ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.06.2024
Просмотров: 54
Скачиваний: 0
пьезопластинки при этом р.езко возрастают (явление резонанса), что сопровождается соответствующим увеличением разности по тенциалов на ее поверхностях.
Замерив соответствующую резонансную частоту f и зная ско рость V распространения волн по длине 2!г (суммарный ход пря мого и отраженного'лучей), находим проверяемую толщину по фор муле
Для стали скорость 'продольных ультразвуковых волн практи чески постоянна (и =5,7* 105 см/сек), что дает возможность, меняя частоту в пределах от 20 до 100 тыс. гц, надежно измерять толщи ны стенок от долей миллиметра до нескольких сантиметров.
Определение глубины трещин в бетоне. Излучающий и прием ный преобразователи А и В располагаем симметрично относитель но краев трещины, на расстоянии а друг от друга (рис. 15). Колебания, возбужденные в А, придут в В по кратчайшему пути
АСВ = У41г2 + а2, где h — глубина трещины. При скорости ѵ на это потребуется время
определяемое экспериментально'.
Глубину трещины находим из соотношения
(5)
где скорость ѵ определяется обычно на неповрежденных участках поверхности.
По указанному методу могут быть исследованы трещины глу биной до нескольких метров.
а
А |
В |
г
О
Рис. 15. Определение глубины поверхностной тре щины в бетоне:
1 — бетонный массив; 2 —трещина; А — излучающий и В —приемный преобразователи
41
Следует однако «меть в виду следующее: значения ѵ на поверх ности и в глубине массива могут несколько отличаться; длина пути АСВ немного возрастет в случае невертикальности трещины и, наоборот, может существенно уменьшиться -цріи наличии’ в тре щине воды, являющейся хорошим проводником ультразвуковых волн. В ответственных случаях следует поэтому данные, получен ные для глубоких трещин, проверять рассмотренным контрольным бурением (см. рис. 6).
Отметим также другие, практически наиболее важные области применения ультразвуковых методов.
В бетонных и железобетонных конструкциях:
определение прочности бетона (ГОСТ 17624—72) по корреля ционным зависимостям между скоростью распространения ультра звуковых 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 образ цов, извлеченных из возведенных сооружений. В случае невозмож ности выемки образцов из уже эксплуатируемых конструкций ориентировочное определение прочности бетона возможно по ре комендуемой в ГОСТ 17624—72 зависимости;
контроль однородности бетона в сооружениях; выявление и исследование дефектов в бетоне сквозным лро-
звучиваннем (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 преде лах отдельных участков поверхности (так называемый метод го
дографа, т. е. графика скоростей);
определение толщины верхнего ослабленного слоя бетона, рас
положения слоев разной плотности и т. п.
Наличие арматуры в железобетонных конструкциях не мешает применению ультразвуковых методов, если направление прозвучивания не пересекает арматурные стержни и не совпадает сними.
В металлических конструкциях:
импульсная дефектоскопия швов сварных соединений в сталь ных и алюминиевых конструкциях (ГОСТ 14782—69);
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, проверки Каче ства и дефектоскопия основного материала;
дефектоскопия клееных соединений и стыков.
Дополнительно 'следует отметить, что ультразвуковая дефектоскопия металла широко применяется в транспортном строительстве при укладке рельсовых путей. В эксплуатационных условиях для выявления дефектов в рельсах и стыках поль зуются специальными вагонами-дефектоскопами и другими подвижными
42
устройствами, в конструировании и применении которых СССР занимает веду
щее место.
Из других направлений применения ультразвука перспективен предложен ный (Ю. А. Нилеидером, Г. Я. Почтовиком и др.) метод определения напря жений в материале с помощью поляризованных ультразвуковых волн. Эффек тивно используется также структурный анализ материала без выемки образцов, что в отдельных случаях может быть с успехом применено также и при освиде тельствованиях сооружений.
1-3. Другие акустические методы
Помимо рассмотренных выше акустических методов, приме няются и другие приемы акустических испытаний с использовани ем как ультразвуковых, так и колебаний .более низких частот.
Метод волны удара основан на изменении скорости распрост ранения единичных импульсов, возбуждаемых ударом легкого мо лотка или специальными приспособлениями, например электриче ского действия, для нанесения небольших ударов заданной силы. Для приема и регистрации сигналов может быть использована та же аппаратура, что и при ультразвуковом импульсном методе.
Этот метод используется для контроля асфальтового и цемент ного бетонов в дорожных и аэродромных покрытиях и может быть применен также для испытания длинномерных (до 30 м) •бетон
ных и железобетонных элементов. |
|
|
|
|
||||||
Метод «бегущей волны». При этом |
|
|
|
|
||||||
оригинальном методе |
к регистрирую |
|
|
|
|
|||||
щему прибору, помимо сигналов, вос |
|
|
|
|
||||||
принимаемых |
приемным преобразова |
|
|
|
|
|||||
телем, подводятся также сигналы гене |
|
|
|
|
||||||
ратора, возбуждающего непрерывные |
|
|
|
|
||||||
колебания. |
В |
результате |
сложения |
|
|
|
|
|||
этих сигналов на экране электронно |
А |
|
/ |
|
||||||
лучевой трубки появляются |
характер |
|
|
|
|
|||||
ные изображения фигур Лиссажу. Ме |
Jkr |
|
|
|
||||||
няя частоту (в пределах ультразвуко |
|
|
|
|||||||
вого и звукового диапазонов), а также |
бр 'г |
|
|
|||||||
положение |
и тип |
приемных |
|
преобра |
|
|
||||
зователей, |
можно |
наблюдать |
изобра |
|
|
|
|
|||
жения, соответствующие продольным, |
|
|
|
|
||||||
•поперечным и поверхностным |
волнам, |
|
|
|
|
|||||
и по ним оценивать характеристики |
|
|
|
|
||||||
материала на разной глубине его за |
|
|
|
|
||||||
легания. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассматриваемый |
метод |
полезен |
|
|
|
|
||||
при сооружении |
дорожных |
и аэро |
|
|
|
|
||||
дромных |
покрытий |
для |
получения |
Рис. 16. Испытание |
образцов |
|||||
•быстрой и надежной информации о хо |
||||||||||
де технологического процесса и может |
бетона резонансным |
методом: |
||||||||
а —возбуждение |
продольных |
и б |
||||||||
также быть положен |
в основу авто |
и в — нзгибных |
колебаний; |
/ — |
||||||
матического управления. |
|
|
испытуемый образец; 2 — пьезопре- |
|||||||
|
|
образоватйли |
|
|
43
Вибрационный метод (с использованием колебаний звуковой Частоты) применяется при испытаниях образцов бетона (рис. 16).
О характеристиках материала судят по частотам, соответст вующим резкому увеличению измеряемых амплитуд при наступле нии явления резонанса (откуда следует другое наименование ме тода— «резонансный»). Подробнее вопрос о вибрационных испы таниях рассматривается в четвертом разделе данного курса.
§ 2. Ионизирующие излучения
Неразрушающий контроль с помощью ионизирующих излуче ний эффективно используют во всех областях народногохозяй ства.
В настоящее время в строительстве широко применяют конт роль рентгеновскими и гамма-излучениями для оценки физикомеханических характеристик материалов и качества конструкций. При определении влажности материала оказывается целесообраз ным использование потока нейтронов.
Преимуществом применения ионизирующих излучений являет ся возможность быстрого и четкого получения определяемых ха рактеристик. Работа с соответствующей аппаратурой хотя и не сложна, но требует наличия .подготовленного для этой цели пер сонала. Необходимо также тщательное соблюдение требований техники безопасности во избежание вредного влияния ионизирую щих излучений на организм человека.
2-1. Применение рентгеновского и гамма-излучений
Отметим наиболее важные направления. В металлических конструкциях:
. 1) дефектоскопия сварных соединений (по ГОСТ 7512—69). На рис. 17 схематически показано просвечивание сварного шва. Нали-
, |
' , |
I |
I |
I |
у і |
чие |
и положение |
дефекта |
||||
|
|
|
|
|
|
выявляется |
на получаемом |
|||||
|
|
|
|
|
|
фотоснимке по более затем |
||||||
|
|
|
|
|
|
ненному |
участку, |
воспроиз |
||||
|
|
|
|
|
|
водящему |
очертания |
отме |
||||
|
|
|
|
|
|
чаемого дефекта. О величи |
||||||
|
|
|
|
|
|
не |
его в |
направлении |
про |
|||
|
|
|
|
|
|
свечивания |
судят, |
сравни |
||||
|
|
|
|
|
|
вая |
интенсивность |
вызван |
||||
|
|
|
|
|
|
ного им затемнения с затем |
||||||
|
|
|
|
|
|
нением, |
|
соответствующим |
||||
|
|
6) |
|
|
|
пропилам |
разной |
глубины |
||||
|
|
|
|
|
на эталоне чувствит&льност |
|||||||
|
|
|
|
|
|
(рис. 17, б) из аналогично |
||||||
Рис. 17. Выявление дефекта в сварном шве: |
го |
материала, |
проектируе |
|||||||||
а — схема |
просвечивания; |
б — эталон чувстви |
мого на тот же снимок. |
|
||||||||
тельности |
(дефектометр); |
1 — ионизирующий по |
|
|||||||||
ток; 2 — наплавленный, металл |
шва; 3 — основной |
Глубина |
расположения |
|||||||||
металл; 4 — дефект; |
5 —фотоплеика; |
6 — эталон |
||||||||||
|
чувствительности |
|
дефекта |
выявляется смеще- |
44
нием источника излучения параллельнофотопластинке. Схема оп ределения положения дефекта незначительной толщины показана на рис. 18. При этом расстояние х от дефекта до поверхности сним ка определяется из соотношения
c F
X = |
c' ’ |
(6) |
c + |
|
|
где с, с' и F — размеры, показанные на рис. 18. |
|
|
При дефектах одинакового размера и |
формы интенсивность потемнения |
будет наибольшей при совпадении направления дефекта с направлением просве чивания (рис. 19, поз. 2). При расположении дефекта под некоторым углом (рис. 19, поз. 2') излучения будут пересекать его по меньшему протяжению. Минимальная длина пересечения, а следовательно, и наименьшая интенсивность потемнения соответствует ориентировке дефекта перпендикулярно направлению просвечивания. (рис. 19, поз. 2 " ) . Дефекты незначительной толщины могут при этом остаться и необнаруженными. Отсюда следует важный вывод, что при применении ионизирующих излучений могут быть пропущены серьезные дефек ты, но с мальвг раскрытием в направлении просвечивания (например, расслое ния металла). Во избежание этого, просвечивание следует производить по двум несовпадающим направлениям.
|
4 |
|
|
|
с |
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
\ |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
7 |
|
і1 |
|
/ ________ |
|
|
|
|
|
||
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
L у /// |
|
|
j |
|
|
|
|
||
|
‘ X |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
с ' |
^ |
\ |
|
\ |
•' |
|
|
|
|
|
|
|
5 ■ |
J |
|
|
|
|
|
||||
Рис. 18. Определение глубины располо |
Рис. |
19. К влиянию ориентации де |
||||||||||
|
жения дефекта: |
|
|
|
|
фекта: |
||||||
1 — просвечиваемый |
элемент; 2 — дефект; 3 — |
I —просвечиваемый |
элемент: 2—2' — 2" — |
|||||||||
фотопленка; 4 |
и |
4' —источник излучения |
в |
различные ориентации дефекта: 3 — истоп |
||||||||
двух позициях; |
5 и 5' —затемненные |
участки |
ники |
излучения; |
4 — направления просве |
|||||||
фотопленки; с — смещение |
источника |
излуче |
|
|
чивания |
|||||||
ния; с' —смещение центра заснятого изобра |
|
|
|
|
||||||||
жения; |
F — фокусное |
расстояние; |
а*— рас |
|
|
|
|
|||||
стояние |
от фотопленки до горизонтальной оси |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
дефекта |
|
|
|
|
|
|
|
||
В |
то же |
|
время, |
именно перпендикулярные |
к заданному |
направлению де |
||||||
фекты |
наиболее четко |
улавливаются |
ультразвуковыми |
методами, поскольку |
даже самые незначительные воздушные прослойки почти полностью гасят волны ультразвуковых колебаний. Оба метода контроля— ультразвуковой и с помощью ионизирующих излучений, таким образом, дополняют, друг друга;
2) определение напряженного состояния металла. Зная длину волны моно хроматического рентгеновского излучения и угол падения его на поверхность проверяемой детали, можно на основании замеров на соответствующих рентгено граммах вычислить основной параметр кристаллической структуры исследуемого
45
материала — расстояние между центрами атомов в его кристаллической решет ке. Сопоставляя полученное значение с величиной того же параметра в нена пряженном состоянии, можно определить упругую деформацию материала.
Таким образом может быть выделена (что без нарушения сплошности не осуществимо другими методами) упругая составляющая деформированного состояния металла: в сварных швах после их остывания, в зонах резких пере падов напряжений, в деталях, обработанных давлением, например гнутых про
филях, и т. д. Измерения при этом производятся (что также |
очень существенно) |
|||
на весьма |
малых участках |
поверхности (порядка десятых |
кв. |
миллиметров). |
Однако |
рассматриваемый |
метод требует применения сложной |
аппаратуры и |
большой тщательности всех измерений. В то же время, напряжения могут быть оценены лишь со сравнительно незначительной точностью (для стали — порядка 100—200 кГІсм2).
Дальнейшие разработки по усовершенствованию рентгеноскопического ме тода определения напряжений продолжаются.
Вбетоне и железобетоне:
1)определение объемной массы (плотности) как уплотненной бетонной смеси, так и бетона -в изделиях и конструкциях произво дят путем измерения ослабления или рассеивания потока гаммаизлучений в бетоне (ГОСТ 17623—72).
На рис. 20 схематически показано проведение соответствующих измерений. В бетонную смесь погружают зонды .различной формы, при помощи которых .получают значения плотности или послойно (рис. 20, а), или усреднениодля всей высоты контролируемого слоя (рис. 20, б и в). Возможно также применение преобразовате
ля поверхностного типа (рис. 20, г), регистрирующего рассеян ное излучение и не требующего погружения в толщу бетонной смеси.
Контроль бетона в готовых изделиях и конструкциях толщиной до 500 мм, имеющих параллельные грани, -осуществляется просве чиванием с применением П-образной скобы (рис. 20, д). При тол щине более 500 мм, а также при одностороннем доступе к конструк ции используется метод регистрации рассеянного излучения (рис. 20, г). В массивных конструкциях возможно также примене ние зондов но -схемам (.рис. 20, б), опускаемых в специально про
буренные отверстия. |
не менее |
Измерения должны производиться на расстоянии |
|
100 мм от края конструкции или формы (для бетонной |
смеси) и |
от арматуры диаметром от 8 мм. |
|
Значения плотности берутся по шкале регистрирующего прибо ра проградуированной в единицах плотности;
2)контроль однородности и дефектоскопию -бетона производят сопоставлением результатов просвечивания в различных участках
иточках конструкции. Отдельные дефектные участки целесообраз но фиксировать на снимках. Для отчетливого выявления трещин просвечивание следует -вести под углом не более 5° к их направле нию;
3)определение положения и диаметра арматуры и толщины за щитного слоя бетона (ГОСТ 17625—72). Схема просвечивания показана на рис. 21. Диаметр арматуры сі и толщина защитного
слоя бетона b определяются из выражений:
46