Ultrahangos hibafelismerés

Az ultrahangos hibadetektálás  egy S. Ya. Sokolov által 1928-ban javasolt módszer , amely a 0,5-25 MHz frekvenciájú ultrahangos rezgések terjedésének tanulmányozásán alapul ellenőrzött termékekben speciális berendezéssel - ultrahangos jelátalakítóval és hibaérzékelővel . ] : 125 . Ez az egyik leggyakoribb roncsolásmentes vizsgálati módszer .

Hogyan működik

A hanghullámok nem változtatják meg a mozgás pályáját egy homogén anyagban. Az akusztikus hullámok visszaverődése a különböző fajlagos akusztikai ellenállású közegek határfelületéről történik . Minél jobban eltérnek az akusztikus impedanciák, a hanghullámok nagyobb része verődik vissza a közegek közötti határfelületről. Mivel a fémben lévő zárványok általában hegesztési folyamatból, öntésből stb. keletkező gázt (gázkeveréket) tartalmaznak. És nincs idejük kimenni, amikor a fém megszilárdul, a gázkeverék fajlagos akusztikai ellenállása öt nagyságrenddel kisebb. mint maga a fém, akkor a visszaverődés majdnem teljes lesz.

Az akusztikai vizsgálat felbontását, vagyis a kis hibák egymástól elkülönített észlelésének képességét a hanghullámhossz határozza meg , amely viszont az akusztikus rezgések bemeneti frekvenciájától függ. Minél nagyobb a frekvencia, annál rövidebb a hullámhossz. A hatás abból adódik, hogy amikor az akadály mérete kisebb, mint a hullámhossz negyede, a rezgések visszaverődése gyakorlatilag nem következik be, de diffrakciójuk dominál . Ezért általában az ultrahang gyakorisága nő. Másrészt az oszcillációk gyakoriságának növekedésével a csillapításuk gyorsan növekszik , ami csökkenti a lehetséges szabályozási területet. A 0,5 és 10 MHz közötti frekvenciák gyakorlati kompromisszummá váltak.

Az ultrahang gerjesztése és vétele

Számos módszer létezik az ultrahanghullámok gerjesztésére a vizsgált objektumban. A legelterjedtebb a piezoelektromos effektus alkalmazása . Ebben az esetben az ultrahang sugárzást átalakító segítségével állítják elő, amely az elektromos rezgéseket inverz piezoelektromos effektus révén akusztikus rezgéssé alakítja . Ellenőrzött környezetben való áthaladás után az ultrahang rezgések a jelátalakító vevő piezoelektromos lemezére esnek, és a közvetlen piezoelektromos hatás következtében ismét elektromossá válnak, amit a mérőáramkörök rögzítenek. A jelátalakító piezoelektromos lemezei a kialakítástól és a csatlakozástól függően csak ultrahangos rezgések kibocsátójaként vagy csak vevőként működhetnek, illetve kombinálhatják mindkét funkciót.

Használják az elektromágneses akusztikus ( EMA ) módszert is, amely erős, váltakozó mágneses mezők fémre történő alkalmazásán alapul. Ennek a módszernek a hatékonysága jóval alacsonyabb, mint a piezoelektromos módszeré, de légrésen keresztül is működik, és nem támaszt különösebb követelményeket a felület minőségével kapcsolatban.

A kutatási módszerek osztályozása

A roncsolásmentes tesztelés meglévő akusztikus módszerei két nagy csoportra oszthatók - aktív és passzív.

Aktív

Az aktív szabályozási módszerek akusztikus hullámok kibocsátását és vételét jelentik.

