Реферат: Измерения и неразрушающий контроль на железнодорожном транспорте

Волны передают механическую энергию, а скорость их перемещения определяется лишь свойствами колеблющейся среды:

(1.1)

где - длина волны;

- частота.

Приближенно скорость распространения продольной волны определяется по формуле:

(1.2)

где Е - модуль упругости;

р— плотность среды, подверженной колебаниям.

Скорость распространения поперечной волны определяется по формуле:

(1.3)

где G - модуль поперечной упругости,

-коэффициент поперечного сокращения Пуассона, для стали - 0,3.

1.1.2. Аппаратура ультразвукового (УЗ) контроля

Процессы преобразования энергии УЗ-колебаний происходят в трех трак­тах дефектоскопа:

- электроакустический тракт, где электрические колебания преоб­разуются в ультразвуковые и обратно, состоит из пьезопреобразователей, демпферов, переходных и контактных слоев, электрических колебательных контуров генератора;

- электрический тракт состоит из генератора, усилителя и определяет амплитуду зондирующего импульса;

- акустический тракт определяет путь от излучателя до отражателя в металле и обратно - от отражателя до приемника.

Ультразвуковые дефектоскопы предназначены для излучения УЗ-колебаний, приема эхо-сигналов, установления положения и размеров дефек­тов. Аппаратура УЗ-контроля включает в себя пьезопреобразователь, электрон­ный блок и вспомогательные устройства.

Основной частью пьезопреобразователя является пьезоэлемент, например пластина кварца или титаната бария в виде диска толщиной, равной половине длины волны ультракоротких (УК) колебаний. Преобразователи разделяются на прямые (вводят продольную волну перпендикулярно контролируемой поверх­ности); наклонные (вводят поперечную волну под углом к поверхности); раз­дельно-смещенные (вводят продольную волну под углом 5 - 10° к плоскости, перпендикулярной поверхности ввода).

Прямой УЗ-преобразователь состоит из корпуса, пьезопластины, окруженной с одной стороны демпфером, сокращающим длительность сво­бодных колебаний, а с другой - защитным донышком , предохраняющим ее от механических повреждений.

Наклонный преобразователь имеет пьезопластину , прикле­енную к призмам из полимеров (оргстекло, полистирол и др.). Малая скорость распространения волн в полимерах позволяет при малых углах падения волн на объект вводить поперечные волны под большим углом. Когда ультразвуковой импульс достигает противоположной стороны образца, он отражается от нее и продолжает зигзагообразный путь между двумя поверхностями.

Прямые и наклонные преобразователи работают по совмещенной схеме: один и тот же пьезоэлемент служит в качестве излучателя и приемника. Выпус­кают также раздельно-совмещенные преобразователи (рис. 1.1, в), у которых имеются две пьезопластины: одна подключается к генератору излучения (Г), другая - к приемнику (П). Между ними устанавливается акустический экран.

Рис. 1.1. Ультразвуковые преобразователи:

а - прямой; б - наклонный (призматический); в - раздельно-совмещенный ( PC ); 1 - корпус; 2 - демпфер; 3 - пьезопластина; 4 - защитное донышко (протектор); 5 - призма; 6 — токоподвод; 7 - акустический экран

Электронный блок генерирует импульсы с высокой степенью частоты, усиливает и преобразует эхо-сигналы, отраженные от объекта, и отображает указанные эхо-сигналы на телевизионной трубке.

Дефектоскопы работают по следующей схеме. От блока синхронизатора тактовые импульсы поступают в генератор зондирующих импульсов и запус­кают его. При подаче запускающего импульса в контуре, состоящем из индук­тивности, емкости накопительного конденсатора, возникают радиочастотные колебания, называемые зондирующими импульсами. Последние возбуждают в пьезопластине ультразвуковые колебания. Одновременно тактовые импульсы с синхронизатора подаются и на генератор развертки электронно-лучевой труб­ки. Скорость развертки регулируется в зависимости от толщины прозвучивае-мого металла.

Отраженные от дефекта импульсы упругих колебаний подаются па пье-зопластину и преобразуются в ней в электросигналы. Эти колебания усилива­ются в усилителе, затем подаются на экран электронно-лучевой трубки. При развертке расстояние от зондирующего импульса до принятого сигнала про­порционально времени прохождения импульса от пьезопластины до дефекта и обратно. По числовым значениям скорости и времени прохождения ультразву­ка можно определить координаты дефекта. Отклонение луча на электронно­лучевой трубке в вертикальном направлении характеризует амплитуду сигнала и пропорционально значению размера дефекта.

Амплитуда измеряется градуированными приборами - аттенюаторами, имеющимися в дефектоскопах. Дефектоскоп также содержит автоматизирован­ный сигнализатор для звуковой и световой индикации дефектов.