Укажите что означает понятие контактный ультразвук узк

Контактный ультразвук

«Гигиенические требования к условиям труда медицинских работников, выполняющих ультразвуковые исследования. 2.2.4. Физические факторы производственной среды. 2.2.9. Состояние здоровья работающих в связи с состоянием производственной среды. Руководство Р 2.2.4/2.2.9.2266-07» (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 10.08.2007)

Официальная терминология . Академик.ру . 2012 .

Смотреть что такое «Контактный ультразвук» в других словарях:

УЛЬТРАЗВУК — упругие волны с частотой колебаний от 20 кГц до 1 ГГц, не слышимые человеческим ухом. Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от упругих волн слышимого диапазона. Распространение У. подчиняется основным законам, общим для акустических … Российская энциклопедия по охране труда

Гигие́на труда́ в промы́шленности — Во многих отраслях народного хозяйства ликвидирован тяжелый физический труд, снижены до предельно допустимого уровня концентрации токсических веществ, оптимизированы режимы труда и отдыха. Все это привело к улучшению условий труда на многих… … Медицинская энциклопедия

3D-сканер — Для термина «Сканер» см. другие значения. 3D сканер устройство, анализирующее физический объект и на основе полученных данных создающее его 3D модель. 3D сканеры делятся на два типа по методу сканирования: Контактный, такой метод основывается на… … Википедия

Ультразвуковой контроль сварных швов

Чтобы обеспечить безопасность эксплуатации объектов со сварными соединениями, швы, независимо от того, как давно они были сделаны, необходимо подвергать регулярной проверке. Дефектоскопия сварных соединений проводится разными методами. Универсальный способ проверки – ультразвуковой контроль. Метод был открыт в 1930 году, и сейчас используется повсеместно. Эффективность уУЗК обуславливается тем, что диагностика способна выявлять даже небольшие дефекты, которые со временем приводят к утрате прочности и разрушению конструкции.

Преимущества и недостатки УЗК

К основным преимуществам ультразвуковой диагностики относят:

Высокую точность и скорость в сочетании с доступной ценой.
Абсолютную безопасность. УЗК – это неразрушающий метод контроля. Он не наносит вреда конструкции и здоровью людей, которые присутствуют при проведении процедуры.
Возможность выполнения в полевых условиях. Для этого используют специальные портативные УЗ-дефектоскопы.
Простоту выполнения. Применение метода не требует выведения объекта из эксплуатации.

Но не существует совершенных методов диагностики. УЗК тоже обладает рядом недостатков:

Ограниченность полученных о дефекте сведений: невозможно определить точную форму трещины из-за наличия воздуха или шлака, а также однозначно идентифицировать характер шлаковых включений.
При использовании УЗК сложно проверить металлы с крупнозернистой структурой из-за сильного рассеивания и затухания ультразвука.
Необходимость подготовки к диагностике: важно очистить поверхность шва от загрязнений и ржавчины.

Суть ультразвуковой дефектоскопии

Ухо человека не воспринимает ультразвуковую волну, тем не менее, она – основа многих диагностических методик. Способность УЗ-волн отражаться и проникать применяется в различных отраслях, в т.ч. и в медицине. Этот способ важен для сфер, где главное требование – не нанести вред объекту, который исследуется.

Ультразвуковая дефектоскопия – это неразрушающий метод контроля и определения мест, где локализуются дефекты различного характера. Качество проведения процедуры зависит от ряда факторов. Это корректность настройки и калибровки аппарата, чувствительность приборов, опыт оператора. Поэтому выполнять ультразвуковую дефектоскопию должны профессионалы.

Данным способом диагностируют разные сварные соединения. С помощью УЗК можно выявить химически неоднородный состав материала (например, наличие шлаковых вложений в металле, присутствие неметаллических элементов), воздушные пустоты, скрытые и внутренние механические дефекты.

Учтите, что объект будет допущен к эксплуатации только после определения качества соединений и ликвидации даже малейших дефектов.

Ультразвуковой контроль сварных соединений – это метод, основанный на способности колебаний высокой частоты (примерно 20 000 Гц) проникать в структуру металла, отражаться от поверхности неровностей, пустот, царапин. Волна, которая проникает в сварной шов, при обнаружении дефекта отклоняется от стандартного распространения. Это отклонение отражается на мониторах приборов. По конкретным параметрам опытный оператор характеризует обнаруженный дефект. Например, расстояние до него рассчитывается по времени распространения волны, а размер дефекта – по амплитуде импульса отражения.

Технология и принцип работы

Принцип работы ультразвуковой дефектоскопии основан на способности колебаний частотой от 20000 Гц и выше проходить сквозь металл, отражаясь от царапин, сколов, внутренних пустот и других дефектов. При проведении испытаний используется прибор, который посылает ультразвуковую волну, принимает ее и фиксирует все отклонения.

Эта технология позволяет определить расстояние до дефекта внутри шва благодаря учету времени распространения колебаний в металле. Также с ее помощью можно установить примерный размер неровности по амплитуде отраженного импульса.

