Страница 9 из 11
Шумно-вибрационный метод. Основан на наблюдении спектра частот работающего механизма в целом или отдельных его компонентов. Преобразователь, подобно медицинскому стетоскопу, прижимают к отдельным точкам механизма, или он воспринимает сигналы по воздуху.
Эхометод ультразвуковой дефектоскопии. Наиболее распространен, с его помощью контролируют поковки, штамповки, прокат, термообработанное литье, сварные швы, пластмассы, измеряют толщину изделий и оценивают структуру материалов.
Теневой метод. Применяется в основном для контроля проката малой и средней толщины, некоторых резиновых изделий (покрышек колес), для исследования упругих свойств стеклопластиков, бетона, графита и т. д. Как правило, условием его применения является двусторонний доступ к изделию. В случае, когда это условие не выполняется, может быть использован зеркально-теневой метод (например, для контроля железнодорожных рельсов) или резонансный. Последний применяют в основном для измерения толщины тонкостенных труб и сосудов.
Импедансный метод. Контролирует клеевые и паяные конструкции из металла и пластмасс. Используется только при сухом точечном контакте преобразователя с изделием.
Метод свободных колебаний (с приборной регистрацией). Применяется для тех же целей, что и импедансный.
Акустические методы классифицируют также по способу контакта преобразователя с изделием. Ультразвуковые волны хорошо отражаются от тончайших воздушных зазоров, поэтому для передачи ультразвука от преобразователя к изделию промежуток между ними заполняют слоем жидкости [11].
Существует несколько способов передачи ультразвука:
контактный – преобразователь прижимают к поверхности изделия, предварительно смазанной жидкостью (например, маслом) до соприкосновения. В некоторых случаях слой жидкости заменяют или дополняют эластичным материалом;
щелевой (или менисковый) – между преобразователем и изделием создается зазор толщиной порядка длины волны ультразвука. В этом зазоре жидкость удерживается силами поверхностного натяжения;
иммерсионный – между преобразователем и изделием создается толстый слой жидкости путем помещения изделия в резервуар с жидкостью или образования локальной жидкостной ванны;
бесконтактные – это способы возбуждения и приема упругих колебаний через слой воздуха или с помощью электромагнитного поля, возбуждаемого датчиком. В этом случае специальная контактная среда не требуется.
Указанными методами можно выявлять поверхностные и внутренние дефекты. Все другие методы контроля, кроме радиационных, выявляют только поверхностные или подповерхностные дефекты.
Акустическими методами, практически безопасными для обслуживающего персонала, хорошо обнаруживаются тонкие трещины. Ультразвуковой контроль легко автоматизировать.
Применение ультразвукового контроля ограничивают следующие факторы: неоднородность внутренней структуры материала: наличие крупнозернистой структуры, так как гетерогенность материала вызывает сильное рассеяние ультразвуковых волн, что ослабляет полезный сигнал и приводит к появлению шумов; в частности плохо контролируются литье (особенно из коррозионностойких сталей), чугун с крупными графитовыми включениями, бетонные изделия; сложность формы и малые размеры изделий затрудняют введение ультразвуковых лучей, а при наличии выступов и выемов на поверхности вблизи области возможного расположения дефектов могут возникать ложные сигналы; грубая поверхность изделия (ниже 6-го класса шероховатости) приводит к ослаблению чувствительности ультразвукового контроля и нестабильности акустического контакта преобразователя с изделием. Требования к шероховатости поверхности особенно высоки при контактном способе контроля и снижаются при иммерсионном способе.
Ультразвуковыми методами четко обнаруживаются дефекты, но часто возникают серьезные трудности при определении их размеров и характера, что имеет решающее значение для оценки результатов контроля.
Ультразвуковой контроль требует специальных навыков и может применяться только обученным персоналом. При ультразвуковом контроле важно учитывать, что упругие волны, отражаясь от элементов конструкции сложной формы (деталей с выточками, шпоночных канавок, фланцев и т. п.), создают множество импульсов. В этом случае тщательно изучают конструкцию, определяют возможность появления эхосигналов, проверяют их на эталонной детали. Затем выбирают рациональное направление озвучивания. Его желательно проводить при шероховатости поверхности 5-6-го классов. При более грубой поверхности дальность распространения поверхностных и нормальных волн снижается, поскольку происходит рассеивающее отражение от выступов шероховатости [28].
Различные конструкции дефектоскопов допускают наличие определенных размеров мертвых зон, т. е. неконтролируемых участков.
Размер мертвой зоны зависит от многих факторов, в том числе от характеристик дефектоскопа, акустических характеристик материала и других причин. Конкретные параметры указываются в документации на дефектоскоп.
С помощью акустических методов можно не только находить несплошности, но и контролировать структуру и физико-механические свойства материалов, измерять толщину деталей и защитных покрытий, а также проводить исследования усталостной повреждаемости материалов. Перед началом акустического контроля поверхность детали очищают от грязи, отслаивающегося лакокрасочного покрытия, окалины, продуктов коррозии, чтобы улучшить условия прохождения волн и устранить возможность появления сигналов помех. На основе регистрации импульсов могут быть построены автоматизированные системы контроля при массовом производстве.
Акустические методы контроля непрерывно развиваются, появляются новые высокопроизводительные приборы, позволяющие расширить область их применения при ремонте конструкций и изделий.
3.2 Магнитный неразрушающий контроль
Этот метод неразрушающего контроля основан на обнаружении и регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих в намагниченном изделии над дефектами или магнитных свойств контролируемого изделия. Его применяют в основном для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов, находящихся в намагниченном состоянии. Рассмотрим физические причины этого явления.
Известно, что если через проводник пропустить ток, то в пространстве вокруг него, а также между полюсами электромагнита и в пространстве, окружающем соленоид, возникает магнитное поле, направление которого определяется по правилу буравчика. Если испытываемую деталь из ферромагнитного сплава поместить в магнитное поле, то в ней появляются магнитные силовые линии. При отсутствии дефектов магнитные линии не исключаются. При наличии несплошности, находящейся на пути магнитного потока, часть магнитных линий выходит из детали и затем снова входит в нее. В местах выхода магнитных линий образуются местные полосы N и S, между которыми помещается магнитное поле рассеяния, расположенное над дефектом. После снятия намагничивающего поля местные полюсы и поле рассеяния остаются вследствие наличия остаточной индукции [8].
В намагниченной детали (рисунок 3.5) магнитные силовые линии направлены от полюса N к полюсу S. Вокруг трещины, определяющей несплошность, создается поле рассеяния, которое может быть обнаружено и зарегистрировано. После удаления детали из магнитного поля и регистрации дефекта такую деталь необходимо размагнитить. Остаточная намагниченность влияет на показания приборов, вызывает притяжение посторонних частиц, что способствует интенсификации процессов изнашивания.
Для намагничивания деталей применяют постоянный (двухполупериодный выпрямленный, трехфазный выпрямленный), переменный, однополупериодный выпрямленный и импульсный токи. Дефекты оптимально обнаруживаются в случае, когда направление намагничивания контролируемой детали перпендикулярно направлению дефекта, поэтому простые детали намагничивают в двух направлениях, а детали сложной формы – в нескольких.