Акустический метод НК.

Методы определения акустической эмиссии. Эхо-метод. Ультразвуковая дефектоскопия. Определение скорости звука, импульсная УЗ-дефектоскопия.

 

Акустический вид неразрушающего контроля основан на регистрации параметров упругих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте. Чаще используют упругие волны УЗ диапазона - при частотах выше 20 кГц - такой метод называют ультразвуковым методом (УЗ) НК. Регистрируют упругие (механические) волны, параметры которых тесно связаны с упругостью, плотностью, анизотропией (неравномерностью свойств по различным направлениям) материалов и объектов. Акустические волны отражаются от тончайших зазоров (трещин) шириной 10^-6-10^{-4 мм, так как акустические свойства твердых материалов и воздуха сильно различаются. Метод применим ко всем материалам, достаточно хорошо проводящим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бетону и др. Различают пассивный и активный методы. Пассивный метод включает регистрацию волн, возникающих в самом объекте - шумы работающего механизма (информационные параметры: место возникновения и амплитудно-частотная характеристика). Шумы позволяют судить о исправности или неисправности механизма, о характере неисправности. Этот пассивный метод называется также шумовибрационным. Некоторые машины и механизмы снабжают датчиками, регистрирующими уровень}

вибрации отдельных узлов и прогнозирующих их работоспособность - это вибрационный метод контроля или диагностики.

Перестройка структуры материала, вызываемая движением дислокаций или групп дислокаций, возникновением и развитием трещин, сопровождается появлением звуковых волн УЗ (иногда звукового) диапазона. Метод, использующий эти эффекты называют методом акустической эмиссии. Измеряют количество сигналов в единицу времени, их частоту, амплитудное распределение, локация места возникновения упругих волн. По этим параметрам судят о состоянии материала, прогнозируют работоспособность конструкции.

Акустические УЗ волны используют чаще. Используют вынужденные или свободные колебания объекта контроля или его части, стоячие волны, бегущие волны, отражение и прохождение волн. Акустические методы используют для измерения толщин (при одностороннем доступе) и для измерения (контроля) свойств материала: модуля упругости, коэффициента затухания (логарифмического). Информативный параметр - частота свободных или вынужденных колебаний и их амплитуды. Измеряют также резонансную частоту (образец в виде стержня), при этом определяют п

податливость (модуль упругости) его поверхности, судят о твердости материала, о наличии дефектов внутри поверхности.

Наиболее широко используется эхо-метод - метод отражения УЗ волн. Преобразователь возбуждает УЗ импульс. Он отражается от нижней поверхности или дефекта и принимается тем же или другим преобразователем. Генератор электрических импульсов синхронизирован с генераторов развертки электронно-лучевой трубки. Отраженные сигналы усиливаются и вызывают появление сигналов (пиков) на линии развертки. Информативными параметрами являются амплитуда и время прихода импульсов.

Эхо-метод широко применяется для дефектоскопии металлических заготовок, сварных соединений, контроля структуры металлов, измерений толщины стенок труб и сосудов.

Реже используют метод прохождения. им исследуют листы, изделия простой формы. Оценивают прочность бетона, дерева и др. материалов, в которых прочности коррелируют со скоростью УЗ.

Ультразвуковые преобразователи обычно пьезопреобразователи. Учитывая сильное отражение УЗ от мельчайших воздушных зазоров, для передачи волн используют жидкостные контакты. Для возбуждения волн звукового диапазона используют ударное воздействие, для приема микрофоны.

Повышение точности измерения скорости звука открывает возможность измерения внутренних напряжений в твердых телах.

В настоящее время разрабатывают новые способы обработки информации, например, разрабатывают УЗ- голографию.

Ниже приведена схема импульсного УЗ-дефектоскопа.

преобразователь усилитель осциллограф

 

исследуемый

объект генератор генератор развертки

УЗ-Дефектоскопия изделий из полимерных комрпозиционных материалов (ПКМ).

Дефекты ПКМ можно разделить на наружные и внутренние. Наружные: неровности декоративного слоя, выделение текстуры наполнителя, видимое нарушение ориентации волокна, разнотолщинность. Наружные дефекты не дают информации о существовании внутренних дефектов, сигнализируют о возможности существования опасных внутренних дефектов: расслоении, пористости, раковинах, посторонних включениях, наравномерном распределении связующего, нарушении ориентации волокон, недоотвержденности связующего и т.д.

Наиболее опасные дефекты - расслоения и трещины. Для их обнаружения используют импедансный метод, фазовый, метод свободных колебаний, эхо-импульсный (до толщины 30 мм). Для большей толщины используют амплитудно-временной метод.

При дефектоскопии изделий их поверхность размечают с двух сторон и по времени прохождения УЗ-волн определяют скорость звука с и рассчитывают модуль упругости Е_у из формулы

с= (Е_у/r)^1/2,

где r- плотность. По однородности этих параметров определяют качество изделия. По наличию отраженного сигнала - о наличии трещин, расслоений. По времени прихода отраженного сигнала - о глубине расположения дефектов.

Методом УЗ определяют содержание стекловолокна и контролируют недоотверждение. Скорость звука возрастает с увеличением времени отверждения (по S-образной зависимости), причем частотная характеристика прошедшего сигнала меняется - увеличивается период колебаний после прохождения волн через объект из-за поглощения высокочастотной составляющей. импульса. По завершению отверждения период колебаний становится близким к периоду колебаний исходного сигнала.

Таким образом, осуществляется контроль качества композитов (стеклопластиков, углепластиков, органопластиков), контроль ориентации волокон, разнотолщинности, степени отверждения связующего, наличия трещин, расслоений и других дефектов.