Реферат: Методы неразрушающего контроля

Доклад на тему Методы неразрушающего контроля

Акустический метод

Акустические методы неразрушающего контроля основаны на анализе распространения возбуждённых в материале упругих колебаний.

По характеру регистрации первичного информативного параметра акустические методы подразделяются на амплитудный, частотный и спектральный.

В диагностике электрооборудования они применяются для обнаружения глубинных дефектов типа нарушения сплошности, расслоения, непроклепа, непропаев, для измерения толщины изделия, обнаруживают и регистрируют только развивающиеся или способные к развитию под действием механической нагрузки трещины.

Акустические методы НК подразделяют на две большие группы: активные и пассивные методы. Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные -- только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля, например во время или по окончании технологического процесса, или при нагружении, в частности в момент образования или развития несплошностей.

Пассивные методы

Пассивными акустическими методами являются вибрационно-диагностический и шумодиагностический. При первом анализируют параметры вибраций какой-либо отдельной детали или узла (ротора, подшипников, лопатки турбины) с помощью приёмников контактного типа, при втором - изучают спектр шумов работающего механизма, обычно с помощью микрофонных приёмников. Один из вариантов применения - на работающих однотипных агрегатах измеряют амплитудно-частотные характеристики шумов или характеристики активности вибрации которые сравнивают с таковыми для эталонного (заведомо бездефектного) агрегата

Акустическая эмиссия основана на обнаружении упругих волн, генерируемых внезапной деформацией напряженного материала. Эти волны распространяются от источника к датчику (датчикам), где они преобразуются в электрические сигналы. Приборы АЭ измеряют эти сигналы и отображают данные, на основе которых оператор оценивает со- стояние и поведение структуры под напряжением. Акустическая эмиссия обнаруживает микроскопические движения, а не геометрические неоднородности. Рост трещины, разлом включения и утечка жидкости или газа -- вот примеры из сотен процессов, производящих акустическую эмиссию, которая может быть обнаружена и эффективно исследована с помощью этой технологии. С точки зрения АЭ, растущий дефект производит свой собственный сигнал, который проходит метры, а иногда и десятки метров, пока не достигнет датчиков. Дефект не только может быть обнаружен дистанционно; часто представляется возможным найти его местоположение путем обработки разницы времен прихода волн к различным датчикам. Преимущества метода АЭ контроля:

1. Метод обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности;

2.. В производственных условиях метод АЭ позволяет выявить приращение трещины на десятые доли миллиметра;

3. Свойство интегральности метода обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ, не- подвижно установленных на поверхности объекта за один раз;

4. Положение и ориентация дефекта не влияют на выявляемость;

5. Метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов, чем другие методы неразрушающего контроля;

6. Осуществляется контроль зон, недоступных для других методов (тепло- и гидроизоляция, конструктивные особенности);

7. Метод АЭ предотвращает катастрофические разрушения конструкций при испытаниях и эксплуатации за счет оценки скорости развития дефектов;

8. Метод определяет места течей.

Физические процессы, приводящие к акустической эмиссии, и области ее применения

Активные методы

Разрешающая способность акустического исследования, то есть способность выявлять мелкие дефекты раздельно друг от друга, определяется длиной звуковой волны, которая в свою очередь зависит от частоты ввода акустических колебаний. Чем больше частота, тем меньше длина волны. Эффект возникает из-за того, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, отражения колебаний практически не происходит, а доминирует их дифракция. Поэтому, как правило, частоту ультразвука стремятся повышать. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растёт их затухание, что сокращает возможную область контроля. Практическим компромиссом стали частоты в диапазоне от 0,5 до 10 МГц. Интенсивность колебаний обычно невелика, не превышает 1 кВт/м2. Такие колебания происходят в области упругих деформаций среды, где напряжения и деформации связаны пропорциональной зависимостью.

Для возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрический эффект: некоторые материалы (кварц, титанат бария, титанат-цирконат свинца и др.) под действием переменного электрического поля меняют свои размеры с частотой изменения поля. Пьезоэлектрическую пластину помещают в специальном устройстве-пьезопреобразователе (искателе). Материалы, используемые в пьезопреобразователях: плексиглас, капролон, фторопласт, полистирол, -- способствуют гашению отраженной волны, так как имеют большие коэффициенты затухания ультразвуковых колебаний и малую скорость их распространения.

Пьезопреобразователи, предназначенные для ввода волны в направлении, перпендикулярном поверхности, называют прямыми, или нормальными, а для ввода под некоторым углом - наклонными, или призматическими. Пьезопреобразователи включаются по раздельной, совмещенной или раздельно-совмещенной схемам.

Активные методы делятся на методы отражения, прохождения, комбинированные (использующие как отражение, так и прохождение), метод собственных колебаний, импедансный метод.

Методы отражения

В этой группе методов информацию получают по отражению акустических волн в ОК.

