Методы собственных колебаний

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Теплоэнергетики»

ДИАГНОСТИКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

АКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Работа №3

Оренбург2011 г.

Акустические методы НК подразде­ляют на две большие группы: активные и пассивные методы (рис. 1). Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные - только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля (ОК), например обра­зование трещин сопровождается возник­новением акустических колебаний, выяв­ляемых акустико-эмиссионным методом.

Активные методы делят на методы отражения, прохождения, комбинирован­ные (использующие как отражение, так и прохождение), собственных колебаний и импедансные.

Методы отражения основаны на анализе отражения импульсов упругих волн от неоднородностей или границ ОК, методы прохождения - на влиянии пара­метров ОК на характеристики прошедших через него волн.

Рисунок 1 - Классификация акустических методов контроля

Комбинированные мето­ды используют влияние параметров ОК как на отражение, так и на прохождение упругих волн. В методах собственных колебаний о свойствах ОК судят по параметрам его свободных или вынужденных ко­лебаний (их частотам и величине потерь). В импедансных методах информативным параметром служит механический импе­данс ОК в зоне его контакта с преобразо­вателем.

Пассивные методы НК классифици­руют по характеру анализируемых сигналов.

Далее кратко описаны обозначенные на схеме и некоторые не показанные на рис. 2.1 методы контроля. Более подробно основные из иих они рассмотрены в соот­ветствующих разделах книги.

Методы отражения

В этой группе методов информацию получают по отражению акустических волн в ОК.

Эхометод основан на регистрации эхосигналов от дефектов - несплошностей. Он похож на радио- и гидролокацию. На рисунке 2 показана упрощенная струк­турная схема импульсного эходефектоскопа.

Генератор зондирующих импульсов 7 возбуждает короткие электрические им­пульсы. В преобразователе 3 они преобра­зуются в импульсы ультразвуковых (УЗ) колебаний, которые распространяются в ОК 4, отражаются от дефектов 6 и проти­воположной поверхности (дна) ОК, при­нимаются тем же (совмещенная схема включения) или другим (раздельная схема включения) преобразователем 2. Преобра­зователь превращает сигналы из УЗ в электрические. От него сигнал поступает на усилитель1, а затем на экран 5 дефек­тоскопа.

Одновременно (а иногда спустя неко­торый интервал времени) с запуском гене­ратора импульсов начинает работать гене­ратор развертки 9. Правильную последо­вательность включения их, а также других узлов дефектоскопа, не показанных на упрощенной схеме, обеспечивает синхро­низатор 8.

Сигналы от генератора развертки вы­зывают горизонтальное отклонение светящейся точки на экране, а от усилителя -вертикальное отклонение. В результате экран УЗ-эходефектоскопа отображает информацию двух видов. Горизонтальная линия (линия развертки дефектоскопа) соответствует времени пробега импульса в ОК, а это время пропорционально пути импульса. Высота пиков (импульсов) по вертикали пропорциональна амплитудам эхосигналов. Таким образом, по горизон­тальной линии развертки определяют дли­ну пути импульса, а по вертикальной шка­ле оценивают его амплитуду. Такое изо­бражение называют разверткой типа А (А-разверткой, А-сканом).

Очень высокий (для совмещенной схемы - уходящий за пределы экрана) сигнал, обозначенный буквой З, соответ­ствует возбуждаемому генератором и по­сылаемому в изделие УЗ-импульсу. Он отмечает нулевое значение шкалы време­ни. Его именуют зондирующим импульсом. Высокий сигнал Д соответствует импуль­су, отраженному от противоположной по­верхности (дна) ОК. Его называют донным сигначом. Э - эхосигнал от дефекта. Он приходит раньше донного сигнала, и ам­плитуда его обычно значительно меньше. Измеряя времена прихода сигналов по шкале на экране или специальным устрой­ством (глубиномером) прибора, можно определить расстояние до дефекта или дна изделия и, таким образом, различить их. Амплитуда эхосигнала характеризует от­ражательную способность дефекта.

Другие методы отражения применя­ют для поиска дефектов, плохо выявляе­мых эхометодом, и для исследования па­раметров дефектов.

