Фокусирование звуковых и ультрозвуковых волн - Каневский И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
11.2.1.2. Дефектоскопия сфокусированными ультразвуковыми волнами [133]. Для определения возможностей дефектоскопии с использованием фокусирующих систем были проведены эксперименты по обнаружению эталонных и реальных дефектов эхо-импульсным методом в иммерсионном варианте. С целью исследования зависимостей амплитуд принятых эхо-сигналов от размеров дефектов был изготовлен эталон из плексигласа с цилиндрическими отверстиями различного диаметра. При дефектоскопии иммерсионным методом существенную роль может играть отношение амплитуды эхо-сигнала от дефекта Лд к амплитуде эхо-сигнала от передней границы изделия An. Поэтому в качестве основной характеристики преобразователя было принято это отношение: AjAn.
S И.2]
ультразвуковой контроль
317
На рис. 11.2,6 показаны зависимости AJAn (в децибелах) от отношения диаметра дефекта к длине волны d/X для плоского (кривая I)9 плоского с плексигласовой линзой (кривая 2) и фокусирующих излучателей с сот = 30° (кривая 3) и o)w = 40° (кривая 4). Во всех случаях глубина залегания дефектов была неизменной и равнялась 15 мм; изменялись только величины d и X. Как видно из кривых, отношение AJAn для фокусирующих систем на 15—30 дБ выше, чем для плоского излучателя, причем в случае фокусирующих систем амплитуда импульса отраженного от дефекта выше, чем амплитуда импульса отраженного от передней грани, а для плоского излучателя — наоборот.
Для выявления зависимости чувствительности контроля с помощью фокусирующих систем от глубины залегания дефекта H был использован эталон № 1 из комплекта дефектоскопа ДУК-66П с цилиндрическими дефектами диаметром 1,5 мм, расположенными »на различной глубине — от 15 до 50 мм через 5 мм. На рис. 11.2,6 кривыми 5—9 показаны зависимости ослабления амплитуды Лд эхо-сигналов от глубины залегания дефектов Н. Это ослабление берется по сравнению с амплитудой эхо-сигнала Ao от дефекта, залегающего на глубине 15 мм: AJA^9 дб. Кривая 5 соответствует фокусирующему излучателю с углом раскрытия ©т = 40° и частотой V = 1 МГц, кривая 6 — с ©т = 30° и v = 2,5 МГц, кривая 7 — плоскому излучателю с v = 2,5 МГц, кривая 8 — плоскому излучателю с v= 1,25 МГц, с линзой из плексигласа и кривая 9 — плоскому излучателю с v = = 1,25 МГц. Как видно из кривых, ослабление амплитуды эхо-сигнала становится более значительным с увеличением глубины залегания дефекта и резко возрастает с возрастанием угла раскрытия фокусирующего преобразователя. Это объясняется тем, что при увеличении угла раскрытия фокус приближается к передней границе изделия, и ослабление увеличивается за счет расхождения лучей за фокусом. Анализ кривых рис. 11.2 показывает, что для контроля целесообразно выбирать излучатели и линзовые системы с небольшими углами раскрытия ©т.» 20-7-30°.
Для проверки полученных результатов «на практике были проведены эксперименты по выявлению дефектов
318
ПРИМЕНЕНИЯ ФОКУСИРОВАНИЯ
[ГЛ. Ii
в реальных образцах. На рис. 11.3 показаны осциллограммы эхо-импульсов на экране дефектоскопа при иммерсионном контроле кованых заготовок из ниобия с помощью плоского (а) и фокусирующего (б) преобразователей. Применение фокусировки позволило надежно разделить эхо-импульсы от передней границы заготовки, от дефекта и от задней границы (первый, второй и третий импульсы на рис. 11.3,6), что с помощью плоского излучателя сделать очень трудно, поскольку на экране дефектоскопа видна серия близко расположенных друг к другу импульсов (рис. 11.3, а).
11.2.2. Установка для дефектоскопии ленты при помощи сфокусированных волн. На рис. 11.4 изображена схема установки. Лента 9 непрерывно перемещается между валиками 5 в ванне 6, заполненной жидкостью (водой или каким-либо маслом) до уровня 10. Чтобы жидкость не выливалась, на ванне установлены фетровые уплотнения 8. Уровень жидкости 10 поддерживается по-Рис из стоянным при помощи блока пе-
рекачки /, представляющего насос с электромотором, перекачивающий жидкость из поддона 3 в ванну 6. Избыток жидкости сливается в поддон 3 через переливной патрубок 7, установленный на уровне жидкости 10. Лента 9 при движении непрерывно контролируется при помощи ультразвуковых преобразовательных элементов 2 и 49 первый из которых является излучающим, а второй — приемным. Ход лучей в преобразовательных элементах показан схематично на рис. 11.5: 1 — плоский излучатель, 2 — плоско-вогнутая линза, 3 — стальная пластина, 4 — двояковогнутая линза, 5 — секционированный пьезокерамический приемник.
Рассмотрим теперь прохождение сходящейся волны через пластинку. На рис. 11.6 представлена (полученная
Рис. 11.6.
320
применения фокусирования
ігл. 11
теневым методом) фотография волны плоского излучателя с частотой 1 МГц (на фото — слева), падающей на плоско-круговую цилиндрическую линзу из плексигласа (R = 3 см, N = 0,24, /п « 5,4 см). На фото а — поле излучателя и линзы, на фото б — в фокус помещена сталгаая пластина толщиной 3 мм, препятствующая распространению волны, на фото Ь — пластина расположена под углом максимальной прозрачности [20], и волна проходит через пластину после преломления. Этот эксперимент показал, что применение фокусирующих систем при теневом методе контроля позволяет увеличить чувствительность контроля и разрешающую способность, поскольку можно на малой площади сконцентрировать большую энергию, чего невозможно достичь при использовании плоских преобразователей.
