Импульсные ультразвуковые

Для измерения толщины металла конструктивных элементов аппарата применяют малогабаритные высокоточные эхо-импульсные толщиномеры для ручного контроля (в том числе автокалибрующиеся), представляющие собой портативные приборы массой 0,15-2,0 кг с автономным питанием и цифровыми индикаторами. Для расширения возможностей они комплектуются преобразователями различных типов с рабочими частотами от 2 до 25 МГц, в том числе для измерения при повышенных измеряемых температурах изделий. В них в основном применяют раздельно-совмещенные преобразователи различных конструкций и совмещенных специальных типов, имеющие малую мертвую зону. В толщиномерах

Резонансные толщиномеры применимы только для контроля изделий с шероховатостью поверхностей Rz <С 40 мкм при отклонении от параллельности поверхностей не более 2—3°. Промышленное использование резонансных толщиномеров в настоящее время ограничено контролем толщины в диапазоне 0,15—2 мм в установках автоматизированного контроля особо тонкостенных и тонкостенных труб и других изделий. Толщиномеры других видов являются специализированными и не получили широкого распространения. В последние годы эхо-импульсные толщиномеры практически повсеместно вытеснили все разновидности ультразвуковых толщиномеров, включая и резонансные.

Импульсные толщиномеры. Импульсные толщиномеры, как правило, работают по принципу измерения времени t распространения ультразвукового импульса в изделии от поверхности ввода УЗК до донной поверхности и обратно. При этом измеряемая толщина а — V2c/. Действие импульсных толщиномеров может быть основано на измерении частоты повторения многократно отраженных в изделии импульсов УЗК, частоты или периода свободных колебаний или изменении амплитуды при сквозном прозвучивании. Эхо-импульсные толщиномеры делят на приборы для контроля изделий с хорошо обработанными (Rz ^ 40 мкм) параллельными поверхностями (группа А) и грубо обработанными, корродированными

Автокалибрующиеся эхо-импульсные толщиномеры. Известны различные способы измерения толщины изделия из неизвестного материала [24].

Таблица 1. Ультразвуковые импульсные толщиномеры

Локальный метод вынужденных колебаний применяют для измерения малых толщин при одностороннем доступе. Контактный резонансный толщиномер, принцип действия которого показан на рис. 2.5, б, в 60-х годах был основным средством толщино-метрии. В настоящее время для ручного контроля применяют импульсные толщиномеры. Для автоматического измерения толщины стенок труб выпускают иммерсионные резонансные толщиномеры. Некоторыми преимуществами перед таким способом измерения толщины обладает локальный метод свободных колебаний (метод предеф). Главное преимущество заключается в возможности изменения угла падения ультразвука на трубу при сохранении точности измерений. Это упрощает конструкцию протяжного устройства.

Аппаратура для толщинометрии. На рис. 8.3 показана структурная схема импульсного контактного толщиномера, измеряющего время прихода первого донного сигнала. По этой схеме (с различными вариациями) работают толщиномеры группы Б, толщиномеры группы А с особо широкополосными преобразователями и автоматические импульсные толщиномеры группы В.

В последние годы ВНИИНК были созданы специализированные ультразвуковые эхо-импульсные толщиномеры «Кварц-5», «Кварц-6» и др. Толщиномер «Кварц-5» — малогабаритный пер'е-носный прибор с автономным питанием. Диапазон измеряемых толщин 2,0—50 мм. Прибор позволяет измерять толщину изделий с корродированной, шероховатой поверхностью. Для этого в его комплекте предусмотрены датчики раздельно-совмещенного типа на 5 и 2,5 МГц. В приборе использован стрелочный индикатор 1-го класса точности с длиной шкалы 140 мм. Погрешность при измерении изделий толщиной 2—10 мм не превышает 0,1 мм. Масса прибора 5 кг. Толщиномер «Кварц-6» имеет аналогичные схему и параметры.

В химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности нередко приходится измерять толщину изделий, поверхность которых под действием агрессивных сред становится весьма неровной. Для контроля коррозии и эрозии различных деталей нефтехимической аппаратуры в промышленных условиях авторами книги были применены импульсные толщиномеры и толщиномеры-дефектоскопы отечественного производства.