Эхозеркальный метод основан на анализе акустических импульсов, зеркаль­но отраженных от донной поверхности ОК С и дефекта В, т. е. прошедшие путь ABCD (рис. 3, б). Вариант этого метода, рас­считанный на выявление вертикальных дефектов, называют методом тандем. Для его реализации при перемещении преобразователей 1 и 3 поддерживают постоянным значение l_A + l_D = 2H tg ,

 

 

Рисунок 2 – Упрощенная структурная схема эходефектоскопа

1 – усилитель; 2 – преобразователь; 3 – преобразователе; 4 – объект контроля; 5 экран дефек­тоскопа; 6 – дефект; 7 - генератор зондирующих импульсов; 8 - синхро­низатор; 9 - гене­ратор развертки

 

где Н - толщина ОК. Тогда будут выяв­ляться дефекты в сечении EF. Выявляются также нестрого вертикальные дефекты. Для получения максимального (зеркаль­ного) Отражения от невертикальных де­фектов значение l_A + l_D варьируют.

Другой вариант эхозеркального ме­тода предусматривает перемещение пре­образователей 2 и J в разных плоскостях (см. рис.3, б, в середине). Его иногда называют методом тандем-дуэт или стредл. При этом сохраняется принцип зеркального отражения от вертикального дефекта и донной поверхности. Примене­ние метода тандем-дуэт целесообразно, например, в случаях, когда при контроле методом тандем преобразователи 2 и 3 слишком сближаются и мешают друг другу.

Еще один вариант эхозеркального метода - с трансформацией типов волн на дефекте (Т-тандем). Например, преобра­зователь 2 излучает поперечную волну под углом ввода а, большим 57 ° (для ста­ли). Угол падения на вертикальный дефект 90 ° - а будет меньше третьего критиче­ского, поэтому произойдет частичная трансформация поперечной волны в про­дольную, направленную в сторону дна ОК. Отраженную поперечную волну в дальнейшем не используют, а отраженная от дефекта продольная волна (показана штриховыми линиями) далее отразится от дна ОК и будет принята другим преобра­зователем в точке G. При отражении от дна ОК также произойдет частичная трансформация продольной волны в попе- речную, но поперечную отраженную вол­ну в дальнейшем не используют. Для реа­лизации этого варианта эхозеркального метода требуется меньшее расстояние от преобразователей до оси сварного шва.

Дельта-метод (рис. 3, в) основан на использовании дифракции волн на дефек­те. Часть падающей на дефект В попереч­ной волны от излучателя 2 рассеивается во все стороны на краях дефекта В, причем частично превращается в продольную волну. Часть этих волн принимается при­емником 3 продольных волн, расположен­ным над дефектом, а часть отражается от донной поверхности и также поступает на приемник, Варианты этого метода пред­полагают возможность перемещения при­емника 3 по поверхности, изменения ти­пов излучаемых и принимаемых волн.

Дифракционно-временной метод (ДВМ) (рис. 3, д) основан на приеме волн, рассеянных на концах дефекта, при­чем могут излучаться и приниматься как продольные, так и поперечные волны. На рисунке представлен случай, когда излу­чаются поперечные волны, а принимаются продольные. Практическое применение, однако, получил вариант, при котором излучаются и принимаются продольные волны, поскольку они первыми приходят на приемник и по этому признаку их легко отличить от поперечных волн. Главная информационная характеристика - время прихода сигнала. Этот метод также назы­вают времяпролетным, буквально перево­дя английское название (time of flight diffraction - TOFD).

 

Рис. 2.3. Методы отражения:

а - эхо; б - эхозеркальный; в - дельта; г - реверберационный; д - дифракционно-временной; 1 - ОК; 2 - излучатель; 3 - приемник

Реверберационный метод основан на анализе времени объемной ревербера­ции, т.е. процесса постепенного затухания звука в некотором объеме - ОК. При кон­троле используется один совмещенный преобразователь 2, 3, поэтому метод пра­вильнее назвать эхореверберационным. Например, при контроле двухслойной кон­струкции (рис.3, г) в случае некачествен­ного соединения слоев время ревербера­ции в слое 1, с которым контактирует пре­образователь, будет больше, а в случае доброкачественного соединения слоев -меньше, так как часть энергии будет пере­ходить в другой слой

Акустическая микроскопия отли­чается от эхометода повышением на один-два порядка частоты УЗ, применением острой фокусировки и автоматическим или механизированным сканированием объектов небольшого размера. В результа­те удается зафиксировать небольшие из­менения акустических свойств в ОК. Ме­тод позволяет достичь разрешающей спо­собности в сотые доли миллиметра. Воз­можна акустическая микроскопия с ис­пользованием прохождения волн.

