Тепловизоры
Охранные тепловизоры
Медицинские тепловизоры
Ультразвуковые дефектоскопы, толщиномеры
Ультразвуковой анализатор дефектов
Ультразвуковые расходомеры
Прибор для контроля и анализа вибрации проводов линий электропередачи
Измерители физических величин
Гелиевые и галогенные течеискатели
Прибор для определения степени коррозии трубопроводов
Георадар для поиска и идентификации подземных объектов
Системы вибромониторинга, вибродиагностики и управления производственными фондами
Пирометры
Черные тела (АЧТ)
ультрафиолетовый дефектоскоп филин
Электроизмерительные приборы
Прибор для контроля элегазовых выключателей
Корреляционные и акустические течеискатели для подземных коммуникаций
Твердомеры
Трубо-кабелеискатели
Газоанализаторы дымовых газов
Beta Laser Mike
Тепловизоры
Пирометры, линейные сканеры и ИК-камеры
Толщинометрия и дефектоскопия
Ультрафиолетовый дефектоскоп Филин
Электроизмерительные приборы
Корреляционные и акустические течеискатели для подземных коммуникаций
Прибор для определения степени коррозии трубопроводов
Системы вибромониторинга, вибродиагностики и управления производственными фондами
MIKRON (США)
PANAMETRICS-NDT™, США
FUJI TECOM (Япония)
CHAUVIN ARNOUX (Франция)
L. H. Testing Instruments Co., Ltd.
НОВОСТИ КОМПАНИИ
НОВОСТИ NDT
новые пирометры серии MI-N500
Новые тепловизоры от фирмы GUIDE
тепловизоры модели IR913
новые модели одно- и 3- фазных цифровых TRMS ваттметров
????????, ???????????
Печать

  ВВЕДЕНИЕ В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ


Средства ультразвукового неразрушающего контроля во многих случаях могут быть использованы для анализа свойств материалов. Хотя чаще всего ультразвуковой неразрушающий контроль применяется для измерения толщины, дефектоскопии и формирования акустических изображений, высокочастотные ультразвуковые волны могут быть также использованы для выявления и оценки некоторых механических, структурных или композиционных свойств твердых тел и жидкостей. Ультразвуковой анализ свойств материалов основывается на простом физическом принципе: на характеристики любых волн оказывает влияние среда, в которой эти волны распространяются. Таким образом, изменение значения одного или нескольких параметров, связанных с прохождением высокочастотной ультразвуковой волны через материал (время прохождения, степень ослабления, степень рассеяния и характеристика частотной составляющей) часто свидетельствует об изменениях таких физических свойств материала, как твердость, упругость, плотность, однородность или зернистость.

Принципы:

Для неразрушающего контроля чаще всего используется диапазон частот ультразвуковых волн от 500 КГц до 20 МГц. При этом широко используются как продольные, так и поперечные волны, а в некоторых специальных случаях - также поверхностные (волны Релея) и плоскостные (волны Лэмба). Так как ультразвуковые волны имеют малую длину, они в высшей степени чувствительны к изменениям среды, через которую они проходят. Для усиления этого эффекта при анализе свойств материалов рекомендуется использовать как можно более высокую частоту ультразвука. Ультразвуковые импульсы, проникающие в объект контроля, излучаются и принимаются пьезоэлектрическими преобразователями. В одних случаях в качестве излучающего и приемного выступает один преобразователь, размещенный с одной стороны объекта контроля (эхо-импульсный режим). В других случаях, особенно при контроле материалов с высокой степенью ослабления или рассеяния ультразвука, используются два преобразователя (один излучающий, а второй – приемный), размещаемые на противоположных сторонах объекта контроля (режим сквозного прозвучивания). Ультразвуковая волна формируется возбуждением преобразователя электрическими импульсами (ударного или незатухающего типа). В эхо-импульсном режиме ультразвуковая волна проходит через объект контроля, отражается от его противоположной поверхности и возвращается на преобразователь. В режиме сквозного прозвучивания ультразвуковая волна принимается вторым преобразователем. Полученный сигнал затем усиливается и обрабатывается. Для анализа свойств материалов могут быть использованы различные ультразвуковые приборы с аналоговой или цифровой обработкой сигналов.

Значительное преимущество ультразвукового анализа свойств материалов заключается в том, что он может проводиться без остановки технологических процессов или поточным способом. Высокочастотные ультразвуковые волны могут передаваться в движущиеся объекты без непосредственного контакта с ними преобразователя (иммерсионные методы контроля). Измерения также могут проводиться в закрытых емкостях, с передачей ультразвуковой энергии через стенки. То, что ультразвуковые волны проходят через через объект контроля, позволяет изучать внутренние свойства материала. Иногда даже возможно, используя строб-импульсы, получать данные о свойствах только одного слоя в многослойных материалах.

Измеряемыми параметрами могут быть следующие:

  1. Скорость/время прохождения ультразвука в объекте контроля. Скорость ультразвука обычно является самым легко измеряемым параметром. Скорость ультразвука в гомогенной среде непосредственно соотносится с модулем упругости и плотностью. Таким образом, изменения упругости или плотности влияют на время прохождения ультразвукового импульса через объект контроля данной толщины. Кроме этого, на скорость ультразвука может оказывать влияние степень неоднородности материала.

