ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ультразвуковой структурный анализ материалов и изделий из "Неразрушающий контроль в химическом и нефтяном машиностроении" Для контроля структуры материалов в большинстве случаев используют влияние структуры и фазового состава на затухание илн скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлах и сплавах. Предпосылкой возможности ультразвукового структурного анализа металлов явились теоретические и экспериментальные исследования процессов поглощения и рассеяния ультразвука в поликристаллических материалах, проведенные отечественными и зарубежными учеными [68, 70, 81, 148 и др. . Установленные закономерности влияния структуры и химического состава на затухание ультразвуковых колебаний в металлах и сплавах позволили разработать методики производственного контроля и создать специальную аппаратуру. Опыт показывает, что для изучения особенностей структуры металла по затуханию УЗК не всегда необходимо определять коэффициент затухания по известной методике, рассмотренной в начале настоящей главы. Например, для оценки общей неоднородности структуры сварного шва достаточно проследить характер изменения амплитуды сигнала по длине шва на некоторой заданной частоте ультразвуковых колебаний без вычисления коэффициента затухания (рис. 40). [c.67] В пятидесятые годы в НИИхиммаше был разработан относительный метод ультразвукового структурного анализа, который значительно упростил контроль структуры металлов и изделий, повысил его надежность и производительность [114, 122—124]. В тот же период был создан первый широкодиапазонный ультразвуковой структурный анализатор с диапазоном частот от 0,7 до 11,2 МГц [111 ]. [c.68] Основная особенность относительного метода заключается в том, что для определения качества изделия его акустические характеристики сравнивают с характеристиками эталонного образца, форма и размеры которого соответствуют контролируемому изделию. Контроль осуществляют не на одной, а на нескольких частотах, при этом для количественной оценки структурного состояния металла принимают отношения амплитуд сигналов при прозвучивании на разных частотах. При массовом контроле деталей, когда необходимо лишь определить соответствие структуры металла действующим техническим условиям, достаточно вести разбраковку на двух частотах. Эти частоты выбирают путем предварительного исследования частотной зависимости затухания ультразвуковых колебаний в металле изделий. Их выбирают так, чтобы отношение сравниваемых амплитуд сигналов, генерируемых одним пьезоэлементом искательной головки, при допустимом отклонении структуры испытуемого изделия от эталонного образца было бы больше нуля, а при недопустимом отклонении равно нулю или наоборот [123]. Дальнейшие исследования показали возможность контроля относительным методом величины и формы графитных включений в серых и высокопрочных чугунах ПО, 116, 123], величины зерна в стали [110, 123], глубины межкристаллитной коррозии [107, 118], неоднородности сварных швов нержавеющих сталей [50, 109, 117, 119] и пр. не только в лабораторных, но и в производственных условиях. [c.68] Относительный метод ультразвукового структурного анализа получил широкое применение в заводской практике и внесен в ГОСТ 5639—65 Сталь. Методы выявления и определения величины зерна и ГОСТ 6032—75 Сталь. Методы испытания на межкристаллитную коррозию аустенитных, аустенитно-феррит-ных и аустенитно-мартенситных коррозионно-стойких сталей . Ультразвуковой структурный анализ некоторых материалов, например серых и высокопрочных чугунов, можно проводить и путем измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний. [c.68] Первый подобный прибор, названный ультразвуковым широкодиапазонным структурным анализатором, был разработан НИИхиммашем в 1958 г. [111 ]. Широкий диапазон частот ультразвука в новом приборе (от 0,7 до 11,2 МГц) позволил значительно увеличить возможности ультразвукового структурного анализа металлов. Исследования опытного образца прибора показали, в частности, возможность контроля величины зерна в стали, величины и формы графитных включений в чугунах, глубины межкристаллитной коррозии и пр. не только на образцах, но и в изделиях непосредственно в цеховых условиях с достаточной для практики точностью [110, 123]. [c.69] Новый прибор отличался от применявшихся в тот период ультразвуковых дефектоскопов не только тем, что имел широкий диапазон частот, но и возможностью работы с одним искателем на нескольких частотах, что практически исключало влияние на результаты контроля качества акустического контакта при использовании относительного метода структурного анализа. Дальнейшее совершенствование этого прибора привело к созданию ультразвукового структурного анализатора УСАД-61, на базе которого ВНИИН Ком совместно с НИИхиммашем был разработан первый промышленный образец прибора ДСК-1 [91] с рабочей частотой УЗК 0,65 1,25 2,5 5 и 10 МГц. [c.69] Синхронизатор вырабатывает импульсы, которые используются для одновременного запуска генератора радиоимпульсов и генератора развертки. Короткие импульсы генератора радиоимпульсов подаются на излучающую искательную головку, где ее пьезоэлементом преобразуются в упругие механические колебания, которые через акустический контакт вводятся в испытуемое изделие 8. Отраженные от дна