книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

нелинейная модель

Рис. 236. Сравнение линейной н нелинейной задач в ультразвуковом контроле

В течение шести лет САПР «ИМПУЛЬС 2.0» успешно экс­ плуатируется в научно-исследовательских и проектных организа­ циях России и Украины.

Применение модификации метода конечных разностей для объектов контроля с нелинейными упругими свойствами.

Упругая нелинейность объектов приводит к ряду эффектов при распространении ультразвука - зависимость скорости звука от механических напряжений, генерации второй гармоники, рассея­ нию звука на звуке и др. Именно эти физические эффекты ис­ пользуются в новом методе неразрушающего контроля - нели­ нейной акустической диагностике.

В классической теории УЗ-дефектоскопии обычно предпола­ гается, что ультразвуковые возмущения (плотности, давления) малы по сравнению с соответствующими параметрами в невоз­ мущенном состоянии. Это позволяло линеаризовать нелинейные волновые уравнения, что резко упрощало их решение. Современ­ ные требования не позволяют игнорировать нелинейность упру­ гих свойств материалов объектов неразрушающего контроля. Так, например, наличие микротрещин и пор приводит к нелиней­ ности, связанной с изменением площади акустического контакта при прохождении ультразвука. В результате существующие ма­ тематические модели непригодны для разработки технологии контроля данных микротрещин и пор.

Результат восстановления по сигналам, отраженным от поверхности дефекта

Р и с . 2 . 3 7 . П р и м е р и с п о л ь з о в а н и я т е х н о л о г и и « о б р а т н о г о р а с п р о с т р а н е н и я » д л я в о с с т а н о в л е н и я ф о р м ы д е ф е к т а

Предлагаемая технология «обратного, распространения» с ис­ пользованием ММКР может быть основой для создания новых алгоритмов восстановления с учетом дифракции, интерференции и рефракции ультразвуковых сигналов на структурных и геомет­ рических неоднородностях объектов контроля.

2.5.Прохождение ультразвуковых колебаний

ЧЕРЕЗ ПЛОСКИЙ СЛОЙ КОНТАКТНОЙ ЖИДКОСТИ

Известно, что в зависимости от толщины слоя контактной жидкости возможны осцилляции амплитуды эхо-сигнала вслед­ ствие интерференции в слое жидкости, что может существенно влиять на достоверность получаемых результатов контроля. Для исключения или возможно максимального уменьшения этих не­ приятных явлений необходимо выбирать слой контактной жид­ кости такой толщины, при которой осцилляции амплитуды сиг­ нала минимальны или отсутствуют (рис. 2.38). На практике рас­ чет коэффициента прозрачности от толщины слоя чаще всего определяют по выражениям, приведенным в [16]. Однако полу­ ченные в этой работе зависимости справедливы Для непрерывно­ го излучения.

ми, количество отражений которых от границ слоя отличается на единицу (г - 1 ) .

Описанная схема прохождения пучка представлена на рис. 2.38. Лучи, проходящие слой без отражений, попадают в среду 3 через площадку F0, имеющую в плоскости рисунка раз­ мер ВС. Лучи, однократно отраженные от каждой из границ слоя, проходят в среду 3 через площадку fj с соответствующим раз­ мером BE. Дважды отраженные от каждой из границ слоя лучи проходят в среду 3 через площадку F3 с соответствующим раз­ мером BE и т.д.

Амплитуды этих лучей отличаются одни от других и пропор­ циональны энергетическим коэффициентам Qk = y/Fk/F0 ,

2, 3). Исходный падающий импульс, который в момент времени / = г0 излучается из плоскости А - А, достигает сечения

В - В через определенный промежуток времени t = tQ+tl среды /,

вызывая ее возмущение. При обратном прохождении импульса через слой каждый из многократно отраженных от его границ при прямом прохождении импульсов образует свою сумму, анало­ гичную тому, как это было рассмотрено при прямом прохожде­ нии. Вклад в амплитуду результирующего импульса вносят толь­ ко те новые, многократно отраженные от границ слоя импульсы, для которых суммарная временная задержка относительно па­ дающего импульса не превышает его длительности.

