Ультразвуковые методы

Возбуждение и прием колебаний. Для возбуждения ультразвуко­вых волн на поверхности исследуемого материала устанавливают преобра­зователи переменного электрического тока, создающие колебания. Чаше всего применяются преобразователи, действующие по принципу пьезоэффекта. При этом для возбуждения колебаний используется так называемый «обратный», а в преобразователях для приема колебаний - «прямой» пьезоэффекты.

Поскольку воздушные прослойки препятствуют передаче и приему ультразвуковых колебаний, между преобразователями и исследуемым ма­териалом наносят контактирующую среду. Для металла применяют обыч­но минеральное масло, для бетона и других материалов с неровной поверх­ностью необходимы смазки более густой консистенции - солидол, техни­ческий вазелин, эпоксидные смолы и т.д.

Условия прохождения ультразвуковых волн. Ультразвуковые коле­бания могут быть введены в исследуемую среду узким направленным пуч­ком - «лучом» с малым углом расхождения. Колебания частиц происходят при этом лишь в локализованном объеме материала, ограниченном конту­рами пучка, а исследуемый же элемент в целом остается неподвижным. Эта возможность прозвучивания материала в заданных направлениях является весьма существенной при проведении исследований.

Ультразвуковые волны, переходя из одной среды в другую, пре­ломляются, а также отражаются от граней, разделяющих эти среды, что используется для определения их распространения при данном методе кон­троля. В воздушных прослойках ультразвуковые колебания затухают почти полностью, что позволяет выявлять и исследовать скрытые внутренние де­фекты: трещины, расслоения, пустоты и т.д.

Различают продольные и поперечные волны. В первом случае час­тицы материала колеблются по направлению ультразвукового луча, а во втором - перпендикулярно к нему. Используют также поверхностные вол­ны, как продольные, так и поперечные, распространяющиеся лишь в по­верхностном слое материала и позволяющие, например, в металле, обнару­живать самые мелкие поверхностные повреждения. Скорость распростра­нения волн (своя для каждого из указанных видов материалов) является одним из основных показателей при оценке физико-механических характе­ристик и состояний бетона, древесины и других материалов с переменными плотностью и влажностью.

Способы прозвучивания. По направлению ультразвуковых волн различают два основных приема прозвучивания:

Сквозное - когда излучатель, возбуждающий колебания, и при­емник, воспринимающий их, расположены с противоположных сторон ис­следуемого объекта (рис.3.5, а, б). Направление ультразвукового луча по отношению к поверхности материала может при этом быть как нормаль­ным, так и наклонным, а также с использованием отражения или «эхо-метода», когда излучатель и приемник располагаются на одной и той же стороне (рис.3.5, в), что особенно существенно при возможности лишь од­ностороннего доступа к объекту. Кроме того, эхо-метод удобен при ис­пользовании не двух, а одного приемо-передающего преобразователя, ко­торый последовательно посылает упругие волны и сам же принимает их отражения.

По характеру излучения необходимо различать:

1) метод непрерывного излучения с подачей к излучателю колеба­ний переменного тока постоянной частоты; по такому принципу были раз­работаны первые дефектоскопы (С.Я. Соколов, 1928г.) для выявления де­фектов в материале по направлению звуковой тени (рис. 3.5, в);

2) импульсный метод, получивший сейчас самое широкое приме­нение как наиболее эффективный при исследованиях бетона, при дефекто­скопии сварных швов металлоконструкций и др. В этом случае к преобра­зователю через определенные достаточно малые промежутки времени, на­пример, 25 или 50 раз в I сек, подаются короткие серии («пакеты») колеба­ний высокой частоты.

Рис.3.5. Способы прозвучивання:

а - сквозное прозвучивание нормально к поверхности элемента;

б - диагональное прозвучивание;

в - эхо-метод;

1 - прозвучиваемый элемент;

2 - излучающая пьезоэлектрическая пластинка;

3 - иьезопластинка, воспринимающая колебания;

4 - призма из оргстекла;

5 - направление прозвучивання;

6 - выявляемый дефект;

7 - теневая зона

 

Регистрация ультразвуковых колебаний производится с помощью специальной аппаратуры. Наиболее распространенной является передача электрических колебаний от приемного преобразователя через усилитель на экран электроннолучевой трубки катодного осциллографа. С большой точностью при этом могут быть определены скорость прохождения ультра­звуковых колебаний через исследуемый материал, интенсивность их зату­хания, а также другие показатели, используемые при оценке результатов измерений.