изделия упругие колебания воздействуют на пьезоэлемент приемной искательной головки и преобразуются в высокочастотные электрические импульсы, поступающие на вход усилителя. Усиленные и продетектированные импульсы подаются на вертикально-отклоняющие пластины осциллографи-ческого индикатора для визуального наблюдения. На горизон-тально-отклоняющие пластины осциллографического индикатора поступает пилообразное напряжение, вырабатываемое генератором развертки. В схему усилителя входит ступенчатый делитель напряжения, позволяющий измерять амплитуды сигналов. [c.70] Для возможности работы одной парой искательных головок 3 и на двух или более рабочих частотах, из которых одна обычно совпадает с резонансной частотой пьезопластин искательных головок, а другие являются субгармониками резонансной частоты, генератор радиоимпульсов должен вырабатывать импульсы определенной длительности, а частота заполнения импульса должна включать как можно меньше гармонических составляющих. [c.70] С этой целью генератор радиоимпульсов, электрическая схема которого показана на рис. 41, б, собран на лампе 9 по трехточечной схеме с набором катушек индуктивностей обратной связи, а для исключения влияния разброса параметров испытательной головки на работу генератора отделен от нее усилительным каскадом на лампе 10. Выбор требуемых частот производят переключением катушек И—15 и 16—20 в генераторе радиоимпульсов. Импульсный режим работы лампы 9 обеспечивается лампой 21, работающей в режиме электронного ключа, для чего на управляющую сетку лампы 21 подаются видеоимпульсы заданной длительности. [c.70] Прибор ДСК-1 рассчитан как на применение относительного метода структурного анализа металлов, так и на возможность измерения абсолютных значений затухания и скорости распространения колебаний. Прибор укомплектован искателями различного типа с пьезоэлементами из кварца Х-среза прямыми (нормальными), прямыми раздельно-совмещенными, наклонными и наклонными раздельно-совмещенными. Искатели позволяют возбуждать в контролируемых изделиях продольные, поперечные, поверхностные волны и волны Лэмба в диапазоне частот от 0,65 до 10 МГц. Прибор одноблочный, питается от сети переменного тока, основные размеры 540x360x235 мм, масса около 23 кг. [c.71] Указанные выше особенности позволили запатентовать прибор в Англии, ФРГ, Бельгии, Франции и других странах. В нашей стране он применяется на заводах химического машиностроения, трубных, котельных, судостроительных и др. На ряде заводов прибор ДСК-1 применяется в механизированных установках. Так, на Первоуральском новотрубном и Никопольском Южнотрубном металлургическом заводе имени 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции его используют в механизированных установках для контроля труб. [c.71] ВНИИНКом в содружестве с НИИхиммашем создан ультразвуковой структурный анализатор УС-12И (рис. 43) для контроля структуры серых, высокопрочных чугунов и крупнозернистых материалов. Прибор работает в диапазоне частот от 0,25 до 5 МГц. Обеспечение необходимой точности и оперативности измерений коэффициента затухания достигается применением электронной схемы измерения логарифма отношения амплитуд двух импульсов и схемы автоматического деления этого отношения на толщину изделия. Измерение скорости УЗК осуществляется путем счета числа импульсов УЗК, многократно отраженных от плоскопараллельных граней изделия, вмещающихся в интервал времени, пропорциональный толщине изделия. Результат измерения индицируется на цифровом индикаторе. В приборе реализован разработанный НИИхиммашем относительный двухчастотный метод ультразвукового структурного анализа. Структурный анализатор выполнен на полупроводниковых приборах и микросхемах. [c.74] НИИхиммашем совместно с ВНИИНКом разработан специализированный ультразвуковой прибор для контроля прочности соединения слоев биметалл — Биметалл-3 [75]. Частоту радиоимпульсов на выходе генератора прибора можно плавно изменять в диапазоне от 2,5 до 15 МГц. Структуру граничной зоны ряда биметаллов контролируют продольными волнами по амплитуде донного сигнала на частотах 2,5, 5 и 10 МГц. Для контроля биметаллов, полученных способом взрыва, может быть применен другой метод, основанный на измерении характеристик ультразвукового поля, рассеянного на волнообразной границе слоев. [c.74] При контроле биметаллических изделий прибором Биметалл-3 оценку качества производят путем сравнения диаграммы направленности поля (количество рассеянных спектров и ширины диаграммы) в изделии и эталонном образце. Прибор укомплектован самописцем типа Н-327. Величина отклонения пера самописца пропорциональна амплитуде эхо-сигнала на экране электронно-лучевой трубки. Диаграмма рассеянного поля автоматически фиксируется на бумаге самописца. Основные размеры прибора 400x250x450 мм, масса 25 кг. [c.74] Принципиальная возможность контроля величины зерна в этой стали относительным методом была установлена в работах [110, 122]. В процессе исследований важно было получить набор образцов с различной величиной зерна. Для этого предварительно исследовали влияние термообработки на величину зерна в стали 12Х18Н10Т. Полученные данные позволили выбрать оптимальные режимы термообработки и создать эталонные образцы со средней величиной зерна от 17 до 600 мкм (рис. 44). [c.75] Вернуться к основной статье