Ультразвуковая дефектоскопия деталей

Выявление внутренних дефектов в деталях с помощью ультразвука основано на свойстве ультразвуковых волн отражаться от границы двух сред — металла и воздуха. Пропуская через деталь ультразвук и улавливая его отражение от внутренних трещин или раковин, можно по направлению и силе отраженного ультразвука определить место, протяженность и глубину этих дефектов.

Источником возбуждения ультразвуковых волн высокой частоты является пьезоэлемент в виде пьезокварца или кристалла титаната бария, колебания которых передаются контролируемой детали. Рыхлоты, неоднородность, включения графита препятствуют проникновению ультразвука.

В жидких и газообразных телах распространяются только продольные ультразвуковые колебания. В твердых телах возможны продольные, поперечные и поверхностные волны.

Ультразвуковый контроль внутренних дефектов важен ничуть не менее, чем экологический производственный контроль. Ведь экологический производственный контроль это комплекс мероприятий по охране окружающей среды в рабочем цикле предприятия.

На практике находят применение дефектоскопы с непрерывным излучением и импульсные. Различают три основных метода ультразвуковой дефектоскопии: теневой, метод отражения и резонансный. Приборы, работающие по последнему принципу, находят применение для измерения толщины стенки изделия, где прямое измерение затруднено. Дефектоскопы с непрерывным и импульсным излучением ультразвука применимы для контроля нарушений металлической сплошности детали в виде трещин, шлаковых включений, засоров, пористости и волосовин размером не менее 1/3 длины волны.

Если направленный в однородную металлическую среду пучок ультразвуковых волн встретит на своем пути инородное тело или несплошность с иными акустическими свойствами, то при прохождении через него интенсивность пучка уменьшается в результате поглощения и рассеяния, образуя за собой «звуковую тень».

Применение способа «звуковой тени» требует размещения приемника и излучателя ультразвука по разным сторонам контролируем изделия, а наличие в последнем дефекта обнаружится по измене интенсивности звукового луча, прошедшего через дефект.

Дефект может быть обнаружен также и способом отражения или эхо-методом, когда приемники и источник посылаемого ультразвука расположены по одной стороне контролируемой детали. При этом дефект обнаруживается в результате отражения от него ультразвуковой полны.

Наличие дефекта можно обнаружить по отклонению стрелки милливольтметра, появлению всплесков па экране электронно-лучевого осциллоскопа и т. д. Таким образом контроль осуществляется косвенной оценкой. Однако на экранах специальных дефектоскопов можно наблюдать и конфигурацию дефекта, т. е. контроль может осуществляться с визуальной оценкой.

Наиболее распространенным методом ультразвукового контроля является эхо-импульсный метод. Синхронизирующий генератор периодически, через несколько микросекунд, вырабатывает сигнал, синхронизирующий работу отдельных блоков дефектоскопа, в частности генератора высокой частоты. Генератор, вырабатывая импульс продолжительностью в несколько долей микросекунды, подает его на искательную головку или излучатель, в котором электрические колебания с помощью пьезопластины преобразуются в механические, т. е. ультразвук, который распространяется в контролируемую деталь.

При наличии в контролируемой детали дефекта ультразвуковая волна от него отразится и попадет в приемник, т. е. приемную головку, где пьезопластина вследствие прямого пьезоэффекта превратит этот механический импульс в электрический. Последний, будучи усилен в приемно-усилительном тракте, попадает на пластины вертикальной электронно-лучевой трубки, которая входит в состав устройства, называемого индикатором.

Излучательные головки, служащие для преобразования электрических колебаний в ультразвуковые для введения их в контролируемую деталь, могут быть прямые, вводящие ультразвуковой луч перпендикулярно поверхности, наклонные, направляющие луч под углом без преломления, и преломляющие, вводящие в металл как продольные, так и поперечные волны под углом до 90°. Для приема отражаемого ультразвукового луча и преобразования его в электрический импульс применяется приемная головка.

Иногда в качестве излучателя и приемника служит одна головка, что находит все большее распространение.

Дефектоскопы успешно работают для прозвучивания массивных изделий. Помимо использования ультразвуковых колебаний для выявления внутренних дефектов в материалах, они широко применяются при контроле качества металлических и неметаллических изделий, а также при контроле технологических процессов.

Приведем краткий перечень областей применения ультразвука для указанных целей:

• 1) автоматический контроль величины зерна в сплавах;
• 2) контроль качества материалов путем определения величин скоростей ультразвуковых колебаний;
• 3) исследование степени однородности распределения углерода в стали;
• 4) исследование и контроль структурного строения сплавов;
• 5) определение степени анизотропии сплавов;
• 6) контроль качества точечной сварки по осциллограммам затухания ультразвуковых колебаний.

С использованием: справочник «Машиностроение. Справочник по производственному контролю в машиностроении», 1974.