Обнаружение несплошностей
а) б)
Рис. 1. а) Прямой преобразователь; б) Наклонный преобразователь
Пьезоэлемент, возбуждаемый очень коротким электрическим импульсом, излучает ультразвуковой сигнал. Этот же элемент генерирует электрический сигнал при приеме ультразвуковых волн, вызывающих его колебания. Преобразователь контактирует с поверхностью объекта контроля с использованием специальной жидкости, либо пасты, для передачи ультразвуковых колебаний в объект контроля. Далее оператор сканирует объект контроля, т.е. плавно перемещает датчик по его поверхности. Во время этой процедуры, он внимательно наблюдает за дисплеем прибора для выявления сигналов, отраженных от несплошности, рис. 2.
а) б)
Рис. 2. а) Обнаружение дефекта прямым излучением; б) Обнаружение дефекта при угловом излучении
Каждый датчик имеет некоторую направленность, т.е. ультразвуковые колебания охватывают только некоторую часть объекта исследований. Область, эффективная для ультразвукового контроля называется «звуковым лучом», который является характеристикой датчика и материала, в котором проходят звуковые волны. Звуковой луч может быть грубо разделен на сходящуюся (фокусную) область, ближнюю зону, и расходящуюся область, дальнюю зону, рис. 3. Длина N ближней зоны и угол расхождения зависят от диаметра излучающего элемента, его эффективной частоты и скорости звука в материале объекта контроля .
Рис. 3. Звуковая зона
Центральный луч также называют акустической осью. Форма звукового луча играет важную роль в выборе преобразователя для решения поставленной задачи. Часто бывает достаточно построить акустическую ось, чтобы показать, как будет выглядеть решение проблемы. Объемная несплошность (полое пространство, инородный материал) отражает звуковые волны в различных направлениях.
Часть звуковой волны, которая возвращается назад к преобразователю, после отражения от несплошности, главным образом зависит от направления самой звуковой волны, т.е. не имеет значения, проведено ли измерение прямым или наклонным преобразователем либо выполнено на различных поверхностях объекта контроля. Если полученная часть отраженной звуковой волны является достаточной, тогда определение наличия объемной неоднородности не является проблематичным, т.е. оператор способен обнаружить ее при сканировании различных поверхностей объекта контроля.
Плоская несплошность (разрыв материала, трещина) отражает ультразвуковые волны в определенном направлении.
Если отраженная часть звукового луча не получена преобразователем, тогда маловероятно, что несплошность будет обнаружена. Возможность обнаружения возрастает только при перпендикулярном попадании звукового луча.
Возможность обнаружения трещины весьма велика при применении эффекта углового отражения, рис. 4. Под углом 90° между трещиной и поверхностью объекта испытаний, звуковые волны отражаются назад "внутрь себя" из-за двойного отражения. Использование эффекта углового отражения возможно даже тогда, когда плоская неоднородность, расположенная вертикально к поверхности, на саму поверхность не выходит. При условии, конечно, что отраженная о несплошность и о поверхность звуковая волна получена преобразователем.
Рис. 4. Определение трещины при сканировании под углом 45°
Хотя, при наклонном сканировании в тонких объектах, существует возможность, что плоская несплошность может не попасть вертикально в волну, чувствительность процесса намного лучше, особенно при предварительном подборе угла сканирования и частоты волны.
Часто в толстостенных объектах, в которых имеются вертикальные несплошности, это условие не может быть выполнено, так как волны, отраженные от несплошности и поверхности не возвращаются к преобразователю. В этом случае используется второй преобразователь для получения отраженных частей звуковой волны, делая, таким образом, возможным обнаружение дефекта.
При таком типе исследований, тандемной технике, один из преобразователей используется в качестве передатчика, а второй как приемник. Оба движутся поповерхности объекта контроля сосмещением на некоторое фиксированноерасстояние. Сканирование проводится длявертикально расположенных несплошностейна различной глубине объекта контроля,зависящей от интервала датчика, рис. 5.
а) б) в)
Рис. 5. а) Тандемный контроль в верхней зоне; б) Тандемный контроль в центральной зоне; в) Тандемный контроль в нижней зоне