импульсный метод НК применяется для обнаружения повреждений - трещин в деталях с трудными подходами для дефектации (в сварных швах, токостенных деталях горячей части АД и т.д.).

Импедансный НК применяется для ОТС клеевых соединений элементов конструкций с сотовым заполнителем.

В указанных разновидностях НК используются акустические волны, являющиеся механическими колебаниями частичек упругой среды, способными к распространению в этой среде. Причем при движении волны происходят только колебания частиц около своих положений равновесия, а не их перенос, передвижение. Расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе, называют длиной волны. Частота колебаний является обратной величиной периода колебаний. Волны различаются в зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения волны и имеют названия: продольные, поперечные, нормальные (симметричные - волны растяжения или асимметричные - волны изгиба) и поверхностные. Продольные - распространяются в любой среде (жидкой, газообразной, твердой), а поперечные - только в твердой среде. Нормальные волны можно получить только в тонкостенных деталях, листах, трубах с постоянной толщиной (0,3 -10 мм). Частицы среды при этом совершают одновременно продольные и поперечные колебания на всю толщину объекта, описывая эллиптические или даже более сложные траектории. В поверхностных волнах частицы совершают продольные и поперечные колебания в направлении распространения и перпендикулярно к нему. Эти волны распространяются на поверхности (конфигурации) детали, быстро затухают в глубине материала детали. При этом толщина слоя распространения поверхностных волн достигает 0,3 - 6,0 мм от поверхности детали.

Волны в зависимости от частоты делятся на звуковые, ультразвуковые, инфразвуковые и гиперзвуковые. Человеческий слух воспринимает только звуковые волны и для НК деталей используются частоты 1-8 кГц. Но для ОТС применяются и ультразвуковые волны с частотой 0,5-10 МГц. Акустические свойства одной среды по отношению к другой характеризуются удельным волновым сопротивлением (это произведение плотности среды на скорость распространения в ней продольной волны); соотношения которого для газов, жидкостей и металлов имеет вид 1: 10⁴: 10⁵.

Коротковолновые, ультразвуковые колебания (УЗК) очень похожи по своим свойствам на световые лучи, т.к. распространяются в виде направленных лучей, могут отражаться, преломляться, фокусироваться, интерферировать, испытывать дифракцию и затухать по мере их распро-странения.

С целью возбуждения ультразвуковых волн применяются электроакустические преобразователи: пьезоэлектрические, магнитострикционные и др. В дефектоскопах нашли применение пьезоэлектрические преобразователи из пьезокерамических материалов. Принцип их работы в пьезоэлектрическом эффекте - возникновение электрозарядов при сжатии и растяжении преобразователей. Знак зарядов зависит от вида деформации - сжатия или растяжения. Величина зависит от приложенной силы. Этот эффект обратим, так, при приложении к поверхности преобразователя переменного электрополя преобразователь будет сжиматься или растягиваться, т.е. совершать механические колебания с частотой прило-женного напряжения. Если преобразователь приложить к детали, то в ее материале будут возбуждаться и распространяться УЗК. Их можно излучать непрерывно или импульсами. В последнем случае - это зондирующие импульсы.

Ультразвуковой дефектоскоп обычно состоит из генератора-возбудителя волн, приемника, пьезопреобразователя (пластин), демпфера для ускорения затухания колебаний, осциллографа. Пьезопластины и демпфер помещаются в искательную головку.

Эхо-импульсный ультразвуковой НК основан на регистрации отраженной от поверхности несплошности материала детали или других отражателей УЗК. В эхо-импульсных дефектоскопах чаще всего используется один излучатель, который осуществляет излучение и прием УЗК. Индикатором эхо-сигналов импульсных дефектоскопов служит электронно-лучевая трубка. Могут применяться дополнительные оптические или звуковые индикаторы.

Теневой ультразвуковой НК применяется для ОТС тонких и простых деталей (трубы, профили, листы и т.д.). При применении теневого НК с одной стороны детали посылают импульсную или непрерывную ультразвуковую волну, а с другой стороны детали регистрируют прошедшую волну. По уменьшению или исчезновению сигнала на экране дефектоскопа судят о величине несплошности материала. При этом место нахождения этой несплошности указывает искатель. Однако надо отметить, что теневой НК имеет все же недостаточную чувствительность.

