Принцип работы тензорезистора.

Тензорезистор - резистор, изменяющий свое сопротивление при деформации. Тензорезисторы используются для измерения смещений или деформаций.

, ,

- коэффициент тензочувствительности (зависит от физ. св-тв материала резистора).

Мостовая схема подключения тензорезисторов.

1 - приклеенный тензодатчик;

2, 3 - резисторы (сопротивления);

4 - неприклеенный тензодатчик.

Данная схема позволяет компенсировать влияние изменения температуры.

Тензодатчики стандартизированы

Билет №5

1. Физические основы методов и технология радиационной дефектоскопии.

Радиационный неразрушающий контроль основан на использовании проникающих свойств ионизирующих излучений и является одним из наиболее эффективных и распространенных видов контроля. В нефтегазовой отрасли применяется прежде всего для контроля сварных соединений магистральных и промысловых трубопроводов, резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, сосудов под давлением и других объектов. Реализация данного вида контроля предусматривает использование как минимум трех основных элементов: источника ионизирующего излучения; объекта контроля; детектора, регистрирующего результаты взаимодействия ионизирующего излучения с объектом контроля.

В радиационном неразрушающем контроле используют три вида ионизирующих излучений: тормозное , гамма- и нейтронное .

Контроль с применением нейтронного излучения осуществляется только в стационарных условиях. Основными источниками нейтронного излучения являются ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы и радиоактивные источники нейтронов. В полевых условиях при эксплуатации или строительстве объекта обычно используют х- или γ-излучения. Источниками х-излучения при этом служат переносные импульсные рентгеновские аппараты, а γ-излучения - радиоактивные источники. С их помощью можно просвечивать стальные изделия толщиной 1...200 мм.

Контрольно-измерительная часть представляет собой группу приборов, которые служат для измерения и регулирования времени, тока, напряжения и частоты. Величина высокого напряжения, подаваемого на электроды рентгеновской трубки, составляет 100...400 кВ. С увеличением напряжения осуществляется смещение максимума излучения в сторону коротких волн, увеличивается проникающая способность излучения.

Рентгеновский излучатель, помимо рентгеновской трубки, включает защитный кожух, заполненный изолирующей средой - трансформаторным маслом или газом под давлением, а также коллиматор - устройство, предназначенное для формирования пучка направленного излучения.

Радиоактивные источники γ-излучения применяются в гамма-дефектоскопии и поставляются в ампулах, транспортируемых в специальных контейнерах. В качестве радиоактивных источников обычно используются изотопы Со60, Se75, Ir192. Появление таких сравнительно дешевых радиоактивных источников привело к созданию специальных комплектов оборудования, названных гамма-дефектоскопами. Различают гамма-дефектоскопы для фронтального и панорамного просвечивания, а также универсальные шланговые гамма-дефектоскопы. Гамма-дефектоскопы первого типа представляют собой лишь излучающую радиационную головку, устанавливаемую в зону контроля и снабженную механизмом открывания и закрывания затвора. Наибольшее применение нашли универсальные приборы шлангового типа, состоящие из радиационной головки, шланга-ампулопровода, пульта управления с механизмом перемещения ампулы с радиоактивным источником по ампулопроводу и коллимирующей насадки. В этих аппаратах ампула радиоактивного источника излучения из радиационной головки подается по ампулопроводу с помощью гибкого троса, приводимого от дистанционного пульта с ручным или электрическим приводом. Наличие дистанционного привода позволяет свести до минимума радиоактивное облучение оператора за счет его удаления от источника излучения на 12 м и более.

В отличие от рентгеновских аппаратов гамма-дефектоскопы могут эксплуатироваться без источников энергии, что особенно важно в полевых условиях. Их также часто применяют для контроля закрытых объектов сложной формы, когда невозможно установить излучатели рентгеновских аппаратов. Недостатками гамма-дефектоскопов являются: необходимость периодической замены источников излучения, потерявших активность, ограниченные возможности по регулированию режимов работы, а также более низкий контраст радиографических снимков по сравнению с рентгеновскими.