Ультразвуковой контроль: виды

УЗК бывает нескольких видов. К главным методам ультразвукового контроля относят:

Теневой. Способ основан на применении двух преобразователей. Их устанавливают по разным сторонам объекта. Первый преобразователь – излучатель. Второй – приемник. Устанавливают их строго перпендикулярно сварному шву. Поток УЗ-волн из излучателя направляется на шов, с другой стороны их принимает приемник. Если в этом потоке возникает глухая зона, значит, не пути волн присутствует участок с дефектом.
Эхо-импульсный. Применяется УЗ-дефектоскоп, который и излучает, и принимает волны. Метод основан на технологии отражения ультразвука от поверхности участков с дефектом. То есть если волны проходят сквозь металл и не отражаются на приемнике, дефекты отсутствуют. Если отражаются, значит, изъян есть.
Эхо-зеркальный. Метод ультразвукового контроля, имеющий сходство с вышеописанным. Применяются два прибора: приемник и излучатель, только устанавливают их с одной стороны объекта. Волны под углом исходят из излучателя, а при попадании на дефекты – отражаются. Отраженные волны принимает приемник. Таким образом часто выявляют вертикальные дефекты – трещины.
Зеркально-теневой. Представляет собой комбинацию зеркального и теневого методов. Излучатель и приемник ставят с одной стороны от объекта. Из излучателя исходят косые волны, которые отражают стенки металла, а затем их принимает приемник. Если на пути отраженных УЗ-волн не было дефектов, то изменения не зарегистрируются. Если же отразится глухая зона, нужно искать изъян.
Дельта-способ. УЗК такого плана используется редко, так как требует тонкой калибровки оборудования и сложной расшифровки результатов. В основе метода – переизлучение дефектом направленных акустических волн внутрь шва. То есть отраженные волны разделяются на зеркальные, которые трансформируются продольно, и переизлучаемые. Приемник улавливает не все волны, практически только те, которые отражены или движутся прямо на него. От того, сколько волн получено, зависит конфигурация и размер дефекта.

При диагностике поперечных и продольных швов эксперты чаще применяют теневой, эхо-импульсный методы. В основном, такими способами проводится контроль сварных соединений трубопроводов. Остальные методы применяют намного реже, в зависимости от ситуации.

Методы УЗК труб по ГОСТ

Технология проверки определена ГОСТ Р 55724-2013. Сегодня в промышленности используют разные варианты дефектоскопии ультразвуком:

Теневой способ
. Он базируется на применении одновременно двух преобразующих устройств: генератор и приемник фиксируют перпендикулярно исследуемой плоскости диагностируемого изделия. Первый запускает волны на стык, второе устройство их принимает. Если в потоке ультразвуковых колебаний между аппаратами возникает глухой участок, это свидетельствует о наличии между ними зоны с другой средой. Так подтверждается неисправность неразъемного соединения, полученного в процессе сварки.
Эхо-импульсный
вариант. Базируется на отражении участков с дефектами. Для его проведения достаточно одного преобразователя. Ультразвуковой дефектоскоп одновременно запускает и принимает сигналы. Изъяны отсутствуют, если колебания проходят через толщу металла сварочного шва и не отображаются на табло. Отражение их от стенок области, на которой подозреваются дефекты, подтверждает наличие недостатков. Если ультразвук проникает сквозь толщу металла, не отражаясь на приборе, значит, повреждений внутри шва нет.
Эхо-зеркальный способ
. Актуален для изучения вертикальных дефектов (трещин). Излучатель и приемник устанавливают под углом 90 градусов по одну сторону от исследуемого объекта. Попадая на участки с повреждениями, волны, которые направлены к шву, отражаются, и далее их фиксирует приемник.
Зеркально-теневой
. УЗК метод представляет собой взаимодействие зеркального и теневого вариантов. Аппараты размещают с одного края от исследуемого образования. Косые волны, запущенные генератором, отражаются от металла и принимаются приемником. Колебания видоизменяются, если на пути потока встречаются изъяны шва в виде глухой зоны.
Дельта-контроль
. Излучение волн проходит внутрь сварного стыка. В основе техники – переизлучение изъяном направленных волн внутрь соединения. Проведение УЗК этим способом технически сложно: требуется скрупулезная настройка аппаратуры для фиксации всех подкатегорий волн (продольных, зеркальных, поперечных и др.). Вариант не подходит для исследования шва шириною более 1,5 см.

Методы УЗК

Для выявления скрытых повреждений (пустот, химически неоднородной структуры) с помощью ультразвуковых колебаний специалисты чаще всего применяют теневой и эхо-импульсный методы. Они позволяют организовать эффективную профилактику аварийных ситуаций в инженерных коммуникациях. Исследования выявляют брак, который может привести к разгерметизации стыка.

Оборудование УЗК: принцип работы

Приборы, которыми проводится ультразвуковой контроль труб и металлоконструкций, работают по схожему принципу. Главный рабочий элемент – пластина пьезодатчика, выполненная из титанита бария или кварца. Пьезодатчик находится в щупе – его располагают вдоль соединений и плавно перемещают возвратно-поступательными движениями. Пока происходит перемещение щупа, к пластине поступает высокочастотный ток, из-за этого она и излучает перпендикулярно своей длине ультразвуковые колебания.