Когерентные методы отличаются от других методов отражения тем, что в ка­честве информационного параметра помимо амплитуды и времени прихода им­пульсов используется также фаза сигнала. Благодаря этому повышается на порядок разрешающая способность методов отра­жения и появляется возможность наблю­дать изображения дефектов, близкие к реальным. Наиболее эффективным коге­рентным методом является компьютерная акустическая голография.

Методы прохождения

 

Эти методы, в России чаще называе­мые теневыми, основаны на наблюдении изменения параметров прошедшего через ОК акустического сигнала (сквозного сиг­нала). На начальном этапе развития ис­пользовали непрерывное излучение, а признаком дефекта было уменьшение ам­плитуды сквозного сигнала, вызванное образуемой дефектом звуковой тенью. Поэтому термин "теневой" адекватно от­ражал содержание метода. Однако в даль­нейшем области применения рассматри­ваемых методов расширились.

Методы начали применять для опре­деления физико-механических свойств материалов, когда контролируемые пара­метры (упругие постоянные, коэффициент затухания, плотность и т.п.) не связаны с образующими звуковую тень нарушения­ми сплошности. При этом в большинстве случаев непрерывное излучение было за­менено импульсным. Существенно рас­ширено также число информативных па­раметров сквозного сигнала, к которым кроме амплитуды добавились фаза, время прихода и спектр.

Таким образом, теневой метод можно рассматривать как частный случай более общего понятия "метод прохождения". Кстати, в англоязычной литературе по­следний называется through transmission technique, что полностью соответствует русскому термину "метод прохождения". Понятие "теневой метод" в английском языке не применяется.

При контроле методами прохождения излучающий и приемный преобразователи располагают по разные стороны от ОК или контролируемого его участка. В некото­рых методах прохождения преобразовате­ли размещают с одной стороны от ОК на определенном расстоянии друг от друга. Информацию получают, измеряя парамет­ры прошедшего от излучателя к приемни­ку сквозного сигнала.

Амплитудный метод прохождения (или амплитудный теневой метод) (рис. 4, а) основан на регистрации уменьшения амплитуды сквозного сигнала под влиянием дефекта, затрудняющего прохождение сигнала и создающего зву­ковую тень. Для контроля этим методом можно использовать тот же импульсный дефектоскоп, который включают по раз­дельной схеме, причем излучающий и приемный преобразователи располагают по разные стороны от ОК. Иногда приме­няют специализированные более простые по схеме приборы.

Временной метод прохождения (временной теневой метод, рис.4, б) основан на измерении запаздывания им­пульса, вызванного огибанием дефекта. При этом в отличие от велосиметрическо-го метода тип упругой волны (обычно продольной) не меняется. В этом методе информационным параметром служит время прихода сквозного сигнала. Метод эффективен при контроле материалов с большим рассеянием УЗ, например бето­на, огнеупорного кирпича и т.п.

Метод многократной тени аналоги­чен амплитудному методу прохождения (теневому), но о наличии дефекта судят при этом по амплитуде сквозного сигнала (теневого импульса), многократно (обыч­но двукратно) прошедшего между парал­лельными поверхностями изделия. Метод более чувствителен, чем теневой или зер­кально-теневой, так как волны проходят через дефектную зону несколько раз, но менее помехоустойчив.

Рассмотренные выше разновидности метода прохождения используют для об­наружения дефектов типа нарушения сплошности. Методы прохождения, при­меняемые для контроля физико-механических свойств материалов, не связанных с нарушениями сплошности, в свою оче­редь, делятся на методы: сквозного прозвучивания, продольного профилирования и поверхностного прозвучивания с посто­янной базой.