Эхометод основан на регистрации эхосигналов от дефектов -- несплошностей. Он похож на радио- и гидролокацию. Другие методы отражения применяют для поиска дефектов, плохо выявляемых эхометодом, и для исследования параметров дефектов.

Эхозеркальный метод основан на анализе акустических импульсов, зеркально отраженных от донной поверхности ОК и дефекта.

Дельта-метод основан на использовании дифракции волн на дефекте. Часть падающей на дефект поперечной волны от излучателя рассеивается во все стороны на краях дефекта, причем частично превращается в продольную волну. Часть этих волн принимается приемником продольных волн, расположенным над дефектом, а часть отражается от донной поверхности и также поступает на приемник. Варианты этого метода предполагают возможность перемещения приемника по поверхности, изменения типов из- лучаемых и принимаемых волн.

Дифракционно-временной метод (ДВМ) основан на приеме волн, рассеянных на концах дефекта, причем могут излучаться и приниматься как продольные, так и поперечные волны.

Акустическая микроскопия отличается от эхометода повышением на один-два порядка частоты УЗ, применением острой фокусировки и автоматическим или механизированным сканированием объектов небольшого размера. В результате удается зафиксировать небольшие изменения акустических свойств в ОК. Метод позволяет достичь разрешающей способности в сотые доли миллиметра.

Когерентные методы отличаются от других методов отражения тем, что в качестве информационного параметра помимо амплитуды и времени при- хода импульсов используется также фаза сигнала. Благодаря этому повышается на порядок разрешающая способность методов отражения и появляется возможность наблюдать изображения дефектов, близкие к реальным.

Методы прохождения (теневые)

Эти методы основаны на наблюдении изменения параметров прошедшего через ОК акустического сигнала (сквозного сигнала). На начальном этапе развития использовали непрерывное излучение, а признаком дефекта было уменьшение амплитуды сквозного сигнала, вызванное образуемой дефектом звуковой тенью. Поэтому термин «теневой» адекватно отражал содержание метода. Однако в дальнейшем области применения рассматриваемых методов расширились. Методы начали применять для определения физико-механических свойств материалов, когда контролируемые параметры не связаны с образующими звуковую тень нарушениями сплошности. Таким образом, теневой метод можно рассматривать как частный случай более общего понятия «метод прохождения». При контроле методами прохождения излучающий и приемный преобразователи располагают по разные стороны от ОК или контролируемого участка. В некоторых методах прохождения преобразователи размещают с одной стороны от ОК на определенном расстоянии друг от друга. Информацию получают, измеряя параметры прошедшего от излучателя к приемнику сквозного сигнала.

Амплитудный метод прохождения (или амплитудный теневой метод) основан на регистрации уменьшения амплитуды сквозного сигнала под влиянием дефекта, затрудняющего прохождение сигнала и создающего звуковую тень.

Временной метод прохождения (временной теневой метод) основан на измерении запаздывания импульса, вызванного огибанием дефекта. При этом, в отличие от велосиметрического метода, тип упругой волны (обыч но продольной) не меняется. В этом методе информационным параметром служит время прихода сквозного сигнала. Метод эффективен при контроле материалов с большим рассеянием УЗ, например бетона и т. п. Метод многократной тени аналогичен амплитудному методу прохождения (теневому), но о наличии дефекта судят при этом по амплитуде сквозного сигнала (теневого импульса), многократно (обычно двукратно) прошедшего между параллельными поверхностями изделия. Метод более чувствителен, чем теневой или зеркально-теневой, так как волны проходят через дефектную зону несколько раз, но менее помехоустойчив. Рассмотренные выше разновидности метода прохождения используют для обнаружения дефектов типа нарушения сплошности.

Фотоакустическая микроскопия. В фотоакустической микроскопии акустические колебания генерируются вследствие термоупрутого эффекта при освещении ОК модулированным световым потоком (например, импульсным лазером), сфокусированным на поверхности ОК. Энергия светового потока, поглощаясь материалом, порождает тепловую волну, параметры которой зависят от теплофизических характеристик ОК. Тепловая волна приводит к появлению термоупругих колебаний, которые регистрируются, например, пьезоэлектрическим детектором.

Велосиметрический метод основан на регистрации изменения скорости упругих волн в зоне дефекта. Например, если в тонком изделии распространяется изгибная волна, то появление расслоения вызывает уменьшение ее фазовой и групповой скоростей. Это явление фиксируют по сдвигу фазы прошедшей волны или запаздыванию прихода импульса.

Ультразвуковая томография. Этот термин часто применяют в отношении различных систем визуализации дефектов. Между тем первоначально он применялся для УЗ-систем, в которых пытались реализовать подход, повторяющий рентгеновскую томографию, т. е. сквозное прозвучивание ОК по разным направлениям с выделением особенностей ОК, полученных при разных направлениях лучей.

Метод лазерного детектирования. Известны методы визуального представления акустических полей в прозрачных жидкостях и твердых средах, основанные на дифракции света на упругих волнах.