Отраженные волны принимает такая же пластина с принимающим щупом. Она преобразует колебания в переменный ток, который сразу отклоняет волну на мониторе осциллографа. В итоге возникает промежуточный пик. При УЗ-диагностике датчик посылает короткие переменные импульсы упругих колебаний с разной длительностью, которые разделяются паузами. За счет этого определяется присутствие и глубина залегания дефекта.

Как проводится ультразвуковой контроль

Процедура выполняется в несколько этапов, а именно:

Удаление краски, ржавчины со швов и с двух сторон от сварных соединений на расстоянии 5-10 см (точные размеры околошовной зоны регламентируются технологической документацией на объект контроля по ГОСТ Р 55724-2013).
Обработка поверхности металла около шва и самого шва машинным, турбинным маслом, глицерином, солидолом или силиконовым гелем с ингибиторами коррозии. Поверхность обрабатывают маслом, чтобы создать контактную зону между датчиком и поверхностью объекта контроля и улучшить проникновение УЗ-колебаний.
Настройка прибора с калибровкой. Настраивается толщина, АРД, AVG или DGS-диаграммы.
Перемещение щупа-искателя. Выполняется вдоль шва, зигзагообразно. При этом искатель поворачивают вокруг оси примерно на 10-15 градусов.
Как только на экране прибора появляется устойчивый сигнал, искатель разворачивают. Поиск проводят, пока на экране не возникнет сигнал с наибольшей амплитудой.
Уточняют, откуда возникло колебание, не связано ли оно с отражением волны от соединений, что случается при УЗК.
Если отражение возникло из-за дефекта, его фиксируют, при этом записывают координаты места локализации.

Результаты дефектоскопии заносят в таблицу. По ней, в дальнейшем, дефект можно выявить повторно, а затем устранить его. Проводят контроль по ГОСТу за один либо два прохода. Если для определения точного характера дефекта УЗК не хватает, дополнительно применяют гамма-дефектоскопию или рентгенодефектоскопию.

Как проводится дефектоскопия

Сначала со шва и на расстоянии 50-70 мм возле него металл очищают от ржавчины, краски и пр., после чего место сварки обрабатывают глицерином, солидолом, машинным маслом или другим веществом, способствующим прохождению ультразвуковых волн.

Затем специалист настраивает дефектоскоп с учетом известных параметров – качества соединения, толщины материала. Ошибки, допущенные на этом этапе, сводят на нет ценность испытания и приводят к получению неверных результатов.

Следующий этап – непосредственно проверка. Искатель зигзагами перемещают вдоль сварного шва, поворачивая его при этом вокруг оси. Когда прибор фиксирует дефект, специалист, проводящий испытания, должен тщательно проверить проблемную область, добиться получения сигнала с наибольшей амплитудой, выяснить примерный размер дефекта и определить координаты. Все полученные данные сотрудник лаборатории заносит в таблицу для последующего анализа.

При правильном проведении процедуры ультразвуковой контроль сварного шва поможет получить полную и исчерпывающую информацию обо всех дефектах. Если во время испытаний возникли спорные моменты, проверку можно провести второй раз для уточнения данных, но обычно однократной процедуры оказывается вполне достаточно.

Какие дефекты выявляет ультразвуковая диагностика

С помощью ультразвукового контроля труб и конструкций определяют ряд разнообразных дефектов, например:

трещины на околошовном участке;
поры в соединениях;
непровары;
расслоение наплавленного металла;
несплавления шва;
свищеобразные изъяны;
провисание металла, которое возникает на нижнем участке сварного соединения;
коррозионные поражения;
несоответствие материала по химическому составу;
зоны с искаженными геометрическими размерами.

Провести диагностику можно в таких металлах, как медь, чугун, легированные и аустенитные стали. При этом существуют и определенные геометрические рамки для применения метода, в частности:

Глубина залегания шва (max) – 10 метров;
Глубина (min) – 3-4 мм.
Толщина шва (min) – 8-10 мм.
Толщина металла (max) – 500-800 мм.

С помощью ультразвукового контроля труб и конструкций проверяют швы разного типа: продольные, плоские, кольцевые, тавровые, а также сварные стыки.

Сфера применения УЗК

Данный метод контроля применяют в промышленной отрасли, а также при реконструкции и строительстве домов. Часто УЗК используют:

При аналитической диагностике агрегатов, узлов.
Для определения износа труб в магистральном трубопроводе.
В атомной или тепловой энергетике.
В сфере машиностроения, нефтегазовой, химической отрасли.
При проверке сварных швов конструкций со сложной конфигурацией.
При диагностике соединений металлов, имеющих крупнозернистую структуру.
При сварке соединений узлов и котлов оборудования, которые находятся под воздействием давления, высокой температуры, агрессивной среды.

Методика применяется и в полевых, и в лабораторных условиях.

