stringtranslate.com

Ультразвуковой контроль

Пример ультразвукового контроля (UT) на ножках лопаток авиационного двигателя V2500 IAE . Шаг 1 : Зонд UT помещается на ножку лопаток, которые необходимо проверить, с помощью специального инструмента бороскопа (видеозонда). Шаг 2 : Вводятся настройки прибора. Шаг 3 : Зонд сканируется над ножкой лопатки. В этом случае индикация (пик в данных) через красную линию (или ворота) указывает на хорошую лопатку; индикация слева от этого диапазона указывает на трещину.


Принцип ультразвукового контроля. СЛЕВА: Зонд посылает звуковую волну в испытываемый материал. Имеются два показания, одно от начального импульса зонда, а второе из-за эха задней стенки. СПРАВА: Дефект создает третье показание и одновременно уменьшает амплитуду показания задней стенки. Глубина дефекта определяется отношением D / E p

Ультразвуковой контроль ( UT ) — это семейство методов неразрушающего контроля , основанных на распространении ультразвуковых волн в испытываемом объекте или материале. В большинстве распространенных применений UT очень короткие ультразвуковые импульсные волны с центральными частотами в диапазоне от 0,1 до 15 МГц, а иногда и до 50 МГц, передаются в материалы для обнаружения внутренних дефектов или для характеристики материалов. Распространенным примером является ультразвуковое измерение толщины , при котором проверяется толщина испытываемого объекта, например, для контроля коррозии и эрозии трубопроводов. Ультразвуковой контроль широко используется для обнаружения дефектов в сварных швах.

Ультразвуковой контроль часто применяется к стали и другим металлам и сплавам, хотя его также можно применять к бетону , дереву и композитам, хотя и с меньшим разрешением. Он используется во многих отраслях промышленности, включая стальные и алюминиевые конструкции, металлургию, производство, аэрокосмическую промышленность , автомобилестроение и другие транспортные отрасли.

История

Первые попытки использовать ультразвуковой контроль для обнаружения дефектов в твердых материалах были предприняты в 1930-х годах. [1] 27 мая 1940 года американский исследователь доктор Флойд Файрстоун из Мичиганского университета подал заявку на патент США на изобретение для первого практического метода ультразвукового контроля. Патент был выдан 21 апреля 1942 года как патент США № 2,280,226 под названием «Устройство для обнаружения дефектов и измерительный прибор». Выдержки из первых двух абзацев патента на этот совершенно новый метод неразрушающего контроля кратко описывают основы такого ультразвукового контроля. «Мое изобретение относится к устройству для обнаружения наличия неоднородностей плотности или упругости в материалах. Например, если в отливке имеется отверстие или трещина, мое устройство позволяет обнаружить наличие дефекта и определить его местоположение, даже если дефект полностью находится внутри отливки и никакая его часть не выходит на поверхность. ... Общий принцип моего устройства заключается в посылке высокочастотных колебаний в проверяемую деталь и определении временных интервалов прибытия прямых и отраженных колебаний на одну или несколько станций на поверхности детали».

Джеймс Ф. МакНалти (американский радиоинженер) из Automation Industries, Inc., тогда в Эль-Сегундо, Калифорния, один из первых улучшителей многочисленных недостатков и ограничений этого и других методов неразрушающего контроля, более подробно рассказывает об ультразвуковом контроле в своем патенте США 3,260,105 (заявка подана 21 декабря 1962 г., выдана 12 июля 1966 г. под названием «Ультразвуковой испытательный аппарат и метод»), что «в основном ультразвуковой контроль выполняется путем подачи на пьезоэлектрический кристаллический преобразователь периодических электрических импульсов ультразвуковой частоты. Кристалл вибрирует на ультразвуковой частоте и механически связан с поверхностью испытываемого образца. Эта связь может быть осуществлена ​​путем погружения как преобразователя, так и образца в тело жидкости или путем фактического контакта через тонкую пленку жидкости, такой как масло. Ультразвуковые колебания проходят через образец и отражаются от любых разрывов, которые могут встретиться. Отраженные эхо-импульсы принимаются тем же или другим преобразователем и преобразуются в электрические сигналы, которые указывают на наличие дефекта». Для характеристики микроструктурных особенностей на ранних стадиях усталостного или ползучего повреждения следует использовать более продвинутые нелинейные ультразвуковые испытания. Эти нелинейные методы основаны на том факте, что интенсивная ультразвуковая волна искажается, когда сталкивается с микроповреждениями в материале. [2] Интенсивность искажения коррелирует с уровнем повреждения. Эту интенсивность можно количественно определить с помощью параметра акустической нелинейности (β). β связан с амплитудами первой и второй гармоник. Эти амплитуды можно измерить путем гармонического разложения ультразвукового сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье или вейвлет-преобразования. [3]

