Главная > Ультразвуковой и вихретоковый контроль > Дефектоскопы ультразвуковые

Дефектоскопы ультразвуковые

Ультразвуковой дефектоскоп – прибор для выявления дефектов внутренней структуры материала

Наличие дефектов во внутренних слоях структуры деталей, узлов, конструкций объектов и агрегатов может привести к преждевременному их разрушению, последствием чего могут быть аварии, техногенные катастрофы и так далее. Для диагностики изделий из металлов, неметаллов используют ультразвуковой дефектоскоп. Цена приборов из каталога АналитПромПрибор, например, ультразвукового дефектоскопа уд2в п46 существенно ниже, чем у конкурентов, так как мы работаем с производителями напрямую.

Выявляемые дефекты

На рынке оборудования для неразрушающего контроля представлено большое количество приборов, отличающихся по стоимости, техническим характеристикам, принципу, положенному в основу работы. Большим спросом у потребителей пользуется ультразвуковой дефектоскоп, цена которого соответствует присущим ему качествам, функциональности и быстро окупается. Он находит применение в различных структурах народного хозяйства и позволяет определять наличие и размеры таких дефектов материалов, как:

  1. расслоения материала;
  2. трещины;
  3. пустоты;
  4. зоны коррозии и так далее.

Аналогичные ультразвуковому дефектоскопу функции способны выполнять и другие категории приборов неразрушающего контроля, например, стилоскоп. Цену, технические характеристики и другие особенности можно узнать здесь.

Методы неразрушающего контроля. Дефектоскоп

В изделиях из металла сплавов, пластмасс, в сварных швах достаточно часто могут образовываться различные дефекты: пустоты, включения, трещины и так далее, определить наличие которых очень сложно. Для этого предназначены разнообразные методы неразрушающего контроля, позволяющие проверить качество продукции, ее пригодность к использованию без нарушения целостности.

Физическая сущность методов неразрушающего контроля состоит в определении и исследовании физических характеристик материалов, из которых изготовлены детали, конструкции. Для металлов и различных сплавов это такие свойства как магнитная проницаемость, плотность, упругость, электропроводность и другие. Для этого тестируемые объекты  подвергаются воздействию проникающих излучений электромагнитных и магнитных полей, звуковых и ультразвуковых волн, гамма и рентгеновских лучей и так далее.

Эти методы обладают целым перечнем достоинств, характерных для каждого из них:

  1. высокая скорость прохождения процесса проверки;
  2. достоверность (надежность) получаемого результата;
  3. возможность автоматизации процедуры;
  4. проведение контроля для изделий любой, даже самой сложной формы;
  5. отсутствие необходимости разборки и демонтажа сооружений, машин, агрегатов;
  6. относительная дешевизна как устройств, применяемых для осуществления тестирования, так и самой процедуры.

Для выполнения проверки, обнаружения имеющихся дефектов (нарушение однородности, пустоты, отклонения химического состава, изменение размеров, наличие зон коррозийного поражения) используются специальные устройства – дефектоскопы. Название приборов данной категории образовано из двух слов, взятых из разных языков: defectus по латыни «недостаток» и σκοπέω, древнегреческий -  «наблюдаю».

От того, на использовании какого физического свойства материалов реализована работа прибора, зависят его основные свойства, вид и сорт материала, из которого изготовлено изделие, точность определения места расположения дефекта. Функционально связаны с дефектоскопами и могут применяться вместе с ними для проведения более тщательного исследования такие приборы неразрушающего контроля, как толщино- и твердомеры, течеискатели, структуро-, интро-и стилоскопы.

Методы дефектоскопии

Для создания дефектоскопов используются самые различные физические свойства материалов. Поэтому и количество типов данных приборов весьма обширно:

  1. акустические;
  2. вихретоковые;
  3. магнитно-порошковые;
  4. электроискровые;
  5. феррозондовые;
  6. радиационные;
  7. радиоволновые;
  8. термоэлектрические;
  9. электронно-оптические;
  10. инфракрасные;
  11. капиллярные.

Выбор вида контроля определяется материалом, из которого изготовлено изделие, его размерами, типом возможных изъянов, условий проведения процедуры исследований. К основным характеристикам методов контроля относятся такие показатели, как разрешающая способность, чувствительность, достоверность полученного результата.