Проверенный на дефекты шов – это гарантия того, что конструкция безопасна для эксплуатации, надежна и может использоваться по назначению. Без проведения контроля на соответствие нормативам, ввод сооружения в эксплуатацию невозможен. Аккредитованная строительная лаборатория IRONCON готова провести УЗ-диагностику сварных соединений на объекте заказчика в полном соответствии с действующими нормами контроля.

Когда используется?

Этот метод проверки чаще всего используют, когда требуется:

диагностика узлов и агрегатов;
контроль сварных швов с крупнозернистой структурой или сложной геометрией;
проверка котлов и другого оборудования, которое в процессе эксплуатации подвергается значительным нагрузкам, работает в условиях высокой температуры и давления;
определение износа труб в магистральных трубопроводах.

Удобство метода заключается в том, что его можно использовать не только в лабораторных, но и в полевых условиях.

Ультразвуковой метод контроля

Сегодня в промышленной сфере используют четыре основных методики выполнения ультразвукового метода неразрушающего контроля. Их отличия заключаются в способах, применяемых для получения и оценки информации о дефектах:

1. Импульсный эхо-метод. В ходе диагностики ультразвуковую волну направляют на контролируемую область, а отражённый от дефекта сигнал регистрируют. Эхо-метод предполагает использование одного преобразователя в качестве как приёмника, так и источника волны.

2. Теневая методика. По разные стороны от контролируемой зоны устанавливают два преобразователя. Один из них формирует УЗ-волну, а второй регистрирует отражённый сигнал. При использовании теневого метода о наличии дефекта можно говорить в случае исчезновения УЗ-колебаний. В потоке возникает «глухая зона». Она говорит о том, что в этом месте сигнал не смог пройти из-за дефекта.

3. Зеркальный эхо-метод. В этом случае оба преобразователя устанавливаются на одной стороне. Первый прибор формирует УЗ-колебания, которые отражаются от неровности, а второй регистрирует их. Данный метод особенно эффективен, если необходимо найти дефекты, расположенные под прямым углом относительно поверхности исследуемого изделия (трещины и пр.).

4. Зеркально-теневая методика. По сути – это теневой метод. Однако приборы размещаются на одной стороне. В ходе дефектоскопии оператор регистрирует не прямой, а отражённый от второй поверхности контролируемой зоны поток УЗ-волн. О наличии дефекта говорят «глухие зоны» в отражённых колебаниях.

Неразрушающаяся на первый взгляд конструкция может быть повреждена дефектами, которые возникают во внутренних структурах металла. Поэтому данные методики способны обеспечить безопасную эксплуатацию сооружений, возведённых их продуктов проката.

Выявляемые дефекты

Ультразвуковой неразрушающий контроль используется для выявления:

воздушных пор и пустот;
трещин;
недопустимых утолщений;
флокенов;
зон крупнозернистости;
отложений шлака;
неоднородных химических вкраплений;
ликвационных скоплений и так далее.

Преимущества ультразвукового метода контроля

Доступная стоимость. УЗК обходится значительно дешевле, чем ряд других методов дефектоскопии;
Безопасность. Ультразвуковое излучение не оказывает негативного влияния на оператора, проводящего исследование;
Мобильность. Портативные аппараты для дефектоскопии позволяют проводить проверку на выезде. Это существенно расширяет сферы использования УЗК;
Высокая точность. Высокая скорость и точность УЗК даёт возможность получать объективные данные о состоянии и о качестве листового металла без значительных погрешностей. Проверенные листы могут использоваться для создания прочных и неразрушающихся в течение долгого времени конструкций;
Неразрушающее воздействие. Изделия сохраняются в своём первозданном виде, что позволяет избежать дополнительных финансовых затрат.

Основные минусы УЗК

Порядок выполнения УЗК

Порядок проведения дефектоскопии будет зависеть от класса металла, который нужно проверить, а также от требований, предъявляемых к нему. Образно можно разделить весь процесс на несколько этапов, это:

1. Визуальный осмотр. Оператор перед проведением дефектоскопии осматривает прокат на предмет видимых повреждений.

2. Выбор характеристик и методов контроля. В зависимости от класса заготовки выбирается метод выполнения УЗК.

3. Подготовка поверхности. С поверхности удаляют остатки шлака, лакокрасочных покрытий, крупные неровности и следы коррозии. Зона выполнения УЗК покрывается специальным составом, включающим воду, минеральные масла или особые густые клейстеры. Это даёт ультразвуковым сигналам возможность проникать внутрь металлического листа без препятствий.

4. Подготовка оборудования. В зависимости от выбранного метода выполнения УЗК мастер размещает, подключает и настраивает приборы.

5. Проведение дефектоскопии. Оператор медленно сканирует металлический лист. При возникновении сигналов от дефектов подбирается контрольный уровень чувствительности. Все данные фиксируются оператором.

6. Подготовка результатов. Информация о найденных дефектах заносится в специальный журнал. Также на основании полученных данных определяется качество стального листа в зависимости от требований, которые к нему предъявляются.