Ионизирующие излучения в целом с точки зрения воздействия на организм человека являются наиболее опасными из числа используемых в неразрушающем контроле, поэтому вся аппаратура, применяемая при радиационном контроле, подлежит обязательной сертификации и периодической переаттестации. К работе допускается специально обученный и аттестованный персонал, который подвергается обязательному дозиметрическому контролю.

Из числа радиационных методов для обнаружения и измерения внутренних дефектов в изделии используются методы прошедшего излучения. При прохождении через контролируемое изделие ионизирующее излучение ослабляется за счет его поглощения и рассеяния в материале изделия. Степень ослабления зависит от толщины изделия, химического состава и структуры материала, наличия в нем газовых полостей, сульфидных раскатов и других инородных включений. В результате прохождения ионизирующего излучения через контролируемое изделие детектором фиксируется распределение интенсивности дошедшего до него потока излучения, называемого радиационным изображением изделия. Наличие и характеристики дефектов определяют по плотности полученного радиационного изображения. Равномерная интенсивность излучения, дошедшего до детектора, свидетельствует об отсутствии дефектов. Уменьшение плотности радиационного изображения соответствует увеличению толщины контролируемого изделия, например в зоне сварных швов или брызг (капелек) металла от сварок. В свою очередь увеличение плотности соответствует участкам изделий с меньшей радиационной толщиной, имеющих дефекты. Схема радиационного контроля методом прошедшего излучения.

1 - источник излучения;

2 - объект контроля;

3 - дефект;

4 - детектор (кассета с пленкой);

5 - след от дефекта.

Интенсивность доходящего до объекта излучения зависит от исходного потока в точке выхода излучения , расстояния а до объекта и особенностей самого излучения:

,

где R и b - константы, определяемые природой излучения.

После прохождения объекта интенсивность попадающего на де­тектор излучения определится из выражения

,

где μ - коэффициент ослабления излучения материалом объекта; δ - толщина объекта; В - фактор так называемого накопления, определяемый экспериментально (при узком пучке лучей В = 1).

В связи с экспоненциальной зависимостью затухания интенсивности ионизирующего излучения чувствительность контроля резко уменьшается с увеличением радиационной толщины, поэтому максимальная глубина контроля ограничена и для переносных аппаратов обычно не превышает 200 мм, что является одним из недостатков радиационного метода контроля.

Кроме того, весьма существенным недостатком является то, что трещины, радиационная толщина которых меньше заданного класса чувствительности, при радиационном методе контроля не выявляются. В первую очередь это относится к трещинам, ориентированным перпендикулярно или под малым углом к направлению ионизирующего излучения.

Методы радиационного контроля прошедшим излучением различаются способами детектирования результатов взаимодействия излучения с объектом контроля и, соответственно, делятся на радиографические, радиоскопические и радиометрические.

Радиографический метод неразрушающего контроля основан на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в радиографический снимок или записи этого изображения на запоминающем устройстве с последующим преобразованием в световое изображение. Для получения радиографических снимков используют кассеты со специальной радиографической (рентгеновской) пленкой, снабженные для повышения чувствительности усиливающими экранами. В качестве детекторов радиационного изображения используются также полупроводниковые пластины, с которых изображение методом ксерорадиографии переносится на обычную бумагу.

Радиоскопический метод радиационного контроля основан на регистрации радиационного изображения на флуоресцирующем экране или на экране монитора электронного радиационно-оптического преобразователя. Достоинством радиоскопического метода является возможность единовременного контроля изделия под разными углами и, соответственно, стереоскопического видения дефектов.

При радиометрическом методе радиационное изображение преобразуется посредством сканирования в цифровую форму и фиксируется на соответствующем носителе информации - дискете, магнитной ленте. В дальнейшем эта информация переносится в компьютер для последующей обработки и анализа.

