Ультразвуковой контроль

Ультразвуковой контроль является неразрушающим методом контроля, предназначенным для обнаружения дефектов и неоднородностей изделия. Для контроля применяются звуковые волны частотой выше слышимого человеком диапазона (> 16 кГц), которые называют ультразвуковыми волнами. Ультразвуковые волны могут создаваться различными способами.

Пьезоэлектрический эффект

Наиболее распространенным способом возбуждения ультразвуковых колебаний является использование пьезоэлектрического эффекта. При этом используется свойство некоторых материалов, состоящее в том, что при воздействии электрического напряжения эти материалы изменяют свою форму и размеры.

При периодическом возбуждении переменным напряжением пьезоэлектрического материала возбуждаются ультразвуковые волны.

Так называемый пьезоэлемент является сердцем ультразвукового датчика. Для проведения ультразвукового контроля, создаваемый в ультразвуковом датчике ультразвук необходимо передать в контролируемое изделие. Так как воздух для этой цели не подходит, используется такая контактная среда, как вода, масло или гель, известный по медицинскому применению.

Еще одним способом возбуждения ультразвуковых волн является метод EMAT, в ходе которого ультразвук создается электродинамическим способом непосредственно в контролируемом изделии, благодаря этому необходимости в использовании контактной среды нет. В конце этой страницы ЭМА способ рассматривается более подробно.

Эхо-импульсный метод

Особое значение для ультразвукового контроля имеет эхо-импульсный метод. Этот метод основан на использовании коротких ультразвуковых импульсов, которые подаются на поверхность контролируемого изделия и затем отражаются от противоположной поверхности в виде эха. Эхо сигнал может быть принят тем же пьезоэлемент, который используется для возбуждения импульса. Широко распространено применение раздельных датчиков (SE датчик), в корпусе которых расположены два пьезоэлемента — один для возбуждения и один для приема ультразвуковых колебаний.

При озвучивании поверхности изделия под прямым углом, эхо-сигналы возникают при отражении ультразвуковой волны от противоположной стенки листа, трубы или, например, рельса. В так называемом режиме А-скан, амплитуда ультразвуковой волны, принимаемая датчиком, отображается в зависимости от времени её приема. В рассматриваемом случае сигнал формируется из зондирующего импульса и серии донных эхо-сигналов от противоположной стенки. Серия сигналов возникает вследствие того, что ультразвуковой импульс перемещается передней и задней поверхностью, например листа или трубы, как теннисный мяч, при этом амплитуда импульса уменьшается.

Время приема эхо-сигнала от задней поверхности можно использовать для определения толщины стенки трубы или толщины листа. Такие дефекты, как расслоения, включения или ликвации, могут приводить к возникновению дополнительных отражений ультразвука. В таком случае в режиме A-скан появляется дополнительный эхо-сигнал, который можно использовать для обнаружения дефектов.

Принцип действия EMAT

1. Вихревые токи, созданные с помощью
катушки возбуждения, взаимодействуют с
приложенным магнитным полем.
2. Вследствие этого возникают силы
Лоренца.
3. Периодические вихревые токи создают периодические силы Лоренца. 4. Периодические силы Лоренца создают
звуковые волны той же частоты
(ультразвук)
 
5. Ультразвуковые волны отражаются от противоположной поверхности. 6. Отраженные от противоположной
поверхности эхо-сигналы индуцируют сигнал в
приемной катушке. По времени прохождения
эхо-сигнала от противоположной поверхности определяется толщина стенки.