слой эластичного пластика (сухой способ).
На низких частотах (до 60 - 100 кГц) применяют сухой точечный контакт через выпуклую поверхность наконечника преобразователя.
При решении специальных задач для излучения и приема упругих колебаний применяют бесконтактные преобразователи, в том числе:
электромагнитно-акустические (ЭМА), основанные на эффектах электромагнитного поля;
оптические, использующие лазерное возбуждение и интерференционный прием упругих колебаний;
пьезоэлектрические, излучающие и принимающие упругие волны через толстый (h >> λ) слой воздуха.
Однако по чувствительности бесконтактные преобразователи уступают пьезоэлектрическим с жидкостной связью с контролируемым объектом.
3.Классификация акустических методов
Акустические методы неразрушающего контроля делят на две большие группы — активные и пассивные методы.
Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные — только на приеме волн, источником которых служит сам контролируемый объект.
Активные методы делят на методы прохождения, отражения, комбинированные (использующие как прохождение, так и отражение), импедансные и методы собственных частот.
Методы прохождения используют излучающие и приемные преобразователи, расположенные по разные или по одну сторону контролируемого изделия. Применяют импульсное или (реже) непрерывное излучение и анализируют сигнал, прошедший через контролируемый объект.
К методам прохождения относят:
амплитудный теневой метод, основанный на регистрации уменьшения амплитуды волны, прошедшей через контролируемый объект, вследствие наличия в нем дефекта;
временной теневой метод, базирующийся на регистрации запаздывания импульса, вызванного увеличением его пути в изделии при огибании дефекта; тип волны при этом не меняется;
велосимметрический метод, основанный на регистрации изменения скорости распространения дисперсионных мод упругих волн в зоне дефекта и применяемый при одностороннем и двустороннем доступе к контролируемому объекту. В этом методе обычно используются преобразователи с сухим точечным контактом. В варианте с односторонним доступом скорость возбуждаемой излучателем антисимметричной волны нулевого порядка (а0) в отдельном дефектном слое меньше, чем в бездефектной зоне. При двустороннем доступе в бездефектной зоне энергия передается продольной волной L, в зоне дефекта — волнами a0, которые проходят больший путь и распространяются с меньшими скоростями, чем продольная волна. Дефекты отмечаются по изменению фазы или увеличению времени прохождения (только в импульсном варианте) по контролируемому изделию.
В методах отражения используют как один, так и два преобразователя; применяют импульсное излучение. К этой подгруппе относят следующие методы дефектоскопии.
Эхо-метод основан на регистрации эхо-сигналов от дефекта. На экране индикатора обычно наблюдают посланный (зондирующий) импульс I, импульс III, отраженный от противоположной поверхности (дна) изделия (донный сигнал), и эхо-сигнал от дефекта II. Время прихода импульсов II и III пропорционально глубине залегания дефекта и толщине изделия. При совмещенной схеме контроля один и тот же преобразователь выполняет функции излучателя и приемника. Если эти функции выполняют разные преобразователи, то схему называют раздельной.
Эхо-зеркальный метод основан на анализе сигналов, испытавших зеркальное отражение от донной поверхности изделия и дефекта, т.е. прошедших путь АВСД . Вариант этого метода, рассчитанный на выявление вертикальных дефектов в плоскости EF, называют методом тандем. Для его реализации при перемещении преобразователей А и D поддерживают постоянным значение lA + lD = 2Н tgα; для получения зеркального отражения от невертикальных дефектов значение lA + lD варьируют. Один из вариантов метода, называемый "косой тандем", предусматривает расположение излучателя и приемника не в одной плоскости, а в разных плоскостях, но таким образом, чтобы принимать зеркальное отражение от дефекта. Еще один вариант, называемый К-метод, предусматривает расположение преобразователей по разные стороны изделия, например располагают приемник в точке С.
Дельта-метод основан на приеме преобразователем для продольных волн, расположенным над дефектом, рассеянных на дефекте волн, излученных преобразователем для поперечных волн .
Дифракционно-временной метод, в котором излучатели 2 и 2', приемники 4 и 4' излучают и принимают либо продольные, либо поперечные волны, причем могут излучать и принимать разные типы волн. Преобразователи располагают так, чтобы получать максимумы эхо-сигналов волн, дифрагированных на концах дефекта. Измеряют амплитуды и время прихода сигналов от верхнего и нижнего концов дефекта.
