Принцип ультразвукового контроля

Ультразвуковой метод контроля относится к неразрушающим методам. Этот метод широко применяют для контроля сварных соединений из низколегированных и низкоуглеродистых сталей, алюминия, меди и их сплавов. Распространяющиеся в упругом теле механические деформации называются акустическими или упругими волнами. Их подразделяют на инфразвуковые (частота колебания до 30Гц), звуковые (20 — 20•10⁴Гц), ультразвуковые (от 2•10⁴ до 10⁹ Гц) и гиперзвуковые (свыше 10⁹ Гц). При распространении акустической волны частицы среды, по которым они проходят, совершают колебания относительно точек равновесия. Если частицы колеблются вдоль, то такие волны называются продольными, если перпендикулярно – поперечными. В твердом теле могут возникать как продольные, так и поперечные волны. Различают также поверхностные волны, распространяющиеся только по поверхности тела. Для контроля сварных соединений при ультразвуковой дефектоскопии в основном используют поперечные и продольные ультразвуковые волны. Скорость ультразвуковых волн зависит от свойств материала или среды, в которой они распространяются. Ультразвуковая волна несет в направлении своего движения определенную энергию, которая характеризуется интенсивностью ультразвука (количество энергии, которая переносится волной за 1с через 1 см² площади, перпендикулярной направлению распространения). По мере распространения ультразвуковой волны интенсивность ее падает. О длине пути волны можно судить по величине коэффициента затухания. В твердых телах он складывается из коэффициента поглощения и рассеяния. Для возбуждения ультразвуковых колебаний используется пьезоэлектрический эффект, сущность которого заключается в том, что при растяжении и сжатии некоторых кристаллов в определенном направлении на их поверхности возникает электрический заряд. Электрические колебания от генератора высокой частоты при помощи пьезокристаллов превращаются в механические колебания частотой до 500 и 1000 МГц. Если к поверхности детали приложить пьезопластину, которая подключена к генератору высокой частоты, то в металле начнут распространяться ультразвуковые волны, которые, попадая на другую пьезопластину, вызывают в ней пьезоэлектрические заряды. Эти заряды могут быть поданы на усилитель и воспроизведены индикатором. Для ввода ультразвуковых колебаний и приема отраженных от дефектов, а также предохранения пьезопластины от механических повреждений и износа последнюю помещают в специальный устройства, называемые ультразвуковыми пьезоэлектрический преобразователями (ПЭП), щупами, искателями. ПЭП делятся на несколько типов: совмещенный – излучатель и приемник ультразвуковых волн в одном корпусе ПЭП; раздельный – излучение и прием ультразвуковой волны выполняют два отдельных ПЭП; раздельно-совмещенный – излучение и прием ультразвуковой волны выполняют два отдельных кристалла, которые расположены в одном корпусе ПЭП. Волны могут распространяться непрерывно или в виде импульсов. Это зависит от режима работы генератора. Для проведения ультразвукового контроля применяются специальные ультразвуковые дефектоскопы, которые обеспечивают излучение ультразвуковых колебаний, прием и регистрацию отраженных сигналов и определение координат обнаружения дефектов. Ультразвуковой дефектоскоп состоит из электронного блока (собственно дефектоскоп), набора ПЭП, соединительных кабелей и различных вспомогательных устройств.