Что такое 1 й критический угол это угол призмы наклонного пэп

Наклонное падение ультразвуковой волны на границу раздела двух сред. Определение первого критического угла

При контроле сварных швов применяются, как правило, наклонные пьезоэлектрические преобразователи с вводом ультразвуковой волны под некоторым углом к нормали.

В общем случае, при падении продольной волны под углом β к границе раздела двух твердых сред, могут происходить три явления: отражение, преломление, трансформация (расщипление) этой волны.

Отражением называют изменение направления ультразвуковой волны на границе раздела, при котором волна не переходит в другую среду.

Преломлениемназывают изменение направления ультразвуковой волны на границе раздела, при котором волна переходит в другую среду под углом, отличным от первоначального угла падения.

Трансформацией называют преобразование волн одного типа в волны другого типа, происходящее на границе раздела двух сред.

Оргстекло-сталь

C_l – падающая продольная волна

C_l1 – отраженная продольная волна

C_t1 – отраженная поперечная волна, образовавшаяся в результате трансформации волн

C_l2 – преломленная продольная волна

C_t2 – преломленная поперечная волна, образовавшаяся в результате трансформации волн

Углы β с соответствующими индексами означают углы падения и отражения(в дальнейшем- угол призмы), α с соответствующими индексами означают углы преломления (угол ввода).

Таким образом, возникает две преломленные и две отраженные волны. Углы преломления и отражения зависят от скоростей соответствующих волн в данных средах. Эту зависимость называют законом Снеллиуса:

По мере увеличения угла падения β начиная с некоторого его значения, продольная волна C_l2 начинает «скользить» по границе раздела двух сред. Этот угол называется первым критическим углом β_кр1

Углы, при которых исчезают те или иные типы волн в процессе преломления или отражения называют критическими.

Первый критический угол наступает тогда, когда во второй среде остается поперечная волна

Для границы раздела оргстекло-сталь βкр1≈ 27 0

При дальнейшем увеличении угла β наступает момент, когда исчезает преломленная поперечная волна во второй среде, которая начинает скользить по границе раздела двух сред.

Этот угол называется вторым критическим углом β_кр2.

Его можно подсчитать из соотношения:

Для материалов оргстекло-сталь βкр = 58 0

При углах падения меньше, чем второй критический угол во второй среде возникает только поперечная волна. Угол призмы наклонных ПЭП выбирают только в интервале между двумя найденными критическими значениями:

Источник

Как используется ультразвуковая дефектоскопия

Ультразвуковая дефектоскопия – экономичный метод. Отличается оперативностью, безопасностью применения и наглядностью результатов. Использование сложного компьютеризированного оборудования не требует много времени и большого количества персонала.

Ультразвуковая дефектоскопия относится к неразрушающим методам контроля.

Суть ультразвукового метода

Впервые принцип дефектоскопии УЗ был предложен в 1928 г.: советский ученый Сергей Соколов показал, как обнаружить повреждения металла и других материалов через вариации энергии ультразвука. Соколов изобрел первый дефектоскоп, в котором применил ультразвуковые колебания для определения внутренних дефектов, трещин, посторонних включений и структуры материалов. В дальнейшем этот опыт подхватили ученые других стран, и метод получил распространение, став обязательным для многих отраслей промышленности.

Для анализа в материале при помощи дефектоскопа и преобразователей с пьезоэлементом создают высокочастотные колебания (свыше 20 кГц). Если изъянов нет – колебания не встречают препятствий и не имеют отражения. Если же присутствуют неоднородности (например, трещины, пустоты или другие включения), приемник зарегистрирует сигналы отражения от них.

Время распространения волны указывает на глубину расположения дефекта, а амплитуда отражения импульса – на размер неоднородности.

Свойства ультразвука и важность состояния диагностируемой поверхности

Ультразвук проверяет материал, не разрушая его структуры.

Ультразвуковой контроль – один из основных в дефектоскопии.

