УДК 620.179.16
НАИБОЛЕЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ДОКЛАДЫ ПО УЛЬТРАЗВУКОВОМУ КОНТРОЛЮ ВОСЬМОЙ ЕВРОПЕЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ
И.Н. Ермолов
В июне 2002 г. в г. Барселона прошла 8-я европейская конференция по неразрушаю-щему контролю. Около 400 докладов со всего мира представлены на компакт-диске. Автор изучил доклады по ультразвуковому контролю и представляет обзор тех из них, которые ему показались наиболее интересными.
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АППАРАТУРЫ
Фирма Krautkramer, ФРГ (докл. 313) обращает внимание, что в современных дефектоскопах используется цифровое представление информации, при этом существенно изменяется форма высокочастотных импульсов и изображения на экране обновляются медленнее, то есть снижается частота посылок. Для устранения первого из этих недостатков предлагается интерполировать сигналы между представлениями двух точек от цифровой обработки. В результате высокочастотные импульсы получаются практически такими же, как при аналоговой обработке. Этот принцип реализован в дефектоскопе USN 60. Второй недостаток минимален при большой толщине объекта контроля (ОК.). Приведены примеры установок для контроля крупных поковок и труб.
В докладе 147 сообщается об установке для контроля пластиков вручную с определением координат преобразователей по времени пробега ультразвуковых импульсов частотой 40 кГц в воздухе. В отличие от установки ISONIC 11], в которой этот принцип детально отработан, определяется положение не одного, а до 8 преобразователей с погрешностью менее 1 мм.
Испанская фирма SIRCO (докл. 190) сообщает о разработке и изготовлении роботов, осуществляющих неразрушающий контроль в различных условиях.
Рис. 1. Электронное сканирование с помощью фокусирующей ФР; 64 элемента; частота 11 МГц; фокальное расстояние 40 мм.
В очень большом количестве докладов сообщается о применении в качестве преобразователей фазированных решеток (ФР). Они позволяют сканирова ть лучом большие объемы в изделии, выполнять контроль под разными углами, вводить ультразвук в труднодоступные места. В качестве примера на рис. 1 показана фокусирующая ФР для линейного сканирования (докл. 118). На рис. 2 и 3 показаны ФР для изменения угла вво-
да с целью контроля различных зон турбинного диска (докл. 310) и под-ступичной части железнодорожной оси (докл. 75, 201). В докл. 15, 16, 259 выполнение преобразователей в виде фазированных решеток совмещают с применением композиционных пьезоэлементов и изготавливают фокусирующие композиционные преобразователи, поскольку поверхности такого преобразователя можно легко придать любую форму. Отмечается (докл. 259), что композиционный преобразователь при иммерсионном способе контакта обеспечивает повышение абсолютной чувствительности не менее, чем на 4 дБ, а отношения сигнал—структурные помехи — на 6—12 дБ (возможно, благодаря сокращению длительности импульса).
Рис. 2. Контроль диска турбины с помощью ФР, размещенной на призме.
В докладе 402 предлагается система из двух фокусирующих преобразователей (рис. 4) для контроля иммерсионным способом. Когда фокус меньшего преобразователя достигает поверхности ОК. (при этом ампли-
н4 / / 1
м-П г Л1
—|— .. '-"1II..
НИШЕ) пппптпп
Рис. 3. Контроль с помощью ФР подступичной части ж.д. оси; частота 2,7 МГц; призма с углом ввода 48°; вариация угла ввода 28—72°; 16 элементов.
т—Г
туда эхосигнала максимальна), фокус большего преобразователя оказывается на 5 мм (по воде) глубже поверхности. В результате в его поле имеются лучи, обеспечивающие возбуждение поверхностных волн, ко-
торые используются для контроля на поверхностные дефект!.], контроля качества поверхности и свойств материала ОК.
1'нс. 4. Принцип измерения двумя преобразователями:
а — исходное положение, фокус преобразователя с /? - 16 мм на поверхности ОК; Ь — фокус преобразователя с А* - 10 мм на поверхности ОК; с — контроль поверхности ОК, ¡1 — импульсы па линии развертки (/ — отраженная рэлеевская волна; 2 — отражение от поверхности; 3 — вытекающая рзлесвская волна).
Авторы доклада 466 рассматривают емкостной преобразователь на частоту около 5 МГц, подобный мембранному микрофону. Утверждается, что по эффективности излучения и приема в среды с низким импедансом такой преобразователь сравним с пьезопреобразователем, но обладает большей широкополосностью.
КОНТРОЛЬ МЕТАЛЛОВ
На различных секциях заслушаны доклады по контролю металлургической продукции, трубопроводов, резервуаров, деталей ж. д. транспорта, авиации. В докладах 407 ("Северсталь") и 221 рассмотрены электро-магнито-акустические (ЭМА) преобразователи для контроля листового проката и труб.
В докладе 372 представлена установка для автоматического контроля реакторов атомных электростанций (АЭС). Контроль выполняется по 12-ступенчатому алгоритму с применением прямых и наклонных, совмещенных, раздельных и раздельно-совмещенных преобразователей.