Для целей технической диагностики эксплуатируемого оборудования применяют радиографический метод контроля, реализуемый посредством относительно простого переносного комплекта оборудования, позволяющего получить документальное подтверждение результатов контроля в виде радиографического снимка.

2. Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида из­делия. Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения (наружные и внутренние). В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы.

Рис. 1. Виды дефектов сварных швов:

а - ослабление шва. б - неравномерность ширины, в - наплыв, г - подрез, с - непровар, с - трещины и поры, ж - внутренние трещины и поры, з - внутренний непровар, и - шлаковые включения

Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на поверхность холодного основного металла без сплавления с ним. Они могут быть местными - в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Чаще всего наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования наплы­вов - большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправиль­ный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск. При выполнении кольцевых швов наплывы образуют­ся при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто могут выявляться непровары, трещины и др.

Подрезы представляют собой продолговатые углубления (канав­ки), образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги. Основной причиной подрезов при выполнении угловых швов яв­ляется смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Это вызывает значительный разогрев металла вертикальной стенки и его стекание при оплавлении на горизонтальную стенку. Подрезы приводят к ослаблению сечения сварного соединения и концент­рации в нем напряжений, что может явиться причиной разрушения.

Прожоги - это сквозные отверстия в шве, образованные в результате вытекания части металла ванны. Причинами их образо­вания могут быть большой зазор между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок, чрезмерный сварочный ток, недостаточная скорость сварки. Наиболее часто прожоги образуют­ся при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва. Прожоги могут также образовываться в резуль­тате недостаточно плотного поджатая сварочной подкладки или флюсовой подушки.

Непроваром называют местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Непровары уменьшают сечение шва и вызы­вают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции. Причины образования непроваров - плохая зачистка металла от окалины, ржавчины и загрязне­ний, малый зазор при сборке, большое притупление, малый угол скоса кромок, недостаточный сварочный ток, большая скорость сварки, смещение электрода от центра стыка. Непровары выше допустимой величины подлежат удалению и последующей заварке.

Трещины, также как и непровары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в околошовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопиче­скими. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, а также примеси серы и фосфора.

Шлаковые включения , представляющие собой вкрапления шла­ка в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки, а при многослойной сварке - недостаточной зачистке шлаков с предыдущих слоев. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и его прочность.

Газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Причины пор - повышенное содержание углерода при сварке сталей, загряз­нения на кромках, использование влажных флюсов, защитных газов, высокая скорость сварки, неправильный выбор присадочной проволоки. Поры могут располагаться в шве отдельными группами, в виде цепочек или единичных пустот. Иногда они выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя так называемые свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений.

Перегрев, пе­режог металла и др. Перегрев характеризуется чрезмерным укрупнением зерна и огрублением структуры металла. Более опасен пережог - наличие в структуре металла зерен с окисленными границами. Такой металл имеет повышенную хрупкость и не поддается исправлению. Причиной пережога является плохая защита сварочной ванны при сварке, а также сварка на чрезмерно большой силе тока.

1. Виброхарактеристики методов и объектов контроля.

Вибрация - это механические колебания, характеризующиеся многократно повторяющимся отклонением физических тел от положения равновесия. Эти колебания являются следствием взаимодействия четырех факторов: упругой реакции системы, степени ее демпфирования, силы инерции, характера и величины внешней нагрузки.

Вибрация может характеризоваться следующими основными параметрами: виброперемещением S, виброскоростью , виброускорением а, угловой скоростью или частотой колебаний w или f.

,

где - виброперемещение объекта; - амплитуда виброперемещения; w - угловая скорость колебаний, с^-1; t - время; - начальная фаза колебаний в исходном состоянии при t = 0; - фаза колебаний.

Колебания, которые могут быть представлены в виде суммы двух и более гармонических колебаний с разной частотой, называются полигармоническими, например

.