 

Рисунок 4 - Методы прохождения:

а - амплитудно-теневой; б - временной теневой; в - велосиметрический; 1 - генератор; 2 - излучатель; 3 - ОК; 4 - приемник; 5 - усилитель; 6 - измеритель амплитуды; 7 – измеритель времени прихода импульса; 8- измеритель изменения фазы волны

Фотоакустнческая микроскопия. В фотоакустической микроскопии аку­стические колебания генерируются вслед­ствие термоупругого эффекта при освеще­нии ОК модулированным световым пото­ком (например, импульсным лазером), сфокусированным на поверхности ОК. Энергия светового потока, поглощаясь в материале, порождает тепловую волну, параметры которой зависят от теплофизи-ческих характеристик ОК. Тепловая волна приводит к появлению термоупругих ко­лебаний, которые регистрируются, напри­мер, пьезоэлектрическим детектором.

Сканирование поверхности ОК лучом лазера синхронизовано с разверткой экра­на дисплея. Сканируя лучом поверхность исследуемого объекта, можно получить информацию о его однородности. Напри­мер, нарушение сплошности образца (трещины, расслоения) приведет к локаль­ному изменению теплоемкости и теплопроводности, что проявится в величине ре­гистрируемого фотоакустического сигнала.

Велосиметрический метод (рис.4, в) основан на регистрации изменения скоро­сти упругих волн в зоне дефекта. Напри­мер, если в тонком изделии распространя­ется изгибная волна, то появление рас­слоения вызывает уменьшение ее фазовой и групповой скоростей. Это явление фик­сируют по сдвигу фазы прошедшей волны или запаздыванию прихода импульса. Ме­тод имеет несколько вариантов, реализуе­мых при одно- и двустороннем доступе к ОК. Его применяют для контроля изделий из полимерных композиционных материа­лов (ПКМ) и качества соединения слоев в многослойных конструкциях.

Акустическая микроскопия, как отмечено ранее, может также применяться в теневом варианте. Такой способ контро­ля не получил распространения.

Ультразвуковая томография. Этот термин часто применяют в отношении различных систем визуализации дефектов. Между тем, первоначально он применялся для УЗ-систем, в которых пытались реали­зовать подход, повторяющий рентгенов­скую томографию, т.е. сквозное прозвучивание ОК по разным направлениям с вы­делением особенностей ОК, полученных при разных направлениях лучей.. Моделируется распростране­ние УЗ-волн между излучателем и прием­ником с учетом рефракции на неоднород-ностях. Конкретно, моделируется возмож­ность повышения разрешающей способно­сти при наличии в ОК двух или нескольких дефектов.

Эффективность применения УЗ-то-мографии с усовершенствованной компь­ютерной обработкой результатов обосно­вана в работе. В ней пред­ложена методика формирования адаптив­ных проекций, позволяющая не только обнаруживать дефекты, но и определять ослабленные дефектами участки ОК, вы­являя нарушения структуры, оценивать напряжения в металлах и композицион­ных материалах. Для этого разработан специальный прибор.

Метод лазерного детектирования. Известны методы визуального представ­ления акустических полей в прозрачных жидкостях и твердых средах, основанные на дифракции света на упругих волнах. Они применяются для исследования поля излучения преобразователя и поля дифракции на препятствии. В визуализация достигается пу­тем наблюдения за смещениями точек по­верхности, вдоль которой распространяет­ся УЗ-волна, с помощью лазерного интер­ферометра. Этим способом удается про­слеживать, например, поле наклонного преобразователя на боковой поверхности, вблизи которой он расположен; дифрак­цию УЗ-волн на различных препятствиях, например на узкой щели и усталостной трещине. Наблюдают дифракционные волны от кончика щели и рэлеевские вол­ны, бегущие по одной и двум поверхно­стям щели; волны Стоунли на границе раздела двух твердых тел; преломление волн различных типов. Возможна мульти­пликативная съемка.

 

Рисунок 5 - Схема термоакустического метода:

1- ОК; 2 - дефект; 3 - источник УЗ-волн; 4 - УЗ-волны; 5 - тепловые волны

Термоакустический метод контроля называют также УЗ-локалъной термогра­фией. Метод состоит в том, что в ОК вво­дятся мощные низкочастотные (-20 кГц) УЗ-колебания. На дефекте они превраща­ются в теплоту (рис. 5). Чем больше влияние дефекта на упругие свойства ма­териала, тем больше величина упругого гистерезиса и тем больше выделение теп­лоты. Повышение температуры фиксиру­ется термовизором.