Доклад 233 посвящен автоматической установке для контроля бытовых газовых баллонов. Контроль выполняется локально-иммерсионным способом. Прямым преобразователем измеряют толщину стенки, двумя наклонными преобразователями продольных волн контролируют дефекты, а затем двумя наклонными преобразователями поперечных волн оценивают их величину.
В докладах по контролю труб и трубопроводов представлены два направления: контроль на высокой частоте изнутри трубы и контроль на низкой частоте на основе волноводного эффекта. Первому направлению посвящены доклады 359, 325. В последнем из них предлагается вращающийся контактный преобразователь на основе ФР. В докладе 468 представлена система, позволяющая контролировать изнутри трубы парогенераторов диаметром 17 мм толщиной стенки 1,02 мм. Обеспечивается контроль гибов труб минимальным радиусом гиба 55 мм.
В докладе 338 для контроля трубопроводов диаметром 100 мм используются частоты 675 кГц, а диаметром 1500 мм — 340 кГц. Наклонные преобразователи располагают кольцом на контролируемой трубе (рис. 5). Отмечается возможность контроля гибов труб, труб покрытых битумом.
В докладе 465 для контроля труб диаметром 75 мм использованы из-гибкые моды на частоте 290 кГц. Наблюдается фокусирующий эффект, улучшающий выявляемость дефектов. При одном положении кольца из преобразователей контролируется участок по длине трубы 400 мм.
Автор доклада 196 рассматривает влияние земли, в которой закопана труба, на возможность локации течей с помощью ультразвука, возникающего от течи при водяной опрессовке. Земля изменяет скорость у. з. волн и понижает точность локации. Для учета изменения скорости нужно знать геометрические размеры трубы и акустические свойства сред.
На ж. д. транспорте предлагаются системы контроля осей по схеме, показанной на рис. 3 (докл. 75, 108, 201, 355), бандажей колес поверхностными волнами (докл. 299), рельсов (докл. 156, 388).
В этом направлении обращают на себя внимание несколько докладов, в которых обсуждаются новые методы ультразвукового контроля.
Для контроля материалов типа армированных пластиков, керамики предложен (докл. 185) метод нелинейной трансформации упругих колебаний на дефектах (рис. 6). Трансформация вводимых упругих колебаний в высшие гармоники происходит в дефектной зоне под действием упругого гистерезиса. В этой зоне явление упругого гистерезиса больше.
Рис. 5. Контроль трубы восемью преобразователями на основе волноводного эффекта. Стальная труба наружным диаметром 92 мм, толщиной стенки 8 мм; преобразователь с углом призмы 30°.
КОНТРОЛЬ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Искажение колебаний происходит также в результате трения поверхностей дефекта, его схлопывания. Прием колебаний осуществляется путем сканирования поверхности пьезопреобразователем с воздушным акустическим контактом. Возможен также вариант с использованием виброметра. Приведен пример, когда при возбуждении колебаний частотой 225 кГц дефектная область фиксировалась на второй гармонике — 450 кГц. Метод выгодно отличается тем, что позволяет выбрать только опасные дефекты, влияющие на эффект упругого гистерезиса.
Второй метод — термоакустический. Он [2] состоит в том, что в объект контроля вводятся мощные низкочастотные (около 20 кГц) у. з. колебания. На дефекте происходит превращение у. з. колебаний в тепло. Чем больше влияние дефекта на упругие свойства материала, тем больше величина упругого гистерезиса, тем больше выделение тепла. Повышение температуры фиксируется термовизором. У. з. колебания модулированы по амплитуде частотой в несколько герц. Такую же модуляцию будут иметь тепловые волны. Это существенно повышает возможность регистрации и локализации дефектов.
Достоинство метода — возможность контроля как металлических материалов, так и композитов, быстрая сортировка деталей на дефектные и бездефектные, высокая скорость контроля (площадь 1 м2 контролируется за 1—2 мин), преимущественное выявление дефектов, склонных к развитию. Метод оказался более эффективным при контроле неметаллических материалов, так как они обладают меньшей теплопроводностью и в них больше величина упругого гистерезиса.
В докладе 250 термоакустический метод применяется для дефектоскопии армированных пластиков, керамики, узлов крепления стрингеров к обшивке. Повышение температуры в ОК фиксируется не термовизором, вместо этого детектируется область теплового расширения на поверхности ОК с помощью лазерного интерферометра (рис. 7). Интерфе-рометрическая картина имеет вид пятен, поэтому вариант метода предложено назвать Е8Р1-е]ес1гошс-8реск1е-раиегп-ш1^егогпе1егу. Возбуждающие у. з. колебания имели варьируемую мощность от 200 до 2О0О Вт, но в ОК попадало только 10—20 % этой энергии. Продемонстрировано, как по мере увеличения экспозиции воздействия у. з. от 0 до 13 с увеличивается область теплового расширения.
В докладе 143 предлагается контролировать пористость в армированных пластиках по амплитудному распределению шумов. Контролировались пластины толщиной \ ,4—9,1 мм на частотах 2—15 МГц. Применялись широкополосные (например, 2—6 МГц) фокусирующие преобразователи и выравнивание чувствительности по глубине. Измеренные зна-
5
Рис. 6. Метод нелинейной трансформации упругих волн:
/ — приемник: 2 — прие
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.