Виброперемещение представляет интерес в тех случаях, когда необходимо знать относительное смещение объекта или его деформацию. Виброперемещение при одной и той же мощности уменьшается с ростом w. Поэтому в низкочастотном диапазоне чаще измеряют параметры виброперемещения и виброскорости, в среднечастотном - виброскорости, а в высокочастотном - виброускорения. Однако такое деление является условным, так как современные микропроцессорные приборы позволяют легко пересчитывать виброперемещение в виброскорость или виброускорение и наоборот.

Билет №6

1. Технология капиллярного контроля.

Капиллярный контроль - неразрушающий контроль проникающими веществами основан на проникновении веществ в полости дефектов контролируемого объекта для выявления поверхностных дефектов.

Метод выявления дефектов с помощью жидких проникающих веществ основан на таких физических явлениях при взаимодействии жидкости с твердыми телами, как смачивание, капиллярные и сорбционные явления.

Капиллярный контроль осуществляется путем нанесения жидких проникающих веществ, называемых пенетрантами, их проникновения в полости поверхностных и сквозных дефектов и регистрации, образующихся на поверхности объекта контроля индикаторных следов.

Капиллярные методы неразрушающего контроля широко используют в процессе технической диагностики различных видов нефтегазового оборудования: например, для выявления поверхностных дефектов корпусов вертлюгов, щек талевых блоков, буровых крюков и др. Контроль проводят по следующим этапам: подготовка поверхности объекта к контролю, обработка дефектоскопическими материалами, осмотр и выявление дефектов, окончательная очистка контролируемой поверхности.

Подготовка объекта к контролю включает в себя очистку и сушку контролируемой поверхности и полостей дефектов. Цель этого этапа заключается в обеспечении доступа индикаторного пенетранта в дефекты, а также в устранении возможности образования фона и ложных индикаций. Очистка может производиться следующими способами: механическим, растворителями, химическим, электрохимическим, ультразвуковым. Механический способ используют при наличии на поверхности ржавчины, окалины, сварочного флюса, краски и т. д. Очистку осуществляют путем пескоструйной обработки, металлическими щетками, механическим шлифованием, шабрением и др. Недостатком этого способа является высокая вероятность закрытия устьев полостей дефектов.

При отсутствии механических препятствий проникновения пенетранта для очистки поверхности применяют органические растворители и водные моющие средства, наносимые вручную. Для интенсификации процесса очистки изделие может погружаться в ультразвуковую ванну с моющим раствором. В более ответственных случаях применяют химическую или электрохимическую очистку, заключающуюся в травлении поверхности слабыми растворами кислот или травлении под воздействием электрического поля.

После очистки изделия непосредственно перед нанесением пенетранта производится его сушка с целью удаления воды или растворителя с поверхности изделия и полостей дефектов, затем проверка контролируемой поверхности на степень обезжиривания. Наиболее простой метод оценки степени обезжиривания основан на способности воды или моющего раствора сохранять на обезжиренной поверхности металла в течение определенного времени сплошности, т. е. не собираться в капли. Поверхность считается обезжиренной, если в течение 60 с сплошность пленки воды не нарушилась.

Обработка дефектоскопическими материалами составляет основную часть процесса контроля и выполняется в следующем порядке: нанесение пенетранта на контролируемую поверхность, удаление избытков пенетранта, нанесение проявителя. Нанесение пенетранта производится погружением, кистью или напылением с помощью аэрозольного баллона, пульверизатора или краскораспылителя. Для лучшего проникновения в полости дефектов пенетрант в зависимости от его состава выдерживают на поверхности 10...20 мин, после чего избыток пенетранта удаляют с помощью протирки обтирочными материалами, смоченными в очистителе, или промыванием струей воды. В некоторых случаях для интенсификации пропитки применяют воздействие ультразвуковых колебаний, повышение избыточного давления или, наоборот, вакуумирование. Неполное удаление пенетранта с поверхности приводит к образованию фона и появлению ложных индикаций. Вместе с тем при удалении избытков пенетранта важно не вымыть его из полостей дефектов. Иногда для окончательного удаления избытков пренетранта используют специальные вещества - гасители, позволяющие в результате химического воздействия на тонкий поверхностный слой пенетранта устранить фон на контролируемой поверхности.