УЗ-колебания модулированы по ам­плитуде частотой в несколько герц. Такую же модуляцию будут иметь тепловые вол­ны. Это существенно повышает возмож­ность регистрации и локализации дефек­тов.

Достоинства метода - возможность контроля как металлических материалов, так и композитов; быстрая сортировка деталей на дефектные и бездефектные; высокая скорость контроля (площадь 1 м² контролируется за 1... 2 мин); преимуще­ственное выявление дефектов, склонных к развитию. Однако чувствительность метода, по-видимому, невелика и падает по мере увеличения глубины залегания дефекта от поверхности ОК на несколько миллиметров.

Метод применяют в авиации при контроле крыльев самолетов и других де­талей. Выявляются области скрытой кор­розии, расслоения, трещины в рядах за­клепок. Можно применять метод при цик­лических испытаниях ОК. В этом случае название метода "термоакустический" не вполне правильно, поскольку колебания возбуждаются механическим способом.

В сообщалось, что методы активной УЗ-дефектоскопии могут быть применены для обнаружения дефек­тов в объеме тел, вращающихся со скоро­стью до 200 об/с. Пьезоизлучатель и пье-зоприемник с предусилителем закрепля­ются на деталях вращающегося объекта, причем они расположены не напротив друг друга, как в обычном методе прохо­ждения.

Комбинированные методы

Эти методы содержат признаки как методов отражения, так и методов прохо­ждения.

Зеркально-теневой (ЗТ) метод осно­ван на измерении амплитуды донного сиг­нала. На рис. 6, а отраженный луч пока­зан смещенным в сторону. По технике выполнения (фиксируется эхосигнал) - это метод отражения, а по физической сущно­сти (измеряют ослабление дефектом сиг­нала, дважды прошедшего ОК) он близок к теневому методу, поэтому его относят не к методам прохождения, а к комбиниро­ванным методам.

ЗТ-метод часто применяют совместно с эхометодом. Наблюдают одновременно за появлением эхосигналов и возможным ослаблением донного сигнала дефектами, которые не дают четких эхосигналов и плохо выявляются эхометодом. Это может

Рисунок 6 - Комбинированные методы:

а - ЗТ; б - эхотеневой; в - эхосквозной; 1 - излучатель; 2 - ОК; 3 - приемник

 

быть скопление очень мелких дефектов или дефект, расположенный так, что ототраженный от него сигнал уходит в сто­рону и не попадает на приемный преобра­зователь.

Эхотеневой метод основан на анали­зе как прошедших, так и отраженных волн (рис. 2,6, б).

Эхосквозной метод (рис. 6, в). Из­лучатель и приемник располагают по раз­ные стороны от ОК. Наблюдают сквозной сигнал /, сигнал //, двукратно отраженный в изделии, а в случае появления полупро­зрачного дефекта - также эхосквозные сигналы III и IV, соответствующие отра­жениям от дефекта волн, идущих от верх­ней и нижней поверхностей ОК. Большой непрозрачный дефект обнаруживают по исчезновению сигнала /, т.е. теневым ме­тодом, а также сигнала II, т.е. методом многократной тени. Полупрозрачные или небольшие дефекты обнаруживают по появлению эхосквозных сигналов III и IV.

Реверберационно-сквозной (акустико - ультразвуковой) метод сочетает признаки метода многократной тени и УЗ-реверберационного методов. На ОК не­большой толщины на некотором расстоя­нии друг от друга устанавливают прямые излучающий и приемный преобразовате­ли. Излученные импульсы продольных волн после многократных отражений от

стенок ОК достигают приемника. Наличие в ОК неоднородностей меняет условия прохождения импульсов. Дефекты регист­рируют по изменению амплитуды и спек­тра принятых сигналов. Метод применяют для контроля изделий из ПКМ и соедине­ний в многослойных конструкциях.

