Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

При поглощении лазерного импульса происходит неоднородный нестационарный нагрев приповерхностного слоя среды, который приводит к возникновению механических напряжений в поглощающей среде. При этом как в прозрачную, так и в поглощающую среду начинают распространяться импульсы продольных акустических волн. Амплитуда и временная форма (и, соответственно, частотный спектр) термооптически возбуждаемого ультразвукового импульса — оптико-акустического (ОА) сигнала — определяется временной зависимостью интенсивности поглощенного лазерного импульса и теплофизическими параметрами поглощающей среды (коэффициентом поглощения света, коэффициентом теплового расширения и теплоемкостью). При использовании импульсных лазеров с модуляцией добротности (Lτ имеет порядок десятков наносекунд, энергия в импульсе порядка 10 мДж) амплитуда ОА сигналов может достигать десятков и сотен атмосфер, а их спектр — простираться от долей до сотен мегагерц.

Рис. 4.11. Принцип работы источника УЗ с использованием ОА генератора

При поглощении лазерного импульса в ОА источнике в нем возбуждается ультразвуковой импульс продольных акустических волн с известными амплитудой и частотным спектром — зондирующий (опорный) импульс, который затем распространяется в исследуемом образце и регистрируется с помощью специально разработанного широкополосного пьезоприемника, находящегося в акустическом контакте с образцом. Для обеспечения такого контакта ОА источник, образец и пьезоприемник разделяются слоями иммерсионной жидкости (дистиллированной воды) толщиной 1,8 мм.

Применение лазерных источников ультразвука позволяет использовать метод измерения фазовой скорости продольных акустических волн «по тройному пробегу» для образцов малой толщины (от 0,1…0,3 мм). Такая возможность обусловлена малой длительностью опорного ультразвукового сигнала; соответственно, импульс, однократно прошедший образец, и импульс после тройного пробега в образце, не будут перекрываться. В этом заключается основное преимущество лазерного оптико-акустического метода перед традиционными методиками ультразвуковой спектроскопии, которые позволяют исследовать образцы металлов и сплавов с толщиной более нескольких миллиметров.

Рис. 4.12. Формы ультразвуковых сигналов ПЭП и лазерного источника с ОА - генератором

При одинаковых частотах УЗ импульсов длительность импульса лазерного ультразвука в 6-7 раз меньше, чем для ПЭП.

ЛЕКЦИЯ №5. ТЕХНОЛОГИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ

Ультразвуковой контроль сварных соединений проводится в соответствии с ГОСТ 14782-86. «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые». Данный нормативный документ устанавливает методы ультразвукового контроля стыковых, угловых, нахлесточных и тавровых соединений, выполненных дуговой, электрошлаковой, газовой, газопрессовой, электронно-лучевой и стыковой сваркой оплавлением в сварных конструкциях из металлов и сплавов для выявления трещин, непроваров, пор, неметаллических и металлических включений.

Рассмотрим основные схемы ультразвукового контроля сварных соединений.

5.1. Эхо-метод контроля

Рис. 5.1. Схема эхо-метода ультразвукового контроля

Эхо-метод УЗ-контроля основан на регистрации сигнала, отраженного от несплошности (дефекта) (рис. 5.1). Если дефект найден – на экране дефектоскопа появляется сигнал, если дефекта нет – нет и сигнала на экране прибора.

О величине дефекта судят по амплитуде принимаемого сигнала.

Преимущества: односторонний доступ, высокая чувствительность, высокая точность определения координат дефектов, возможность слежения за качеством акустического контакта, наличие одного ПЭП.

Недостатки: низкая помехоустойчивость, резкая зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта. Этим методом контролируют около 90% сварных соединений толщиной 4мм и более.

5.2. Теневой метод

Рис. 5.2. Теневая схема ультразвукового контроля.

Теневая схема работает следующим образом: при отсутствии несплошности приемник устойчиво принимает сигнал от источника, если на пути следования луча появляется несплошность, то сигнал, который принимает приемник, резко ослабевает или исчезает полностью. Если есть дефект – нет сигнала, дефекта нет – сигнал присутствует (рис. 5.2.).

О величине дефекта судят по уменьшению амплитуды УЗ-колебаний от излучателя к приемнику. Чем больше размер дефекта, тем меньше амплитуда прошедшего сигнала. Излучатель и приемник расположены при этом соостно как противоположных поверхностях изделия. При этом методе можно контролировать изделия ограниченного сечения небольшой толщины.

Недостатки: сложность ориентации ПЭП относительно друг друга; более низкая чувствительность (10 – 20 раз) по сравнению с эхо-методом, неточность определения координат дефектов.

Преимущества: высокая помехоустойчивость сигнала от ориентации дефекта.

5.3. Зеркально-теневой метод контроля

Разновидностью теневого метода является зеркально-теневой метод контроля, основанный на уменьшении амплитуды УЗ-колебаний, зеркально-отраженных от нижней поверхности. Дополнительное преимущество – односторонний доступ и более надежное обнаружение корневого дефекта.