При дефектоскопии учитывается длина колебаний – она прямо пропорциональна разрешающей способности и чувствительности и обратно пропорциональна энергии колебаний. Оптимальный показатель – 0,5-10 МГц.

Корректность результатов измерения зависит от состояния диагностируемой поверхности. Необходим свободный доступ ко всем измеряемым участкам для свободного прохождения волн ультразвука через объект. На поверхности не должно быть инородных тел (масла, смазки, грязи, ворсинок, брызг металла, сварочного флюса и т.д.)

Для подготовки поверхности необходимо:

Если на поверхности есть постороннее покрытие, которое невозможно удалить, нужно обеспечить полное прилипание к материалу.

Источники ультразвуковых волн

Во время анализа УЗ-колебания в объекте создают несколькими способами. Чаще с использованием пьезоэлектрического эффекта. Преобразователь создает ультразвуковое излучение, которое далее переводит электрические колебания в акустические. При переходе через измеряемую среду эти колебания оказываются на приемной пьезопластине преобразователя, а после снова становятся электрическими. Это фиксируют измерительные цепи. При этом пьезопластины могут выступать в роли только приемника или только излучателя, а также совмещать в себе функции того и другого.

Пьезоэлемент является источником ультразвуковых волн.

Критические углы

При выполнении ультразвукового контроля оператору нужно выбрать тип преобразователя, выполнить калибровку и настройку прибора на предполагаемые дефекты объекта. Критические углы падения (продольные и поперечные) необходимо учитывать в том случае, когда ультразвук проходит через твердые поверхности материалов.

Первый критический угол – это наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленный луч не пересекает границу второй твердой среды. Например, для границы оргстекло-сталь он равен 27,5º.

Вторым критическим углом считают наименьший угол падения продольного луча, при котором преломление не проникает через границу во вторую твердую среду и при этом не обнаруживаются внутренние повреждения. Для оргстекла-стали он составляет 57,5º.

Третий критический угол – наименьший угол падения поперечного луча, при котором отсутствует отраженная продольная волна. Луч идет по поверхности объекта, не распознавая дефектов внутри него. Для пересечения границы сталь-воздух угол равен 33,3º.

Методы дефектоскопии ультразвуком

Выделяет 4 основных метода:

Сравнение и выбор лучшего

Выбор метода зависит от характеристик тестируемого материала, условий проведения (стационарные тесты или анализ в процессе работы) и выбирается индивидуально.

Возможности ультразвуковой диагностики

Метод УЗ позволяет:

Анализ применяется в промышленности:

Повышение точности результатов

Добиться точности, качества и достоверности результатов можно, влияя на:

Для каких объектов применимо

Метод УЗК используют на производствах нефти и газа, в отраслях крупной промышленности, в атомной энергетике и т.д. В металлургии, например, ультразвуковую дефектоскопию применяют при обработке литья и поковок. В авиастроении – для диагностики полимеров и композитов на наличие трещин, непроклеев и т.д.

Ультразвуковую дефектоскопию применяют на производствах нефти и газа.

В металлургии контролю подвергают листовую сталь, которую широко используют при строительстве автодорожных и железнодорожных мостов, в гражданском и промышленном строительстве зданий и сооружений, требующих повышенной прочности и надежности.

В литейном производстве метод позволяет видеть в структуре черных и цветных металлов пустоты, пористость, включения и трещины. Также возможно измерить толщину изделия, например пустотелых отливок сложной формы, без нарушения его целостности в производстве автомобильных двигателей.

В строительстве для оценки состояния бетонных конструкций важно проверить фактическую прочность на соответствие проектным требованиям. Ведется проверка факторов, влияющих на эксплуатационные свойства бетона и арматуры. Метод УЗ дает возможность работы не только в лабораторных условиях, но и на строительной площадке.

При контроле сварных соединений и наплавок оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок УЗ метод является единственным решением.

Это объясняется использованием нержавеющих, аустенитных крупнозернистых сталей в конструкциях атомных реакторов и резервуаров.

