Аппаратура для ультразвукового контроля

Аппаратура, предназначенная для ультразвукового контроля, включает в себя преобразователь с пьезоэлементом, излучающим и принимающим ультразвуковые колебания, электронный блок (собственно дефектоскоп) и различные вспомогательные устройства.

Преобразователи. Различают три основных типа ультразвуковых преобразователей:

· прямые (рис. 31, а) — излучающие в сварное соединение продольные волны перпендикулярно контактной поверхности (поверхности ввода ультразвуковых колебаний);

· наклонные, или призматические (рис. 31, б), — излучающие в металл поперечные волны под углом к поверхности ввода;

· раздельно-совмещенные (рис. 31, в) — обеспечивающие поступление в металл продольных волн под углом 80 … 85° к поверхности ввода.

Основным элементом этих преобразователей является пьезоэлемент в виде диска или прямоугольной пластины толщиной, равной половине длины волны излучаемых ультразвуковых колебаний.

С рабочей стороны прямых преобразователей на пьезопластине 4 имеется защитное донышко (протектор) 5, предохраняющее ее от механических повреждений. С противоположной стороны к пьезопластине приклеен демпфер 2 из материала, хорошо поглощающего ультразвук. Демпфер снижает длительность колебания пьезопластины, т. е. способствует получению коротких зондирующих импульсов. Прямой преобразователь размещен в стальном корпусе 1.

Рис. 31. Ультразвуковые преобразователи разных типов: а — прямой; б — наклонный призматический; в — раздельно-совмещенный; 1 — корпус; 2 — демпфер; 3 — токоподвод; 4 — пьезопластина; 5 — защитное донышко; 6 — дефект; 7 — призма; 8 — акустический экран; Г — генератор зондирующих импульсов; П — приемник

В наклонных и раздельно-совмещенных преобразователях пьезопластина приклеена к призме 7 из оргстекла, полистирола или других материалов, в которых ультразвук распространяется с небольшой скоростью, что позволяет при относительно малых углах падения поперечных волн вводить их в контролируемый металл под большими углами (до 90°). Сильное затухание ультразвука в призме обеспечивает быстрое гашение ультразвуковых колебаний, отраженных от границы контролируемого металла.

Прямые и наклонные преобразователи действуют в основном по совмещенной схеме, в которой один и тот же пьезоэлемент является и излучателем, и приемником ультразвуковых колебаний.

В раздельно-совмещенных преобразователях одна пьезопластина подключена к генератору электрических колебаний и служит излучателем ультразвуковых колебаний, а другая — к приемнику. Между ними установлен акустический экран 8.

В зависимости от толщины слоя контактной жидкости между защитным донышком и сварным соединением различают преобразователи:

· контактные — с толщиной слоя жидкости, существенно меньшей длины волны ультразвука;

· щелевые — с толщиной слоя жидкости, соизмеримой с длиной волны ультразвука;

· иммерсионные — с контактным слоем значительной толщины. Выбор типа преобразователя по способу создания акустическо-

го контакта зависит от качества поверхности контролируемого сварного соединения. Например, для контроля соединений с грубой поверхностью (допустим, после пескоструйной обработки) целесообразно использовать щелевой преобразователь.

Эффективно также применение преобразователей с протектором, выполненным из эластичного материала, например полиуретана, или в виде гидравлической подушки с резиновой оболочкой (иммерсионной лекальной ванны), обеспечивающей надежный акустический контакт.

Электронный блок. Дефектоскоп — это электронный блок, предназначенный для генерирования зондирующих импульсов высокочастотного напряжения, усиления и преобразования эхосигналов, отраженных от дефекта, а также для наглядного отображения амплитудно-временны́х характеристик эхо-сигналов на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Для контроля сварных швов применяют отечественные дефектоскопы марок УД-11ПУ, УД-10П и др. Принцип действия дефектоскопа УД-11ПУ состоит в следующем. От синхронизатора тактовые импульсы поступают на генератор зондирующих импульсов и запускают его. При поступлении запускающего импульса в контуре, состоящем из катушки индуктивности, пьезопластины, разрядного и накопительного конденсаторов, возникают кратковременные свободные колебания радиодиапазона — зондирующие импульсы, которые возбуждают в пьезопластине ультразвуковые колебания соответствующей частоты. Одновременно тактовые импульсы с синхронизатора подаются и на генератор развертки ЭЛТ. При «прозвучивании» металла разной толщины (например, стали толщиной до 5 000 мм) скорость развертки может регулироваться.

Отраженные от дефекта импульсы упругих колебаний попадают на пьезопластину и преобразуются в ней в электрические сигналы, которые затем усиливаются в усилителе, и подаются на экран ЭЛТ.

Горизонтальная развертка ЭЛТ является временно́й. Расстояние по развертке от зондирующего импульса до принятого сигнала пропорционально времени прохождения импульса от пьезопластины до дефекта и обратно. Таким образом, зная скорость ультразвука и направление распространения потока излучения, можно определить координаты дефекта или толщину сварного соединения измерением этого времени с помощью подвижной метки (строб-импульса) глубиномера. При этом погрешность измерения координат не превышает 2 мм.

Отклонение луча на ЭЛТ в вертикальном направлении (высота импульсов), характеризующее амплитуду принятого сигнала, пропорционально размеру дефекта. Для измерения амплитуды в дефектоскопах имеются специальные градуированные приборы — аттенюаторы.

Вспомогательные устройства. В дефектоскопе предусмотрен переключатель, с помощью которого усилитель можно подключать непосредственно к генератору радиоимпульсов (при работе по совмещенной схеме, когда преобразователь выполняет функции излучателя и приемника ультразвуковых колебаний) или отключать от него (раздельная схема).

В дефектоскопе имеется также автоматический сигнализатор, предназначенный для звуковой или световой индикации дефектов. Сигнализатор срабатывает, если сигнал попадает в область метки (строб-импульса). В зависимости от задач выполняемого контроля ширину строб-импульса можно регулировать в определенных пределах, не превышающих ширину шва.

Некоторые дефектоскопы содержат дополнительные блоки, существенно упрощающие работу оператора и расширяющие возможности ультразвукового контроля. Например, блок временно́й регулировки чувствительности (ВРЧ) обеспечивает получение одинаковой амплитуды эхо-сигналов от дефектов одинакового размера, залегающих на разной глубине. С помощью ВРЧ можно существенно повысить достоверность обнаружения дефектов и точность их измерения.

Применяющиеся в настоящее время микропроцессорные дефектоскопы позволяют производить обработку нескольких параметров отраженного сигнала, что повышает информативность контроля.

К вспомогательным приспособлениям дефектоскопов относятся координатные линейки и шаблоны, упрощающие нахождение координат дефектов при любой форме поверхностей сварного соединения, планшеты (АРД-диаграммы) для определения размеров дефекта по амплитуде эхо-сигнала, ограничители перемещения преобразователей, необходимые при контроле угловых сварных швов, и др.