Виды акустических методов контроля

Акустический метод основан на регистрации характеристик искусственно сгенерированных упругих колебаний, проходящих сквозь заготовки, изделия. Его использование дает возможность проводить исследования, определение физико-механических свойств деталей без их разрушения при доступности только одной стороны изделия.

Акустический метод, в сою очередь подразделяется на два вида, в зависимости от того, волны какой частоты при этом используются:

  1. звуковой (свободных колебаний, импедансный и так далее);
  2. ультразвуковой (резонансный, эхо-импульсный, велосиметрический, эмиссионный, теневой).

Ультразвуковая дефектоскопия

дефекстокоп усд-60 в АналитпромприборНаибольшее распространение, однако, получил метод ультразвукового контроля, около 32% всего объема проводимых исследований. Среди них, несмотря на высокую автоматизацию труда в настоящее время, ручной контроль применяется наиболее часто, что связано с проведением исследований эксплуатирующихся объектов, таких как атомные станции, транспортные средства, нефте- и газопроводы, трубопроводы различного назначения, сооружения, мосты. Именно поэтому процедура ультразвуковой дефектоскопии не поддается автоматизации.

Исследованиями свойств ультразвука впервые в конце 19 века занялся русский физик П.Н. Лебедев. Затем полученные им сведения расширялись и дополнялись многими другими видными учеными, как в нашей стране, так и за рубежом. В Советском Союзе изучением ультразвуковых волн в 1928-1930 году занимался профессор С.Я. Соколов. Он и изобрел ультразвуковой дефектоскоп.

Ультразвук – это волнообразные упругие колебания частиц среды. Частота этих волн лежит за пределами диапазона доступного для слуха человека. В тоже время он имеет особенности, которые и позволили использовать его в дефектоскопии:

  1. легкость в получении направленного излучения;
  2. легко фокусируется;
  3. может иметь достаточно высокую интенсивность;
  4. распространяется в любых средах (газообразных, жидких, твердых).
  5. Ультразвуковые волны подразделяются на два вида:
  6. продольные – колебательные движения частиц среды происходят параллельно с направлением распространения волны;
  7. поперечные – в этом случае частицы среды движутся перпендикулярно направлению волны.

Способность проникать в глубокие слои вещества, при этом отражаясь и преломляясь на границе двух материалов, имеющих различные показатели проницаемости, и была положена в основу ультразвуковой дефектоскопии.

Получение ультразвуковых волн

Первая проблема, которая возникает при создании ультразвукового прибора – получение волн, обладающих определенными характеристиками. Для этого, разработано несколько различных способов:

  1. механический;
  2. термический;
  3. магнитострикционный;
  4. пьезоэлектрический.

дефектоскоп уд2 70Именно последний метод и является наиболее часто употребляемым. Он основан на наличии у кристаллов некоторых веществ, так называемого, пьезоэлектрического эффекта. К ним относятся кварц, титанат бария, сегнетовая соль. Процесс состоит в следующем: из кристалла вырезается небольшая пластина. Ее противоположные грани подвергаются воздействию разноименного электрического заряда, с частотой свыше 20000 Гц. Изменение знака заряда, приводит к вибрации пластины. Механические колебания, в свою очередь, возбуждают ультразвуковую волну, передающуюся в окружающую среду. То есть происходит преобразование электрических колебаний в механические, а затем в звуковые.

В зависимости от типа  дефектоскопа и области его применения употребляют генераторы, позволяющие передавать пьезоэлектрическим пластинам электроколебания с частотой от нескольких сотен до миллионов Герц.

В тоже время эти пластины могут выполнять не только функции источника ультразвука, но и служить для их приема. Ультразвуковые волны, воздействуя на кристаллическую пластину, создают на ней электрозаряд, который фиксируется специальным приспособлением.

Преобразователи УЗК

Для создания дефектоскопов разработаны три вида пьезоэлектрических преобразователей:

  1. Раздельные.Кристаллическая пластина используется только как источник ультразвука или его приемник.
  2. Совмещенные.Один элемент предназначен и для генерирования и для приема волн.
  3. Раздельно-совмещенные .В одном корпусе располагаются два пьезокристалла. Один работает на излучение, а другой на прием ультразвука. Между собой они разделяются специальным акустическим экраном.