Reflexiók
  • Az echo módszer vagy az echo - impulzus módszer  a legelterjedtebb: a jelátalakító oszcillációt generál (azaz generátorként működik), és a hibákból (vevő) visszaverődő visszhangjeleket is fogadja. Ez a módszer az egyszerűsége miatt vált elterjedtté, mivel a teszteléshez csak egy jelátalakító szükséges, ezért kézi vezérléssel nincs szükség speciális eszközökre a rögzítéséhez (mint pl. a diffrakciós idő módszernél) és az igazításhoz. két konverter használata esetén. Ezen túlmenően, ez egyike azon kevés ultrahangos hibafelismerési módszernek, amely lehetővé teszi a hiba koordinátáinak pontos meghatározását, például az előfordulás mélységét és a vizsgált objektumban való elhelyezkedését (a jelátalakítóhoz viszonyítva).
  • Mirror vagy Echo -tükör módszer  - az alkatrész egyik oldalán két jelátalakítót alkalmaznak: a keletkezett rezgések a hibáról a vevő felé verődnek. A gyakorlatban a vizsgálati felületre merőlegesen elhelyezkedő hibák, például repedések keresésére szolgál.
  • Idődiffrakciós módszer  - két jelátalakítót használnak az alkatrész ugyanazon oldalán, egymással szemben. Ha a hibának éles szélei vannak (például repedések), akkor az oszcillációk a hiba végein eldiffrakoznak, és minden irányban visszaverődnek, beleértve a vevőt is. A hibaérzékelő mindkét impulzus megfelelő amplitúdójú impulzusának érkezési idejét regisztrálja. A hibaérzékelő képernyőjén egyszerre jelenik meg a hiba felső és alsó határának mindkét jele, így pontosan meghatározható a hiba feltételes magassága. A módszer meglehetősen univerzális, lehetővé teszi ultrahangos vizsgálat elvégzését bármilyen bonyolultságú varraton, de ehhez speciális felszerelés szükséges a transzducerek rögzítéséhez, valamint egy hibaérzékelő, amely képes ebben az üzemmódban működni. Ezenkívül a szórt jelek meglehetősen gyengék.
  • A delta-módszer  , egyfajta tükörmódszer, a hibától való hullámvisszaverődés mechanizmusában és a jel vételének módjában különbözik. A diagnosztikában konkrétan lokalizált hibák keresésére használják. Ez a módszer nagyon érzékeny a függőleges irányú repedésekre, amelyeket a szokásos echo módszerrel nem mindig lehet észlelni.
  • A reverberációs módszer  a jel fokozatos csillapításán alapul a vezérlőobjektumban. Kétrétegű szerkezet vezérlésénél a rétegek minőségi összekapcsolása esetén az első rétegből származó energia egy része a másodikba kerül, így kisebb lesz a visszhang. Ellenkező esetben az első réteg, az úgynevezett erdő többszörös visszaverődése lesz megfigyelhető . A módszert különféle típusú keményburkolatok, példáulöntöttvas alappal ellátott babbitt keményburkolatok tapadásának szabályozására használják. Ennek a módszernek a fő hátránya a visszhangjelek észlelése a két réteg közötti interfészről egy hibaérzékelővel. E visszhangok oka a rugalmas rezgések sebességének különbsége a kötés anyagában és eltérő fajlagos akusztikus impedanciája . Például a babbitt-acél határán állandó visszhangjel fordul elő még jó minőségű tapadású helyeken is. Egyes termékek tervezési sajátosságai miatt előfordulhat, hogy az anyagok csatlakoztatásának minőségellenőrzése reverberációs módszerrel nem lehetséges pontosan azért, mert a hibaérzékelő képernyőjén az interfész visszhangjelei jelennek meg.
  • Az akusztikus mikroszkópia az ultrahangsugár megnövekedett bemeneti frekvenciájának és fókuszálásának köszönhetően lehetővé teszi olyan hibák észlelését, amelyek mérete nem haladja meg a tizedmillimétert. Az iparban elterjedt alkalmazása nehézkes a módszer rendkívül alacsony termelékenysége miatt. Ez a módszer alkalmas kutatási célokra, diagnosztikára, valamint a rádióelektronikai iparban.
  • A koherens módszer  lényegében az impulzus-visszhang módszer egy változata. A visszhangjel két fő paramétere mellett, mint például az amplitúdó és a beérkezési idő, a visszhangjel fázisa is használatos. Koherens módszerrel, vagy inkább több azonos, fázisban működő átalakítóval. Speciális jelátalakítók használatakor, mint például mozgóhullám-átalakító vagy modern megfelelője, fázisú tömb jelátalakító . Ennek a módszernek a valós irányítási objektumokra való alkalmazhatóságáról szóló tanulmányok még nem fejeződtek be. A módszer a tudományos kutatás stádiumában van.
Végigjátszások

Az átviteli módszerek magukban foglalják a vezérlő objektumon áthaladó ultrahangos rezgések paramétereinek változását, az ún. Kezdetben folyamatos sugárzást alkalmaztak a szabályozásra, és az átmenő rezgések amplitúdójának változását a szabályozott objektum hibájának, az úgynevezett hangárnyéknak tekintették. Innen ered az árnyékmódszer elnevezés . Idővel a folyamatos sugárzást impulzusos sugárzás váltotta fel, és a rögzített paraméterek az amplitúdó mellett az impulzus fázisával, spektrumával, érkezési idejével is kiegészültek, illetve más átviteli módok is megjelentek. Az árnyék kifejezés elvesztette eredeti jelentését, és az áthaladás egyik módszerét kezdte jelenteni. Az angol szakirodalomban az átviteli módszert átviteli technikának vagy átviteli módszernek nevezik , ami teljes mértékben összhangban van az orosz nevével. Az árnyék kifejezést az angol nyelvű szakirodalom nem használja.

