X. Акустический контроль

Из всех видов неразрушающего контроля акустический – самый «богатый» по количеству методов. Классификация этих методов приведена в таблице 8.

Акустические методы контроля

Активные

Пассивные

Ультразвуковые методы бегущих волн

Спектральные

Импедансный

Акустико-эмиссионный

Спектральные

Основанные на прохождении

Комбинированные

Основанные на отражении

Вынужденных колебаний

Свободных колебаний

Теневой амплитудный

Теневой временной

Велосиметрический

Зеркально-теневой

Эхо-теневой

Эхо-сквозной

Эхо-метод

Эхо-зеркальный метод

Дельта-метод

Дифракционно-временной

Реверберационный

Толщинометрия

Локальный

Интегральный

Локальный

Интегральный

Шумодиагностический

Вибродиагностический

Пассивные методы – методы контроля, при которых не требуется внесение в материал энергии данного вида (дефект сам проявляет себя ее излучением).

Активные методы – методы контроля, при которых в материал вносится энергия данного вида, и о состоянии материала судят по явлениям, происходящим с этой энергией.

Спектральные методы (среди пассивных – шумодиагностический и вибродиагностический; среди активных – методы свободных и вынужденных колебаний) основаны на анализе параметров непрерывных не перемещающихся по объекту колебаний.

Методы бегущих волн основаны на анализе параметров непрерывных (теневой амплитудный) или импульсных (прочие) перемещающихся по объекту колебаний (волн).

Далее в таблице 9 дано краткое описание акустических методов контроля.

Таблица 9. Краткое описание методов акустического контроля.