Методы собственных колебаний

Эти методы основаны на возбужде­нии в ОК вынужденных или свободных колебаний и измерении их параметров: собственных частот и величины потерь.

Свободные колебания возбуждают путем кратковременного воздействия на ОК (например, механическим ударом), после чего он колеблется в отсутствии внешних воздействий.

Вынужденные колебания создают воздействием внешней силы с плавно из­меняемой частотой (иногда применяют длинные импульсы с переменной несущей частотой). Регистрируют резонансные час­тоты по увеличению амплитуды колеба­ний при совпадениях собственных частот ОК с частотами возмущающей силы. Под влиянием возбуждающей системы в неко­торых случаях собственные частоты ОК немного изменяются, поэтому резонанс­ные частоты несколько отличаются от собственных. Параметры колебаний изме­ряют, не прекращая действия возбуждаю­щей силы.

Различают интегральные и локаль­ные методы. В интегральных методах ана­лизируют собственные частоты ОК как единого целого, в локальных - отдельных его участков. Информативными парамет­рами служат значения частот, спектры собственных и вынужденных колебаний, а также характеризующие потери доброт­ность и логарифмический декремент зату­хания.

Интегральные методы свободных и вынужденных колебаний предусматрива­ют возбуждение колебаний во всем изде­лии или значительном его участке. Мето­ды применяют для контроля физико-меха-

нических свойств изделий из бетона, ке­рамики, металлического литья, абразив­ных и других материалов, а также для сор­тировки деталей сходной формы, но раз­личных размеров. Эти методы не требуют сканирования и отличаются высокой про­изводительностью, но не дают информа­ции о месте расположения и характере дефектов.

Локальный метод свободных коле­баний (рис.7, а) основан на возбужде­нии свободных колебаний на небольшом участке ОК. Метод применяют для кон­троля слоистых конструкций по измене­нию спектра частот в части изделия, воз­буждаемой путем удара; для измерения толщин (особенно малых) труб и других ОК посредством воздействия кратковре­менным акустическим импульсом.

Рис. 7. Методы собственных колебаний:

а-локальный низкочастотный; б-локальный резонансный; 1 - генератор; 2 - вибратор; 3 - ОК; 4 - приемник; 5 - усилитель; б - спектроанализатор; 7 - модулятор частоты; 8 - излучатель-приемник, 9 - регистратор

Локальный метод вынужденных колебаний (УЗ-резонансный метод) ос­нован на возбуждении колебаний, частоту которых плавно изменяют. Для возбужде­ния и приема УЗ-колебаний используют совмещенный (рис.7, о) или раздельные (см. рис. 7, а) преобразователи. При сов­падении частот возбуждения с собствен­ными частотами ОК (нагруженного прие­мопередающим преобразователем) в сис­теме возникают резонансы. Изменение толщины вызовет смещение резонансных частот, появление дефектов - исчезнове­ние резонансов (если дефект наклонный к поверхности изделия) или изменение их частот (если дефект параллелен поверхности). Этим методом можно проверять очень тонкие изделия, недоступные кон­тролю эхометодом. Используют также иммерсионный вариант резонансного ме­тода.

В несколько измененном виде резо­нансный метод применяют для контроля качества клеевых соединений в много­слойных конструкциях.

Акустнко-топографический метод имеет признаки как интегрального, так и локального методов. Он основан на воз­буждении в ОК интенсивных изгибных колебаний непрерывно меняющейся час­тоты и регистрации распределения ампли­туд упругих колебаний на поверхности контролируемого объекта с помощью на­носимого на поверхность мелкодисперси­онного порошка. На дефектном участке оседает меньшее количество порошка, что объясняется увеличением амплитуды его колебаний в результате резонансных яв­лений. Метод применяют для контроля соединений в многослойных конструкци­ях: биметаллических листах, сотовых па­нелях и т.п.

Импедансные методы

Этиметоды основаны на анализе из­менения механического импеданса или входного акустического импеданса участ­ка поверхности ОК, с которым взаимодей­ствует преобразователь. Внутри группы методы разделяют по типам возбуждае­мых в ОК волн и по характеру взаимодей­ствия преобразователя с ОК. В качестве примера на рис. 8 представлен импе-дансный метод с возбуждением изгибных волн. Генератор / возбуждает продоль­ные гармонические колебания преобразо­вателя (стержня) с помощью излучателя 2. Эти колебания трансформируются в из-гибные колебания ОК 3. Элемент 4 - при­емник, 5 - усилитель. Изменение режима колебаний фиксируется индикатором 6.