  • Árnyék  - két jelátalakítót használnak, amelyek a vizsgált rész mindkét oldalán, ugyanazon az akusztikus tengelyen találhatók. Ebben az esetben az egyik jelátalakító oszcillációt generál (generátor), a másik pedig fogadja azokat (vevő). A hiba jelenlétének jele a vett jel amplitúdójának jelentős csökkenése vagy eltűnése (a hiba akusztikus árnyékot hoz létre).
  • Tükör-árnyék  - két párhuzamos oldalú részek vezérlésére szolgál, az árnyékmódszer kidolgozása: az alkatrész ellentétes oldaláról érkező visszaverődéseket elemzik. A hiba jele, mint az árnyékmódszer esetében, a visszavert rezgések eltűnése lesz. Ennek a módszernek a fő előnye az árnyékos módszerrel ellentétben az alkatrész egyik oldalról való hozzáférése.
  • Az időbeli árnyék az impulzus késleltetésén alapul a hiba kerekítésére fordított időben. Beton vagy tűzálló téglák szabályozására szolgál.
  • A többszörös árnyékos módszer hasonló az árnyékos módszerhez, azzal az eltéréssel, hogy az ultrahanghullám többször is áthalad a termék párhuzamos felületein.
  • Az echo-through módszernél két jelátalakítót használnak, amelyek a vizsgálandó tárgy ellentétes oldalán helyezkednek el egymással szemben. Hiba hiányában a hibaérzékelő képernyőjén egy átmenő jel és a vizsgált tárgy faláról kétszer visszaverődő jel figyelhető meg. Átlátszó hiba jelenlétében a hiba jelei is visszaverődnek.
  • A reverb-through módszer magában foglalja a reverb módszer és a többszörös árnyék módszer elemeit. Egymástól kis távolságra általában a termék egyik oldalán két konverter van felszerelve - egy adó és egy vevő. A többszöri visszaverődés után a vizsgálandó objektumhoz küldött ultrahanghullámok végül elérik a vevőt. A hiba hiánya lehetővé teszi a stabil visszavert jelek megfigyelését. Hiba jelenlétében az ultrahanghullámok terjedése megváltozik - a kapott impulzusok amplitúdója és spektruma megváltozik. A módszert többrétegű szerkezetek és polimer kompozit anyagok szabályozására használják.
  • A sebességmérő módszer a rugalmas hullámok sebességének változásainak regisztrálásán alapul a hibazónában. Többrétegű szerkezetek és polimer kompozit anyagokból készült termékek vezérlésére szolgál.
Természetes rezgések

Ezek a vezérlő objektum szabad vagy kényszerített rezgésének gerjesztésén és paramétereik mérésén alapulnak: sajátfrekvenciák és veszteségek.

Kényszerrezgések
  • Integrál
  • Helyi
  • Akusztikus-topográfiai
Szabad rezgések

A szabad rezgéseket a vezérlő objektumra gyakorolt ​​rövid távú hatás gerjeszti, amely után az objektum külső hatások hiányában oszcillál. A rövid távú expozíció forrása bármilyen mechanikai hatás lehet, például egy kalapács.

  • Integrál
  • Helyi
Impedancia
  • hajlító hullámok
  • Hosszanti hullámok
  • érintkezési impedancia

Passzív

A passzív vezérlési módszerek hullámok vételéből állnak, amelyek forrása maga a vezérlőobjektum.

A modern hibaérzékelők pontosan mérik a kibocsátás pillanatától a visszhang vételéig eltelt időt , ezáltal mérik a reflektor távolságát. Ez lehetővé teszi a vizsgálat nagy nyalábú felbontásának elérését. A számítógépes rendszerek lehetővé teszik nagyszámú impulzus elemzését és a fémben lévő reflektorok háromdimenziós megjelenítését.