Метод	Схема контроля	Описание

Пассивные методы
Шумодиагностический (вариант)		На работающих однотипных агрегатах измеряют амплитудно-частотные характеристики шумов, которые сравнивают с таковыми для эталонного (заведомо бездефектного) агрегата. В случае кардинального отличия от характеристик эталона агрегат выводят из эксплуатации.
Вибродиагностический		На работающих однотипных агрегатах измеряют характеристики активности вибрации, которые сравнивают с таковыми для эталонного (заведомо бездефектного) агрегата. В случае кардинального отличия от характеристик эталона агрегат выводят из эксплуатации
Акустико-эмиссионный (вариант)		Объект контроля подвергают механическому напряжению (например, в сосуде - создают внутреннее давление). При этом развивающиеся трещины подрастают скачками. При каждом акте подрастания (скачке) от венца трещины в материал излучается импульс акустической энергии ("щелчок", эмиссия). Такие импульсы улавливаются и анализируются специальной аппаратурой.
Импедансный метод
Импедансный(вариант)		Прибор 1 возбуждает непрерывные акустические колебания в излучающей пьезопластине, помещенной вверху датчика 2. Принимающая пьезопластина расположена внизу датчика и разделена с излучающей стальным стержнем. Если слоистый ОК качественно склеен, то в контакте наконечника с поверхностью ОК он хорошо демпфирует (затормаживает) приемную пьезопластину, и большая доля звуковой энергии в ней вынуждена переходить в электрическую. Если под датчиком дефект 3 (непроклей), то в этой зоне импеданс ОК (сопротивление колебаниям) меньше, демпфирование слабее, и амплитуда электросигнала на приемной пластине ниже.
Спектральные методы свободных колебаний
Локальный		Используют для контроля многослойных неметаллических и композитных материалов. Вибратором 2 к точке объекта контроля (ОК) прилагают колебания, вырабатываемые генератором 1. Ответные колебания принимают микрофоном 3. Индикатор 4 покажет резкое изменение колебаний при расположении вибратора над дефектом 5.
Интегральный (вариант)		Объект контроля (например, железнодорожное колесо) подвергают удару специальным молотком 1. Ответный звук принимают микрофоном 2 и при помощи специальной аппаратуры 3 анализируют его частотный спектр. По характеру спектра судят о наличии или отсутствии дефектов в ОК
Спектральные методы вынужденных колебаний
Локальный резонансный (резонансная толщинометрия)		Толщиномер 1 посылает на преобразователь 2 колебания переменной частоты f. Когда частота достигает такого значения, при котором длина волны в ОК l=С/f=2h, объект входит в активный резонанс. Это значение частоты (резонансное) фиксируется, и по нему прибор определяет толщину ОК h (С - скорость звука в ОК).
Интегральный резонансный		Обширный участок поверхности ОК подвергают непрерывным колебаниям при помощи вибраторов 1 и покрывают алюминиевой пудрой 2. В зоне дефекта 3 вследствие резонанса колебания более активны, и поэтому оседание пудры - меньше.
Ультразвуковые методы бегущих волн
Методы прохождения
Теневой амплитудный		Импульсные или непрерывные ультразвуковые волны пропускают сквозь плоский ОК от излучателя (И) к приемнику (П). Если между И и П дефектов нет, то волны проходят беспрепятственно, и на приеме - сигнал большой амплитуды (вариант I). Малый дефект (Д) оттеняет часть потока, и амплитуда на приеме падает (вариант II). Крупный дефект полностью перекрывает поток, обнуляя сигнал на приеме (вариант III). Глубина залегания и размеры дефекта аппаратурно не оцениваются. Необходим двусторонний доступ к ОК.
Теневой временной		Импульсы ультразвуковых волн пропускают сквозь плоский ОК от излучателя И к приемнику П. Если между И и П есть дефект Д средней величины, он оттеняет часть потока, а отклоняющиеся боковые лучи падают на его край, где претерпевают дифракцию. Попадая в приемник несколько позже прямого потока 1, дифрагированные лучи 2 образуют отдельный слабый сигнал. По разности времени прихода сигналов судят о размерах дефекта. Глубина залегания не определяется. Необходим двусторонний доступ к ОК
Велосиметрический (вариант)		Точечные излучатель и приемник жестко скреплены. Излучатель возбуждает в плоском ОК изгибные волны Лэмба моды а₀. Дистанция между осями И и П приблизительно равна длине волны. Поскольку фазовая скорость волн Лэмба зависит от толщины целого слоя, а дефект делит эту толщину, то в дефектной зоне фазовая скорость понижается, и фаза сигнала на приеме сдвигается относительно фазы на излучении. Сдвиг фаз указывает на дефект.
Методы отражения
Эхо-метод		В совмещенном I или раздельном II режиме работы аппаратуры импульс ультразвуковых волн посылается в ОК. Если на его пути встречается дефект, то импульс частично отражается от него и возвращается в преобразователь, образуя сигнал на приеме (эхо-сигнал). В раздельном режиме изображение посылаемого (зондирующего) импульса на экране отсутствует.
Эхо-зеркальный метод («тандем»)		Предназначен для оценки формы и размеров заведомо выявленного внутреннего дефекта в плоском объекте. В раздельно-совмещенном режиме аппаратуры дефект облучается импульсами ультразвуковых волн. Если эхо в ИП лишь немного превышает эхо в П, и оба сигнала - средней амплитуды (вар. I), предполагают круглую форму дефекта. Если сигнал в ИП - мощный, а в П - отсутствует (вар. II), предполагают плоскую форму и наклонную ориентацию. Если не удается получить эхо обоими преобразователями (вар. III), предполагают горизонтальную плоскую форму. Если эхо в П выше, чем в ИП (вар. IV), то дефект плоский вертикальный. Разводя и сближая ИП и П, по дистанции между ними в позициях пропадания сигналов можно оценить высоту дефекта.
Дельта-метод		Применяется для оценки высоты заведомо выявленных внутренних дефектов. В раздельном режиме работы аппаратуры импульс ультразвуковых волн посылается в ОК так, что облучается верхний край дефекта (позиции I). По дифрагированному эхо-сигналу определяют глубину залегания верхнего края. Затем, раздвигая И и П, находят позицию облучения нижнего края (II). Разность показаний глубины есть высота дефекта.
Дифракционно-временной метод		Применяется аналогично дельта-методу, но прием дифрагированных сигналов от краев дефекта осуществляется прямым датчиком, установленным над дефектом, в том числе с использованием отражения от противоположной поверхности ОК.
Реверберационный метод		В совмещенном режиме работы аппаратуры импульс ультразвуковых волн посылается в слоистый (клееный) ОК. Если склейка качественная (I), то основная часть импульса уходит через клей, а малая доля отражается обратно. На поверхности ОК часть этой доли идет в ИП, образуя первый пик, а часть вновь углубляется в ОК, и с ней происходит то же самое. Так как основная доля всегда хорошо проходит вглубь ОК, то реверберации в верхнем слое быстро ослабевают, и на экране амплитуда пиков - убывающая. Дефект (Д) типа "непроклей" препятствует уходу сигнала (II), и в этом случае реверберации в первом слое - мощные.
Толщинометрия		Толщиномер измеряет время t пробега сигнала до противоположной поверхности ОК и обратно и определяет толщину ОК как h = 0,5C × t, где С – известная скорость звука в данном материале.
Комбинированные методы
Эхо-теневой метод		В раздельно-совмещенном режиме аппаратуры импульсы ультразвуковых волн посылают в ОК. Если на тракте - дефект, то импульс частично отражается от него в совмещенный преобразователь (ИП) как эхо-сигнал. Отдельным приемником (П) оценивают падение амплитуды сквозного сигнала, вызванное дефектом. Обладает качествами эхо-метода + подтверждение дефекта теневым принципом, но требует двустороннего доступа к ОК.
Зеркально-теневой метод		В совмещенном (прямой ИП) или раздельном (наклонные И и П) режиме аппаратуры импульсы ультразвуковых волн посылают в ОК. Если на тракте - дефект, то он преграждает путь, вызывая падение донного сигнала. По падению донного сигнала судят о наличии и величине дефекта. Односторонний доступ к ОК, при наклонном - выявление дефектов любой формы и ориентации. Не дает глубину залегания дефекта.
Эхо-сквозной метод		Применяется только в металлургической промышленности на выходе линий проката листов. В иммерсионной ванне (контактная жидкость - веретенное масло) лист на вальцах прокатывается между рядами (матрицами) из совмещенных (ИП) и дополнительных приемных (П) преобразователей. При нормальном состоянии листа (вар. I) наблюдается строго упорядоченное расположение эха от границы верхнего слоя жидкости и ОК (1), от границы ОК и нижнего слоя жидкости (2) и сквозного сигнала (3). Варианты II¸IV показывают смещение сигналов при попадании в область контроля локальных утонений. Если в области контроля оказывается расслоение или закат (вар. V), то между 1 и 2 сигналами появляется мощное эхо от него (4), а сигналы 2 и 3 ослабевают вплоть до обнуления. Ряды ИП и П выстраиваются по всей ширине листа. Метод требует специальной многоканальной аппаратуры и применяется только в автоматическом режиме.