Ультразвуковое диагностирование конструкционного материала

1. В.П.Романовский «Справочник по холодной штамповке»-Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1979.-520с.

2. Пытьев П.Я., Смеляков Е.П. Технология листовой штамповки в производстве летательных аппаратов. –Куйбышев: КуАИ, 1984, 80с.

3. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве самолетов. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1981.-224с.

4. Пытьев П.Я., Смеляков Е.П. Указания к курсовому проектированию по холодной штамповке листовых деталей. –Куйбышев: КуАИ, 1984, 40с

 

 

Ультразвуковое диагностирование конструкционного материала

Цель работы: определение толщины конструкционного материала оборудования по скорости распространения ультразвука в исследуемом материале.

 

В процессе эксплуатации технологического оборудования конструкционный материал его деталей подвергается коррозионному, эрозионному и другим воздействиям. Это приводит к уменьшению толщины стенок оборудования и может исключить его дальнейшую безопасную эксплуатацию.

Для определения состояния конструкционного материала и, в частности, толщины элементов технологического оборудования используются разрушающие и неразрушающие методы контроля. К разрушающим методам относится, например, метод засверловки, суть которого сводится к следующему. В корпусе аппарата просверливают отверстие, через которое и определяют толщину стенки, затем отверстие заваривают.

Предпочтение отдаётся неразрушающим методам контроля при определении толщины стенок и других элементов оборудования. Одним из таких методов является акустическая (ультразвуковая) толщинометрия.

Акустические методы неразрушающего контроля нашли широкое распространение во многих отраслях промышленности благодаря их следующим качествам:

– высокая чувствительность к мелким дефектам, большая проникающая способность, возможность определения размеров и места расположения дефектов;

– оперативность индикации дефектов, возможность контроля при одностороннем доступе к объекту, высокая производительность, безопасность работы оператора и окружающего персонала.

Акустические методы контроля основаны на распространении и отражении упругих волн в упругих средах. При этом частицы среды не переносятся, а совершают колебания c определённой частотой. При ультразвуковом контроле колебания передаются от внешнего источника частицам материала объекта.

Для реализации акустических методов используют упругие колебания в ультразвуковом диапазоне с частотой 0,5…25 МГц, поэтому эти методы называют ультразвуковыми методами контроля (УЗК). Для возбуждения ультразвуковых колебаний чаще всего используют пьезоэлектрические преобразователи, которые изготавливают из монокристалла кварца или пьезокерамических материалов: титаната, бария, цирконат-титаната- свинца и др. Из таких материалов делают пластину, на параллельные поверхности которой наносят тонкие слои серебра, служащие электродами. Затем пластину поляризуют впостоянном электрическом поле, после чего такое изделие приобретает пьезоэлектрические свойства

(рис. 1.1).

Если к электродам приложить переменное электрическое напряжение, то пластина будет совершать вынужденные колебания, растягиваясь и сжимаясь, с частотой приложенного электрического напряжения (обратный пьезоэффект). Если на пластину воздействовать упругими механическими колебаниями, то на электродах её возникает переменное электрическое напряжение с частотой приложенных механических колебаний (прямой пьезоэффект). При диагностики для предохранения пьезопластины от механического износа, а также для ввода в объект контроля под определённым углом и приёма волн пластину помещают в специальные призмы из оргстекла, получая таким методом искательные головки – искатели (рис. 1.2).

Если колеблющуюся пластину приложить к поверхности контролируемого объекта, то в материале его будут возбуждаться и распространяться упругие волны.

Ультразвуковые волны распространяются по законам геометрической оптики, т.е. им присущи отражение, преломление, интерференция, дифракция, затухание. Например, если волна падает на границу раздела двух сред, которые имеют различные акустические сопротивления, то часть энергии волны отражается от этой границы в первую, а другая часть энергии переходит во вторую среду. Соотношение этих энергий зависит от соотношения акустических сопротивлений сред. Скорость распространения

волн (υ) зависит от акустического сопротивления материала контролируемого объекта. Акустические сопротивления различных сред отличаются друг от друга. Например, волновое сопротивление газов, жидкостей и металлов относятся друг другу в среднем как 1: 3×103: 105. И если, например, между ультразвуковым датчиком (искательной головкой) и поверхностью контролируемого объекта будет воздушный зазор, то от него отразится в датчик практически вся энергия упругих волн, так как акустические сопротивления этих сред значительно отличаются друг от друга. Поэтому для улучшения акустического

контакта между донышком искательной головки и объектом контроля помещают тонкий слой минерального масла, устраняя таким приёмом воздушный зазор.

Для ультразвуковой диагностики оборудования используют часто эхо-импульсный метод. Этот метод реализуется путем ввода в объект контроля импульса ультразвука и приёма отражённого импульса, который и свидетельствует о наличии границы раздела фаз. Фиксирование отражённого ультразвука от границ объекта контроля (от дефекта) осуществляется с помощью электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) или приёмно-усилительного устройства по времени задержки принимаемого ультразвукового импульса

относительно излучаемого с последующим изображением результата на экране дисплея. По времени между вводом импульса и приёмом отражённого эхо-сигнала от границы объекта и известной скорости распространения ультразвука судят о толщине конструкционного материала.

Применяют прямые и наклонные искательные головки (искатели), для которых характерно то, что функции излучения и приёма ультразвука выполняет один и тот же пьезоэлектрический преобразователь (раздельно-совмещённая искательная головка). В раздельно-совмещённой искательной головке имеются два преобразователя: один является излучателем, а другой – приёмником. С помощью прямых искателей колебания вводятся в объект контроля перпендикулярно, а в наклонных – под углом к поверхности объекта в точке ввода (рис. 1.2).

 

В данной работе для определения размеров объекта используется толщинометр УТ-98Т “СКАТ”.