Некоторые предприниматели, занимающиеся производством и реализацией листовой стали, игнорируют этап обязательного неразрушающего контроля. Это может обернуться массой негативных последствий. Листовой металл, не прошедший дефектоскопию, часто становится причиной аварий. Для создания прочных, ответственных и неразрушающихся конструкций он не годится. Поэтому лучше выполнить УЗК в профессиональной лаборатории. Если вас интересуют подобные услуги, обратитесь в ТД «Ареал». Наши специалисты обладают высокой квалификацией, а также оформляют все документы согласно установленным стандартам.

Ультразвуковой контроль (УК)

По сравнению с другими методами НК ультразвуковой позволяет выявлять дефекты разнообразной формы и ориентации независимо от их залегания, обладает высокой производительностью, низкой стоимостью, возможностью контроля изделия при одностороннем доступе. Недостатками являются трудности контроля крупнозернистых материалов (например, аустенитных сталей), а также тонкостенных изделий с толщиной 4 мм и меньше. Контроль изделий сложной формы требует разработки специальных методик или технологических инструкций.

Акустические колебания представляют собой механические колебания частиц упругой среды и характеризуются частотой, интенсивностью и видом. Процессы распространения этих колебаний в среде называют акустическими волнами. Виды колебаний в основном определяются свойствами упругой среды и способом их создания. В жидкостях и газах, обладающих упругостью объема, акустические колебания распространяются с одинаковой скоростью во всех направлениях. В телах, характеризуемых помимо упругости объема еще и упругостью формы (сдвиговой упругостью) и различием деформаций растяжение – сжатие в зависимости от направления (для анизотропных тел), закономерности распространения акустических волн значительно сложнее.

Колебания с частотой до 16. 20 Гц называют инфразвуковыми. Колебания с частотой от 16. 20 до (15…20)∙10 3 составляют диапазон слышимости, воспринимаемый человеческим ухом. При увеличении частоты колебаний звука более 20 кГц он переходит в ультразвук. При неразрушающем контроле металлических материалов используются частоты ультразвуков диапазона 0,5. 25 МГц.

Распространение акустической ультразвуковой волны в материале происходит с определенной постоянной скоростью , определяемой свойствами среды (следует отличать скорость ультразвуковой волны от скорости колебания упругих частиц , которая зависит от фазы колебаний). Распространение волны сопровождается образованием в материале зон, в которых частицы находятся в одинаковом колебательном состоянии (фазе). Минимальное расстояние между такими зонами называют длиной волны . Величина λ (м) связана со скоростью распространения C (м/с) (константа материала) и частотой колебаний f (Гц) выражением:

Длина волны определяет чувствительность ультразвукового контроля: при УЗД могут быть выявлены несплошности с размером превышающим удвоенное значение длины волны. При этом необходимо учитывать, что уменьшение длины волны (увеличение частоты колебаний) приводит к увеличению затухания ультразвуковых волн. Изменить длину ультразвуковой волны в конкретном материале можно только путем изменения частоты возбуждаемых колебаний.
Важное значение в дефектоскопии имеет такой параметр ультразвуковых колебаний как амплитуда A, м – наибольшее отклонение колеблющейся частицы от положения равновесия. В твердом теле амплитуда колебательного движения частиц в среде пропорциональна градиенту давления относительно среднего давления в среде. Энергию, переносимую волной через некоторую поверхность за единицу времени, называют плотностью энергии.
Направление колебаний частицы в твердых телах может быть различным по отношению к направлению распространения волны.
По характеру смещения частиц и распространению колебаний волны бывают нескольких типов: продольные (смещение частиц совпадает с направлением распространения колебаний), поперечные (смещение частиц происходит в направлении, перпендикулярном направлению распространения колебаний).

Ультразвуковой контроль (УК) основан на регистрации изменения параметров упругих волн, вводимых в контролируемый объект и распространяющихся в нем. Ультразвуковой контроль разделяется на методы:

комбинированные (использующие как отражение, так и прохождение);

собственных частот и импедансные.

В методах отражения анализируют отражения импульсов упругих волн от неоднородностей или границ объекта контроля (ОК), в методах прохождения – влияние параметров ОК на характеристики прошедших через него волн. Комбинированные методы используют влияние параметров ОК как на отражение, так и на прохождение упругих волн. В методах собственных частот о свойствах ОК судят по параметрам собственных или вынужденных колебаний (их частотам и величине потерь) всего ОК или его части. В импедансных методах информативным параметром служит механический импеданс ОК в зоне его контакта с преобразователем. Пассивные методы НК классифицируют по характеру анализируемых сигналов.

Методы отражения используют информацию, получаемую по отражению акустических волн в ОК. На рис. 1 приведены схемы различных методов отражения.

Эхо-метод (рис. 1. а) основан на регистрации эхосигналов от дефектов – несплошностей. Он похож на радио- и гидролокацию. Другие методы отражения применяют для поиска дефектов, плохо выявляемых эхометодом, и для исследования параметров дефектов.