Принцип действия ультразвуковых дефектоскопов

Явление отражения ультразвуковых волн от границы между двумя средами является физической основой УЗ дефектоскопии. Прибор излучает ультразвуковые импульсы, которые пронизывают исследуемое тело, а затем регистрирует отраженные эхо сигналы или волны, прошедшие сквозь тело (если приемное устройство находится в акустической тени создаваемой изъяном). Излучение и прием ультразвуковых волн осуществляется пьезоэлектрическими преобразователями (пьезоэлементами). Источник преобразует электрические колебания в акустические, а приемник выполняет обратное преобразование.

Для проведения контроля ультразвуковые волны необходимо заставить проникнуть внутрь исследуемого объекта, то есть между прибором и изделием необходим акустический контакт. Сделать это можно двумя способами.

  1. Контактный

Поверхность тестируемого тела тщательно зачищается, затем на него наносят тонкий слой глицерина, минерального масла, солидола, геля, обычной воды, специальной магнитной жидкости и так далее.

  1. Иммерсионный

В этом случае исследуемый объект и преобразователи погружаются в жидкую среду. В этом случае непосредственный контакт между прибором  и изделием отсутствует. Проникновение ультразвуковых колебаний внутрь тестируемого объекта происходит посредством передачи через слой жидкости. Чаще всего в качестве иммерсионного вещества берут обычную воду. Если проводятся исследования нефтепровода, то в этой роли выступает перекачиваемый продукт. В газопроводах – искусственно создаваемая жидкостная пробка.

дефектоскоп пеленгТип предполагаемого дефекта определяет направление ввода волн. Он может выполняться перпендикулярно к поверхности тела (по нормали) или под некоторым углом к ней. Внутритрубные дефектоскопы оснащены специальным гибким носителем, в котором и устанавливается преобразователь. Носитель обеспечивает строго заданное расстояние между внутренней поверхностью трубы и излучателем.

Область применения ультразвукового дефектоскопа

До того как был изобретен метод ультразвуковой дефектоскопии основными методами неразрушающего контроля, используемыми для проверки сварных соединений были магнито- и радиография. Железобетонные конструкции контролировались визуально или путем механических испытаний. Однако эти способы были малоэффективны.

дефектоскоп А1214

В тоже время ультразвуковая дефектоскопия может использоваться для проведения исследований практически любых видов сварных соединений, когда толщина основного материала не превышает 4 мм. А для швов, выполненных с помощью электрошлаковой сварки, соединений арматуры железобетонных изделий, толщина может быть и больше.

Область использования дефектоскопов достаточно велика. Они находят применение в транспорте, машиностроении, химической, нефтяной, газовой промышленности, строительстве, энергетике. В научно-исследовательских лабораториях с их помощью исследуют молекулярные свойства различных материалов, твердых тел. Ультразвуковой дефектоскоп, цена которого относительно не велика в сравнении с другими приборами контроля, используется при контроле паяных, сварных, клеевых соединений и швов, при проведении обслуживания различных агрегатов.

Существуют приборы, которые способны определять дефекты изделий, во время их движения, например, заготовки, трубы находящиеся на прокатном стане. Разработаны и установки, движущиеся относительно неподвижного изделия с высокой скоростью. Они находят свое применение в железнодорожном транспорте, это дефектоскопы рельсовые, тележки, вагоны. Специальные виды устройств предназначены для обследования деталей, имеющих высокую температуру.

Методы ультразвукового контроля

Основным признаком, по которому классифицируются УЗ дефектоскопы, является метод, используемый для выявления имеющихся изъянов.

дефектоскоп усд-50

 Эхо–импульсный

Это способ зондирования имеет наибольшее распространение, его еще называют методом эхо-локации. В его основе лежит измерение промежутка времени между моментами отправления исходящего импульса и приема эхоимпульса, который был отражен имеющейся несплошностью. Величина этого интервала пропорциональна расстоянию до изъяна. По амплитуде полученного сигнала можно вычислить размер дефекта.

Среди преимуществ данного метода:

  1. односторонний доступ к объекту исследования;
  2. достаточно высокая точность определения места нахождения изъяна;
  3. чувствительность прибора.

Однако он обладает и рядом недостатков:

  1. реагирует на наличие поверхностных отражателей;
  2. обладает низкой помехоустойчивостью;
  3. амплитуда отраженного сигнала изменяется в зависимости от направленности дефекта;
  4. на бездефектных участках эхо-сигнал полностью отсутствует, что не позволяет контролировать наличие акустического контакта при передвижении прибора по поверхности тестируемого изделия.

