ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обнаружение дефектов в стальных деталях с помощью ультразвуковых колебаний из "Ультразвук " Уже давно применение звуковых волн считается простейшим методом выявления пороков в стали. Наиболее общеизвестным примером является обстукивание железнодорожных колес легким молотком. (Звенящий звук плотной массы стали становится глухим при наличии трещины.) Этот грубый метод пригоден только для обнаружения крупных трещин, так как длина звуковых волн велика по сравнению с большинством дефектов, встречающихся на практике, и волны проходят, огибая дефекты. Был сделан ряд попыток повысить чувствительность этого метода, в частности, путем применения стетоскопа, но без особого успеха. [c.249] Таким образом, подобные акустические методы испытаний не имеют большого значения, однако совершенно новые эффекты можно получить, если уменьшить длину волны настолько, чтобы она стала соизмеримой с размерами дефектов. Такие короткие волны уже неслышимы, ввиду чего их называют ультразвуковыми . Длина этих волн, получаемых современными методами, составляет (в воздухе) от 1,6 сж до 1 10 см, в то время как для среднего до рояля длина волны равна 1300 см. [c.249] Обычно применяемые длины волн лежат в этйх пределах. Существуют два основных метода получения ультразвуковых колебаний магнитострикционный и пьезоэлектрический. Эти методы основаны на том, что при наложении переменного электрического или магнитного поля происходит попеременное расшире-1ше и сжатие излучателя. Излучатель, применяемый в магнито-стрикционном методе, изготовляют из никеля или никелевого сплава, а в пьезоэлектрическом — из кварца или, реже, из турмалина. Возбуждающее напряжение, частота которого обычно равна собственной частоте излучателя, подается от лампового генератора. Для получения высоких частот вместо основной частоты используется одна из гармоник. [c.249] Применение ультразвуковых волн для обнаружения дефектов в металлах впервые предложено Соколовым [1] в 1929 г. Германский патент по тому же вопросу относится к 1931 г. [2]. Более детально метод был разработан Соколовым в 1935 г. [3]. [c.249] Соколов применил этот метод для испытания стали толщиной до 1 м. [c.250] Излучатель, состоящий из нескольких пластипок кварца, помещали между двумя горизонтальными плоскими стальными пластинами, верхняя из которых соприкасалась с поверхностью исследуемого стального образца или, если последний не был вполне плоским, с промежуточным слоем (ртуть). Обе стальные пластины присоединяли к соответствующим полюсам электрической цепи. На верхнюю часть исследуемого образца ставили небольшой плоскодонный сосуд с жидкостью. Параллельный пучок световых лучей, отраженный от поверхности жидкости, дает характерную интерференционную картину, которую можно спроектировать на экран. Очевидно, что такой метод надо признать довольно грубым. [c.250] Значительным усовершенствованием явился метод получения видимого изображения дефекта, предложенный Польманом [4]. При использовании этого метода образец располагали вертикально и через него пропускали горизонтальный пучок ультразвуковых лучей, идущих далее в сосуд, где была помещена суспензия мелких хлопьев алюминиевой фольги в ксилоле. Эти хлопья располагались перпендикулярно к направлению распространения ультразвука. Внутренний дефект в металле заслонял лучи и вызывал появление темного пятна в освещенной боковым светом сверкающей алюминиевой суспензии. [c.250] Подобный прибор применялся также для изучения качества соединений в мостовых фермах (контакт осуществлялся через воду) и для выявления расслоений в прокатанных стальных листах [5]. [c.250] Много работ в этом направлении было проведено в России [6]. В одном случае для индикации приема волн при толщине образцов 8—10 см служил телефонный приемник, а при толщине до 30 см — ламповый вольтметр. Применялись частоты до 10 мггц при мощности всего 20—50 вт. Прибор применялся для выявления трещин в алюминиевых лопастях винтов и в головках рельсов. Оказалось возможным фотографически регистрировать показания прибора. [c.250] Опыты по изучению волосовин показали, что теневым методом выявить волосовины нельзя, хотя грубые нарушения, как, например, надрезы пилой, обнаруживались. Только в 1942 г. Спроул применил принцип отражения звука и предложил прибор, описанный в настоящей статье. Мощность, потребляемая при этом, значительно меньше, чем при методе Польмана [4]. [c.250] Рефлектоскоп [8], предназначенный для контроля полых лопастей винтов, измеряет не интервал между посылкой сигнала и приемом, а частоту при резонансе. [c.251] В некоторых из описанных выше методов применяют ультразвуковые линзы, представляющие собой наполненные жидкостью медные сосуды, имеющие форму чечевицы. При этом в материале линзы имеет место значительное поглощение с этой точки зрения синтетические смолы следует предпочесть меди [9]. Проведенные опыты показали, что литий, погруженный в парафин, передает 95,9% энергии ультразвукового луча. Вместо линз применялись также сферические зеркала. [c.251] На первой стадии работ развивались также методы, связанные с измерением затухания колебаний образца. В большинстве случаев методы измерения затухания давали неудовлетворительные результаты, так как очень больщое поглощение энергии в зажимах образца часто превышало поглощение, подлежащее измерению. [c.251] Установлено, что при сравнении двух образцов, совершенно идентичных по составу и термической обработке, но при наличии в одном из них внутренних трещин, затухание в образце с трещинами будет сильнее, чем в образце без трещин. Описываемый метод чрезвычайно чувствителен к различию в термической обработке, и это обстоятельство можно использовать для исследований. На затухание сильно влияет также состояние поверхности, поскольку максимальные скручивающие напряжения возникают у поверхности. Поэтому необходимо принять меры для удаления окалины и получения гладкой поверхности. [c.252] При соблюдении указанных условий метод дает вполне воспроизводимые результаты. Разница в затухании между закаленной и отпущенной сталью с 0,6% углерода легко измерима, и при повторении цикла термической обработки получаются одни и те же значения. [c.252] Метод крутильных колебаний имеет преимущества перед другими методами, связанными с приложением динамической нагрузки, поскольку результаты, полученные этим методом, в очень широких пределах не зависят от изменения частоты, а также потому, что он может быть применен в случае таких нагрузок, которые нельзя было применять в прежних методах из-за возникновения пластической деформации. [c.252] Метод Фроммера позволяет производить все измерения в области упругой деформации. Хотя этот метод не может, повидимому, иметь широкого применения для обнаружения внутренних дефектов в стали вследствие своей чувствительности к изменениям структуры, но он может дать ценные результаты при исследовании изменений, вызванных термической обработкой. Метод Фроммера уже успешно применялся к изучению легких сплавов, структура которых меньше зависит от термической обработки, чем структура стали, вследствие чего внутренние дефекты в них выявляются с полной определенностью. [c.252] Естественно напрашивается аналогия с рентгеновскими лучами, которая, повидимому, и была руководящей идеей во многих опубликованных работах. Для обнаружения тени или эхо был построен ряд различных приборов, использующих незатухающее ультразвуковое излучение. Однако аналогия с рентгеновскими лучами во многом неверна, и этим объясняются неудовлетворительные результаты, полученные при применении вышеупомянутого принципа. [c.253] В описываемом ниже приборе трудности, связанные с многократными отражениями, преодолеваются путем использования импульсного метода. Посылаемый цуг волн значительно короче, чем расстояние между границами исследуемой среды. Переданные и отраженные импульсы регистрируются с помощью электроннолучевой трубки, причем поскольку они между собой не интерферируют, становится возможным обнаружить очень слабое эхо даже в том случае, когда оно сопровождается отражениями в сотни и тысячи раз большей силы. [c.254] Вернуться к основной статье