Проявление - это процесс образования индикаторных следов в местах наличия дефектов. Проявитель в виде тонкодисперсного порошка или водной или спиртовой суспензии наносят на поверхность после ее подсушивания. Способы нанесения те же, что и для пенетранта. Важным требованием является равномерность распределения пенетранта по поверхности.

Выявление дефектов производится визуально - путем осмотра контролируемой поверхности через 10...20 мин после нанесения проявителя. Для ускорения проявления может использоваться вакуумирование, нагрев или вибрация. При яркостном и цветном методе обязательным условием является хорошее освещение поверхности объекта контроля. При использовании люминесцентного метода выявление дефектов производится в затемненном пространстве по индикаторным следам, светящимся под воздействием ультрафиолетового излучения.

В ряде случаев проявить индикаторные следы удается без предварительной пропитки пенетрантом, используя свойства технологической среды конкретного оборудования. Так, если в трещине находится щелочь, то ее можно проявить фенолфталеином. Если оборудование работает в масляной среде, то ее удаляют (протирают) и осматривают при облучении ультрафиолетовой лампой. Индикаторные следы всех дефектов становятся отчетливо заметными, так как масло является хорошим люминофором. При наличии сомнений поверхность протирают еще раз и контроль повторяют заново.

1. Преобразователи тепловых величин

О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает.

Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называют пирометрами. Они позволяют контролировать температуру от 100 до 6000ºС и выше. Одним из главных достоинств данных устройств является отсутствие влияния измерителя на температурное поле нагретого тела, так как в процессе измерения они не вступают в непосредственный контакт друг с другом. Поэтому данные методы получили название бесконтактных.

На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов:

- пирометр суммарного излучения (ПСИ) - измеряется полная энергия излучения;

- пирометр частичного излучения (ПЧИ) - измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участки спектра;

- пирометры спектрального отношения (ПСО) - измеряется отношение энергии фиксированных участков спектра.

В зависимости от типа пирометра различаются радиационная, яркостная, цветовая температуры.

- радиационной температурой реального тела Т_р называют температуру, при которой полная мощность АЧТ равна полной энергии излучения данного тела при действительной температуре Т_д.

- яркостной температурой реального тела Т_я называют температуру, при которой плотность потока спектрального излучения АЧТ равна плотности потока спектрального излучения реального тела для той же длины волны (или узкого интервала спектра) при действительной температуре Т_д.

- цветовой температурой реального тела Т_ц называют температуру, при которой отношения плотностей потоков излучения АЧТ для двух длин волн и равно отношению плотностей потоков излучений реального тела для тех же длин волн при действительной температуре Т_д.

1. Магнитная толщинометрия.

Защитные свойства покрытия в значительной степени зависят от его толщины. Для неразрушающего контроля толщины диэлектрических (анодноокисных, лакокрасочных, мастичных, пластиковых и др.) и электропроводящих неферромагнитных (цинковых, хромовых, медных, оловянных и др.) покрытий на ферромагнитном основании широко применяются толщиномеры магнитного принципа действия.

Принцип магнитной толщинометрии основан на измерении магнитных полей и их неоднородностей. Для проведения исследований близи объекта измерения от внешнего источника генерируется магнитное поле с известными параметрами. По последующему изменению характеристик магнитного поля и судят о характеристиках данного объекта. Рассмотрим теоретические основы данного явления.

Магнитная индукция В (плотность магнитного потока), возникающая между исследуемым объектом и датчиком прибора, зависит от величины напряженности источника намагничивания Н и магнитной проницаемости среды по следующей зависимости: .

В зависимости от значения m все материалы подразделяются на три группы: диамагнетики (m<1), парамагнетики (m>1) и ферромагнетики (m>>1).

