Задачи ультразвукового контроля

Ультразвук – упругие колебания и волны высокочастотной части спектра акустических волн. Как известно, в зависимости от частоты упругие волны подразделяют на инфразвуковые (с частотой до 20 Гц), звуковые (от 20 до 2×10⁴ Гц), ультразвуковые (от 2×10⁴ до 10⁹ Гц) и гиперзвуковые (свыше 10⁹ Гц).

Ультразвуковая дефектоскопия – поиск дефектов в материале изделия ультразвуковым методом, то есть путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, отраженных от внутренних несплошностей (дефектов), и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и других характеристик с помощью специального оборудования – ультразвукового дефектоскопа. Является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля[3].

Принцип ультразвукового метода контроля основан на том факте, что твердые материалы являются хорошими проводниками звуковых волн. Посредством чего, волны отражаются не только от граничных поверхностей, но и внутренних дефектов (трещины, различные включения и т.п.). Эффект взаимодействия звуковых волн с материалом усиливается по мере уменьшения длины их волн (и, соответственно, увеличения частоты колебаний).

где - длина волны [мм]

- скорость звука [км/с]

- частота [МГц]

Это означает, что ультразвуковые волны могут наиболее эффективно использоваться в диапазоне частот от 0.5 МГц до 25МГц. С более низкими частотами, эффект взаимодействия волн с внутренними дефектами снижается, и обнаружение дефектов в металлических структурах уже становится проблематичным (т.е. волны с большой длиной уже огибают дефекты).

Два наиболее часто используемых метода контроля внутренней структуры материала: рентгенография и ультразвуковые исследования частично перекрывают области применения друг друга и частично расширяют их. Таким образом, многие задачи контроля можно решать более экономичным и безопасным ультразвуковым методом, а в ряде специальных проблем, как прежде, использовать рентген. В случаях, где предъявляются наиболее высокие требования безопасности (атомные электростанции, космическая промышленность) используются оба метода.

Если ограничить использование ультразвукового метода только обнаружением внутренних недостатков материала, то классификация задач оператора следующая:

1) обнаружение отражателей;

2) определение их расположения;

3) оценка размеров отражателей;

4) определение свойств отражателей (тип, ориентация и т.п.).

Вместо использования слова “отражатель”, специалисты часто используют термин “несплошность”. Данный термин определяется как «неправильность в структуре объекта контроля, предположительно являющаяся дефектом». В действительности, только после определения местоположения, анализа и оценки, можно определить, действительно ли имеется недостаток, который влияет на работоспособность объекта контроля. Поэтому всегда используется термин "несплошность", пока нет уверенности, что выявленный отражатель, означает недопустимую неисправность, т.е. является «дефектом»[1].