Эхо-импульсные толщиномеры применяются для измерения изделий с чисто обработанными параллельными поверхностями (группа А) и грубо обработанными непараллельными поверхностями (группа Б). Минимальная толщина плоских изделий (или стенок), измеряемая приборами группы А, составляет 0,2...0,3 мм при абсолютной погрешности измерения не более 10 мкм. Толщина измеряемых стенок труб должна быть не менее 1 мм. Минимальная толщина, измеряемая приборами группы В, составляет 1,2...1,5 мм при абсолютной погрешности измерения 0,1...0,2 мм. Максимальная измеряемая толщина — 20...100 мм.

Локальный метод вынужденных колебаний применяют для измерения малых толщин при одностороннем доступе. Контактный резонансный толщиномер, принцип действия которого показан на рис. 24, б, в 60-х годах XX в. был основным средством толщинометрии. В настоящее время для ручного контроля применяют импульсные толщиномеры. Для автоматического измерения толщины стенок тонких труб лучший результат дает иммерсионный резонансный толщиномер.

В практике неразрушающего контроля наиболее широко используют ручные импульсные ультразвуковые дефектоскопы 2-й и 3-й групп общего или специального назначения. Общим для этих дефектоскопов является наличие электронно-лучевого и звукового индикаторов, электронного глубиномера для определения координат залегания отражающей поверхности, аттенюатора для измерения отношения амплитуд сиг налов в децибелах.

Первые импульсные ультразвуковые дефектоскопы с электронным глубиномером и звуковым индикатором разработаны НИИ мостов ЛИИЖТа в 1955 г.

Импульсные ультразвуковые дефектоскопы. Основными параметрами сигнала в методе отражений, подлежащими измерению, являются амплитуда U (дБ) и временной сдвиг Т (мкс) принятого сигнала (импульса) относительно излученного, называемого зондирующим сигналом (импульсом).

49. Королев М. В. Эхо-импульсные ультразвуковые толщиномеры. М.: Машиностроение, 1980. 112 с.

Методика контроля скорости распространения упругих волн. Основным параметром, по которому определяются прочность и модуль упругости стеклопластиков, является скорость продольных волн. Из серийных ультразвуковых приборов наиболее эффективными для измерения скорости продольных волн являются импульсные ультразвуковые приборы УКБ-1, ДУК-20, УК-ЮП, выпускаемые кишиневским заводом «Электроточприбор». Неразрушающий контроль изделий состоит из трех основных этапов: подготовительные работы, проведение контроля и обработка результатов контроля.

зуют импульсные ультразвуковые дефектоскопы УДМ-Ш, ДУК-ПИМ, ДУК-66П и другие, основные параметры которых приведены в табл. 2.

Современные импульсные ультразвуковые дефектоскопы применяются главным образом для проверки качества изделий машиностроения. Исключение составляют массивные отливки, имеющие крупнозернистую структуру. Эта структура сильно поглощает и рассеивает ультразвуковые колебания, поэтому приходится уменьшать их частоту (так как при малых частотах поглощение и рассеяние звуковой энергии уменьшается), но при этом сильно падает чувствительность дефектоскопа. В то же время сильное поглощение и рассеяние ультразвуковых колебаний крупными зернами чугуна позволяют применять ультразвуковые дефектоскопы для определения зерен графита в чугуне и судить о структуре. Для определения структуры некоторых металлов в настоящее время изготовляются ультразвуковые дефектоскопы с частотой звуковых колебаний более 15 МГц.

Кроме метода контроля в жидких средах, в последние годы импульсные ультразвуковые методы начали применяться для исследования упругих постоянных различных кристаллов.

В настоящее время импульсные ультразвуковые эходефектоскопы иммерсионного типа получили широкое применение главным образом в авиационной промышленности США и Англии. Известны, например, установка «Сперри» для автоматического контроля турбинных дисков, а также установка «Келвин и Юз», особенностью которых является оригинальная система программного сканирования, при котором искательная головка автоматически поворачивается с таким расчетом, чтобы ультразвуковой луч встречал дефект под углом, близким к прямому.

Аппаратура. В соответствии со стандартом для контроля должны применяться импульсные ультразвуковые дефектоскопы с наклонными искателями и аттенюаторами, позволяющими определять координаты отражающей поверхности. В комплект прибора должны входить вспомогательные приспособления и устройства для соблюдения параметров сканирования, а также стандартные образцы для измерения и проверки основных параметров контроля.

В исследуемые образцы посредством пьезоэлектрических датчиков вводят импульсные ультразвуковые колебания частотой / = (0,5 '-г- 10) 10е гц, распространяющиеся со скоростью звука в данном материале.

17. Королев М.В. Эхо-импульсные ультразвуковые толщиномеры. М.: Машиностроение, 1982. 157 с.