Для труб

Дефектоскопия применяется на магистральных и технологических трубопроводах. Благодаря этой процедуре небольшие дефекты и трещины на трубах, появляющиеся со временем естественным путем, не перерастают в проблемы, угрожающие безопасности и требующие вывода магистральных систем из рабочего состояния.

Метод ультразвуковой дефектоскопии сварных швов применяется для трубопроводов.

Применение УЗ-дефектоскопии позволяет обнаружить такие повреждения труб:

Для свайных конструкций и рельсов

Диагностика сварных соединений незаменима для выявления трещин в подошве или головке рельс, для обнаружения дефектов стыка. Метод может применяться стационарно (на рельсосварочном предприятии) либо в полевых условиях. Для УЗК свай и сварочных швов используют дефектоскопы со специальными характеристиками – высокой устойчивостью к влажности, рабочей температурой до +35ºС (без образования влаги). При этом измерительные приборы нуждаются в постоянной защите от воздействий пыли.

Ультразвуковая дефектоскопия остается актуальной для выявления трещин на рельсах.

Диагностика свай – необходимый этап в строительстве, на котором проверяют и фиксируют прочность бетонного основания и плотность заливки буронабивных свай. Во время проверки приемник с излучателем устанавливают на нижней точке сваи, фиксируют полученные сигналы, потом датчик перемещают на следующую точку.

Ультразвуковой метод контроля сварных швов показывает изъяны с высокой точностью и при этом не нарушает целостность несущих конструкций.

Для прочих деталей

Дефектоскопии подвергают материал во время технических освидетельствований и обследований, металл проверяют на входе и выходе. Метод применяют для проверки промышленной безопасности сосудов под давлением, корпусов насосов, арматуры, теплообменников, печей и т.д.

Плюсы и минусы диагностики ультразвуком

Главным достоинством метода является то, что он относится к неразрушающему контролю. Исследуемый объект не выводится из эксплуатации, не подвергается разборке, взятию образцов, не требует других дорогостоящих действий.

Дефектоскопия позволяет предотвратить и своевременно устранить возможные разрушения сложных агрегатов и конструкций.

Другие преимущества УЗД:

Недостатки диагностики ультразвуком:

Необходимое оборудование для проведения дефектоскопии

Для ультразвуковой диагностики применяют дефектоскоп, преобразователь со встроенным пьезоэлементом (рассчитанным на излучение и/или прием ультразвуковых колебаний) и дополнительные приспособления.

УЗ-преобразователи бывают 3 типов:

Главная составляющая преобразователя – пьезоэлемент в форме прямоугольной пластины или диска. Толщина пьезоэлемента составляет половину длины излучаемых волн. В прямых и наклонных преобразователях пьезоэлемент выступает в качестве излучателя и приемника УЗ-колебаний одновременно.

Схема устройства дефектоскопа

Дефектоскоп – это электронный блок для преобразования и усиления эхо-сигналов при отражении от дефекта, создания зондирующих импульсов высокого напряжения и наглядного отображения амплитудно-временных характеристик эхо-сигналов.

Встроенный переключатель предусмотрен для непосредственного подключения усилителя к генератору радиоимпульсов или отключения от него (в зависимости от схемы работы). Автоматический сигнализатор фиксирует дефект звуковым или световым сигналом.

Аппарат может иметь дополнительные блоки, расширяющие функции устройства и упрощающие работу оператора. К ним относится блок временной регулировки чувствительности, создающий одинаковую амплитуду сигналов при обнаружении деформаций разных размеров. Это повышает точность измерений.

Примерная стоимость дефектоскопа и других инструментов

Диапазон цен на дефектоскопы широк – от 90 000 до 2 500 000 руб. Стоимость зависит от рабочих характеристик, марки и страны производителя, года выпуска. Различается цена стационарных (для исследований в лабораториях) и портативных (для полевых условий) моделей. Возможность подключения к ПК, объем встроенной памяти и совместимость с несколькими типами преобразователей также влияют на конечную стоимость. При выборе отталкиваться следует от планируемых задач и предположительной области применения.

