Файл: Хорбенко, И. Г. Ультразвук в машиностроении.pdf

Рис. 81. Ультразвуковой дальномер УД-1

проволоки не должно быть контактной жидкости, так как даже небольшие капли ее вызывают отражение ультра­ звуковых волн. Чтобы контактная жидкость стекала в сто­ рону неконтролируемого участка, пруток проволоки наклоняют под углом 5° к поверхности стола. Для кон­ троля тонких прутков применяется ультразвуковая уста­ новка УКП-2, которая позволяет выявлять поверхно­ стные дефекты в виде продольных и поперечных рисок, раковин глубиной более 0 , 0 0 1 мм, а также внутренние дефекты в виде включений. Диаметр контролируемой проволоки 0,5—3 мм, длина контролируемого прутка 1 — 1,5 м. Производительность установки до 1500 прутков в смену. Потребляемая мощность установки 150 Вт.

Государственным научно-исследовательским институ­ том машиноведения создан ультразвуковой дальномер УД-1 (рис. 81) для бесконтактного дистационного кон­ троля взаимного пространственного положения элемен­ тов машин и конструкций в цеховых и естественных усло­ виях их эксплуатации. Дальномер обеспечивает возмож­ ность автоматического измерения расстояний до 5 м при удалении индикаторного устройства от блока преобразо­ вателей на расстояние 30 м. В приборе предусмотрена возможность подключения перьевых самопишущих при­ боров, регистраторов, электропотенциометров для записи процессов автоматического измерения. В блоке преобра­ зователей используют механические усилители мощности излучения ультразвуковых колебаний. Излучатель ультра­ звуковых колебаний — рефлекторного типа с параболи­ ческим отражателем; ввод колебаний в фокус рефлектора производится по звукопроводу. Все электронные узлы выполнены с применением транзисторных элементов.

236

Конструкцией предусмотрена возможность закрепления блока преобразователей на штативе со стандартной резь­ бой М9,5. В установке и в блоке преобразователей обеспе­ чивается выдача световых сигналов: акустический кон­ такт «есть—нет». Диапазон измеряемых расстояний 1—5 м, частота несущих колебаний 60 кГц, телесный угол рас­ хождения ультразвукового пучка излучателя 6 °, погреш­ ность измерения (от верхнего предела измеряемых рас­ стояний) ± 0 ,2 %.

Резонансный метод

Резонансный метод ультразвуковой дефектоскопии осно­ ван на использовании незатухающих колебаний. Колеба­ ния высокой частоты, вырабатываемые генератором, непрерывно излучаются ультразвуковой головкой в про­ веряемый образец. Если собственная частота образца будет равна частоте генератора, то возникает резонанс колеба­ ний. При этом между падающими и отраженными волнами будет наблюдаться интенференция. Если трещина образца будет равна целому числу полуволн, то возникнут стоя­ чие волны, что и будет свидетельствовать о том, что ре­ зонансная частота образца совпадает с частотой генератора. При резонансе уменьшается акустическое сопротивление среды, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний генератора и к увеличению его анодного и сеточного то­ ков. Настроив частоту генератора на резонансную частоту изделия определенной толщины, при исследовании дру­ гих участков этого изделия можно заметить момент исчез­ новения резонанса, что и укажет на изменение толщины или на наличие внутри изделия дефекта. Зная частоту излучаемого ультразвука и скорость его распространения в материале контролируемого изделия, легко определить его толщину или расстояние до дефекта.

Так, например, для контроля штампованных и прессо­ ванных деталей из алюминиевых и магниевых сплавов применяется ультразвуковой резонансный толщиномер УРТ-9Т. Генератор возбуждает пьезощупом продольные ультразвуковые колебания в детали. Когда в детали возникают стоячие волны, сопротивление акустической системы щуп-деталь уменьшается, что приводит к изме­ нению постоянного тока, питающего генерлтор. Измене­ ния тока подаются через трансформатор связи на усили­ тель и в виде импульсов появляются на экране индикатора,

237

При совпадении резонансной частоты контура отсчетного устройства с частотой генератора ультразвуковых коле­ баний возникает эффект резонанса. Совмещая маркерный импульс с импульсом резонанса в детали, можно по шкале отсчетного устройства определить толщину детали.

Резонансный метод ультразвуковой дефектоскопии чаще применяется в толщиномерах при одностороннем доступе к контролируемым изделиям (обшивка кораблей, котлов, оболочек кабеля и т. п.). Особенно он удобен при проверке состояния обшивки подводной части корабля без постановки его в док. В резонансных ультразвуковых дефектоскопах иногда применяют в качестве индикатора телефоны. Это особенно удобно в тех случаях, когда ра­ ботающему с прибором неудобно смотреть на индикатор. Однако более точные результаты можно получить при использовании приборов с электронно-лучевыми трубками.

