lab2 (Некоторые лабы по акустике)

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО ЭХОМЕТОДА

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

Цель работы

1. Ознакомление с методикой определения диаграммы направленности и разрешающей способности импульсного дефектоскопа.

2. Овладение навыками работы с серийным дефектоскопом ДУК-66.

Домашнее задание

1. Рассчитать и построить график функции направленности излучения и приема преобразователя с круглой пластиной, имеющего следующие параметры:

2. Рассчитать и построить график изменения фронтальной разрешающей способности от расстояния до дефекта для тех же преобразователей.

Рабочее задание

1. На образце с отверстиями (рис. 2.1) определить мертвую зону, используя преобразователи с параметрами, как в п.1 домашнего задания. Измерения проводить при минимальном и максимальном значениях длительности зондирующего импульса. Измерения повторить для раздельно-совмещенных преобразователей.
   
   Рис. 2.1 Образец для определения мертвой зоны дефектоскопа
   
   

2. Получить экспериментальные данные о функции направленности для преобразователей п.1 домашнего задания.

3. Определить разрешающую способность по фронту для тех же преобразователей. Сравнить полученные данные с расчетными условиями разрешения (п.2 домашнего задания).

4. На образце с известной толщиной определить предельную чувствительность дефектоскопа ДУК-66.

Описание лабораторной установки

Установка содержит следующее оборудование: ультразвуковой импульсный дефектоскоп ДУК-66, иммерсионную ванну, образцы для настройки прибора и экспериментальных исследований. Иммерсионную ванну, наполненную водой, используют при экспериментальных исследованиях диаграммы направленности и разрешающей способности преобразователей. Ванна снабжена специальным устройством для закрепления преобразователей и для перемещения образцов вдоль лучевой оси и в перпендикулярном направлении.

Методические указания

1. В непосредственной близости от преобразователя излученная энергия сосредоточена в пределах лучевой трубки. Диаметр лучевой трубки равен диаметру пьезопреобразователя. На расстоянии (граница ближней зоны) концентрация энергии вблизи оси наиболее высокая. На расстоянии поле излучения представляется в виде расходящегося пучка лучей. Распределение интенсивности излучения (или амплитуды P) по узлу в этой зоне называют диаграммой направленности преобразователя. Распределение интенсивности излучения, как следует из [2] , может быть рассчитано по формуле

, (1)

где I₀ , P₀ - интенсивность и амплитуда сигнала по оси преобразователя; - волновое число; q - угол отклонения луча от оси преобразователя (рис 2.2); J₁ - функция Бесселя первого порядка.

Диаграмму направленности нужно строить в декартовых координатах. По оси абсцисс откладывать величину q , а по оси ординат - амплитуду сигнала в децибелах

N=20^.lg(P/P₀) (2)

в которых проградуирован измеритель амплитуд дефектоскопа. Расчет по формуле (1) необходимо произвести для трех значений z, соответственно z = 100, 200 и 300 мм. Скорость распространения УЗК в исследуемой среде принять равной C = 1490 м/с. Все результаты расчетов нанести на один график.

2. Разрешающую способность дефектоскопа оценивают по расстоянию между дефектами, при котором они еще регистрируются раздельно. Различают лучевую разрешающую способность, т. е. минимальное расстояние в направлении излучения УЗК (по лучу или по толщине изделия), когда сигналы от дефектов видны на экране как два различных импульса, и фронтальную разрешающую способность, т. е. минимальное расстояние между дефектами l - в направлении, перпендикулярном распространению УЗК (вдоль фронта волны).

Фронтальная разрешающая способность l на малых глубинах,

примерно равна диаметру пьезопластины

(3)

На больших глубинах она определяется диаграммой направленности преобразователя и рассчитывается по приближенной формуле

(4)

Формулы (3) и (4) дают возможность построить график функции изменения разрешающей способности l дефектоскопа с глубиной z для конкретного преобразователя.