Дефектоскоп, созданный с использованием подобного способа контроля регистрирует все сигналы. Поэтому при наличии у объекта плоскопараллельных поверхностей (например, рельсы), может восприниматься сигнал, не только от имеющегося недостатка, но и от противоположной стороны изделия. Если же несплошность  обладает достаточно большими размерами, то пучок ультразвуковых волн перекрывается и сигнал, возникающий вследствие отражения от противоположной стороной, будет отсутствовать.

Кроме того, приборы, созданные на использовании данного метода, могут отличаться по способу зондирования.

  1. Прямой луч

В этом случае количество помех будет минимальным, поэтому он встречается наиболее часто. В тоже время, верхняя часть объекта (3-6 мм) оказывается, в так называемой, «мертвой зоне». Для ее проверки придется дополнительно пользоваться прибором, имеющим угол вхождения луча в пределах 58°-70°.

  1. Прямой и однократно отраженный луч

Среди плюсов этого способа – отсутствие «мертвой зоны». Однако расшифровка получаемых эхо-сигналов достаточно сложна.

  1. Многократно отраженный луч
  2. По слоям

Фиксируются только те сигналы, которые достигли предварительно заданной глубины (точки прозвучивания). Применяется для конструкций, с толщиной свыше 50 мм. Имеет высокую устойчивость к помехам.

Зеркальный

Распространяясь внутри среды и попадая на какую-либо поверхность, волна может отразиться от нее двумя способами, в зависимости от свойств отражающей поверхности. Если она имеет неровности, величина которых соизмерима с длиной падающей ультразвуковой волны, то при отражении эхо-импульсы будут иметь различные углы отражения, не равные углу падения. Это диффузная поверхность.

Если же размеры неровностей значительно меньше длины падающей волны, то углы падения и отражения будут одинаковы. В этом случае мы имеем дело с поверхностью, называемой зеркальной. Вот на этом механизме отражения и основан зеркальный способ контроля.

Для его реализации используется прибор, снабженный двумя преобразователями. Они размещаются на поверхности исследуемого объекта на некотором расстоянии друг от друга. Один преобразователь работает в режиме излучения. Второй предназначен для приема отраженного сигнала.

Размещая преобразователи на поверхности зондируемого тела (изделия, детали) ориентируются на наилучшее сканирование области возможного нахождения изъяна. Если преобразователи находятся на прямой линии,  расположенной параллельно направлению их движения, то такую схему называют «тандем». Если же линия, соединяющая преобразователи перпендикулярна направлению перемещения, то схему именуют «дуэт».

Чаще всего зеркальный способ используется как дополнение к эхо-импульсному, позволяя тем самым более эффективно определять наличие поперечных вертикальных трещин. Основным его недостатком является необходимость в изменении расстояния между преобразователями.

Теневой

дефектоскоп epochЕго еще называют амплитудным, поскольку в этом случае измеряется амплитуда волны, прошедшей через деталь. На анализе уменьшение данной характеристики и принимается решение о наличии дефекта. В этом случае используется два преобразователя: излучатель и приемник. Они располагаются с двух сторон исследуемого объекта на одной оси. Если дефект отсутствует, то уровень сигнала остается постоянным, при наличии в изделии недостатка амплитуда сигнала ослабевает, либо он совсем пропадает. Индикатор дефектоскопа регистрирует изменение и отмечает наличие несплошности. По величине изменения сигнала судят о размерах имеющегося порока.

Этот метод обладает высокой помехоустойчивостью, однако имеет и свои недостатки. Основной из них это требование доступности двух противоположных сторон проверяемого объекта. Отмечая наличие дефекта, прибор не регистрирует его координаты.

Дельта-метод

Использование этого способа основано на свойстве дифракции волн, попадающих на дефект. Излучатель посылает поперечную волну. Часть ее зеркально отражается от имеющейся несплошности как поперечная волна. Остальная часть вол трансформируется в продольные или поперечные волны. Дефрагированная продольная волна попадает на приемник, находящийся на поверхности объекта над дефектом. Ее регистрация и является признаком наличия изъяна. Наибольшая интенсивность дифракции отмечается на краях несплошности. Причем чувствительность метода не связана с направлением дефекта.