Искажение магнитного поля, происходящее вблизи диамагнитных и парамагнитных тел, незначительно и зафиксировать его можно только с помощью высокочувствительных приборов в специально созданных условиях. Однако вблизи ферромагнитных тел магнитное поле искажается весьма существенно, поскольку собственная магнитная проницаемость ферромагнетиков в сотни и тысячи раз превышает m воздуха (mо и m воздуха отличаются незначительно). В связи с этим, применение магнитных методов эффективно только при исследовании ферромагнитных тел. На практике магнитные методы рекомендуются при контроле материалов с показателем m>40.

Плотность магнитного потока и напряженность магнитного поля между исследуемым объектом и датчиком прибора максимальна на поверхности ферромагнетика. С удалением от поверхности В и Н уменьшаются по экспоненциальному закону: , где - напряженность магнитного поля на расстоянии z от поверхности изделия; - напряженность магнитного поля на поверхности ферромагнетика; k - коэффициент затухания, зависящий от ферромагнитных свойств исследуемого материала и характеристик генерируемого магнитного поля.

Определение данной зависимости и является основой магнитной толщинометрии.

Существующие методы магнитной толщинометрии защитных покрытий следует различать прежде всего по способу регистрации изменения магнитных свойств системы «толщиномер - неферромагнитное покрытие - ферромагнитная подложка».

Наиболее известными методами являются пондеромоторный, магнитостатический и индукционный. Последний способ является наиболее современным и, на сегодняшний день, наиболее распространенным.

1. Первоначально широкое распространение получили толщиномеры пондеромоторного принципа действия, работа которых основана на измерении силы отрыва или притяжения постоянных магнитов и электромагнитов к контролируемому объекту. Измерения производят из расчета того, что сила притяжения магнита пропорциональна квадрату индукции в зазоре между ферромагнитным изделием и намагниченым телом. Индукция, как было показано выше, зависит от напряженности поля намагничивания и от величины зазора между магнитом и ферромагнитным изделием. Основной недостаток приборов пондеромоторного принципа действия - цикличность процесса измерения, связанная с необходимостью установки магнита и измерения силы его отрыва в каждой новой точке измерения.

2. Действие магнитостатических толщиномеров основано на определении изменения напряженности магнитного в цепи электромагнита или постоянного магнита при изменении расстояния между ним и ферромагнитным изделием из-за наличия немагнитного покрытия. Информация о толщине покрытия фиксируется магниточувствительными элементами, расположенных либо между полюсами магнита (в магнитной нейтрали), либо около одного из его полюсов. Датчики магнитостатических толщиномеров имеют, таким образом, магнитную основу, что позволяет в процессе проведения измерений «примагничивать» их к поверхности исследуемых деталей. В качестве магниточувствительных элементов могут использоваться такие устройства как рамки с током, магнитные стрелки, феррозонды, датчики Холла и другие.

Схема действия магнитостатических толщиномеров:

а - с П-образным электромагнитом; б - со стержневым постоянным магнитом;

1 - электромагнит; 2 - ферромагнитная деталь; 3 - немагнитное покрытие; 4 - преобразователь Холла; 5 -измерительный прибор; 6 - постоянный магнит.

3. При использовании индукционных толщиномеров магнитный поток создается с помощью встроенной в датчик-преобразователь катушки индуктивности. Как и в случае магнитостатических толщиномеров сигналом отклика служит изменение магнитной проницаемости магнитной цепи, состоящей из ферромагнитной основы (деталь), преобразователя прибора и немагнитного зазора между ними. Преобразователь прибора фиксирует изменение магнитной индукции, обусловленной изменением магнитной проводимости среды, и преобразует его посредством индикаторных катушек индуктивности в электрический сигнал.

Билет №7

1. Физические основы и методы ультразвуковой дефектоскопии.

