Ультразвуковой дефектоскоп – как найти несовершенства работы?

Ультразвуковой дефектоскоп – один из самых доступных и распространенных приборов для обнаружения несовершенств изделий из различных материалов. Принцип его действия почти не ограничивает его в применении, причем является неразрушающим, поэтому все больше сфер промышленности и науки берут его на вооружение. Разберемся и мы, в чем суть его работы.

Дефектоскоп акустический и его методы исследования

Принцип работы ультразвукового дефектоскопа основан на природе звука. Так как посылаемый импульс является волной, то любая преграда на его пути станет причиной его отражения. А уже приходящий обратно отраженный импульс фиксируется датчиком и анализируется. Существует несколько основных подходов, которыми осуществляется дефектоскопия с помощью ультразвука: теневой, зеркально-теневой и эхо-методика. Это все импульсные методы, а есть еще более специфические, но используются редко и сложны для понимания, например, резонансный, импедансный, ревербационный и другие. Поэтому коснемся только популярных и более доступных рядовым гражданам.

Теневой метод улавливает ослабление возвращенного сигнала, в этом случае наблюдается пониженная энергия (интенсивность, амплитуда) или вовсе смена фазы, вызванная огибанием дефектного места. Но этот метод неудобен тем, что потребует доступа к объекту анализа с двух сторон, так как сигнал выходит от пьезоизлучателя, а принимается уже другим преобразователем. Отсюда исходит и невысокая точность результатов, вернее координат местоположения препятствия в изделии. Однако для грубой оценки качества изделия метод вполне пригоден, и не требует идеального состояния исследуемой поверхности, а результат можно получить и при наличии некоторого фона помех. Чаще всего встречается такой метод при анализе сварочных швов.

Зеркально-теневой способ оценки дефектов призван оценить интенсивность импульса, отраженного от противоположной стенки образца. То есть сигнал все же проходит через весь объект, потому что препятствия небольшие и расположены перпендикулярно той плоскости, по которой перемещается преобразователь, поэтому почти не влияют на отражение волны. Примером могут служить вертикальные трещины. Но все же интенсивность обратно идущей (донной) волны они немного ослабляют, хоть и очень незначительно. Отдельно такой метод используется редко, чаще в качестве дополнительного этапа обнаружения мелких дефектов, которые не дают явного сигнала на отражение. Достоинство способа в том, что он не требователен к качеству поверхности, не требует доступа с двух сторон. Правда, координаты точно он также вам не сообщит, скажет только о фактическом наличии дефекта.

Эхо-метод – самый популярный и более достоверный, выявляет поверхностные и объемные дефекты с хорошей точностью, при любой их ориентировке. Анализирует металлы и многие строительные материалы, например, бетонные конструкции, дерево и другие. Главное условие – ощутимое взаимодействие с ультразвуком. Фиксировать результаты анализов можно на осциллоскопе или с помощью самописца. Метод более надежный и объективный, к тому же, очень чувствительный. Принцип его также основан на запуске коротких импульсов в образец и анализе отраженных волн, улавливаемых датчиком.

Ультразвуковой дефектоскоп – природа импульсов

Отпечаток на особенности анализа акустическим методом накладывает физика звука. Волна достаточно ощутимо может рассеиваться воздухом в силу его сопротивления звуку, поэтому при измерениях поверхность образца определенным образом подготавливают. Во-первых, делают ее несколько шероховатой, причем если обследуют какую-то узкую полосу изделия, то наносимые зазубрины должны быть перпендикулярны этой полосе (например, сварный шов). Во-вторых, для исключения сопротивления воздуха наносят каплю контактной жидкости, это может быть обычная вода или же масло.

Если граница объекта расположена вертикально, то контактная жидкость должна быть очень густой, чтобы не стекла при первой же возможности.

Сам ультразвуковой импульс генерируется посредством пьезоэффекта, хоть он и не единственный, но уж точно самый доступный. Для тех, кто внимательно изучал физику хотя бы в школе, не будет новым определение обратного пьезоэлектрического эффекта, на основе которого и создан преобразователь акустического дефектоскопа. Он берет сигнал от электрического генератора, а уже в образец заходят ультразвуковые волны. По возвращению УЗ-сигнал попадает на такой же преобразователь, но уже с прямым пьезоэффектом, поэтому становится возможным регистрация полученного сигнала в виде электрических импульсов.

Схема ультразвукового дефектоскопа и области применения

Дефектоскоп акустический может определять множество видов неоднородностей в объеме, в том числе и химических изменений. Областей, в которых этот прибор востребован, бесчисленное множество: машиностроение, химия и нефть, энергетика, исследовательские лаборатории, приборостроение и механическое производство, строительство. Измеряют пустоты, уплотнения, химические процессы, сварные швы, клеевые соединения, есть возможность следить за структурой деталей в движении прямо на прокатной линии. Размер дефектов, которые может видеть данный прибор, определяется длиной волны. Если нарушение структуры имеет размер меньше ¼ длины волны, то видно его не будет.

Схема ультразвукового дефектоскопа содержит генератор электроимпульсов, попадающих на преобразователь, который в процессе анализа обращен к образцу и возбуждает в нем ультразвуковой импульс. Эта волна идет по объему исследуемого объекта и отражается от первого попавшегося дефекта либо от противоположной стенки образца, если дефектов нет. Отраженная волна попадает снова на преобразователь, оттуда сигнал проходит через усилитель, а потом направляется на электронно-лучевую трубку, которая соединена с генератором развертки. На этом этапе и рождается график (спектр) плотности образца, анализируются два параметра из этой развертки – амплитуда пиков и время прихода сигнала.

Настройка ультразвукового дефектоскопа – суть процесса

Любой прибор перед работой следует отрегулировать или проверить его параметры от завода-изготовителя. Настройка ультразвукового дефектоскопа делается с помощью матричного устройства, регламентируемым специальными ГОСТами. На нем нанесены плоские угловые отражатели, которые при использовании дефектоскопа будут вести себя, как дефекты с определенными размерами и формой. Матричное устройство сканируется по различным отражателям, получаются сигналы и соответствующие графики, они анализируются, а значения заносятся в таблицу.

По таблице создается график-аттестат, на котором показывается зависимость амплитуд получаемых сигналов от размеров плоских отражателей на матричном устройстве. Потом с шагом 2 дБ фиксируют по этой зависимости значения амплитуд получаемого импульса и анализируют, линейная ли зависимость получается. Также наблюдается ее корреляция с полем допуска, обозначенным соответствующим стандартизирующим документом. Если она из поля выпадает, дефектоскоп нуждается в перенастройке.