Урок 7. Акустические методы неразрушающего контроля

1. УРОК 7 Акустические методы неразрушающего контроля

Вопрос 1
Назначение и физическая
сущность акустических методов

2.

• Акустический контроль применяют для
обнаружения дефектов в деталях из любых
материалов.
• Метод позволяет выявлять несплошности
(трещины, поры, раковины, расслоения), как
выходящие на поверхность так и в толще
материала, а также применяется для
измерения толщин при одностороннем
доступе к детали, для контроля качества
клеевых и паяных соединений, структурного
анализа (определение размера зерен,
наличия примесей, неоднородностей) и для
определения уровня жидкости в сосудах.

3.

• Акустические методы неразрушающего контроля
основаны на регистрации параметров упругих
колебаний, при их взаимодействии с объектом
контроля.
• Акустические колебания в зависимости от частоты подразделяют на
инфразвуковые частотой до 16 Гц,
звуковые – от 16 до 2 . 104 Гц,
ультразвуковые – от 2 . 104 до 109
гиперзвуковые – свыше 109 Гц.
• Для контроля узлов и деталей ЛА используют ультразвуковой
реже звуковой диапазоны.

4.

• Ультразвуковые волны способны распространятся в
материале деталей на большие расстояния, практически
не теряя своей интенсивности.
• Но они испытывают отражение или преломление на
границе раздела двух сред, резко отличающихся
величиной волнового сопротивления.
• Так, ультразвуковые колебания (УЗК) почти полностью
отражаются от места расположения дефекта: трещины,
газового пузыря и т. п.
• Ультразвуковой метод основан на
возбуждении УЗК в контролируемом
объекте и регистрации интенсивности и
времени прохождения сигналов

5.

• При контроле используют ультразвуковые колебания
частотой 1,25 – 10 МГц с длиной волны около 1мк.
• Для возбуждения упругих колебаний в различных материалах
используют магнитострикционные, пьезоэлектрические,
электромагнитноакустические и другие типы
преобразователей.
• Наибольшее распространение получили
пьезоэлектрические преобразователи.
• Их изготавливают из монокристалла кварца и
пьезокерамических материалов: титаната бария, цирконататитаната свинца и др.
• Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой
пластину с нанесенными на поверхность тонкими слоями
серебра, которые служат электродами.
• При приложении к такой пластине переменного
электрического тока, в ней возникают вынужденные
механические колебания, частота которых соответствует
частоте переменного тока. Такой эффект называется
обратным пьезоэффектом.

6.

Прямой
пьезоэффект
Обратный
пьезоэффект
Для ввода упругих колебаний в контролируемую деталь,
приема отраженных сигналов, пьезопластину помещают в
специальное устройство, называемое искательной головкой.
Искательная головка состоит из собственно преобразователя,
смонтированного на звукопоглощающей подложке, и
вспомогательных деталей корпуса, электропроводящих
элементов .

7.

8.

9.

Основные типы преобразователей
прямой
наклонный
раздельно-совмещенный
Для ввода УЗК в контролируемую деталь между
искательной головкой и деталью наносят слой жидкости
(масла, воды), которая устраняет воздушный зазор и
обеспечивает акустический контакт.

10. Вопрос 2 Методы акустического контроля

• В зависимости от конструктивных особенностей
деталей и целей контроля различают несколько
методов отличающихся по принципу действия,
аппаратуре и физической природе:
Теневой (зеркально-теневой)
Эхо-импульсный
Резонансный
Импедансный
Метод свободных колебаний

11. Теневой метод

УЗК вводятся с одной стороны детали 3 излучателем 1, а принимаются
с другой стороны приемником 2.
Если на пути УЗК не встретятся никакие неоднородности (дефекты),
вызывающие их отражение, то приемник зарегистрирует
определенную интенсивность УЗК, прошедших через деталь. И на
экране прибора можно будет увидеть два импульса (начальный и
донный сигнал). Если на пути УЗК дефекты 4, то второй импульс на
экране прибора будет ослаблен или, при больших размерах дефекта
исчезнет вовсе. Появится эффект акустической тени.

12.

При зеркально-теневом методе излучатель и приемник
УЗК устанавливают с одной стороны детали.
Интенсивность УЗК регистрируется после их отражения
от противоположной стенки детали

13. Эхо-импульсный метод

В деталь посылают короткие импульсы (длительностью 1-3 мкс)
ультразвуковых колебаний с интервалом 1-5 мс с помощью
совмещенного преобразователя. В момент посылки импульса на
экране прибора возникает всплеск. Ультразвуковой импульс
проходит через деталь 2 и, отражаясь от ее противоположной
стороны возвращается к излучателю. Приход отраженного сигнала
также регистрируется прибором. Если на пути ультразвука в детали
имеется дефект 3, то на экране прибора появится новый добавочный
сигнал, отраженный от дефекта.

14.

1 – излучатель УЗК
2 – приемник УЗК
3 - генератор импульсов
4 – усилитель
5 – вертикальные
отклоняющие пластины
ЭЛТ
6 – генератор
горизонтальной развертки
I – начальный импульс
II - импульс,
отраженный от дефекта
отраженный импульс
III – отраженный
импульс
Величина импульса, отраженного от дефекта дает представление о
размерах дефекта, а интервал между вводом в изделие начального
импульса и приемом отраженного сигнала позволяет определить
глубину его залегания.

15.