Ультразвуковой контроль (УЗК) относится к акустическому виду неразрушающего контроля, основанному на анализе результатов взаимодействия звуковых волн с объектом контроля (ОК) => УЗК относится к методам активного контроля (подразумевает воздействие на ОК и последующий анализ изменения первичного воздействия для характеристики дефектов).

Все многообразие акустических методов неразрушающего контроля основано на взаимодействии упругих сред (жидких, твердых и газообразных) с акустическими колебаниями и волнами. Они отличаются способами возбуждения колебаний и их регистрацией.

Из числа акустических методов чаще всего применяют ультразвуковую дефектоскопию (УЗД), ультразвуковую толщинометрию (УЗТ) и акустико-эмиссионный неразрушающий контроль. На УЗД в мировой практике приходится в настоящее время 60 % всего объема неразрушающего контроля.

Акустические колебания и волны

Акустические колебания представляют собой механические колебания частиц упругой среды. Процессы распространения этих колебаний в среде называют акустическими волнами. Линию, указывающую направление распространения волны, называют лучом, а границу раздела колеблющихся частиц от неколеблющихся - фронтом волны.

Акустические колебания характеризуются частотой, интенсивностью и видом. Виды колебаний в основном определяются свойствами упругой среды и способом их создания. В жидкостях и газах, обладающих упругостью объема, акустические колебания распространяются с одинаковой скоростью во всех направлениях. В твердых телах, характеризуемых помимо упругости объема еще и упругостью формы (сдвиговой упругостью) и неодинаковостью деформаций растяжение-сжатие по различным направлениям (для анизотропных тел), закономерности распространения акустических волн значительно сложнее.

Колебания с частотой до 16...20 Гц называют инфразвуковыми. Колебания с частотой от 16...20 до (15...20)10³ Гц составляют диапазон слышимости, воспринимаемый человеческим ухом. При увеличении частоты колебаний звука более 20 кГц он переходит в ультразвук; при этом способность его распространения меняется: в воздухе способность распространения уменьшается, в твердых и жидких средах - увеличивается. При неразрушающем контроле металлических материалов используются частоты ультразвукового диапазона 0,5...25 МГц (500…25000 кГц).

Распространение акустической ультразвуковой волны в материале происходит с определенной постоянной скоростью С, определяемой свойствами среды. Распространение волны сопровождается образованием в материале зон, в которых частицы находятся в одинаковом колебательном состоянии (фазе). Минимальное расстояние между такими зонами называют длиной волны . Величина связана со скоростью распространения С и частотой колебаний f выражением

.

Изменить длину ультразвуковой волны в конкретном материале можно только путем изменения частоты f возбуждаемых колебаний.

Направление колебаний частицы в твердых телах может быть различным по отношению к направлению распространения волны. По характеру смещения частиц и распространению колебаний волны бывают нескольких типов.

Характер деформации твердых тел при распространении в них упругих волн некоторых типов (величины деформации тела очень малы и измеряются долями процента от длины волны):

а - продольные (растяжение-сжатие);

б - поперечные (сдвиговые).

Продольными называют волны, когда частицы упругой среды колеблются в направлении распространения волны, подвергаясь при этом поочередно деформациям растяжения-сжатия.

Скорость продольной волны определяют по формуле

, где Е - модуль упругости; - коэффициент Пуассона; - плотность среды.

Если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения, испытывая деформации сдвига, такие волны называют поперечными или сдвиговыми. Поперечные волны могут возникать только в твердых средах, обладающих сдвиговой упругостью. Скорость поперечной волны

.

Среда распространения	Тип (название) волны	Характеристика волны	Скорость распространения
Жидкость или газ	Продольные (растяжения-сжатия)	Периодические расширения и сжатия среды	С
Безграничное твердое тело (сталь)	Продольные (расширения-сжатия, безвихревые)	Частицы колеблются в направлении распространения волны
Поперечные (сдвига, эквиволюминальные)	Частицы колеблются в плоскости, перпендикулярной направ