Неразрушающий контроль = Неразрушающий физический контроль + ВИК По степени проникновения в материал Поверхностные Объемные позволяют обнаруживать только дефекты, имеющие выход на доступную для контроля поверхность материала объекта дают возможность обнаруживать преимущественно внутренние дефекты материала, а поверхностные дефекты выявляются, только если они достаточно крупные
Неразрушающий контроль (кроме толщинометрии ) является завершающей фазой процесса. Рис. 1. Логическая цепь технического диагностирования объекта
Упругие колебания и волны Упругость – это свойство твердых тел восстанавливать свои форму и объем (а жидкостей и газов – только объем) после прекращения действия внешних сил. Упругая среда - среда, обладающая упругостью. Упругие колебания – колебания механических систем, упругой среды или ее части, возникающие под действием механического возмущения. Упругие или акустические волны – механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде.
В зависимости от частоты упругие колебания и волны называют по-разному. Таблица 1 Существуют разные типы акустических волн, отличающиеся скоростью распространения, направлением колебания частиц и другими признаками. Их называют модами (от лат. modus – образец, способ).
При неразрушающем контроле акустические волны возбуждают и принимают путем преобразования электрических колебаний в упругие и наоборот. ЭАП излучатель приемник совмещенный Схема контроля раздельная совмещенная Работа приемников акустических волн основана на эффектах, обратных используемым для возбуждения.
Активные 1.методы контроля, при которых в материал вносится энергия данного вида и о состоянии материала судят по явлениям, происходящим с этой энергией 2.используют излучение и прием акустических колебаний и волн Пассивные 1.методы контроля, при которых не требуется внесение в материал энергии данного вида (дефект сам проявляет себя ее излучением) 2. основаны только на приеме колебаний и волн
Классификация: Таблица 2
Метод Схема контроля Описание Пассивные методы Спектральные методы Шумодиагностический (вариант) На работающих однотипных агрегатах измеряют амплитудно-частотные характеристики шумов, которые сравнивают с таковыми для эталонного (заведомо бездефектного) агрегата. В случае кардинального отличия от характеристик эталона агрегат выводят из эксплуатации. Вибродиагностический На работающих однотипных агрегатах измеряют характеристики активности вибрации, которые сравнивают с таковыми для эталонного (заведомо бездефектного) агрегата. В случае кардинального отличия от характеристик эталона агрегат выводят из эксплуатации. Краткое описание методов акустического контроля
Акустико-эмиссионный Вариант Объект контроля повергают механическому напряжению (например, в сосуде создают внутреннее давление). При этом развивающиеся трещины подрастают скачками. При каждом акте подрастания (скачке) от венца трещины в материал излучается импульс акустической энергии («щелчок», эмиссия). Такие импульсы улавливаются и анализируются специальной аппаратурой. Активные методы Импедансный метод Вариант Прибор 1 возбуждает непрерывные акустические колебания в излучающей пьезопластине, помещенной вверху датчика 2. Принимающая пьезопластина расположена внизу датчика и разделена с излучающей стальным стержнем. Если слоистый ОК качественно склеен, то в контакте наконечника с поверхностью ОК он хорошо демпфирует (затормаживает) приемную пьезопластину, и большая доля звуковой энергии в ней вынуждена переходить в электрическую. Если под датчиком дефект 3 ( непроклей ), то в этой зоне импеданс ОК (сопротивление колебаниям) меньше, демпфирование слабее и амплитуда электросигнала на приемной пластине ниже. Метод Схема контроля Описание
Спектральные методы свободных колебаний Локальный Используют для контроля многослойных неметаллических и композитных материалов. Вибратором 2 к точке объекта контроля прилагают колебания, вырабатываемые генератором 1. Ответные колебания принимают микрофоном 3. Индикатор 4 покажет резкое изменение колебаний при расположении вибратора над дефектом 5. Интегральный (вариант) Объект контроля (например, железнодорожное колесо) подвергают удару специальным молотком 1. Ответный звук принимают микрофоном 2 и при помощи специальной аппаратуры 3 анализируют его частотный спектр. По характеру спектра судят о наличии или отсутствии дефектов в ОК. Метод Схема контроля Описание
Спектральные методы вынужденных колебаний Локальный резонансный (резонансная толщинометрия) Толщиномер 1 посылает на преобразователь 2 колебания переменной частоты ƒ. Когда частота достигает такого значения, при котором длина волны в ОК λ=С/ƒ=2 h, объект входит в активный резонанс. Это значение частоты (резонансное) фиксируется, и по нему прибор определяет толщину ОК h (С – скорость звука в ОК). Интегральный резонансный Обширный участок поверхности ОК подвергают непрерывным колебаниям при помощи вибраторов 1 и покрывают алюминиевой пудрой 2. В зоне дефекта 3 вследствие резонанса колебания более активны, и поэтому оседание пудры меньше. Метод Схема контроля Описание
Метод Схема контроля Описание Ультразвуковые методы бегущих волн Методы прохождения Теневой амплитудный Импульсные или непрерывные ультразвуковые волны пропускают сквозь плоский ОК от излучателя (И) к приемнику (П). Если между И и П дефектов нет, то волны проходят беспрепятственно, и на приеме – сигнал большой амплитуды (вариант I ). Малый дефект Д оттеняет часть потока, и амплитуда на приеме падает (вариант II ). Крупный дефект полностью перекрывает поток, обнуляя сигнал на приеме (вариант III ). Глубина залегания и размеры дефекта аппаратурно не оцениваются. Необходим двусторонний доступ к ОК. Теневой временной Импульсы ультразвуковых волн пропускают сквозь плоский ОК от излучателя И к приемнику П. Если между И и П есть дефект Д средней величины, он оттеняет часть потока, а отклоняющиеся боковые лучи падают на его край, где претерпевают дифракцию. Попадая в приемник несколько позже прямого потока 1, дифрагированные лучи 2 образуют отдельный слабый сигнал. По разности времени прихода сигналов судят о размерах дефекта. Глубина залегания не определяется. Необходим двусторонний доступ к ОК.