Особенности эхо-импульсного метода:
определенный участок детали не поддается контролю
(мертвая зона)
при крупном дефекте все ультразвуковые колебания
отразятся в месте его расположения и на экране будут всего два
импульса – начальный и отраженный от дефекта. Концевого
импульса не будет и импульс от дефекта может быть воспринят
как концевой и дефект может быть пропущен

16.

Ультразвуковые
дефектоскопы старого
поколения

17.

Современные
ультразвуковые
дефектоскопы

18.

/www.youtube.com/watch?v=FauZ7XA9j2Q
www.youtube.com/watch?v=S9BurdFn_R4

19. Импедансный метод

• Основан на использовании зависимости полного
механического сопротивления (импеданса)
контролируемого изделия от качества
соединения его отдельных элементов между
собой.
• Механическим импедансом Z называют отношение
возмущающей силы F к скорости V частиц среды в
точке приложения силы:
Z = F/V
Метод применяется для контроля соединений, имеющих
несколько слоев: обнаружения дефектов клеевых и
паяных соединений, контроля качества посадки шпилек,
штифтов, осей и других деталей, установленных с
натягом.
Наибольшее распространение получил контроль клеевого
соединения обшивки с сотовым заполнителем

20.

Принцип импедансного метода
а – участок с хорошей склейкой; б – зона непроклея;
1 – датчики; 2 – внешний лист (обшивка); 3 – слой клея;
4 – внутренний лист (подложка);
Fр – сила реакции

21.

• При данном контроле не требуется двустороннего
доступа к изделию и нанесения контактной
жидкости на его поверхность.
• Датчиком в этих дефектоскопах является стержень,
совершающий высокочастотные продольные
колебания в звуковом диапазоне.
• Если излучатель находится над участком обшивки с
цельным клеевым соединением, то конструкция
колеблется как единое целое и сила реакции изделия
на стержень излучателя достигает большой
величины (механический импеданс имеет
максимальное значение)
• При нахождении излучателя над непроклееной
зоной, участок обшивки колеблется независимо от
внутреннего листа-подложки и сила реакции резко
уменьшается, т.к. жесткость обшивки на этом участке
будет значительно меньше.
• Изменение силы реакции фиксируется с помощью
пьезоэлемента помещенного на конце датчика

22.

Схема импедансного прибора
1 - сигнальная лампа;
2 – возбуждающий
пьезоэлемент;
3 – масса;
4 – генератор;
5 – стержень;
6 – измерительный
пьезоэлемент
7 – блок обработки сигнала;
8 – индикатор;
9 – контактный наконечник;
10 – усилитель;
11 - объект контроля

23.

Недостатки метода:
малая глубина залегания выявляемых дефектов;
разброс импеданса даже в бездефектных зонах (велика
вероятность ложной тревоги);
Минимальная размер выявляемого дефекта (непроклея)
~ 7 мм2
Импедансный
экспресс-тестер «ТЭРИ»

24.

ДАМИ-С

25. Импедансные дефектоскопы

www.youtube.com/watch?v=2QfAWVtZOes
ДАМИ-С
ТЕРИ
ИД-91М
АД-60К

26. Резонансный метод

• Метод позволяет, определяя резонансные частоты,
измерять толщину изделий (например, толщину
стенок резервуаров) в контролируемой зоне,
обнаружить некоторые дефекты в этой зоне
(например, расслоение), определить уровень
жидкости в закрытых резервуарах.
• При контроле по резонансному методу для
возбуждения преобразователя используют
настраиваемый генератор переменной частоты. На
определенной частоте в контролируемой детали
наступает явление резонанса (изделие будет
вибрировать в резонанс с генератором).

27.

• Резонанс наступает в том случае, если толщина
изделия равна целому числу полуволн упругой
акустической волны. При этом между
толщиной изделия t и длиной волны λ
соблюдается соотношение
t = nλ/2 = nc/2f ,
n – целое число, определяющее порядок гармоники
колебания ( при резонансе на основной частоте n =1);
с скорость распространения УЗК в материале изделия;
f – частота УЗК.
Определив частоту колебаний, при которой наступает
явление резонанса и, зная скорость распространения
УЗК в материале детали, из приведенного соотношения
вычисляют толщину детали.

28.

Схема резонансного метода
1 – генератор; 2 – излучатель-приемник; 3 – объект контроля;
4 – модулятор частоты; 5 – регистратор резонансов

29. Метод свободных колебаний

• Метод применяется для обнаружения
внутренних дефектов, залегающих на
глубине нескольких сантиметров в
массивных деталях
• Контроль заключается в возбуждении
упругих колебаний в контролируемом
объекте и анализе характеристик
собственных колебаний объекта.
• Изделие, не имеющее дефектов в виде трещин,
может рассматриваться как колебательная система с
определенными параметрами (частотой,
коэффициент затухания).
• Эти параметры изменяются, если в изделии имеются
неоднородности (трещины, расслоения, раковины).

30.

Достоинства акустических методов:
Широкая область применения
Возможность контроля деталей из любых материалов
Возможность выявлять внутренние дефекты
Недостатки:
Необходимость тщательного изучения конструкции
контролируемых объектов
Необходимость настройки аппаратуры
Необходимость подбора преобразователей и эталонов
Необходимость специальной подготовки персонала
Высокие требования к структуре материала
контролируемых деталей
Наличие «мертвых» зон в контролируемых деталях