3. Минимальная глубина прозвучивания или мертвая зона прибора —минимальное расстояние от преобразователя или от поверхности изделия, на котором дефект четко выявляется прибором, не сливаясь с зондирующим импульсом. Мертвая зона определяется длительностью ультразвукового импульса, временем восстановления чувствительности усилителя после воздействия мощного зондирующего импульса, уровнем помех, возникающих в преобразователе дефектоскопа. Уменьшить мертвую зону прибора возможно при использовании раздельно-совмещенного преобразователя. В этом случае приемный пьезоэлемент преобразователя защищается электроакустическим экраном от воздействия мощного зондирующего импульса.

Определение величины мертвой зоны следует начинать с регистрации сигналов от наиболее глубоко залегающих дефектов, поскольку они фиксируются лучше, а затем переходить к дефектам, более близким к поверхности.

Рис. 2.2 Расположение преобразователя и отражателя при экспериментальном исследовании диаграммы направленности в иммерсионной ванне

4. Экспериментальное исследование диаграммы направленности выполняют путем определения положения отражателя в иммерсионной ванне, соответствующего максимальному эхосигналу, и последующего смещения отражателя в сторону от этого положения дискретно по 1—3 мм так, чтобы в пределах первого лепестка снять не менее 5 точек (рис. 2.2). Измерение амплитуды выполняют аттенюатором дефектоскопа. Усиление регулируется аттенюатором так, чтобы амплитуда сигнала достигала некоторого постоянного уровня (20или 30 мм) на экране ЭЛТ, три этом регистрируется число децибел на ручках аттенюатора.

Следует иметь в виду, что формула (2) определяет величину в отрицательных децибелах, т. е. максимальное значение (P/P₀)_q=0 = 0 дБ, а все остальные значения меньше нуля. Аттенюатор дефектоскопа ДУК-66 проградуирован в положительных децибелах. Поэтому для сопоставления экспериментальных и теоретических данных следует измерить значение, соответствующее максимуму эхосигнала N_max , и из последующих результатов вычитать это значение.

5. Изменяя расстояние между двумя отражателями, помещенными в иммерсионную ванну, следует найти такое положение, при котором они фиксируются раздельно. Это значит, что амплитуда наблюдаемых сигналов, когда на акустической оси преобразователя находится каждый из отражателей, по крайней мере на б дБ выше всех промежуточных сигналов. Последнее необходимо иметь в виду, так как при исследованиях возможно возникновение максимумов в результате интерференции эхосигналов, приходящих от двух отражателей одновременно.

6. Предельную чувствительность определяют размерами наименьшего, надежно выявленного дефекта.

На образце необходимо получить донный сигнал, установить его амплитуду на экране равной 20 мм и отметить при этом показания N₁, аттенюатора. Увеличивать чувствительность дефектоскопа аттенюатором до тех пор, пока амплитуда ложных сигналов в интервале 5 мм перед донным сигналом не достигнет 10 мм. Отметить показание N₂ аттенюатора. По разности N₁-N₂ определить отношение сигнала от минимального выявленного дефекта к донному сигналу в относительных единицах. По АРД-диаграмме (рис. 3.1) определить величину d_min , предварительно рассчитав величину ближней зоны данного преобразователя. Материал образца—алюминий (С==6260м/с)

Контрольные вопросы

1. Что такое .диаграмма направленности преобразователя и как она зависит от параметров пьезопластины?

2. Поясните методику получения экспериментальных данных о функции направленности излучения.

1. Какие факторы ограничивают минимальную глубину прозвучивания?

4. Какие вам известны способы уменьшения мертвой зоны?

5. Что такое разрешающая способность дефектоскопа и от чего она зависит?

6. Как экспериментально определить фронтальную разрешающую способность дефектоскопа?

7. Ширина основного лепестка диаграммы направленности, измеренной в иммерсионной ванне, равна 5°. Какой будет ширина диаграммы направленности в стали?

8. Лучевая разрешающая способность, измеренная в воде, равна 1,5 мм. Какая будет эта величина для стали?

9. Фронтальная разрешающая способность, измеренная в воде, равна 7 мм. Какая будет эта величина для стали?