Ультразвуковой резонансный толщиномер ТУК-3 предназначен для измерения толщины стенок изделий, доступ к которым имеется только с одной стороны (внеш­ ней), например, труб, баллонов, листов, а также для выявления в тонкостенных изделиях дефектов размерами 1 0 X 10 мм и более. Действие прибора основано на воз­ буждении в стенке изделия по толщине ультразвуковых колебаний, частота которых периодически меняется от 3 до 9 МГц. Резонансы этих колебаний фиксируются в виде импульсов на экране электроннолучевой трубки. Прибор снабжен специальным отсчетным устройством, на шкале которого дается значение толщины изделия при совмеще­ нии вспомогательного импульса с резонансными импуль­ сами на экране. Отсчетное устройство максимально упро­ щает и ускоряет процесс измерения. В приборе приме­ нены методы и средства подавления внутренних помех, вследствие чего возможно измерение толщины труб малого диаметра (до 1 0 мм), и измерение по вогнутой поверх­ ности (с радиусом кривизны 0,5 м и более). Прибор не предназначен для непрерывного измерения толщины в по­ токе; он не может также измерять толщину изделий с сильно корродированной внутренней поверхностью. Диапазон измерения 0,35—50 мм, точность измерений относительно толщины изделия 2 %, минимальный размер выявленного дефекта 1 0 0 мм2, время одного измерения

1 0 — 2 0 с.

Кишиневским заводом «Электроточприбор» создан ультразвуковой резонансный толщиномер ТУК-4В. При­

238

таллам» предназначен для непрерывного контроля тол­ щины изделий из металла, стекла, керамики и пластмасс (труб, листов, оболочек кабелей и т. п.), а также для обна­ ружения расслоений в биметаллических изделиях с исполь­ зованием явления иммерсионного резонанса (рис. 82). Изменение толщины изделия приводит к включению сиг­ нальных лампочек и на выходе прибора появляется сигнал, приводящий в действие дефектоотметчик пли отбраковоч­ ное устройство. Отличительная особенность прибора — нет необходимости настраивать его на скорость распростра­ нения ультразвуковых колебаний при переходе на другой материал контролируемых изделий; необходимо только ус­ тановить пределы контроля. Прибор применяется для конт­ роля толщины от 0,2 до 6 мм. Погрешность измерений 1 %.

Ультразвуковой резонансный метод дефектоскопии применяется не только в производственных процессах, но и при решении некоторых теоретических проблем. Иссле­ дования показали, что ультразвуковой резонансный метод контроля можно использовать для определения характери­ стик твердого тела в условиях высоких температур. Это позволяет выбрать наиболее целесообразный технологи­ ческий режим при обжиге строительных материалов.

239

М етод структурного ан ал и за

В машиностроительной промышленности предъявляются повышенные требования к структурному строению мате­ риалов. Отклонения в структурном строении, имеющие различный характер, определяются конкретными усло­ виями того или иного технологического процесса и должны соответствовать требованиям установленных стандартов. К структурным отклонениям относятся крупнозернистость кристаллической структуры в металлических конструк­ циях, степень полимеризации в пластмассовых изделиях, ослабление пропитки основного материала связующим и др. Структурные отклонения вызывают затухание ультразвука в материалах. Затухание ультразвуковых колебаний в металлах связано с рассеянием ультразвука из-за неоднородности структуры и с поглощением его вследствие теплопроводности и гистерезиса. В чугуне и стали, например, затухание практически определяется рассеянием ультразвука на границах зерен и структурных

•составляющих.

В Научно-исследовательском институте химического машиностроения (НИИХИММАШ), используя свойство затухания ультразвука в металле, разработан относи­ тельный метод ультразвукового структурного анализа металлов и создана специальная аппаратура для этой цели. Особенностью этого метода является то, что пока­ зателями степени рассеяния ультразвуковых колебаний в металле, по которым определяется величина зерна в стали, графитных включений в чугуне и других структурных со­ ставляющих, считают отношение амплитуд данных эхосигналов при проверке металла на разных частотах ультразвука при постоянном коэффициенте усиления. Определив структурные коэффициенты по эталонным Образцам, можно при помощи ультразвука с достаточной точностью контролировать структуру металла [162].

Эталонные образцы изготовляются из материала той же марки и должны иметь тот же диаметр, толщину и чистоту поверхности, что и контролируемые изделия. Относитель­ ный метод структурного анализа можно применять для контроля величины зерна в аустенитных хромоникелевых нержавеющих сталях, определения величины графитных включений в сером чугуне, контроля структуры высоко­ прочного чугуна, выявления межкристаллитной корро­ зии нержавеющих сталей. Этот метод значительно упро-

240

щает контроль структуры металлов и изделий на промыш­ ленных предприятиях. Однако в каждом конкретном слу­ чае необходимо выбирать способ ввода ультразвуковых колебаний в изделие, оптимальные частоты, ультразвуко­ вую аппаратуру и оптимальный режим ее работы. Опыт и расчеты показывают, что применение ультразвукового структурного анализа позволяет сэкономить металл, снизить трудозатраты и получить высокую экономиче­ скую эффективность.

Всесоюзным Научно-исследовательским институтом химического машиностроения (НИИХИММАШ) совместно с Научно-исследовательским и конструкторским инсти­ тутом испытательных машин, приборов и средств измере­ ния масс (НИКИМП) разработан промышленный образец ультразвукового широкодиапазонного прибора УСАД-61. Прибор выполнен по импульсной схеме и позволяет кон­ тролировать изделия методом отражения и сквозным прозвучиванием на продольных, сдвиговых и поверхностных волнах. Прибор состоит из задающего генератора, гене­ ратора высокой частоты, усилителя, генератора развертки и подсветных импульсов, электронного глубиномера, осциллографического индикатора, пьезоэлектрических щупов и блока питания. Рабочая частота 0,63; 1,25; 2,5; 5; 10 МГц. Максимальная глубина прозвучивания (для мелкозернистых материалов) 1500 мм. В ряде случаев структурные отклонения в материалах вызывают изме-

241