Метод Схема контроля Описание Велосиметрический (вариант) Точечные излучатель и приемник жестко скреплены. Излучатель возбуждает в плоском ОК изгибные волны Лэмба моды а 0. Дистанция между осями И и П приблизительно равна длине волны. Поскольку фазовая скорость волн Лэмба зависит от толщины целого слоя, а дефект делит эту толщину, то в дефектной зоне фазовая скорость понижается и фаза сигнала на приеме сдвигается относительно фазы на излучении. Сдвиг фаз указывает на дефект. Методы отражения Эхометод В совмещенном I или раздельном II режиме работы аппаратуры импульс ультразвуковых волн посылается в ОК. Если на его пути встречается дефект, то импульс частично отражается от него и возвращается в преобразователь, образуя сигнал на приеме (эхосигнал). В раздельном режиме изображение посылаемого (зондирующего) импульса на экране отсутствует.
Метод Схема контроля Описание Эхо-зеркальный метод («тандем») Предназначен для оценки формы и размеров заведомо выявленного внутреннего дефекта в плоском объекте. В раздельно-совмещенном режиме аппаратуры дефект облучается импульсами ультразвуковых волн. Если эхо в ИП лишь немного превышает эхо в П, и оба сигнала средней амплитуды (вариант I), предполагают круглую форму дефекта. Если сигнал в ИП мощный, а в П отсутствует (вариант II), предполагают плоскую форму и наклонную ориентацию. Если не удается получить эхо обоими преобразователями (вариант III), предполагают горизонтальную плоскую форму. Если эхо в П выше, чем в ИП (вариант IV), то дефект плоский вертикальный. Разводя и сближая ИП и П, по дистанции между ними в позициях пропадания сигналов можно оценить высоту дефекта.
Метод Схема контроля Описание Дельта-метод Применяется для оценки высоты заведомо выявленных внутренних дефектов. В раздельном режиме работы аппаратуры импульс ультразвуковых волн посылается в ОК так, что облучается верхний край дефекта (позиции I). По дифрагированному эхосигналу определяют глубину залегания верхнего края. Затем, раздвигая И и П, находят позицию облучения нижнего края (II). Разность показаний глубины есть высота дефекта. Дифракционно-временной Применяется аналогично дельта-методу, но прием дифрагированных сигналов от краев дефекта осуществляется прямым датчиком, установленным над дефектом, в том числе с использованием отражения от противоположной поверхности ОК.
Метод Схема контроля Описание Реверберационный В совмещенном режиме работы аппаратуры импульс ультразвуковых волн посылается в слоистый (клееный) ОК. Если склейка качественная (I), то основная часть импульса уходит через клей, а малая доля отражается обратно. На поверхности ОК часть этой доли идет в ИП, образуя первый пик, а часть вновь углубляется в ОК, и с ней происходит то же самое. Так как основная доля всегда хорошо проходит вглубь ОК, то реверберации в верхнем слое быстро ослабевают и на экране амплитуда пиков убывающая. Дефект (Д) типа « непроклей » препятствует уходу сигнала (II), и в этом случае реверберации в первом слое мощные. Толщинометрия Толщиномер измеряет время t пробега сигнала до противоположной поверхности ОК и обратно и определяет толщину ОК как h = 0,5C t, где С – известная скорость звука в данном материале.
Метод Схема контроля Описание Комбинированные методы Эхо-теневой В раздельно-совмещенном режиме аппаратуры импульсы ультразвуковых волн посылают в ОК. Если на тракте есть дефект, то импульс частично отражается от него в совмещенный преобразователь (ИП) как эхосигнал. Отдельным приемником (П) оценивают падение амплитуды сквозного сигнала, вызванное дефектом. Обладает качествами эхометода + подтверждение дефекта теневым принципом, но требует двустороннего доступа к ОК. Зеркально-теневой В совмещенном (прямой ИП) или раздельном (наклонные И и П) режиме аппаратуры импульсы ультразвуковых волн посылают в ОК. Если на тракте есть дефект, то он преграждает путь, вызывая падение донного сигнала. По падению донного сигнала судят о наличии и величине дефекта. Необходим односторонний доступ к ОК, при наклонном – выявление дефектов любой формы и ориентации. Не дает глубину залегания дефекта.