Эхозеркальный метод (рис. 1. б) основан на анализе акустических импульсов, зеркально отраженных от донной поверхности ОК С и дефекта В, т. е. прошедшие путь ABCD. Вариант этого метода, рассчитанный на выявление вертикальных дефектов, называют методом тандем. Для его реализации при перемещении преобразователей 1 и 3 поддерживают постоянным значение l_А + l_D = 2Htgα, где Н — толщина ОК. Тогда будут выявляться дефекты в сечении EF. Для получения максимального (зеркального) отражения от невертикальных дефектов значение l_A + l_D варьируют. Другой вариант эхо-зеркального метода предусматривает перемещение преобразователей 2 и 3 с разных сторон ОК. Его иногда называют методом тандем-дуэт. При этом сохраняется принцип зеркального отражения от вертикального дефекта и донной поверхности. Применение метода тандем-дуэт целесообразно в случаях, когда при контроле методом тандем преобразователи 2 и 3 слишком сближаются и мешают друг другу.

Еще один вариант эхозеркального метода — с трансформацией типов волн на дефекте (Т-тандем). Преобразователь 2 излучает поперечную волну под углом ввода а большим 57 ° (для стали). Угол падения на вертикальный дефект 90°–α будет меньше критического, поэтому произойдет частичная трансформация поперечной волны в продольную, направленную в сторону дна ОК. Отраженную поперечную волну в дальнейшем не используют, а отраженная от дефекта продольная волна (показана штриховыми линиями) далее отразится от дна ОК и принимается другим преобразователем в точке G. Для реализации этого варианта эхозеркального метода требуется меньшее расстояние от преобразователей до оси сварного шва.

Дельта-метод (рис. 1. в) основан на использовании дифракции волн на дефекте. Часть падающей на дефект поперечной волны от излучателя 2 рассеивается во все стороны на краях дефекта В, причем частично превращается в продольную волну. Часть этих волн принимается приемником 3 продольных волн, расположенным над дефектом, а часть отражается от донной поверхности и также поступает на приемник. Варианты этого метода предполагают возможность перемещения приемника 3 по поверхности, изменения типов излучаемых и принимаемых волн.

Реверберационный метод (рис. 1. г) основан на анализе времени объемной реверберации, то есть процесса постепенного затухания звука в некотором объеме – контролируемом объекте. При контроле используется один совмещенный преобразователь 2, 3. При контроле двухслойной конструкции в случае некачественного соединения слоев время реверберации в слое 1, с которым контактирует преобразователь, будет больше, а в случае доброкачественного соединения слоев – меньше, так как часть энергии будет переходить в другой слой. Данный метод получил широкое распространение при контроле контактной сварки. На рис. 2. показан характер изменения эхо-сигналов при многократном отражении от донной поверхности сварного соединения в зависимости от наличия (отсутствия) дефектов.

Дифракционно-временной метод (ToFD — Time of Flight Diffraction) (рис. 1. д) основан на приеме волн, рассеянных на концах дефекта, причем могут излучаться и приниматься как продольные, так и поперечные волны. На рис. 3. д представлен случай, когда излучаются поперечные волны, а принимаются продольные. Практическое применение, однако, получил вариант, при котором излучаются и принимаются продольные волны (рис. 3), поскольку они первыми приходят на приемник и по этому признаку их легко отличить от трансформированных волн. Основными информационными характеристиками ToFD являются:

время прихода сигнала, зная которое можно определить реальный размер несплошности;

фаза первой полуволны сигнала от дифракции на краях несплошности, благодаря которой можно установить тип несплошности.

При методе ToFD используются два ПЭП, работающие в раздельном режиме, при этом сканирование осуществляют путем линейного перемещения пары преобразователей, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга, вдоль участка контроля (рис. 4).

Наиболее существенные преимущества ToFD при контроле сварных швов по сравнению со стандартным эхо-методом заключаются в следующем:

возможность достижения более высокой точности при проведении измерений, как правило, ±1мм, а при повторном обследовании ±0,3 мм;

почти полная независимость вероятности обнаружения дефекта от его ориентации;

при калибровке аппаратуры учитываются только временные характеристики;

высокая производительность контроля, так как сканирование проводится вдоль путем продольного перемещения акустического блока вдоль шва;

документирование и хранение результатов контроля;

полная воспроизводимость результатов контроля.

Среди недостатков ToFD-метода следует отметить:

отсутствие критерия для классификации несплошностей по опасности (степени влияния на качество);

подповерхностные несплошности, расположенные близко к поверхности контролируемого изделия, могут быть скрыты головной волной, в связи с чем снижается вероятность их обнаружения.

Акустическая микроскопия отличается от эхометода повышением на один-два порядка частоты УЗ, использованием острой фокусировки и автоматическим или механизированным сканированием объектов небольшого размера. В результате удается зафиксировать небольшие по размеру изменения акустических свойств в ОК. Метод позволяет достичь разрешающей способности в сотые доли миллиметра. Возможна акустическая микроскопия с использованием прохождения волн.

