Е. А. Богданов Основы технической
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ НЕРАЗРУШАЮЩИИ
жүктеу/скачать 6.94 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 9.1. Акустические колебания и волны Акустические колебания
| 9. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ НЕРАЗРУШАЮЩИИ КОНТРОЛЬ
Ультразвуковой контроль (УЗК) относится к акустическому виду неразрушающего контроля (см. табл. 1.2). Все многообразие акустических методов неразрушающего контроля основано на взаимодействии упругих сред (жидких, твердых и газообразных) с акустическими колебаниями и волнами. Они отличаются способами возбуждения колебаний и их регистрацией. Из числа акустических методов чаще всего применяют ультразвуковую дефектоскопию (УЗД), ультразвуковую толщинометрию (УЗТ) и акустико-эмиссионный неразрушающий контроль. На УЗД в мировой практике приходится в настоящее время 60 % всего объема неразрушающего контроля. В нефтегазовой отрасли УЗД применяют, например, при контро-ше корпусов вертлюгов, осей талевых блоков, замков бурильных труб, сварных соединений резервуаров и трубопроводов и т. д. УЗТ является основным методом определения остаточной толщины стенок нефтегазового оборудования. Акустико-эмиссионный контроль широко применяют для интегральной оценки технического состояния и оценки степени опасности имеющихся дефектов различного оборудования, и в первую очередь емкостного: сосудов, трубопроводов и резервуаров различного назначения (см. гл. 10). Первый патент (№ 11371) на метод неразрушающего контроля с использованием акустических ультразвуковых волн с приоритетом от 2 февраля 1928 г. выдан профессору Ленинградского электротехнического института Сергею Яковлевичу Соколову. Именно от этой даты мировая общественность ведет отсчет начала применения УЗД. По сравнению с другими методами неразрушающего контроля УЗД позволяет выявлять дефекты любой формы независимо от их глубины, обладает высокой производительностью, низкой стоимостью, возможностью контроля изделия при одностороннем доступе. Недостатками являются трудности контроля крупнозернистых материалов, а также тонкостенных изделий с толщиной 4 мм и меньше. Контроль изделий сложной формы требует разработки специальных методик или технологических инструкций. 9.1. Акустические колебания и волны Акустические колебания представляют собой механические колебания частиц упругой среды. Процессы распространения этих колебаний в среде называют акустическими волнами. Линию, указывающую направление распространения волны, называют лучом, а границу раздела колеблющихся частиц от неколеблющихся — фронтом волны. Акустические колебания характеризуются частотой, интенсивностью и видом. Виды колебаний в основном определяются свойствами упругой среды и способом их создания. В жидкостях и газах, обладающих упругостью объема, акустические колебания распространяются с одинаковой скоростью во всех направлениях. В твердых телах, характеризуемых помимо упругости объема еше и упругостью формы (сдвиговой упругостью) и неодинаковостью деформаций растяжение-сжатие по различным направлениям (для анизотропных тел), закономерности распространения акустических волн значительно сложнее. Колебания с частотой до 16...20 Гц называют инфразвуковыми, Колебания с частотой от 16...20 до (15...2О)1О3 Гц составляют диапазон слышимости, воспринимаемый человеческим ухом. При увеличении частоты колебаний звука более 20 кГц он переходит в ультразвук; при этом способность его распространения меняется: в воздухе способность распространения уменьшается, в твердых и жидких средах — увеличивается. При неразрушающем контроле металлических материалов используются частоты ультразвукового диапазона 0,5...25 МГц. Распространение акустической ультразвуковой волны в материале происходит с определенной постоянной скоростью С, определяемой свойствами среды (следует отличать скорость ультразвуковой волны С от скорости колебания упругих частиц V, которая зависит от фазы колебаний). Распространение волны сопровождается образованием в материале зон, в которых частицы находятся в одинаковом колебательном состоянии (фазе). Минимальное расстояние между такими зонами называют длиной волны . Величина связана со скоростью распространения С и частотой колебаний f выражением Изменить длину ультразвуковой волны в конкретном материале можно только путем изменения частоты f возбуждаемых колебаний. Направление колебаний частицы в твердых телах может быть различным по отношению к направлению распространения волны. По характеру смещения частиц и распространению колебаний волны бывают нескольких типов. Для пояснения характера деформации твердого тела при распространении в нем упругих волн на боковую поверхность тела наносят симметричную равномерную решетку. При распространении упругих колебаний (волн) тело деформируется вместе с нанесенной решеткой. Характер деформации тела при распространении в нем упругих волн некоторых типов приведен на рис. 9.1 [5]. При этом величина деформаций показана утрированно увеличенной (на самом деле деформации очень малы и измеряются долями процента от длины волны). Рис. 9.1. Характер деформации твердых тел при распространении в них упругих волн некоторых типов: а - продольные (растяжение - сжатие); б - поперечные (сдвиговые); в - нормальные несимметричные (изгибные); г - нормальные симметричные (нормальные расширения - с жатия) Продольными называют волны, когда частицы упругой среды колеблются в направлении распространения волны, подвергаясь при этом поочередно деформациям растяжения - сжатия. Скорость С, продольной волны определяют по формуле где Е – модуль упругости; - коэффициент Пуассона; - плотность среды. Если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения, испытывая деформации сдвига, такие волны называют поперечными или сдвиговыми. Поперечные волны могут возникать только в твердых средах, обладающих сдвиговой упругостью. Скорость поперечной волны - 0,55 . На поверхности твердого тела могут распространяться поверхностные волны (волны Рэлея). Они состоят из комбинации продольных и поперечных волн и имеют скорость распространения С = 0,93С. Колебания частиц происходят по эллиптической траектории, при этом большая ось эллипса перпендикулярна поверхности. В металлах поверхностные волны практически затухают на глубине, превышающей 1,5 . Вместе с тем поверхностные волны распространяются на большие расстояния, следуя изгибам поверхности. Если среда ограничена двумя поверхностями, расстояние между которыми соизмеримо с длиной волны, то в такой тонкой пластине распространяются нормальные пластинчатые волны (их называют также волнами Лэмба). Характеристики основных типов волн приведены в табл. 9.1 [2, 4]. Таблица 9.1
жүктеу/скачать 6.94 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|