Прошедший импульс, в отличие от известных решений, опи­ сывается конечной суммой многократно отраженных импульсов, амплитуда которых убывает с ростом числа отражений не только благодаря коэффициентам отражения от границ слоя, но и в связи с уменьшением энергетических коэффициентов. Так как макси­ мум амплитуды прошедшего импульса формируется в области максимума амплитуды исходного импульса, то число импульсов, дающих вклад в амплитуду прошедшего импульса, определяется соотношением длительности переднего фронта из вершины им­ пульса и набегом фазы между многократно отраженными им­ пульсами.

Результаты расчета по выражению (2.51) и эксперимента представлены на рис. 2.39, из которых видно их достаточно хо­ рошее совпадение. Полученные результаты имеют большое практическое значение для оценки изменений чувствительности при контроле изделий с различной степенью шероховатости.

вания интерференционных экстремумов тем больше, чем мень­ ше длительность импульса и диаметр пучка. Установлено, что коэффициент прозрачности иммерсионного слоя для системы органическое стекло - масло - сталь примерно на 9... 10 дБ меньше коэффициента прозрачности идеального контактного слоя.

2.6 . О с н о в н ы е м е т о д ы у л ь т р а з в у к о в о го к о н т р о л я

Из большого многообразия методов акустического контроля (ГОСТ 23829 - 79), для контроля сварных швов рассматриваемых строительных конструкций применяют эхо-метод, теневой, зер­ кально-теневой, эхо-зеркальный метод, дельта-метод. Кратко рассмотрим характеристики этих методов.

Эхо-метод (рис. 2.40) основан на регистрации эхо-сигнала, отраженного от дефекта. Кроме преимущества одностороннего доступа он также имеет наибольшую чувствительность к выявле­

нию внутренних дефектов (5 ^ °ск и 0,5 мм2 и 26 к 0,8 мм), вы­ сокую точность определения координат дефектов. К недостаткам метода следует отнести прежде всего низкую помехоустойчи­ вость к наружным отражателям, резкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта (кривая 2, рис. 2.41). Этим мето­ дом контролируют около 90 % всех сварных соединений толщи­ ной 4 мм и более.

Теневой метод. При теневом методе контроля о наличии де­ фекта судят по уменьшению амплитуды УЗ-колебаний, прошед­ ших от излучателя к приемнику (рис. 2.42). Чем больше размер дефекта, тем меньше амплитуда прошедшего сигнала. Излучатель и приемник ультразвука располагают при этом соосно на проти­ воположных поверхностях изделия. Теневой метод можно при­ менять только при двустороннем доступе к изделию. При ручном контроле этим методом можно контролировать сварные швы ог­ раниченного сечения небольшой толщины. Недостатками метода являются сложность ориентации ПЭП относительно центральных лучей диаграммы направленности, невозможность точной оценки координат дефектов и более низкая чувствительность (в 10...20 раз) по сравнению с эхо-методом. К преимуществам следует от­ нести низкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта (кривая 1, рис. 2.41), высокую помехоустойчивость и

отсутствие мертвой зоны. Благодаря первому преимуществу этим

методом уверенно обнаруживаются наклонные дефекты, не даю­ щие прямого отражения при эхо-методе.

. . н и

Рис. 2.42. К онтроль теневы м методом:

I - генератор; 2 , 4 - ПЭП; 3 - шов; 5 - ЭЛТ; 6 - усилитель

Эхо-зеркальный метод (рис. 2.43) - наиболее достоверен при обнаружении плоскостных вертикально ориентированных дефектов. Он реализуется при прозвучивании шва двумя ПЭП, которые перемещаются по поверхности околошовной зоны с од-

'ной стороны шва таким образом, чтобы фиксировать одним ПЭП сигнал, излученный другим ПЭП и дважды отразившийся от де­ фекта и противоположной поверхности изделия. Этим методом контролируют изделия с эквидистантными поверхностями, а если их толщина менее 40 мм, то необходимы специальные ПЭП.