stringtranslate.com

Ультразвуковой контроль

Пример ультразвукового контроля (УЗК) оснований лопаток авиационного двигателя V2500 IAE . Шаг 1 : УЗ-зонд помещается на основание лезвия, которое необходимо осмотреть с помощью специального бороскопа (видеозонда). Шаг 2 : Вводятся настройки прибора. Шаг 3 : Датчик сканирует основание лезвия. В этом случае индикация (пик данных) через красную линию (или ворота) указывает на хорошее лезвие; индикатор слева от этого диапазона указывает на трещину.


Принцип ультразвукового контроля. СЛЕВА: Зонд посылает звуковую волну в исследуемый материал. Имеются две индикации: одна от начального импульса зонда, а вторая от эха задней стенки. СПРАВА: Дефект создает третью индикацию и одновременно уменьшает амплитуду индикации задней стенки. Глубина дефекта определяется соотношением D / E p

Ультразвуковой контроль ( УЗК ) — это семейство методов неразрушающего контроля , основанных на распространении ультразвуковых волн в испытываемом объекте или материале. В большинстве распространенных применений УЗ-технологий очень короткие ультразвуковые импульсные волны с центральными частотами в диапазоне 0,1–15 МГц, а иногда и до 50 МГц передаются в материалы для обнаружения внутренних дефектов или определения характеристик материалов. Типичным примером является ультразвуковое измерение толщины , которое проверяет толщину объекта контроля, например, для контроля коррозии и эрозии трубопроводов. Ультразвуковой контроль широко используется для обнаружения дефектов сварных швов.

Ультразвуковой контроль часто проводится для стали и других металлов и сплавов, хотя его также можно использовать для бетона , дерева и композитов, хотя и с меньшим разрешением. Он используется во многих отраслях промышленности, включая стальное и алюминиевое строительство, металлургию, обрабатывающую промышленность, аэрокосмическую , автомобильную и другие транспортные отрасли.

История

Первые попытки использовать ультразвуковой контроль для обнаружения дефектов твердых материалов были предприняты в 1930-х годах. [1] 27 мая 1940 года американский исследователь доктор Флойд Файерстоун из Мичиганского университета подал заявку на патент США на изобретение первого практического метода ультразвукового контроля. Патент выдан 21 апреля 1942 года как патент США № 2 280 226 под названием «Дефектоскопическое устройство и измерительный прибор». Выдержки из первых двух параграфов патента на этот совершенно новый метод неразрушающего контроля лаконично описывают основы такого ультразвукового контроля. «Мое изобретение относится к устройству для обнаружения наличия неоднородностей плотности или упругости в материалах. Например, если в отливке есть отверстие или трещина, мое устройство позволяет обнаружить наличие дефекта и определить его положение. , хотя дефект целиком лежит внутри отливки и ни одна его часть не выходит на поверхность.... Общий принцип моего прибора состоит в посылке высокочастотных колебаний в контролируемую деталь и определении временных интервалов приход прямых и отраженных вибраций на одну или несколько станций на поверхности детали».

Джеймс Ф. МакНалти (радиоинженер из США) из компании Automation Industries, Inc., находившийся тогда в Эль-Сегундо, Калифорния, один из первых устранителей многих недостатков и ограничений этого и других методов неразрушающего контроля, более подробно рассказывает об ультразвуковом контроле в своей В патенте США № 3,260,105 (заявка, поданная 21 декабря 1962 г., выданная 12 июля 1966 г., под названием «Устройство и метод ультразвукового контроля»), говорится, 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 испытуемого образца. Это соединение может быть осуществлено путем погружения преобразователя и образца в массу жидкости или путем фактического контакта через тонкую пленку жидкости, например масла. Ультразвуковые колебания проходят через образец и отражаются от любых возможных неоднородностей. Отраженные эхо-импульсы принимаются тем же или другим преобразователем и преобразуются в электрические сигналы, указывающие на наличие дефекта». Чтобы охарактеризовать микроструктурные особенности на ранних стадиях усталостного повреждения или разрушения при ползучести, следует использовать более совершенные нелинейные ультразвуковые испытания. Эти нелинейные методы основаны на том, что интенсивная ультразвуковая волна искажается при столкновении с микроповреждениями материала. [2] Интенсивность искажений коррелирует с уровнем повреждений. Эту интенсивность можно определить количественно с помощью параметра акустической нелинейности (β). β связано с амплитудами первой и второй гармоник. Эти амплитуды можно измерить путем гармонического разложения ультразвукового сигнала посредством быстрого преобразования Фурье или вейвлет-преобразования. [3]

Как это работает

На строительной площадке техник проверяет сварной шов трубопровода на наличие дефектов с помощью ультразвукового прибора с фазированной решеткой . Сканер, состоящий из рамы с магнитными колесами, удерживает зонд в контакте с трубой с помощью пружины. Влажная зона представляет собой ультразвуковую контактную жидкость, которая позволяет звуку проникать в стенку трубы.
Неразрушающий контроль поворотного вала, показывающий растрескивание шлицев .