Előnyök

Az ultrahangos vizsgálat nem teszi tönkre és nem károsítja a vizsgálati mintát, ami a fő előnye. Lehetőség van különféle anyagokból, fémekből és nemfémekből készült termékek ellenőrzésére. Ezen kívül kiemelhetjük az alacsony költséggel és embert veszélyeztető kutatások nagy sebességét (a röntgensugaras hibadetektáláshoz képest), valamint az ultrahangos hibadetektor nagy mobilitását.

Hátrányok

A piezoelektromos jelátalakítók használata megköveteli a felület előkészítését az ultrahang fémbe történő bevezetéséhez, különösen legalább 5-ös felületi érdesség kialakítását , hegesztett kötések esetén az érdesség irányát is (a varratra merőlegesen). . A levegő nagy akusztikai ellenállása miatt a legkisebb légrés is leküzdhetetlen gátjává válhat az ultrahangos rezgésekkel szemben. A légrés megszüntetése érdekében előzetesen érintkező folyadékokat, például vizet, olajat, glicerint kell felvinni a termék ellenőrzött területére . Függőleges vagy erősen ferde felületek ellenőrzésekor vastag burkolatokat kell használni, hogy megakadályozzuk azok gyors lefolyását.

A 200 mm-nél kisebb külső átmérőjű termékek teszteléséhez olyan jelátalakítókat kell használni, amelyek talpának R görbületi sugara megegyezik a vezérelt tárgy sugarának 0,9-1,1 R görbületi sugarával, az úgynevezett lelapolt jelátalakítókat, amelyek ebben a formában nem alkalmasak sík felületű termékek tesztelésére. Például egy hengeres kovácsolás vezérléséhez a jelátalakítót két, egymásra merőleges irányba kell mozgatni, ami két földelt jelátalakító használatát jelenti - mindegyik irányhoz egyet.

Az ultrahangos hibadetektálás általában nem tudja megválaszolni a hiba tényleges méreteit, csak a vevő irányába való visszaverődését. Ezek az értékek korrelálnak, de nem minden típusú hiba esetén. Ezen túlmenően, egyes hibákat szinte lehetetlen ultrahangos módszerrel kimutatni természetük, alakjuk vagy a vizsgált objektumban való elhelyezkedésük miatt.

A durva szemcsés szerkezetű fémek, például öntöttvas vagy ausztenites varratok (60 mm feletti vastagság) [2] [3] megbízható ultrahangos vizsgálatát szinte lehetetlen elvégezni a nagy szórás és az ultrahang nagy csillapítása miatt. Ezen túlmenően nehéz irányítani a kis alkatrészeket vagy az összetett alakú alkatrészeket. Emellett a különböző acélokból (például ausztenites acélok perlites acélokkal) készült hegesztett kötések ultrahangos vizsgálata is nehézkes a hegesztési fém és az alapfém rendkívüli heterogenitása miatt.

Alkalmazás

Anyaghibák (pórusok, hajszálak, különböző zárványok, heterogén szerkezet stb.) felkutatására és a munka minőségének ellenőrzésére szolgál - hegesztés , forrasztás , ragasztás stb. számos kritikus termék, például repülőgép-hajtóművek alkatrészei, atomreaktorok csővezetékei vagy vasúti sínek.

Hegesztési varratok ultrahangos vizsgálata

A hegesztett varratok az ultrahangos hibafelismerés legelterjedtebb alkalmazási területei. Ez az ultrahangos egység mobilitása, a nagy tesztelési teljesítmény, a pontosság, a belső (térfogatú - pórusok, fémes és nem fémes zárványok; síkbeli - behatolás hiánya, repedések), valamint a külső, azaz a külső érzékenység miatt érhető el. hegesztési varratok felületi hibái .

Számos tanszéki dokumentum a hegesztési varratok kötelező ultrahangos vizsgálatát, vagy az ultrahangos vagy sugárzási vizsgálat alternatív lehetőségét, vagy mindkét módszerrel történő vizsgálatot tartalmazza.

Oroszországban a hegesztési varratok ultrahangos vizsgálatának fő dokumentuma a GOST R 55724-2013, amely teljes körűen leírja a különböző hegesztési módszerekkel készült tompa-, póló-, lap- és sarokvarratok vizsgálati módszereit. Részletesen ismerteti továbbá a СО-2 (СО-2А) és СО-3 kalibrációs mintákat (méréseket) , valamint a hibadetektor beállításához szükséges hangoló mintákat, valamint ezek gyártási paramétereit.