Зеркально-теневой ультразвуковой НК является разновидностью теневого. В таких дефектоскопах излучательный и приемный искатели размещаются с одной стороны детали на расстоянии друг от друга, зависящем от толщины детали; УЗК идут от излучателя, доходят до обратной стороны детали или ее несплошности, отражаются и принимаются приемником. На экране дефектоскопа виден сигнал, т.е. его увеличение в зависимости от величины повреждения. Этот НК нашел более широкое распространение из-за достаточной чувствительности.

Импедансный ультразвуковой НК имеет 2 разновидности. Первый основан на фиксировании повреждения по изменению амплитуды силы реакции контролируемой детали на датчик, второй — по сдвигу фазы силы реакции.

Вторая разновидность применяется для обнаружения повреждений (непроклеев, пустот, расслоений и т.д.) в клеевых и паяных соединениях многослойных конструкций AT и в деталях из слоистых пластиков.

Для ОТС достаточно одностороннего подхода к детали. В качестве датчика служит стержень, совершающий продольные колебания. В объекте, изделии AT возбуждают изгибные колебания звукового диапазона. При отсутствии повреждения объект, изделие колеблется как единое целое и сила реакции изделия на стержень имеет значительную величину, а при наличии повреждения - изгибные колебания возбуждаются только в наружном слое - обшивке изделия. При этом сила реакции уменьшается, т.к. жесткость обшивки значительно меньше жесткости всего объекта, изделия. Величина амплитуды или фазы силы реакции фиксируется индикатором дефектоскопа. Чувствительность этого НК зависит от толщины обшивки, соотношения жесткости объекта, изделия к жесткости обшивки.

ТП этого вида контроля деталей следующий:

1. Очистка детали или ее контролируемого участка от загрязнений, ЛКП, коррозии.

2. Выбор контактной смазки для обеспечения акустического контакта меж­ду искателем и деталью (МК-22, МК-8 или их смесь; смазка ЦИАТИМ-20, компрессорное масло).

3. Настройка дефектоскопа на заданную чувствительность по контрольным образцам, эталонам.

4. ОТС детали и расшифровка показаний дефектоскопа.

5. Удаление смазки, промывка, сушка детали.

Место нахождения повреждения поверхностными и нормальными волнами определяют 2 способами:

1. Перемещением искателя. Если повреждение под искателем, то его на экране не видно. Для уточнения координат расположения повреждения пользуются графиками глубиномера.

2. Демпфированием волн, т.е. прижимают к детали материал, например, резину, хорошо поглощающую УЗК. Если это сделать между искателем и повреждением, то высота отраженного сигнала на экране уменьшится или он исчезнет совсем, а если за повреждением, то сигнал не изменится. Место расположения повреждения определяется перемещением - сближением точки нажатия.

УЗК подвергаются лопатки компрессоров и турбин, кожухи камер сгорания, диски роторов компрессора, сварные швы рам, оси и валы, клеевые соединения обшивки с сотовыми заполнителями. Выявляются поверхностные или под слоем ЛКП трещины усталости и ползучести, механические и коррозионно-эрозионные поражения (забоины, царапины, риски, язвы, раковины и т.д.) и внутренние повреждения (неметаллические включения, пустоты, непроклей, непровар, разнозернистость структуры материала, расслоения и т.д.). ТП контроля клеевых соединений с сотовыми заполнителями следующий:

1. Очистка и промывка детали от загрязнений.

2. Настройка импедансного акустического дефектоскопа по образцу.

3. Контроль детали или ее участка перемещением датчика по детали со скоростью ≈ 1,5 м/с с некоторым прижимом и наблюдением за сигнальной лампочкой.

Применяются 2 основных режима работы: резонансный и нерезона-нсный. Первый применяется для конструкций с обшивкой из алюминиевого сплава толщиной 0,7 - 0,8 мм и жестким силовым набором (лонжерон, стрингер, нервюра). Второй - для контроля сотовых панелей с алюминиевой обшивкой такой же толщины конструкций с металлической обшивкой и пенопластовым заполнителем.

При резонансном контроле используется зависимость входного импеданса системы от ее волновой длины. Для возбуждения преобразователя используется настраиваемый генератор переменной частоты. При соответствии толщины контролируемого объекта резонансным частотам в пределах диапазона настройки генератора в момент их выработки объект (деталь) будет вибрировать в резонанс с генератором. Это приведет к увеличению энергии, выделяемой на преобразователе, которую можно измерить. Резонанс наступает при толщине объекта, равной целому числу полуволн упругой акустической волны.

Датчик при этом перемещается зигзагообразно с шагом между зигзагами (шаг сканирования) 1 ≈ 0,5 L доп. Точность выдерживания прямого угла между осью датчика и контролируемой поверхностью должна быть ± 10°.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: