Файл: Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 149
Скачиваний: 0
Если же на пути УЗК встретятся неоднородности, то в за висимости от площади сечения пучка УЗК, площади отражаю щей поверхности дефекта и его местоположения между поверх ностями изделия показания индикатора будут меняться. Если дефект полностью перекроет пучок УЗК, индикатор покажет нуль. Если же дефект меньше сечения пучка, то он будет от брасывать на заднюю поверхность изделия «звуковую тень» и показания индикатора будут уменьшаться.
Рис. 96. Схема бегущей (о) и стоячей (б) волн
Для контроля теневым методом в общем случае необходим доступ к изделию с обеих сторон.
Р е з о н а н с н ы й м е т о д основан на изменении режима работы излучающего УЗК пьезоэлемента при изменении на грузки на него в момент возникновения стоячих волн в конт ролируемом материале. Стоячие волны возникают в ограни ченной среде в результате интерференции прямой к отражен ной волн. В однородной среде наблюдаются точки (узлы), где колебания частиц отсутствуют, и точки (пучности), где они совершаются с максимальной амплитудой. Узлы и соответст венно пучности находятся на расстоянии половины длины вол ны один от другого (узлы от пучности находятся на расстоя нии четверти волны) (рис. 96).
319
Образование стоячих волн возможно лишь в случае резо нанса, т. е. совпадения частоты внешней возмущающей силы с частотой собственных колебаний системы. Частота, при кото рой возникают стоячие волны, зависит от толщины материала и скорости распространения в нем УЗК:
/ = — |
= — , |
(183) |
2f |
2 |
|
где к — целое число, определяющее порядок гармоники коле
баний (при резонансе на основной частоте к = |
1); |
|
с — скорость |
распространения УЗК в материале, |
см/с; |
i — толщина |
изделия, см. |
|
0
I'■ :I
I 1
I '
Г_ I,
—s a l
Рис. 97. Принципиальная схема ульт развукового резонансного дефекто скопа
Принципиальная схема резонансного з'льтразвукового де фектоскопа изображена на рис. 97. Электрическое напряжение от генератора Л подается на пьезоэлемент Я, прикладывае мый к поверхности изделия. Изменением емкости С или ин дуктивности L добиваются резонанса системы, т. е. частоты колебаний пьезоэлемента, при которой в материале возникают стоящие волны с пучностью у поверхности изделия. В зависи мости от толщины изделия и длины волны в нем могут уло житься одна или несколько полуволн.
320
В момент резонанса и образования стоячей волны в конт ролируемом изделии уменьшается входное сопротивление на грузки, амплитуда упругих колебаний в изделии резко возра стает, увеличивается количество энергии, отбираемой изделием от генератора, возрастает шунтирующее действие пьезоэле мента. Все это приводит к уменьшению амплитуды электриче ских колебаний в генераторе, к увеличению анодного и умень шению сеточного токов в нем, что может быть отмечено инди катором.
Рис. 98. Схема импульсов ультразвуковых колебании, посылаемых в контролируемое изделие
Резонансный метод ультразвуковой дефектоскопии приме няется для контроля качества изделий сравнительно неболь шой толщины из металлов, стекла, керамики и других мате риалов с высокими упругими свойствами.
Резонансным методом можно измерять толщину изделия (при одностороннем доступе), выявлять зоны коррозионного поражения, зоны непропая и непроклея в листовых соедине ниях, расслоения в тонких листах и т. д.
И м п у л ь с н ы й э х о - м е т о д основан на посылке в контролируемое изделие коротких импульсов высокочастотных колебаний и регистрации интенсивности и времени прихода эхо-сигналов, отраженных от дефектов или границ изделия. Обычно импульсы посылаются в изделие один за другим через определенные промежутки времени, называемые паузами, или интервалами (рис. 98). Периодом импульсов называется вре мя, проходящее от начала действия одного импульса до нача ла действия следующего:
Г = х-М , |
(184) |
где т — длительность импульса, мне; i — пауза, мкс.
21 — 1126 |
321 |
При импульсном методе наиболее часто применяются иска тельные головки совмещенного типа, выполняющие функции излучателя и приемника ультразвука поочередно. Чтобы отра женные импульсы не попали на пьезоэлемент, когда он рабо
тает |
как излучатель, |
длительность импульса (в микросекун |
дах) |
выбирается так, |
чтобы i > т (обычно / = 2ч-3т). |
Импульсный эхо-метод является в настоящее время наибо лее распространенным методом ультразвуковой дефектоско пии, применяемым для контроля различных изделий, в том числе крупногабаритных и изделий сложной формы. При этом контроль можно проводить в контактном или иммерсионном (через слон жидкости) вариантах.
Рис. 99. Блок-схема импульсного ультразвукового дефектоскопа:
I— у с и л и т е л ь ; . — г е н е р а т о р и м п у л ь с о в ; 3— з а д а ю щ и й г е н е р а т о р ; 4— г е н е р а т о р р а з в е р т к и ; о — э л е к т р о н н о - л у ч е в а я т р у б к и ; б — и с к а т е л ь н а я г о л о в к а ; 7 — к о н т р о л и р у е м о е и з д е л и е ; 8 — д е ф е к т ; 9 — п у ч о к у л ь т р а з в у к о в ы х в о л н ;
а — н а ч а л ь н ы й и м п у л ь с ; б — и м п у л ь с о т |
д е ф е к т а ; в ~ к о н ц е в о й ( д о й н ы й ) |
и м п у л ь с |
|
Ультразвуковой дефектоскоп \_рис. 99) состоит из задаю щего генератора, генератора импульсов, генератора развертки, усилителя импульсов, электронно-лучевой трубки, ультразву ковой (совмещенной) искательной головки, источника пита ния. Многие дефектоскопы имеют также дополнительные ча сти— глубиномеры, электронные лупы, аттенюаторы, автома тические сигнализаторы дефектов и др.
Импульс от генератора импульсов через усилитель подает ся на пластины вертикального отклонения луча, вследствие чего луч прочерчивает на экране трубки начальный (зонди рующий) импульс а. В конце каждого кратковременного им пульса генератор импульсов «запирается» и на пьезоэлемент
головки никакие импульсы не поступают в течение всего вре мени передвижения электронного луча по горизонтали.
Ультразвуковые колебания, пройдя сквозь толщу испытуе мого материала, отражаются от противоположной поверхно сти, возвращаясь обратно, частично попадают на пьезоэле мент, заставляя его колебаться. На поверхностях пьезоэлемен та при этом возникает разность потенциалов и, следовательно, переменное напряжение, которое через усилитель подается на вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. К этому времени электронный луч в трубке заканчи вает перемещение по горизонтали и в конце этого пути про черчивает на экране второй пик в, называемый «донным» или «концевым» импульсом, т. е. импульсом, образованным УЗ К, отраженным от противоположной поверхности испытуемого материала.
При наличии дефекта ультразвуковой импульс отразится от пего раньше, чем от противоположной поверхности материа ла и, попав на пьезоэлемент, вызовет его колебания, вследст вие чего электронный луч в промежутке между начальными и концевыми пиками прочертит третий пик 6. Так как время прохождения луча прямо пропорционально пройденному пути, а скорость ультразвука для данного материала — величина постоянная, то горизонтальная линия на экране дефектоскопа представляет собой глубину залегания дефекта в каком-то масштабе. Следовательно, на экране трубки строится диаграм ма, по горизонтальной оси которой отложено время, пропор циональное глубине залегания дефекта, а по вертикальной — интенсивность отраженного от дефекта импульса, зависящая от его размеров.
При прозвучивании материалов с крупнозернистой струк турой, обладающих значительным рассеянием и поглощением ультразвука, донный (концевой) импульс ослабляется вплоть до полного исчезновения. В этом случае импульс от дефекта будет наблюдаться на экране дефектоскопа только при значи тельных размерах последнего.
Зная скорость распространения ультразвуковых волн в ма териале (приложение 6), его размер (толщину или протяжен ность) в направлении прозвучивания, а также минимальную величину дефектов, которые необходимо по техническим усло виям обнаруживать в изделиях, можно определить основные рабочие характеристики импульсного ультразвукового дефек тоскопа: частоту колебаний генератора (следовательно, и ча стоту колебаний пьезоэлемента), скорость развертки, продол жительность импульсов и пауз между ними.
В настоящее время выпускается множество типов импульс ных ультразвуковых дефектоскопов, рассчитанных на работу
2 1 * |
323 |
в различных условиях. Это малогабаритные специализирован ные дефектоскопы, переносные многоцелевые и передвижные универсального назначения.
Специализированные дефектоскопы, предназначенные для контроля определенных изделий, выполнены по упрощенной схеме и оформлены предельно компактно. Примером может служить дефектоскоп УЗДЛ-61-2М, предназначенный для контроля лопаток турбин и компрессоров, и кожухов камер сгорания энергетических машин в условиях эксплуатации. Контроль деталей этим дефектоскопом может производиться без демонтажа и разборки машины. Для этого у дефектоскопа имеются оригинальные по конструкции искательные головки, снабженные удлинительными ручками и механизмом подачи контактирующей жидкости к контактной поверхности головки. Питание прибора осуществляется от аккумулятора или других источников постоянного тока напряжением 24—28 В. Вес при бора 3 кг при габаритах 165X125X290 мм и диаметре экрана
75 мм.
Переносные многоцелевые дефектоскопы предназначены для обнаружения внутренних и поверхностных дефектов в раз личных изделиях и заготовках, для контроля сварных соеди нений и т. п. Примером может служить дефектоскоп УДМ-1М, работающий на частотах 0,8; 1,8; 2,5 и 4 МГц и рассчитанный на обнаружение дефектов, залегающих на глубине до 2,5 м в стали. Этот прибор имеет искательные головки для работы продольными, сдвиговыми и поверхностными волнами. При бор имеет электронный глубиномер, позволяющий измерять расстояние до поверхности отражателя, расположенного в сре де, в которой скорость распространения УЗ К 3500—-6500 м/с. Аналогичны дефектоскопы УДМ-3, ДУК-66, УЗД-НИИМ-5. УЗД-7Н, УДЦ-10 и др.
Передвижные дефектоскопы универсального назначения позволяют решать не только возникающие в практике сложные задачи по контролю заготовок и изделий контактным и иммер сионным способами, но и проводить широкие научно-исследо вательские работы. Например, дефектоскоп ДУК-6В работает на частотах 4,0; 2,5; 1.5 и 0,7 МГц, обеспечивающих оптималь ную чувствительность при контроле изделий из деформиро ванных сталей и алюминиевых сплавов толщиной до 1 м. Низ кие частоты позволяют контролировать металлические изде лия средней толщины с высоким уровнем акустических шумов, а также изделия из пластмасс и резины. Прибор имеет регули ровку чувствительности по времени, автоматический сигна лизатор дефектов, аттенюатор со ступенчатой и плавной регу лировкой (для количественного измерения отношения амплн-
3 2 4