Наличие дефекта (непроклея, непро-пая, расслоения) вблизи поверхности ОК 3 уменьшает модуль входного механическо­го импеданса ОК. Дефекты отмечают по

Рис 8 -Импедансный метод

изменению амплитуды и фазы выходного сигнала. Применяют также импульсный вариант метода и способ, основанный на использовании продольных волн.

Метод применяют для контроля де­фектов соединений в многослойных кон­струкциях. Его используют также для измерения твердости и других физико-механических свойств материалов.

Пассивные методы контроля

Акустико-эмиссионный метод ос­нован на регистрации упругих волн, воз­никающих в результате акустической эмиссии (АЭ). Это явление состоит в обра­зовании акустических волн при динамиче­ской внутренней локальной перестройке структуры материала ОК. Акустические (обычно УЗ) волны возникают в процессе появления и развития трещин в ОК 3 (рис. 2.9), а также при перестройке кристалли­ческой структуры его материала (напри­мер, при мартенситном превращении гам­ма-железа в альфа-железо в процессе за­калки), движении нарушений кристалли­ческой структуры (дислокаций). При уда­рах, трении других тел о поверхность ОК

 

Рисунок 9 – Акустико – эмиссионный метод

 

также возникают упругие волны, но это не волны АЭ, а помехи, так как они не связа­ны с внутренними процессами в материа­ле.

Акустико-эмиссионный метод рас­смотрен в отдельном томе энциклопедии. Здесь отметим, что приборы для контроля акустико-эмиссионным методом обычно делают многоканальными. Приемники 4 улавливают упругие волны. Сигналы про­ходят через усилители 2 и поступают в блок обработки информации 1, который помогает выделению сигналов от трещин на фоне помех и формирует изображение на экране участка ОК с сигналами от раз­вивающейся трещины.

Основное применение данного мето­да - наблюдение за возникновением и раз­витием трещин при испытаниях или экс­плуатации. Метод используют также для исследования процессов сварки, механо­обработки, коррозии, механических испы­таний образцов и т.д.

Вибрационно-диагностический ме­тод основан на измерении вибрации како­го-либо узла или детали ОК (ротора, подшипника и т.п.) с помощью приемников контактного типа.

Шумодиагностический метод со­стоит в анализе спектра шумов работаю­щего механизма (редуктора, двигателя, станка) на слух или с помощью микрофон­ных и других приемников и приборов -анализаторов спектра.

Подводя итоги краткого рассмотре­ния методов АК, можно сделать вывод, что по частотному признаку все рассмот­ренные акустические методы делят на низко- и высокочастотные. К первым из них относят методы, использующие коле­бания в звуковом и низкочастотном УЗ-диапазонах (приблизительно до 100 кГц), ко вторым - методы, использующие коле­бания в высокочастотном УЗ-диапазоне: обычно 0,5... 100 МГц.

Применение низко- и высокочастот­ных методов определяется в основном величиной затухания упругих волн в ма­териалах ОК. Низкочастотные методы служат для контроля ОК из материалов с большим затуханием упругих волн: арми­рованных и неармированных пластиков,

бетона, древесины, а также многослойных клееных конструкций. Высокочастотные методы используют главным образом для контроля ОК из материалов с малым зату­ханием упругих волн: металлов, фарфора, керамики, некоторых видов армированных и неармированных пластиков и т.п.

Из рассмотренных методов АК наи­большее практическое применение нахо­дит эхометод. Около 80 % объектов, кон­тролируемых акустическими методами, проверяют эхометодом. С его помощью решают задачи дефектоскопии поковок, литья, сварных соединений, многих неме­таллов. Эхометод служит для измерения толщины объектов при одностороннем доступе, оценки физико-механических свойств материалов. Другие методы АК применяют для решения задач контроля, где использование эхометода невозможно, нерационально, либо их применяют в ка­честве дополнительных методов для полу­чения более полной информации об ОК.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: