Вопрос № 2: Акустический вид неразрушающего контроля

В настоящее время трудно найти отрасль хозяйства России, где бы не применялся акустический вид НК. Состоящий из множества методов, в основу которых положено свойство акустических колебаний проникать в глубь материалов и отражаться от раздела двух сред, он нашел широкое применение при контроле изделий из различных материалов пластмасс, бетона, металлов и т.д. Широкий спектр деталей железнодорожного подвижного состава (оси локомотивов и вагонов, бандажи и цельнокатаные колеса, коленчатые валы дизелей и компрессоров, детали тяговых передач локомотивов..) контролируется акустическими методами. На их долю приходится 35-40% общего объема операций неразрушающего контроля, выполняемых при изготовлении и ремонте подвижного состава. Применение системы акустических методов НК наряду с другими позволило обеспечить безопасность движения на железнодорожном транспорте.

Реальностью становится применение бесконтактных методов акустического контроля с использованием электромагнитоакустических преобразователей. Из года в год расширяется спектр практического применения упругих волн ультразвукового диапазона в диагностике, толщинометрии, структуроскопии, а также при выполнении технологических операций: ультразвуковой очистке, контроле сварных швов, пайке и др.

Методы акустического неразрушающего контроля подразделяют на две группы: активные и пассивные.

Активные методы основаны на излучении и приеме волн, а пассивные только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля.

Активные методы делят на методы прохождения, отражения, комбинированные, импедансные и методы собственных частот (всего их 19).

Методы прохождения используют излучающие и приемные преобразователи.

В их основу положен анализ сигналов, прошедших через контролируемый объект. К методам прохождения относят: амплитудно-теневой метод, основанный на регистрации уменьшения амплитуды волны, прошедшей через объект контроля, вследствие наличия в нем дефекта; временной теневой метод, основанный на регистрации запаздывания импульса, вызванного увеличением его пути в изделии при огибании дефекта; велосимметрический метод, основанный на регистрации изменения скорости распространения дисперсионных мод упругих волн в зоне дефекта.

К методам отражения относятся: эхо-метод, основанный на регистрации эхо-сигналов от дефекта; эхо-зеркальный метод, основанный на анализе сигналов, испытавших зеркальное отражение от донной поверхности и дефекта; дельта-метод; дифракционно-временной метод, в основу которого положено измерение амплитуды и времени прихода сигналов от верхнего и нижнего концов дефекта; реверберационный метод, основанный на анализе влияния дефекта на время затухания многократно отраженных ультразвуковых импульсов в контролируемом объекте.

В комбинированных методах используются явления как прохождения, так и отражения акустических волн. К ним относятся:

зеркально-теневой метод, основанный на измерении амплитуды донного сигнала; эхо-теневой метод, в основу которого положен анализ как прошедших, так и отраженных волн; эхо-сквозной метод, при котором фиксируют сигналы многократного отражения волн от дефекта и испытавших также отражение от верхней и нижней поверхности изделия.

Методы собственных частот основаны на измерении этих частот (спектров) колебаний контролируемых объектов при возбуждении в изделиях свободных (при воздействии механического импульса) колебаний и вынужденных колебаний (при воздействии гармонической силы меняющейся частоты).

Различают интегральные и локальные методы, В интегральных методах анализируют собственные частоты изделия, колеблющегося как единое целое, в локальных колебания отдельных его участков. Акустико-топографический метод основан на возбуждении в изделии интенсивных изгибных колебаний непрерывно меняющейся частоты, возбуждаемых преобразователем, и регистрации распределения амплитуд колебаний с помощью наносимого на поверхность порошка.

Импедансные методы используют зависимость импедансов изделий при их упругих колебаниях от параметров этих изделий и наличия в них дефектов. При этом используют изгибные и упругие продольные волны, возбуждаемые стержневыми и плоскими преобразователями.

Метод контактного импеданса, применяемый для контроля твердости, основан на оценке механического импеданса зоны контакта алмазного индентора стержневого преобразователя, прижимаемого к контролируемому изделию с постоянной силой.

Пассивные акустические методы основаны на анализе упругих колебаний волн, возникающих в самом контролируемом объекте.

Входит в практику НК пассивный метод акустической эмиссии ( надрессорные балки, боковые рамы тележек грузовых вагонов, котлы железнодорожных цистерн), позволяющий выявлять зарождающиеся дефекты и прогнозировать остаточный ресурс деталей, проработавших уже более нормативного срока службы.

Из рассмотренных акустических методов контроля наибольшее применение получил эхо-метод (более 90% объектов, контролируемых акустическими методами, проверяют эхо-методом). Этот метод используется для дефектоскопии поковок, отливок, сварных соединений, неметаллических материалов, в толщинометрии, при определении физико-механических свойств материалов. Зеркально-теневой метод применяют для выявления дефектов, ориентированных перпендикулярно поверхности ввода.

Эхо-зеркальный и эхо-теневой методы в варианте "тандем" используют для выявления вертикальных трещин и непроваров при контроле сварных соединений, дефектов округлой формы.

Теневой метод применяют для автоматического контроля изделий простой формы, для контроля изделий с большим уровнем реверберационных шумов, дефектоскопии многослойных конструкций и изделий из слоистых пластиков, при исследовании физико-механических свойств материалов с большим затуханием и рассеянием акустических волн.

Локальный метод вынужденных колебаний применяют для измерения малых трещин при одностороннем доступе.

Интегральный метод вынужденных колебаний используют для определения модуля упругости материала по резонансным частотам продольных, изгибных или крутильных колебаний при разрушающих испытаниях.

Реверберационный, импедансный, велосимметрический, акустико-топографический методы и локальный метод свободных колебаний используют в основном для контроля многослойных конструкций. Вибрационно-диагностический и шумодиагностический методы служат для диагностики работающих механизмов.