Реверберационный метод использует влияние дефекта на время затухания многократно отраженных ультразвуковых импульсов в контролируемом объекте. Например, при контроле клееной конструкции с наружным металлическим слоем и внутренним полимерным слоем дефект соединения препятствует передаче энергии во внутренний слой, что увеличивает время затухания многократных эхо-сигналов во внешнем слое. Отражения импульсов в полимерном слое обычно отсутствует вследствие большого затухания ультразвука в полимере.
В комбинированных методах используют принципы как прохождения, так и отражения акустических волн.
Зеркально-теневой метод основан на измерении амплитуды донного сигнала. По технике выполнения (фиксирует эхо-сигнал) его относят к методам отражения, а по физической сущности контроля (измеряют ослабление сигнала, дважды прошедшего изделие в зоне дефекта) он близок к теневому методу.
Эхо-теневой метод основан на анализе как прошедших, так и отраженных волн.
В эхо-сквозном методе фиксируют сквозной сигнал, испытавший двукратное отражение в изделии, а в случае появления полупрозрачного дефекта — также сигналы, соответствующие отражениям волн от дефекта и испытавших также отражение от верхней и нижней поверхностей изделия. Большой непрозрачный дефект обнаруживают по исчезновению или сильному уменьшению сигнала, т.е. теневым методом.
Методы собственных частот основаны на измерении этих частот (или спектров) колебаний контролируемых объектов. Собственные частоты измеряют при возбуждении в изделиях как вынужденных, так и свободных колебаний. Свободные колебания обычно возбуждают механическим ударом, вынужденные — воздействием гармонической силы меняющейся частоты.
Различают интегральные и локальные методы. В интегральных методах анализируют собственные частоты изделия, колеблющегося как единое целое, в локальных — колебания отдельных его участков.
Методы собственных частот, использующие вынужденные колебания. В интегральном методе генератор регулируемой частоты соединен с излучателем 2, возбуждающим упругие колебания (обычно продольные или изгибные) в контролируемом изделии. Приемник преобразует принятые колебания в электрический сигнал, который усиливается усилителем и поступает на индикатор резонанса. Регулируя частоту генератора, измеряют собственные частоты изделия. Диапазон применяемых частот до 500 кГц.
Локальный метод с использованием вынужденных колебаний (ультразвуковой резонансный метод) применяют в основном для измерения толщин. В изделии преобразователем, возбуждают упругие волны (обычно продольные) непрерывно меняющейся частоты. Фиксируют частоты, на которых отмечаются резонансы системы преобразователь — изделие. По резонансным частотам определяют толщину стенки изделия и наличие в нем дефектов. Дефекты, параллельные поверхности, меняют измеряемую толщину, а расположенные под углом к поверхности — приводят к исчезновению резонансов. Диапазон применяемых частот — до нескольких мегагерц.
Методы собственных частот, использующие свободные колебания, также делят на интегральные и локальные.
В интегральном методе в изделии ударом молотка возбуждают свободнозатухающие колебания. Эти колебания принимают микрофоном, усиливают и фильтруют полосовым фильтром, пропускающим только сигналы с частотами, соответствующими выбранной моде колебаний. Частоту измеряют модулятором . Признаком дефекта служит изменение (обычно снижение) частоты. Как правило, используют основные собственные частоты, не превышающие 15 кГц.
В локальном методе возбуждаемый генератором вибратор создает периодические удары по контролируемому изделию. Электрические сигналы с приемного микрофона через усилитель поступают на спектроанализатор 9. Выделенный последним спектр принятого сигнала обрабатывается решающим устройством , результат обработки появляется на индикаторе. Кроме микрофонов применяют пьезоприемники. Дефекты регистрируют по изменению спектра принятого импульсного сигнала. В отличие от интегрального метода контроль выполняется путем сканирования изделий. Обычный диапазон рабочих частот от 0,3 до 20 кГц.
Акустико-топографический метод имеет признаки интегрального и локального методов. Он основан на возбуждении в изделии интенсивных изгибных колебаний непрерывно меняющейся частоты и регистрации распределения амплитуд колебаний с помощью наносимого на поверхность порошка. Упругие колебания возбуждают преобразователем, прижимаемым к сухому изделию. Преобразователь питают от мощного (порядка 0,4 кВт) генератора непрерывно меняющейся частоты. Если собственная частота отделенной дефектом (расслоением, нарушением соединения) зоны попадает в диапазон возбуждаемых частот, колебания этой зоны усиливаются, покрывающий ее порошок смещается и концентрируется по границам дефектов, делая их видимыми. Диапазон используемых частот — от 40 до 150 кГц.
Импедансные методы используют зависимость импедансов изделий при их упругих колебаниях от параметров этих изделий и наличия в них дефектов. Обычно оценивают механический импеданс