При ультразвуковом контроле над проверяемым объектом проводят ультразвуковой преобразователь , подключенный к диагностическому аппарату. Преобразователь обычно отделяется от испытуемого объекта контактной жидкостью [4], например гелем, маслом или водой [1] , как при испытаниях с погружением. Однако, когда ультразвуковой контроль проводится с помощью электромагнитного акустического преобразователя (ЭМАП), использование контактной жидкости не требуется.

Существует два метода получения ультразвукового сигнала: отражение и затухание . В режиме отражения (или импульсного эха) преобразователь выполняет как отправку, так и прием импульсных волн, поскольку «звук» отражается обратно на устройство. Отраженный ультразвук исходит от границы раздела, например от задней стенки объекта, или от дефекта внутри объекта. Диагностический аппарат отображает эти результаты в виде сигнала, амплитуда которого представляет интенсивность отражения, а расстояние — время прихода отражения. В режиме ослабления (или сквозной передачи) передатчик посылает ультразвук через одну поверхность, а отдельный приемник обнаруживает 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 поверхностей.

Функции

Преимущества

  1. Высокая проникающая способность позволяет обнаруживать дефекты глубоко в детали. [1]
  2. Высокая чувствительность, позволяющая обнаруживать очень мелкие дефекты. [1]
  3. Большая 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. Некоторые возможности оценки структуры сплавов компонентов с различными акустическими свойствами
  6. Неопасен для операций или для находящегося рядом персонала и не оказывает воздействия на оборудование и материалы, находящиеся поблизости.
  7. Возможность портативного, высокоавтоматизированного или дистанционного управления.
  8. Результаты мгновенные, что позволяет принимать решения на месте. [1]
  9. Ему необходим доступ только к одной поверхности проверяемого продукта. [1]

Недостатки

  1. Ручное управление требует тщательного внимания со стороны опытных специалистов. Датчики предупреждают как о нормальной структуре некоторых материалов, так и о допустимых аномалиях других образцов (оба называются «шумом»), а также о дефектах, достаточно серьезных, чтобы поставить под угрозу целостность образца. Эти сигналы должен распознавать квалифицированный техник, что, возможно, потребует применения других методов неразрушающего контроля. [5]
  2. Для разработки процедур проверки необходимы обширные технические знания. [1]
  3. Неровная поверхность, неправильная геометрия, мелкие детали, небольшая толщина или неоднородный состав материала могут затруднить тестирование.
  4. Поверхность необходимо подготовить, очистив и удалив отслоившуюся окалину, краску и т. д., хотя краску, которая правильно приклеилась к поверхности, возможно, не придется удалять.
  5. Контактные жидкости необходимы для эффективной передачи энергии ультразвуковых волн между преобразователями и контролируемыми деталями [1] , если не используется бесконтактный метод. Бесконтактные методы 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 (ISO)
Европейский комитет по стандартизации (CEN)

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcdefghij Неразрушающий обнаружение дефектов в металлических компонентах Журнал «Качество», август 2015 г., страницы 31–32, Дэн ДеВрис
  2. ^ Мэтлак, К.Х.; Ким, Ж.-Ю.; Джейкобс, LJ; Цюй, Дж. (01 марта 2015 г.). «Обзор методов измерения генерации второй гармоники для определения состояния материала в металлах» (PDF) . Журнал неразрушающего контроля . 34 (1): 273. doi :10.1007/s10921-014-0273-5. hdl : 20.500.11850/103909. ISSN  0195-9298. S2CID  39932362.
  3. ^ Мостави, Амир; Камали, Негар; Тегерани, Нилуфар; Чи, Шэн-Вэй; Озевин, Дидем; Индакочеа, Дж. Эрнесто (2017). «Вейвлет-гармоническое разложение ультразвукового сигнала при оценке пластической деформации алюминия». Измерение . 106 : 66–78. Бибкод : 2017Измер..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 неразрушающего контроля получено 1 августа 2021 г.
  5. ^ Патент США № 3260105 на устройство и метод ультразвукового контроля, выданный Джеймсу Ф. Макналти, в строках 37–48 и 60–72 столбца 1 и строках 1–4 столбца 2.

дальнейшее чтение

На Wikimedia Commons есть средства массовой информации, связанные с ультразвуковой дефектоскопией .