УЛЬТРАЗВУКОВИЙ МЕТОД КОНТРОЛЮ ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ
Мета роботи
Метою лабораторного заняття є вивчення роботи приладів для ультразвукового контролювання якості зварених з’єднань, набуття студентами практичних навиків виявлення внутрішніх дефектів зварних швів за допомогою сучасних ультразвукових дефектоскопіві оцінка якостізварених з'єднань.
Програма роботи
Студент повинен знати:
- види дефектів зварених з'єднань і принципи їх утво-рення;
- властивості ультразвукових коливань;
- суть п’єзоелектричного ефекту;
- види п’єзощупів і їх призначення;
- фізичні заходи і параметри ультразвукового контролю;
- способи ультразвукового контролю зварних з’єднань;
- будову, призначення і принцип роботи ультразвукових дефектоскопів;
- заходи з техніки безпеки при проведенні контролю.
вміти:
- під'єднати прилади до мережі іперевірити справність їх роботи;
- підібрати п’єзошукач залежно від товщини зварного з’єднання і способу ультразвукового контролю;
- провести контроль зварених з’єднань різних типів;
- охарактеризувати виявлені дефекти, вид і розмір дефекту, глибина залягання, тощо;
- зробити висновок про якість звареного шва і звареного з’єднання в цілому;
Основні теоретичні положення
Ультразвукові коливання являють собою пружні коливання частин матеріального середовища з частот, яка вища, ніж верхня межа слухового сприйняття, тобто від 20000 Гці вище. Вони здатні проникати в метална великі глибини і відбиватися від межі поділу при переході із одного середовища в інше.
|
|
|
Ультразвукові хвилі можуть бути повздовжніми, якщо напрям коливань співпадає з напрямом руху хвилі і поперечими, якщо напрям коливається перпендикулярно руху хвилі (рис.5.1. а - в).
а – повздовжня; б – поперечна; в – поверхнева
Рисунок 5.1 – Схематичне зображення типів хвиль
Хвилі передають механічну енергію, а швидкість їх переміщення визначають властивостями коливаючого середовища і вона рівна
v = λ · f , (5.1)
де λ – довжина хвилі; f – частота.
Приближена швидкість розповсюдження повздовжньої хвилі визначається за формулою
, (5.2)
де Е – модуль пружності; ρ – щільність середовища.
Швидкість розповсюдження поперечної хвилі визначають за формулою
, (5.3)
де G – модуль пружності, рівний 
; μ – коефіцієнт поперечного скорочення Пуассона, рівний для сталі 0,3.
В твердих тілах крім повздовжніх і поперечних хвиль можуть збуджуватись інші види хвиль, наприклад поверхневі хвилі Релея; швидкість розповсюдження складає 0,93·v . Повздовжні коливання можуть виникати в твердих, рідких і газоподібних тілах, поперечні – тільки в твердих.
|
|
|
Інтенсивністю ультразвука називається кількість енергії, перенесена через 1 см2 площі за 1 с, і позначається буквою J. Інтенсивність енергії визначається квадратом амплітуди коливань А2, квадратом частоти f 2, питомим акустичним опором ρ c.
Для плоскої хвилі
, (5.4)
У вимірювальних пристроях використовують інтенсивність порядку 10-1 – 10-2 Вт/см2. Подібні інтенсивності являються безпечними для здоров’я людини.
При проходженні ультразвукової хвилі із одного середовища в інше з різним акустичним опором ρ c проходить відображення деякої кількості енергії від границі. Відображення росте при збільшенні різниці акустичних опорів двох середовищ. При наявності повітряного зазору між випромінювачем і металом, що контролюється ультразвукова хвиля майже вся відбивається і в нього не входить. Для проникнення хвилі в метал на поверхню виробу наносять контактну рідину (воду, масло та ін..).
|
|
|
Затухання енергії із глибиною визначають за формулою
, (5.5)
де δ – коефіцієнт затухання; r – глибина розглядаючої зони.
Коефіцієнт затухання може змінюватись в залежності від технології зварювання і режимів термообробки, які зміцнюють розмір зерна металу. Чим вище відношення довжини хвилі λ до середнього розміру зерна металу ∆, тим незначне затухання; наприклад, при λ/∆ ≥ 10 - затухання незначне; при λ/∆ < 10 – затухання проходить інтенсивно. У таблиці 5.1 приведені деякі акустичні характеристики матеріалів.