Метод Схема контроля Описание Эхо-сквозной Применяется только в металлургической промышленности на выходе линий проката листов. В иммерсионной ванне (контактная жидкость – веретенное масло) лист на вальцах прокатывается между рядами (матрицами) из совмещенных (ИП) и дополнительных приемных (П) преобразователей. При нормальном состоянии листа (вариант I) наблюдается строго упорядоченное расположение эха от границы верхнего слоя жидкости и ОК (1), от границы ОК и нижнего слоя жидкости (2) и сквозного сигнала (3). Варианты II–IV показывают смещение сигналов при попадании в область контроля локальных утонений. Если в области контроля оказывается расслоение или закат (вариант V), то между 1-м и 2-м сигналами появляется мощное эхо от него (4), а сигналы 2 и 3 ослабевают вплоть до обнуления. Ряды ИП и П выстраиваются по всей ширине листа. Метод требует специальной многоканальной аппаратуры и применяется только в автоматическом режиме.
Спектральные методы основаны на анализе параметров непрерывных не перемещающихся по объекту колебаний. Методы бегущих волн основаны на анализе параметров непрерывных или импульсных перемещающихся по объекту колебаний. Шумодиагностический метод применяется не только на динамически работающих агрегатах, но и в целях течеискания на трубопроводах, сосудах и резервуарах. Вибродиагностический метод используется как обязательный при диагностике компрессоров газопроводных систем в металлургическом производстве. Акустико- эмиссионный (АЭ) метод обеспечивает выявление развивающихся дефектов посредством регистрации и анализа акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и роста трещин в контролируемых объектах.
Характерные особенности метода АЭ: обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов в производственных условиях позволяет выявить приращение трещины на десятые доли миллиметра. обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких датчиков АЭ, неподвижно установленных на поверхности объекта. позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов. положение и ориентация дефекта не влияют на его выявляемость. Цель АЭ-контроля - обнаружение, определение координат и слежение за источниками акустической эмиссии, связанными с несплошностями на поверхности или в объеме стенки сосуда, сварного соединения и изготовленных частей и компонентов.
Импедансный метод позволяет достоверно оценить качество спайки сверхлегких сотовых панелей, применяемых в конструкциях элементов крыльев самолетов и корпусов спутников. Локальный метод свободных колебаний используют в военной промышленности для проверки качества присоединения звукопоглощающих покрытий на корпусах подводных лодок. Теневой амплитудный метод –используется только при контроле крупных отливок и поковок. Достоинства: может быть реализован в простом непрерывном режиме излучения ультразвука; волны проходят толщину объекта лишь в одну сторону Недостатки : требует двустороннего доступа к объекту с соосным расположением излучателя и приемника; не позволяет определять глубину залегания дефектов
Теневой временной метод - продукт совершенствования теневого амплитудного метода с применением импульсного режима. Он позволяет не только выявить внутренний дефект в поковке или отливке, но и оценить его размеры. Велосиметрический метод (от англ. velocity - скорость и греч. « метрико » - измеряю), кроме показанного варианта, в ином виде применяется для оценки качества (определения марки) бетона.
Эхометод позволяет не только выявлять внутренние дефекты, но и оценивать их величину, отличать плоскостные дефекты от объемных, определять глубину залегания. информативность мобильность безопасность портативность экономичность и автономность электропитания достаточность одностороннего доступа к объекту более высокая достоверность контроля
Основные методы акустического неразрушающего контроля а б в Рис. 2. Примеры ультразвуковых дефектоскопов: а – цифроаналоговый ультразвуковой дефектоскоп «EPOCH LT»; б – выявление подобным дефектоскопом модели дефекта в стальном образце; в – ФАР-дефектоскоп «Х-32»
Реверберационный метод применяется для проверки качества межметаллической адгезии в биметаллах. Ультразвуковая толщинометрия (импульсным эхометодом ) – неотъемлемая процедура при диагностировании сосудов, трубопроводов, резервуаров, а также в судостроительном и судоремонтном производстве. Рис. 3. Измерение толщины стенки трубы ультразвуковым толщиномером
Эхо-теневой метод применяется как вспомогательный при лабораторном контроле небольших, но ответственных деталей. Зеркально-теневой метод используется как дополнительный (подтверждающий результаты эхометода ) при контроле толстых сварных соединений. Эхо-сквозной метод реализован российско-германской компанией « Нординкрафт » в виде стационарной установки для контроля листового проката Рис. 4. Установка « Нординкрафт » для автоматического контроля эхо-сквозным методом листового проката на Череповецком металлургическом комбинате