Когерентные методы отличается от других методов отражения тем, что в качестве информационного параметра помимо амплитуды и времени прихода импульсов используется также фаза сигнала. Благодаря этому повышается на порядок разрешающая способность методов отражения и появляется возможность наблюдать изображения дефектов, близкие к реальным. Наиболее эффективным когерентным методом является компьютерная акустическая голография.

Методы прохождения в России чаще называемые теневыми, основаны на наблюдении изменения параметров прошедшего через ОК акустического сигнала (сквозного сигнала) и имеют следующие разновидности:

амплитудный метод прохождения;

временной метод прохождения;

метод многократной тени;

На начальном этапе развития использовали непрерывное излучение, а признаком дефекта было уменьшение амплитуды сквозного сигнала, вызванное образуемой дефектом звуковой тенью. Поэтому термин «теневой» адекватно отражал содержание метода. Однако в дальнейшем применение рассматриваемых методов расширилось. Методы начали применять для определения физико-механических свойств материалов, когда контролируемые параметры (упругие постоянные, коэффициент затухания, плотность и т.п.) не связаны с образующими звуковую тень нарушениями сплошности. При этом в большинстве случаев непрерывное излучение было заменено импульсным. Существенно расширено также число информативных параметров сквозного сигнала, к которым, кроме амплитуды, добавились фаза, время прихода и спектр. Таким образом, теневой метод может рассматриваться как частный случай более общего понятия «метод прохождения». При контроле методами прохождения излучающий и приемный преобразователи располагают по разные стороны ОК или контролируемого его участка. В некоторых методах прохождения преобразователи располагают с одной стороны ОК на определенном расстоянии друг от друга. Информацию получают, измеряя параметры прошедшего от излучателя к приемнику сквозного сигнала.

Амплитудный метод прохождения (или амплитудный теневой метод) основан на регистрации уменьшения амплитуды сквозного сигнала под влиянием дефекта, затрудняющего прохождение сигнала и создающего звуковую тень. Для контроля этим методом можно использовать тот же импульсный дефектоскоп, который включают по раздельной схеме, причем излучающий и приемный преобразователи располагают по разные стороны ОК. Иногда применяют специализированные более простые по схеме приборы.

Временной метод прохождения (временной теневой метод) основан на измерении запаздывания импульса, вызванного огибанием дефекта. Информационным параметром служит время прихода сквозного сигнала. Метод эффективен при контроле материалов с большим рассеянием УЗ, например, бетона, огнеупорного кирпича и т.п.

Метод многократной тени аналогичен амплитудному методу прохождения (теневому), но о наличии дефекта судят по амплитуде сквозного сигнала (теневого импульса) многократно (обычно двукратно) прошедшего между параллельными поверхностями изделия. Метод более чувствителен, чем теневой или зеркально-теневой, т. к. волны проходят через дефектную зону несколько раз, но менее помехоустойчив.

Термин "ультразвуковая томография" часто применяют к различным системам визуализации дефектов эхо и теневым методами. Между тем этот термин первоначально применялся к ультразвуковым системам, в которых пытались реализовать подход, повторяющий рентгеновскую томографию, то есть сквозное прозвучивание ОК по разным направлениям с выделением особенностей ОК, полученных при разных направлениях лучей.

Активные комбинированные методы содержат признаки, как методов отражения, так и методов прохождения и бывают следующих видов:

Зеркально-теневой (ЗТ) метод основан на измерении амплитуды донного сигнала. По технике выполнения (фиксируется эхосигнал) это метод отражения, а по физической сущности (измеряют ослабление дефектом сигнала, дважды прошедшего ОК) он близок к теневому методу, поэтому его относят не к методам прохождения, а к комбинированным методам. ЗТ метод часто применяют совместно с эхо-методом. Наблюдают одновременно за появлением эхосигналов и за возможным ослаблением донного сигнала дефектами, которые не дают четких эхосигналов и плохо выявляются эхо-методом. Это может быть скопление очень мелких дефектов или дефект, расположенный так, что отраженный от него сигнал уходит в сторону и не попадает на приемный преобразователь.

Эхо-теневой метод основан на анализе как прошедших, так и отраженных волн.

Существуют также другие активные методы, находящие ограниченное применение для контроля металлов. Это, например, эхо-сквозной метод, методы собственных колебаний, импедансные методы, велосиметрический метод.

Для контроля ультразвукового контроля применяют импульсный дефектоскоп, упрощенная блок-схема которого показана на рис. 5.

Генератор зондирующих импульсов 7 возбуждает короткие электрические импульсы. В преобразователе 3 они преобразуются в импульсы УЗ колебаний, которые распространяются в ОК 4, отражаются от несплошности 6 и противоположной поверхности (дна) ОК, принимаются тем же (совмещенная схема включения) или другим (раздельная схема включения) преобразователем 2. Преобразователь превращает сигналы из УЗ в электрические. От него сигнал поступает на усилитель 1, а затем на экран 5 дефектоскопа.

Одновременно (а иногда спустя некоторый интервал времени) с запуском генератора импульсов начинает работать генератор развертки 9. Правильную последовательность включения их, а также других узлов дефектоскопа, не показанных на упрощенной схеме, обеспечивает синхронизатор 8.