Таблиця 5.1 – Акустичні характеристики матеріалів
| Матеріал | Швидкість розповсюдження повздовжніх хвиль v , м/с | Довжина хвилі λ, мм, при частоті 2,5 МГц | Модуль пружності Е, МПа | Щільність ρ, г/см3 |
| Алюміній | 6260 | 2,50 | 70000 | 2,7 |
| Титан | 6000 | 2,40 | 160000 | 4,5 |
| Сталь | 5850 | 2,34 | 200000 | 7,8 |
| Плексиглас | 2670 | 1,06 | - | 1,18 |
| Вода | 1490 | 0,59 | - | 1,0 |
| Повітря | 330 | 0,13 | - | 0,0013 |
За допомогою ультразвуку можна визначити без руйнування такі дефекти зварювання: тріщини, порожнини, раковини, шлакові включення, пори, не провари. На рис. 5.2 представлена схема ультразвукового контролю.
|
|
|
Для виявлення дефекту ультразвукові коливання створюються шукачем, який сприймає імпульси струму від генератора. При зустрічі з дефектом хвилі відбиваються від нього і знову попадають на пластинку шукача у момент перерви між черговими імпульсами і перетворяться в електричні коливання, що поступають на підсилювач. Останні після посилення подаються на електронно - променеву трубку, яка служить індикатором отриманих сигналів. По вигляду відхилення променя на екрані електронної трубки судять про характер дефектів.
Вузькі напрямлені пучки ультразвукових коливань отримують за допомогою п'єзоелектричних пластинок, кварцу або титану барію. Якщо до такої пластинки підвести змінний струм великої частоти (0,8 - 2,5 МГц), то завдяки п’єзоелектричному ефекту пластинка перетворюється у випромінювач пучка коливань, спрямованого під прямим кутом до її більших граней.
а – ехо - метод; б – тіньовий; в – дзеркально – тіньовий
Рисунок 5.2 – Основні методи УЗ – контролю зварних швів і варіанти включення УЗ – перетворювачів
Ця пластинка при потраплянні до неї пучка пружних коливань із довкілля стає приймачем і перетворює коливання у змінну електричну напругу відповідної частоти, при наявності дефектів відбитий пучок потрапляє на приймальну пластину і спричиняє появу ЕРС, яку подають через підсилювач на електроди електронно-променевої трубки і промінь на екрані осцилографа відхиляється.
Найбільше застосування для контролювання зварних швів отримав імпульсний спосіб ультразвукової дефектоскопії, суть якого полягає в наступному. П’єзовипромінювач посилає короткі імпульси пружних коливань (тривалістю 0,5 - 1 мкс), розділені тривалішими паузами (1 - 5 мкс). Якщо на шляху пучка коливань зустрічаються дефекти зварки, що порушують безперервність акустичного середовища, то відбиті сигнали потрапляють в приймальний пристрій і викликають відхилення променя на екрані осцилографа.
Вимірюючи час від моменту посилювання імпульсу до приймання сигналу можна визначити не тільки наявність дефектів, але і глибину їх залягання.
Для забезпечення доброго акустичного контакту між робочою поверхнею призматичного щупа та поверхнею металу, наносять тонкий шар рідко мастила. Як рідке мастило використовують турбінне або машинне масло, а також гліцерин.
Для контролювання якості зварних з'єднань у цій роботі використовують ультразвукові імпульсні дефектоскопи, які зроблені за імпульсною схемою, дає змогу проводити контроль за способом відбиття і способом наскрізного прозвучання. Дефектоскоп має ультразвуковий еталон часу - глибиномір, який дозволяє безпосередньо відчувати глибину залягання дефектів або товщину виробу.
До комплекту дефектоскопу входить широкий асортимент п'єзоелектричних щупів (робоча частота 0,8 - 2,5 МГц) мають захисне сталеве денце, яке запобігаєстиранню п’єзо пластинок при переміщенні п’єзощупа нерівною поверхнеювиробу. За допомогою плоских щупівне вдається контролювати вертикальні тріщини. Для цього використовують призматичні щупи (шукачі). Вони розраховані на робочу частоту 2,5 МГц і мають заломлені кути 30°, 40° і 50° (рис. 5.3).
а – прямий, б – похилий (призматичний), в – роздільно-суміщений (PC); 1 – корпус, 2 – демпфер, 3 – п’єзопластина, 4 – захисне денце (протектор), 5 – призма, 6 – струмопідвід, 7 – акустичний екран.
Рисунок 5.3 – Конструкції шукачів
Устаткування і матеріали
1) ультразвукові дефектоскопи ДУК - 1 ЗІМ,
2) комплекс пошукових головок (щупів).
3) еталонні зразки № 1,2,3 (ГОСТ 14782 - 75).
4) зразки із штучними дефектами.
5) зварені зразки з дефектами.
6) мастило, пензлик.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 134; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!