Как это работает

На строительной площадке техник проверяет сварной шов трубопровода на наличие дефектов с помощью ультразвукового фазированного прибора. Сканер, состоящий из рамы с магнитными колесами, удерживает зонд в контакте с трубой с помощью пружины. Влажная зона — это ультразвуковая контактная среда, которая позволяет звуку проходить в стенку трубы.
Неразрушающий контроль вала качания, показывающий наличие трещин на шлицах

При ультразвуковом контроле ультразвуковой преобразователь , подключенный к диагностической машине, пропускается над проверяемым объектом. Преобразователь обычно отделяется от тестируемого объекта контактной жидкостью [4], например, гелем, маслом или водой [1] , как при иммерсионном контроле. Однако при проведении ультразвукового контроля с помощью электромагнитно-акустического преобразователя (ЭМАП) использование контактной жидкости не требуется.

Существует два метода получения ультразвуковой волны: отражение и затухание . В режиме отражения (или импульсного эха) преобразователь выполняет как отправку, так и прием импульсных волн, поскольку «звук» отражается обратно к устройству. Отраженный ультразвук исходит от интерфейса, например, от задней стенки объекта или от дефекта внутри объекта. Диагностическая машина отображает эти результаты в виде сигнала с амплитудой, представляющей интенсивность отражения, и расстоянием, представляющим время прибытия отражения. В режиме затухания (или сквозной передачи) передатчик посылает ультразвук через одну поверхность, а отдельный приемник определяет количество, достигшее его на другой поверхности после прохождения через среду. Несовершенства или другие условия в пространстве между передатчиком и приемником уменьшают количество передаваемого звука, тем самым выявляя их присутствие. Использование контактной жидкости повышает эффективность процесса за счет снижения потерь энергии ультразвуковой волны из-за разделения между поверхностями.

Примеры[5][6][7]

Одним из примеров использования ультразвука для доказательства свойств материала является измерение размера зерна определенного материала. В отличие от деструктивного измерения, ультразвук предлагает методы измерения размера зерна неразрушающим способом с еще более высокой эффективностью обнаружения. Измерение размера зерна с помощью ультразвука может быть выполнено путем оценки скорости ультразвука, затухания и характеристики обратного рассеяния. Теоретическая основа для модели затухания рассеяния была разработана Станке, Кино и Уивером.

При постоянной частоте коэффициент затухания рассеяния зависит в основном от размера зерна; Цзэн и др. выяснили, что в чистом ниобии затухание линейно коррелирует с размером зерна через рассеяние на границах зерен. [6] Эта концепция ультразвукового контроля может быть использована для обратного разрешения размера зерна во временной области, когда коэффициент затухания рассеяния измеряется по данным испытаний, обеспечивая неразрушающий способ прогнозирования свойств материала с помощью довольно простых инструментов.

Функции

Преимущества

  1. Высокая проникающая способность позволяет обнаруживать дефекты глубоко в детали. [1]
  2. Высокая чувствительность, позволяющая обнаруживать даже самые мелкие дефекты. [1]
  3. Более высокая точность, чем у других неразрушающих методов, при определении глубины внутренних дефектов и толщины деталей с параллельными поверхностями.
  4. Некоторая возможность оценки размера, ориентации, формы и характера дефектов.
  5. Определенная возможность оценки структуры сплавов деталей с различными акустическими свойствами.
  6. Не представляет опасности для производственных процессов или находящегося поблизости персонала, не оказывает влияния на находящееся поблизости оборудование и материалы.
  7. Возможность портативного, высокоавтоматизированного или дистанционного управления.
  8. Результаты появляются немедленно, что позволяет принимать решения на месте. [1]
  9. Ему необходим доступ только к одной поверхности проверяемого продукта. [1]