Резонансный

Приборы,  основанные на резонансном методе, ведут наблюдение за изменениями режимов излучающего пьезопреобразователя, которые вызываются изменением нагрузки в момент совпадения резонанса и образования стоячей волны. Это приводит к изменению работы генератора, что и отмечается специальным индикатором.

Данный способ наиболее востребован при необходимости контроля изделий небольшой толщины, изготовленных из керамики, металла, стекла и фарфора. Он позволяет определить зоны коррозии, непроклея и непропоя листовых соединений, зоны расслоения в биметаллах, тонких листах. Кроме того, он позволяет определить уровень жидкости, заключенной в закрытом сосуде.

При этом исследование проводится при доступности одной стороны изделия, а погрешность метода составляет менее 1%.

Общее устройство

дефектоскоп А1212Современный дефектоскоп представляет собой небольшой, портативный прибор, оснащенный микропроцессором. Ультразвуковой дефектоскоп можно купить для работы в полевых условиях, в цеху, мастерской. Они генерируют, излучают и воспринимают ультразвуковые волны, а наличие специального программного обеспечения позволяет сравнивать результаты с данными тестовых испытаний и классифицировать имеющиеся в изделии дефекты.

Прибор состоит из следующих деталей:

  1. генератор ультразвука - излучатель;
  2. приемник;
  3. программное обеспечение для обработки полученных данных;
  4. дисплей;
  5. модуль регистрации данных.

Ранее использовавшиеся аналоговые приборы, постепенно уступают место более современным, использующим цифровой сигнал, что обеспечивают точность показаний и стабильность работы.

Генератор и приемник представляют собой внешнюю интерфейсную часть устройства. Они  предназначены для генерирования сигнала, передачи на излучатель, приема, усиления и фильтрации отраженных волн. Для более качественной работы аппарата требуется его предварительная настройка, состоящая в регулировке амплитуды, формы и демпфирования волны, коэффициента усиления приемного устройства и ширины спектра.

Дефектоскопы последнего поколения рассчитаны на прием волны в цифровом виде, могут производить различные измерения, а для обработки полученных данных имеют разнообразные аналитические функции. Оснащенность часами, таймером позволяет проводить синхронизацию импульсов генератора, точно определять дистанцию. Для обработки сигналов также могут использоваться два способа:

  1. прибор имеет градуированную шкалу на которой отображается величина отношения амплитуды и к промежутку времени, затраченному на прохождение волны;
  2. для обработки получаемых сигналов используется целый комплекс сложных алгоритмов, состоящий из вычисления тригонометрических углов, функций корректирующих зависимость расстояния от амплитуды.

Прибор непременно имеет дисплей. Ранее монитор имел электронно-лучевую трубку. В настоящее время используются жидкокристаллические и электролюминесцентные. Дисплей настраивают на отображение расстояния или глубины. Он может быть черно-белым или цветным. Цветной дает преимущество в более наглядной интерпретации показаний.

Современные приборы имеют встроенный модуль памяти. Его основное назначение – запись полной формы ультразвуковой волны, настроек, использованных при проведении исследований и другой информации, такой как величина глубины, расстояние, амплитуда эхосигнала, имеющиеся условия сигнализации или их отсутствие.

Преимущества и недостатки

дефектоскоп а1211По сравнению с другими способами неразрушающего контроля ультразвуковые дефектоскопы обладают целым рядом преимуществ:

  1. ультразвуковые волны абсолютно безопасны для человека, какой бы способ не использовался при создании прибора;
  2. процедура тестирования достаточно непродолжительна, а точность велика;
  3. стоит ультразвуковой дефектоскоп недорого;
  4. обладает высокой мобильностью;
  5. проводить исследования можно даже на объекте находящемся в эксплуатации;
  6. метод относится к категории неразрущающих и не повреждает изделие.

Являясь весьма надежным и высокоэффективным способом контроля, данный метод обладает и некоторым количеством недостатков:

  1. в большинстве случаев нет возможности оценить реальные размеры изъяна;
  2. при проведении контроля изделий имеющих крупнозернистую структуру возникает сильное затухание волны и ее рассеяние, что снижает точность результатов;
  3. процедура проведения исследования требует предварительной подготовки (зачистки) поверхности для ввода волн в материал;
  4. необходимость использования специальных контактных жидкостей, которые наносятся после подготовки (зачистки) поверхности объекта.
Товар добавлен в корзину
Цена:
Сумма:
Продолжить покупки
Оформить заказ