Сигналы от генератора развертки вызывают горизонтальное отклонение светящейся точки на экране, а от усилителя  вертикальное отклонение. В результате экран УЗ эходефектоскопа отображает информацию двух видов: по горизонтальной линии развертки определяют длину пути импульса, а по вертикальной шкале оценивают его амплитуду Такое изображение называют разверткой типа А (А-разверткой, А-сканом).

Устройство для измерения расстояния до дефекта, дна ОК или другого отражателя – глубиномер – измеряет время пробега импульса до отражателя и обратно, а это время пересчитывают в расстояние с учетом скорости распространения ультразвука в ОК. Глубиномер предварительно настраивают на скорость распространения используемого типа волн в материале изделия и исключают время пробега в протекторе или призме преобразователя. При контроле наклонным преобразователем глубиномер позволяет измерять две координаты дефекта: глубину залегания его под поверхностью и расстояние от преобразователя до дефекта вдоль поверхности изделия. Для этого нужно предварительно настроить глубиномер на измерение указанных величин с учетом угла ввода преобразователя, скорости УЗ и времени пробега УЗ в акустической задержке.

С целью компенсации влияния затухания на амплитуду эхо-сигналов от одинаковых отражателей, расположенных на различной глубине, в дефектоскопе предусмотрено наличие блока временной регулировки чувствительности. Этот блок вырабатывает импульс экспоненциальной формы, за счет которого изменяется коэффициент усиления в зависимости от времени прихода сигнала.

Наибольшее распространение в акустических методах НК и диагностики получили пьезоэлектрические преобразователи. Они являются обратимыми, то есть используются как для излучения, так и для приема упругих колебаний и волн. Активным элементом преобразователя служит пьезоэлемент [269]. В общем случае преобразователь может содержать один или несколько пьезоэлементов различной формы. Преобразователь, как самостоятельный функциональный узел прибора, обычно соединяют с электронным блоком гибким коаксиальным кабелем. В простейшем случае используют один пьезоэлемент, выполняемый в виде пластины из пьезоэлектрического материала. Для излучения упругих волн пьезоэлемент возбуждают электрическим напряжением генератора. Электрические сигналы, появляющиеся на пьезоэлементе при приеме упругих колебаний, подают на вход усилителя прибора. Обычно при УЗ контроле применяют пьезопреобразователи с пьезоэлементом в форме пластины (пьезопластины). Она имеет токопроводящие электроды на больших поверхностях. На электроды подают напряжение от генератора электрических колебаний или снимают сигналы, подаваемые на усилитель. Чтобы возбудить поперечные волны, можно заставить поверхности специально изготовленной пьезопластины колебаться в направлениях, перпендикулярных ее толщине, т. е. совершать сдвиговые колебания. Но такие колебания трудно передать в ОК: поверхность пластины будет проскальзывать относительно поверхности ОК и обычная контактная жидкость передать колебания не поможет.

Преобразователь с такой пластиной приклеивают к поверхности ОК или используют очень вязкую контактную жидкость.

В УЗ дефектоскопии применяют более удобный способ возбуждения поперечных волн. Продольную волну возбуждают в промежуточной среде – призме (чаще всего из плексигласа) и направляют на поверхность ОК наклонно. Угол падения таким, чтобы после трансформации на поверхности раздела сред в объект контроля попадала только поперечная волна. В результате в изделии распространяется наклонная к поверхности вертикально поляризованная поперечная волна. Такой преобразователь называют наклонным. Именно тот тип преобразователя используют при контроле сварных соединений, т.к. он позволяет осуществлять ввод ультразвуковых колебаний без снятия усиления.

Из пьезоматериалов наибольшее применение получил цирконат-титанат свинца [289]. Существуют различные марки ЦТС, отличающиеся химическим составом и свойствами. ЦТС это синтетическая, спеченная из массы определенного химического состава, пьезокерамика. На поверхности изготовленных таким образом пластин наносят (краской, вжиганием или напылением) металлические (обычно серебряные) электроды. Далее пластины выдерживают длительное время под большим постоянным напряжением (поляризуют), чтобы материал приобрел пьезосвойства. Если температура пьезопластины из ЦТС-19 поднимется выше 290 °С (точка Кюри) пластина располяризуется, ее приходится поляризовать повторно. ЦТС обладает высоким коэффициентом электромеханической связи, но у него очень большая электрическая емкость. Это уменьшает чувствительность при приеме колебаний. Серийно изготовленные пьезопластины иногда имеют неравномерные свойства по всей поверхности.

Кварц  это кристалл, природный материал. Из него под определенными углами к оптическим осям вырезают пластины, способные деформироваться различным образом. Для возбуждения продольных волн применяют пластины -среза, совершающей колебания по толщине. Для возбуждения поперечных волн иногда применяют пластины -среза. Кварц имеет небольшой коэффициент электромеханической связи, однако обладает очень высокой добротностью и стабильностью свойств. Поэтому его применяют в случаях, когда надо обеспечить высокостабильные измерения с постоянными свойствами по всей поверхности пластины.