Недостатки

  1. Ручная работа требует тщательного внимания со стороны опытных техников. Датчики оповещают как о нормальной структуре некоторых материалов, так и о допустимых аномалиях других образцов (оба называются «шумом») и о дефектах в них, достаточно серьезных, чтобы нарушить целостность образца. Эти сигналы должен различать опытный техник, возможно, требующий дополнительных действий с другими методами неразрушающего контроля. [8]
  2. Для разработки процедур проверки требуются обширные технические знания. [1]
  3. Грубая отделка поверхности, неправильная геометрия, мелкие детали, малая толщина или неоднородный состав материала могут затруднить проведение испытаний.
  4. Поверхность необходимо подготовить, очистив и удалив отслаивающуюся окалину, краску и т. д., хотя краску, которая надежно прикреплена к поверхности, удалять не нужно.
  5. Для эффективной передачи энергии ультразвуковых волн между преобразователями и проверяемыми деталями [1] необходимы контактные жидкости, если не используется бесконтактная технология. Бесконтактные технологии включают лазерные и электромагнитно-акустические преобразователи ( ЭМАП ).
  6. Оборудование может быть дорогим. [1]
  7. Требуются эталонные стандарты и калибровка. [1]

Стандарты

Международная организация по стандартизации (ИСО)
Европейский комитет по стандартизации (CEN)

(Примечание: часть стандартов CEN в Германии принята как DIN EN, в Чешской Республике как CSN EN.)

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghij Неразрушающий контроль дефектов металлических компонентов Журнал качества, выпуск за август 2015 г. Страницы 31–32, автор Дэн ДеВриз
  2. ^ Matlack, KH; Kim, J.-Y.; Jacobs, LJ; Qu, J. (2015-03-01). "Обзор методов измерения генерации второй гармоники для определения состояния материала в металлах" (PDF) . Журнал неразрушающей оценки . 34 (1): 273. doi :10.1007/s10921-014-0273-5. hdl :20.500.11850/103909. ISSN  0195-9298. S2CID  39932362.
  3. ^ Mostavi, Amir; Kamali, Negar; Tehrani, Niloofar; Chi, Sheng-Wei; Ozevin, Didem; Indacochea, J. Ernesto (2017). «Разложение ультразвукового сигнала на основе вейвлетов при оценке пластической деформации алюминия». Measurement . 106 : 66–78. Bibcode :2017Meas..106...66M. doi : 10.1016/j.measurement.2017.04.013 .
  4. ^ https://www.nde-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/EquipmentTrans/Couplant.htm Couplant Университет штата Айова - Центр неразрушающей оценки, дата получения 01.08.2021
  5. ^ Лю, Юй; Тянь, Цян; Гуань, Сюэфэй (сентябрь 2021 г.). «Оценка размера зерна с использованием затухания ультразвука с помощью фазированной решетки». NDT & E International . 122 : 102479. doi : 10.1016/j.ndteint.2021.102479. ISSN  0963-8695.
  6. ^ ab Zeng, Fei; Agnew, Sean R.; Raeisinia, Babak; Myneni, Ganapati R. (2010-03-31). «Затухание ультразвука из-за рассеяния на границах зерен в чистом ниобии». Журнал неразрушающей оценки . 29 (2): 93–103. doi :10.1007/s10921-010-0068-2. ISSN  0195-9298.
  7. ^ Станке, Фред Э.; Кино, Г.С. (1984-03-01). «Единая теория распространения упругих волн в поликристаллических материалах». Журнал Акустического общества Америки . 75 (3): 665–681. Bibcode : 1984ASAJ...75..665S. doi : 10.1121/1.390577. ISSN  0001-4966.
  8. ↑ Патент США 3,260,105 на ультразвуковой испытательный аппарат и метод, выданный Джеймсу Ф. МакНалти, строки 37–48 и 60–72 столбца 1 и строки 1–4 столбца 2.

Дальнейшее чтение

На Викискладе есть медиафайлы по теме Ультразвуковая дефектоскопия .