  2. Ослабление ультразвука. Энергия ультразвука поглощается или ослабляется с различной степенью в различных материалах под влиянием различных факторов, например плотности, твердости, вязкости и молекулярной структуры материала. Ослабление обычно повышается с увеличением частоты ультразвука в данном материале.

  3. Рассеяние ультразвука. Ультразвуковые волны отражаются от границы между различными материалами. Изменения структуры зернистости, ориентации волокон, пористости, ориентации частиц и других микроструктурных переменных материала оказывают влияние на амплитуду, направление и частотную составляющую ультразвуковых эхосигналов. Эффект рассеяния может косвенно проявляться в виде изменений амплитуды эхосигналов.

  4. Частотная составляющая (Спектр). Все материалы с разной степенью выступают в качестве низкочастотного фильтра, ослабляя или снижая высокочастотную составляющую широкополосной ультразвуковой волны. Таким образом, анализ изменений частотной составляющей широкополосного ультразвукового импульса, который проходит через материал объекта контроля, может обеспечить отслеживание комбинации ослабления и рассеяния ультразвука, как описано выше.

В некоторых случаях данные ультразвукового контроля, например о скорости ультразвука, могут непосредственно использоваться для расчета свойств материала, в частности модуля упругости. В других случаях ультразвуковой контроль используется для сопоставительного метода анализа свойств материалов, при необходимости экспериментальной оценки стандартных образцов из материала объекта контроля. У таких стандартных образцов можно зафиксировать соответствие изменений значений параметров прохождения ультразвука и конкретных свойств материала, после чего, опираясь на эти данные, определять или предсказывать аналогичные изменения в реальных объектах контроля.

Оборудование:

Для анализа свойств материалов могут использоваться различные ультразвуковые приборы. Скорость ультразвука можно измерять простыми ручными ультразвуковыми толщиномерами. Изменения скорости ультразвука, степень его ослабления или рассеяния могут быть измерены современными цифровыми дефектоскопами. Генераторы-приемники с соответствующим дополнительным оборудованием, а также системы формирования акустических изображений и соответствующее программное обеспечение, могут быть использованы для проведения спектрального анализа (частотной составляющей) ультразвуковых эхосигналов. Для получения более подробной информации о приборах и преобразователях, используемых в конкретных случаях контроля, обратитесь в компанию "Диагност" - представителю GE Panametrics.

Применение:

Ниже приведен обзор некоторых свойств материалов, для анализа которых может быть использован ультразвук:

  • Модули упругости: Модуль Юнга и модуль сдвига в гомогенных недиспергирующих материалах могут быть рассчитаны на основании измерений скорости продольных и поперечных ультразвуковых волн (наряду с плотностью материала). Использование волноводов часто обеспечивает проведение измерений при высоких температурах объектов контроля.
  • Содержание шаровидного графита в чугуне. На основании измерений скорости ультразвука могут быть определены как концентрация включений графита в чугуне, так и их форма.
  • Степень затвердевания в эпоксидных смолах и бетоне. Скорость ультразвука в этих материалах изменяется по мере их затвердевания; таким образом, измерения скорости ультразвука могут быть соотнесены со степенью затвердевания. Контроль бетонных объектов обычно проводится в режиме сквозного прозвучивания, что требует доступа к обеим сторонам объекта контроля.
  • Концентрация жидкостей. Коэффициент смешивания двух жидкостей с различными скоростями ультразвука может быть соотнесен со скоростью ультразвука в растворе при данной температуре.
  • Плотность гидросмесей. Коэффициент смешивания жидкости/твердого вещества (буровые растворы и бумажные гидросмеси) при данной температуре может быть соотнесен со скоростью ультразвука и/или степенью его ослабления.
  • Плотность керамики. Неоднородность плотности необожженной и обожженной керамики может быть вычислена на основании данных о скорости ультразвука.
  • Качество продуктов питания. Имеется широкий диапазон областей применения ультразвука, которые включают определение возраста яиц и картофеля, степени зрелости фруктов, содержания жира в мясе и твердых частиц в молоке. Ультразвук не вызывает порчи и загрязнения продуктов.
  • Полимеризация пластмасс. Колебания молекулярной структуры пластмасс и других полимеров (длины и ориентации полимерных цепей) часто приводят к соответствующим изменениям скорости и степени ослабления ультразвука.
  • Размеры и распределение частиц, пористость. Изменения размеров или распределения частиц и пористости в твердых или жидких средах влияют на амплитуду и частоту рассеиваемого ультразвука.
  • Размер зерна в металлах. Изменения в размерах зерна или его ориентации в стали, чугуне, титане и других металлах приводят к изменениям амплитуды, направления и/или частотной составляющей рассеиваемого ультразвука.
  • Анизотропность в твердых материалах. Изменения скорости ультразвука, колебания степени его рассеяния и/или ослабления по разным осям твердого тела могут быть использованы для установления и измерения анизотропности.
  • Глубина поверхностной закалки стали. Методы обратного рассеяния высокочастотных поперечных ультразвуковых волн могут быть использованы для измерения глубины поверхностной закалки стали.
  • Измерения температуры: Ультразвук используется для измерения очень высоких температур (свыше 3000°С). Такие измерения производятся на основании данных об изменении скорости ультразвука в исследуемом материале.