A hegesztett kötések minőségének értékelésére vonatkozó ellenőrzési hatókört és szabványokat különböző szabályozási dokumentumok határozzák meg az adott hegesztett szerkezet szilárdsági követelményeinek megfelelően. A különösen kritikus termékeket gyártó vállalkozások, valamint a különböző felügyeleti hatóságok saját módszertani anyagokat készíthetnek a hegesztési varratok minőségének felmérésére [4] . Példa erre az RD ROSEK-001-96, amelyet az orosz szakértő cég fejlesztett ki a " RosEK " nagy kockázatú tárgyakhoz, és amelyet a Rostekhnadzor hagyott jóvá az emelőgépek hegesztett kötéseinek minőségének felmérésére.

Normatív-műszaki dokumentáció

  • GOST R 55724-2013 Roncsolásmentes vizsgálat. A csatlakozások hegesztettek. Ultrahangos módszerek.
  • GOST 24507-80 Roncsolásmentes vizsgálat. Kovácsoltvas fémek és színesfémek. Ultrahangos hibafelismerési módszerek.
  • GOST 22727-88 Hengerelt lemez. Az ultrahangos szabályozás módszerei.
  • GOST 21120-75 Kerek és téglalap alakú rudak és nyersdarabok. Ultrahangos hibafelismerési módszerek.
  • RD ROSEK-001-96 Emelőgépek. Fém szerkezetek. Ultrahangos vezérlés. Alapvető rendelkezések.
  • OP 501 TsD-97 Erőteljesítmény. nyomástartó edények. Gőz-, vízvezetékek.
  • PNAE G-7-010-89 Atomerőművek berendezései és csővezetékei. Hegesztett kötések és rátétek. Ellenőrzési szabályok.
  • PNAE G-10-032-92 Az atomerőművek lokalizáló biztonsági rendszereinek elemeinek hegesztett kötéseinek ellenőrzésére vonatkozó szabályok.
  • PNAE G-7-032-91 Egységesített módszerek a félkész termékek alapanyagainak, a hegesztett kötések, valamint az atomerőművek berendezéseinek és csővezetékeinek felületkezelésére. Ultrahangos vezérlés. IV. rész. Ausztenites acélból készült hegesztett kötések ellenőrzése.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ V. N. Volcsenko , A. K. Gurvich, A. N. Mayorov, L. A. Kasuba, E. L. Makarov, M. Kh. Khusanov. Hegesztési minőségellenőrzés / Szerk. V. N. Volcsenko. — Tankönyv mérnöki egyetemek számára. - M . : Mashinostroenie, 1975. - 328 p. - 40.000 példány.
  2. ↑ PNAE G-7-032-91 Ultrahangos vizsgálat. IV. rész. Ausztenites acélból készült hegesztett kötések ellenőrzése. 1.4.
  3. ↑ Klyuev V.V. Roncsolásmentes tesztelés. 3. kötet: Kézikönyv. 7 könyvben / Szerk. Klyueva V.V. - M .: Mashinostroenie, 2004.
  4. ↑ A hagyományos módszerekkel végzett ultrahangos vizsgálat néhány "fájdalmas" kérdése // A roncsolásmentes tesztelés világában", 2013 - 2. szám (60)

Irodalom

  • Shraiber D.S. Ultrahangos hibadetektálás //M.: Kohászat. - 1965. - T. 392. - S. 29.
  • Gurvich A. K., Ermolov I. N. Hegesztett varratok ultrahangos hibafelismerése - Kijev: Tekhnika, 1972, 460 p.
  • Vybornov B. I. Ultrahangos hibafelismerés - M .: Kohászat, 1985.
  • Shcherbinsky V. G., Pavros S. K., Gurvich A. K. Ultrahangos hibadetektálás: tegnap, ma, holnap // A roncsolásmentes tesztelés világában. - 2002. - nem. 4. - S. 18.
  • Yermolov IN Eredmények az ultrahangos hibafelismerés elméleti kérdéseiben, feladatok és kilátások // Defektoszkópia. - 2004. - nem. 10. - S. 13-48.
  • Kretov EF Ultrahangos hibaészlelés az energetikában. - 3. kiadás, átdolgozott és kiegészítő. - Szentpétervár: SVEN, 2011, 312 o., ISBN 978-5-91161-014-2
  • Markov A. A., Shpagin D. A. Sínek ultrahangos hibadetektálása, - Szerk. 2., javítva. és további - Szentpétervár: Oktatás - Kultúra, 2013, 283 o., ISBN 5-88857-104-0

Linkek