В этом разделе рассмотрены основные методы ультразвукового НК, в частности, методы бегущих волн.
Акустические методы НК как известно, делятся на 2 типа:
1. активные - основаны на излучение в ОК УЗ волн от внешнего источника и последующем их приеме
2. пассивные - основаны на приеме УЗ волн, возникающих в самом ОК
Пассивные методы:
1. акустико-эмиссионный - регистрация упругих волн, возникающих в результате акустической эмиссии (излучение упругих волн в результате внутренней динамической локальной перестройки структуры материала ОК)
2. вибрационно-диагностический - измерение вибрации какого-либо узла или детали
3. шумодиагностический - анализ спектра шумов работающего механизма
Активные методы:
1. методы бегущих волн (отражения, прохождения, комбинированные) - основаны на свойствах бегущих волн направленно распространяться в средах в виде лучей и отражаться от границ сред или несплошностей, обладающих другими акустическими свойствами
2. методы собственных колебаний (свободных и вынужденных) - основаны на возбуждении в ОК вынужденных или свободных колебаний и измерении их параметров: собственных частот и величины потерь
3. импедансные - информативный параметр – механический импеданс ОК в зоне его контакта с преобразователем
Методы бегущих волн:
1. отражения - анализ отражения импульсов упругих волн от неоднородностей или границ ОК
2. прохождения - анализ влияние параметров ОК на характеристики прошедших через него волн
3. комбинированные - оценка влияния параметров ОК как на отражение, так и на прохождение упругих волн
Методы отражения:
1. эхо – метод - прозвучивание ОК короткими импульсами и прием отраженных от несплошности эхосигналов
Излучаемые в изделие импульсы УЗ волн называют зондирующими. Дефектоскоп посылает их через определенные промежутки времени. Зондирующий импульс ультразвуковых колебаний отражается от противоположной (донной) поверхности изделия и, возвращаясь, частично попадает на приемный пьезоэлемент преобразователя. На экране дефектоскопа возникает донный сигнал. При наличии несплошности импульс ультразвуковых колебаний отразится от него раньше, чем от донной поверхности. Между зондирующим и донным сигналами возникает промежуточный – импульс от несплошности, который и является признаком наличия несплошности.
2. эхо – зеркальный метод - прозвучивание шва двумя идентичными наклонными ПЭП, расположенными с одной стороны шва и синхронно перемещающимися
тандем метод - вариант эхо-зеркального метода, рассчитанного на выявление вертикальных несплошностей
Для выявления несплошностей в сечении EF поддерживают постоянным значение
LA+LD=2Htga
Для выявления максимального (зеркального) отражения от невертикальных несплошностей меняют значение LA+LD
3. дельта – метод - регистрация дифрагированных волн, переизлученных краями несплошности
Часть падающей на несплошность поперечной волны от излучателя рассеивается во все стороны на краях несплошности, причем частично превращается в продольную волну.
[1] – волна, трансформированная в продольную на верхнем краю несплошности
[2] – волна, трансформированная на нижнем краю и отразившаяся от дна изделия
В случае плоскостной несплошности оба сигнала возникают в результате дифракции волн на краях, но A2>A1, поскольку для второго сигнала направление на приемник ближе к максимуму дифракции
В случае объемной несплошности A1>A2, т.к. А1 возникает в результате отражения, а не дифракции, а А2 меньше, поскольку он связан с соскальзованием обегающей несплошность волны
4. дифракционно - временной метод - прием волн, возникающих в результате рассеяния на верхнем и нижнем кончиках несплошности
Обычно излучаются и принимаются продольные волны, т.к. соответствующие импульсы приходят раньше, чем для поперечных волн. Главная информационная характеристика – время прихода сигнала. Этот метод также называют времяпролетным (TOFD).
5. реверберационный метод - оценка времени объемной реверберации в ОК
При контроле двухслойной конструкции время реверберации в слое, с которым контактирует преобразователь, будет меньше в случае доброкачественного соединения слоев, т.к. часть энергии будет переходить в другой слой.
К примеру, УЗ импульсы вводят в металлический слой, в котором наблюдаются многократно отраженные эхосигналы. Дефект соединения увеличивает коэффициент отражения ультразвука на границе раздела металл – пластик, что уменьшает скорость затухания амплитуд эхосигналов (увеличивает время реверберации) в слое металла.
Методы прохождения:
1. теневой метод (амплитудно-теневой) - регистрация уменьшения амплитуды прошедшей волны (сквозного сигнала) под влиянием несплошности
2. временной теневой метод - измерение запаздывания импульса, вызванного огибанием несплошности
Комбинированные методы
1. зеркально – теневой - признак обнаружения несплошности – ослабление амплитуды сигнала, отраженного от противоположной поверхности
По технике выполнения (фиксируется эхосигнал) – это метод отражения, а по физической сущности контроля (измеряют ослабления сигнала, дважды прошедшего ОК в зоне несплошности) - близок к теневому методу. Зеркально – теневой метод часто применяют одновременно с эхо-методом. Наблюдают за появлением эхосигналов и за возможным ослаблением донного сигнала несплошностями, которые не дают четких эхосигналов и плохо выявляются эхо-методом. Это может быть скопление очень мелких несплошность или несплошность, расположенный так, что отраженный от него сигнал уходит в сторону и не попадает на приемный преобразователь.
2. эхо – теневой - анализ как прошедших, так и отраженных волн