В зависимости от регистрирующего параметра ультразвуковой аппаратуры различают несколько основных методов контроля.
Метод прямого прозвучивания — теневой метод, разработанный раньше других, отличается простотой аппаратуры и используется в промышленности для определения внутренних дефектов в материалах и изделиях. Сущность метода заключается в том, что ультразвуковые волны при прохождении через испытуемый образец с внутренним дефектом могут рассеиваться, отражаться и образовывать тень от встретившегося дефекта. Тень от дефекта с противоположной стороны образца улавливается приемным щупом и фиксируется изменением яркости на электроннолучевой трубке или фиксируется визуально по состоянию поверхности масла (черт. № 155). Участок образца с дефектом не пропускает через себя волны и не вызывает колебания масла с противоположной стороны образца.
Ультразвуковые приборы, основанные на теневом методе с прямым прохождением колебаний, фиксируют амплитудные изменения интенсивности колебаний, прошедших через испытуемый образец, в зависимости от изменения структуры его или наличия в нем дефектов.
Метод отражения колебаний — эхо-метод, наиболее широко используемый для контроля строительных материалов и изделий, обладает большей чувствительностью по сравнению с теневым методом. Этот метод основан на отражении упругих волн от дефекта испытуемого изделия и предусматривает измерение двух параметров одновременно — амплитуды отраженного сигнала и времени прохождения этого сигнала от дефекта до поверхности образца (черт. № 156). Время прохождения сигнала может измеряться с помощью импульсных частото-модулированных и резонансных систем. Наибольшее распространение при дефектоскопии получили импульсные системы.
Резонансный метод. Для контроля толщины изделий при одностороннем к ним доступе, а также для выявления в материалах и изделиях всевозможных дефектов в виде расслоений и ослабленных участков в результате коррозии или действия мороза широко используется ультразвуковой резонансный метод, сущность которого заключается в том, что между частотой, длиной волны, толщиной испытуемого изделия и скоростью распространения волны существует определенная зависимость, которая выражается уравнением.
черт. № 155. Схема обнаружения дефектов теневым методом: а -с помощью щупа; б -с помощью масла; 1 — образец; 2 — сосуд с маслом; 3 — щуп-излучатель; 4 — приемный щуп
черт. № 156. Блок-схема ультразвукового эхо-дефектоскопа: 1 — контролируемое изделие; 2 — излучатель ультразвука; 3 — приемник ультразвука; 4 — усилитель; 5 — устройство, фиксирующее время; 6 — электроннолучевая трубка; 7 — хронизатор; 8 — высокочастотный генератор
При прохождении ультразвуковых колебаний последние, дойдя до границы раздела, отражаются от нее и снова попадут на преобразователь (черт. № 157). В случае если частота ультразвуковых колебаний совпадет с собственной частотой испытуемого изделия, возникает резонанс, по характеру которого и судят о наличии дефекта. При наличии дефекта резонанс возникает не на собственной частоте изделия.
Метод свободных колебаний основан на использовании свойств твердого тела, совершающего свободные колебания. Основные характеристики колеблющегося тела, как период и частота колебаний, коэффициент затухания, зависят от параметров, массы и других физико механических свойств тела.
Изделие, не имеющее дефектов, рассматривается как система с определенными колебательными параметрами. При наличии дефекта, изменяющего однородность материала изделия, будут изменяться и параметры колебательной системы, т. е. частота и коэффициент затухания свободных колебаний будут изменяться- Метод свободных колебаний используется для контроля клееных соединений, а также при испытании бетона.
Импедансный метод наиболее широко используется для контроля качества клееных разнородных материалов, отличающихся друг от друга своими физико-механическими свойствами. С помощью этого способа контроля удается выявить дефекты в зонах склеивания материалов и установить качество их склеивания.
Импедансный метод контроля (разработанный Ю. А. Ланге и А. В. Римским-Корсаковым) основан на зависимости механического импеданса склеенного изделия от качества склейки составляющих его частей. В этом случае используется датчик, состоящий из двух пьезоэлементов, соединенных звукопроводящим стержнем (черт. № 158). Датчик прижимается к изделию и возбуждает изгибные колебания. По величине реакции изделия на этот датчик судят о значении механического импеданса.
черт. 157. Блок-схема ультразвукового резонансного дефектоскопа:
1 — контролируемое изделие: 2 — излучатель ультразвука; 3 — генератор развертки; 4 — автогенератор с частотной модуляцией; 5 — усилитель; 6 — электроннолучевая трубка
