Ультразвук для контроля деталей

Сегодня самый широко применяемый метод неразрушающего контроля — ультразвуковой. Его применяют для проверки сварных швов, изделий и конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, сплавов меди и алюминия.

Акустическая или упругая волна — это распространяемые в физическом теле механические деформации. Можно подразделить на инфразвуковые (частотой до 30 Гц), звуковые (частотой от 30 Гц до 20 кГц), ультразвуковые (частотой от 20 кГц до 1 ГГц) и гиперзвуковые (более 1 ГГц). При прохождении волны частицы вещества, их пропускающего, колеблются относительно равновесной точки. При колебании атомов вдоль направления волны, волна называется продольной, при перпендикулярном колебании — поперечной. Если волна распространяется только по поверхности физического тела — ее называют поверхностной. В ультразвуковом контроле используются внутренние продольные или поперечные волны ультразвуковой частоты. Скорость распространения волны зависит от материала контролируемого объекта.

Количество энергии передаваемое за еденицу времени через еденицу площади называют интенсивностью волны. Понятно, что при удалении от источника площадь распространения увеличивается, а энергия остается неизменной, поэтому интенсивность уменьшается. По затуханию можно судить о длине пути волны.

На практике для возбуждения акустических волн используют свойство пьезокристаллов при подаче на них электрического потенциала менять свою геометрию и при изменении геометрии создавать разность потенциалов. От генератора на пьезоэлемент подается напряжение высокой частоты, которое в пьезокристаллах преобразуется в механические колебания. Используются частоты 500 и 1000 МГц.

При прикладывании пластины из таких пеьезокристаллов к объекту, в нем начнут распространяться акустические волны. Теперь эти волны можно принять другой аналогичной пластиной, которая преобразует механические колебания в электрические колебания. Эти колебания можно усилить и зафиксировать, отобразив на экране, или обработав другим способом.

Пластины помещаются в корпус для предохранения от механического повреждения и удобства использования, снабжают разъемами для соединения с генератором и регистратором и получают пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП). Генератор и регистратор с экраном помещают в корпус прибора, называемого ультразвуковой дефектоскоп.

В настоящее время существует большое разнообразие как дефектоскопов, так и ПЭПов, которые приспосабливаются под конкретные задачи. Например для дефектоскопии трубы небольшого диаметра используют вогнутые преобразователи, называемые притертыми, существуют автоматические дефектоскопы настроенные только на поиск дефектов в железнодорожных путях.