Рис. 5.3. Зеркально-теневая схема контроля

5.4. Эхо-зеркальный метод (Тандем)

Эхо-зеркальный метод - наиболее достоверен при обнаружении плоскостных вертикально ориентированных дефектов. Он реализуется при прозвучивании шва двумя ПЭП, которые перемещаются по поверхности околошовной зоны с одной стороны шва таким образом, чтобы фиксировать одним ПЭП сигнал, излученный другим ПЭП и дважды отразившийся от дефекта и противоположной поверхности изделия. Этим методом контролируют изделия с эквидистантными поверхностями, а если их толщина менее 40 мм, то необходимы специальные ПЭП.

Одно из основных преимуществ метода - возможность оценки формы дефектов размером 3 мм и более, которые отклонены в вертикальной плоскости не более чем на 10°. При оценке формы дефектов необходимым условием является использование ПЭП одинаковой чувствительности. Метод нашел широкое применение при контроле толстостенных изделий, когда требуется высокая надежность обнаружения вертикально-ориентированных плоскостных дефектов, а также при арбитражных оценках.

Рис. 5.4. Тандем метод УЗК

5.5. Дельта- метод контроля

Излучатель озвучивает дефект поперечной УЗ волной. Часть падающего пучка отражается зеркально в виде поперечной волны (Сt), другая часть дифрагирует в виде поперечной или трансформированной продольной волны. Наиболее интенсивно дифракция возникает на острых краях дефектов, например, на краях эксплуатационных трещин. Дифрагированная продольная волна может быть принята прямым ПЭП. Признаком наличия дефекта является появление эхо-импульса в зоне контроля.

Рис. 5.5. Схема дельта-метода контроля

5.6. Технология ультразвукового контроля

Технологический процесс УЗ контроля включает в себя следующие технологические операции: 1) оценку дефектоскопии; 2) подготовительные работы; 3) настройку аппаратуры; 4) поиск и обнаружение дефектов; 5) измерение координат; 6) измерение размеров дефектов; 7) определение формы дефектов; 8) оценку допустимости дефектов; 9) оценку качества изделия; 10) оформление результатов контроля.

Понятие дефектоскопичности представляет собой совокупность свойств изделия, определяющих возможность проведения контроля с заданной достоверностью. На дефектоскопичность конструкций влияет множество факторов. Основные из них: толщина и кривизна изделия, наличие доступа для проведения контроля, структура материала, наличие ложных отражателей, способы сварки.

Изделие можно считать дефектоскопичным в случае:

1. Если центральный луч ультразвукового пучка проходит выше центра шва при прозвучивании прямым лучом;

2. Если минимально выявляемый дефект независимо от его координат и ориентации обнаруживается на фоне помех с запасом чувствительности не менее 6 дБ и разрешением по времени не менее 1 мкс.

3. Первый критерий связан только с геометрией изделия, второй с акустическим свойствами материала и наличием конструктивных или технологических особенностей вызывающих ложные сигналы.

При оценке по первому критерию необходимо, чтобы ширина зоны сканирования должна быть достаточной для прозвучивания всего сечения шва (пример коробчатая балка).

При оценке по второму критерию изделие считают дефектоскопичным если

; <<λ

, т.е. структура упорядочена (δ – коэффициент затухания; r – средний путь ультразвука в металле; - средний размер зерна; λ – длина волны).

Смысл первого условия в том, что ослабление эхо-сигнала за счет затухания при любом расстоянии не должно превышать 6 дБ. Например, контроль эхо-методом нормальным преобразователем листа толщиной (δ) 100 мм будет достаточно надежным, если коэффициент затухания не превышает значения δ = 0,7/2х100 = 0,0035 1/мм = 0,3 дБ/мм.

Второе условие регламентирует размер зерен, при которых рассеяние ультразвуковой волны в материале оптимально. Крупнозернистая структура с хаотичным расположением зерен вызывает интенсивное рассеяние УЗ-лучей на произвольно ориентированных границах зерен (структурная реверберация). Это приводит к высокому уровню акустических помех и большому затуханию. По этой причине затруднен контроль изделий с литой структурой: литые поковки и изделия из них, швы электрошлаковой сваркой, аустенитные сварные швы.

Одним из показателей определяющих дефектоскопичность изделия, является способ сварки. УЗ-контроль изделий, выполненных контактной сваркой, трением давлением, диффузионной, взрывом малодостоверен, т.к. выявляемость дефектов типа «слипания» низка (~ 50 %). Это связано с тем, что слипания имеют незначительное раскрытие (~10-6 мм) и свободно пропускают ультразвук.

Подготовка к контролю

Качество поверхности должно обеспечивать максимальное прохождение УЗ волн. Для этого необходимо освободить контролируемое изделие от неплотно прилегающих наслоений, не пропускающих ультразвук (окалина). Для этого удаляют окалину, забоины, изоляцию, задиры, брызги, сварочный флюс.

Оптимальной является Rz ≤ 20÷40 мкм. Обратная поверхность также должна обеспечивать зеркальное отражение. Из соотношения Рэлея это условие

где α – угол между нормалью и падающим лучом.

Если данная поверхность покрыта защитными покрытиями (плакирующим слоем), то необходимо учитывать дополнительные потери. Необходимо учитывать также накипь или коррозию на данной поверхности, которые приводят к резкому снижению амплитуды данного сигнала.

Важно учитывать тип контактирующей жидкости. Она должна обладать хорошей смачиваемостью, оптимальной вязкостью и однородностью (отсутствие пузырьков). Она определяется геометрией изделия, температурой.

Настройка скорости развертки и чувствительности.

Характеристики

Список файлов лекций