По каким параметрам оценивается результат

Обнаруженный дефект оценивают по его условной протяженности, амплитуде звуковой волны, форме, длине и ширине.

Результат оценивается по амплитуде звуковой волны.

Минимально возможный (доступный для выявления) размер повреждения на материале определяет чувствительность УЗ-контроля.

Как обучают специалистов по ультразвуковой дефектоскопии

В соответствии с действующим законодательством, специалисты, работающие в сфере ультразвуковой дефектоскопии, проходят обязательное повышение квалификации с последующей аттестацией.

Она проводится с целью определения достаточной теоретической и практической подготовки сотрудников для выполнения одного и нескольких видов НК, умения на основании полученных результатов делать заключения об исследуемом объекте повышенной опасности в промышленности и строительстве.

Подготовкой и аттестацией специалистов занимаются специализированные научно-исследовательские центры. Они составляют учебные программы длительностью от 40 до 120 академических часов.

За это время изучают:

По окончании обучения сотрудники сдают экзамены, по итогам которых получают удостоверение утвержденного образца, где указывается квалификационный уровень – I, II или III. Специалисты I уровня обслуживают технику для неразрушающего контроля и составляют отчеты по итогам работ, II – занимаются работами на опасных объектах и дают заключения. Эксперты III уровня руководят процессом на всех стадиях его выполнения, им требуется дополнительное обучение по специально разработанным методикам.

Полученную квалификацию необходимо подтверждать каждые 3 года, сдавая при этом соответствующие экзамены.

Кратко о других методах дефектоскопии

Капиллярный (жидкостный) метод предполагает выявление дефектов на поверхности металлов. Перед диагностикой детали очищаются, чтобы краситель попадал беспрепятственно. На материал наносят пенетрант, удаляют избытки и вводят проявитель, который при специальном освещении обнаруживает разрушения поверхности. Жидкостный метод прост в исполнении, но требует предварительной тщательной очистки поверхности. Автоматизировать это невозможно.

Вихретоковый контроль показывает повреждения внутри металла и на его поверхности с помощью электромагнитного поля. Вихревые токи текут по-разному в материалах с дефектами и без них. Диагностика вихревым током проводится за секунды, но применима только к металлам. Такие испытания требуют высокой квалификации операторов. Метод используют в авиационной и ядерной промышленности.

Контроль магнитными частицами обнаруживает повреждения на поверхности либо чуть ниже (работа на глубине материала невозможна). На материал наносят сухие или влажные магнитные частицы – они притягиваются к инородному телу, обозначая его форму и размер. После завершения диагностики деталь размагничивается. Этот метод подходит только для работы с ферромагнитными материалами. Для исследования требуется полное размагничивание детали, что затрудняет автоматизацию процесса.

Источник

узк. Ответы экзамен УЗК. 3. Чем определяется возможность обнаружения дефектов материала ультразвуковым методом Правильный ответ

3. Чем определяется возможность обнаружения дефектов материала ультразвуковым методом?
Правильный ответ: Различием акустических сопротивлений материала и несплошности.
Вопрос:

5. Расстояние преодолеваемое упругой волной за время, равное одному периоду колебаний, это

7. Какой из перечисленных типов волн является единственным, распространяющимся в жидкости?

19. Явление, при котором волна, упавшая на границу раздела двух сред, меняет свое направление в первой среде, называется:
Правильный ответ: отражение.
21. Явление частичного огибания волнами препятствия, находящегося на пути их распространения, называется:
Правильный ответ: дифракцией.
Вопрос:

22. Угол преломления продольных ультразвуковых волн, наклонно падающих под определенным углом на границу раздела вода-металл, зависит от:

соотношения скоростей звука в воде и металле.
23. Продольные ультразвуковые колебания вводят из воды в сталь под углом 5 град. к нормали. В этом случае угол преломления для поперечных колебаний будет:

меньше, чем угол преломления для продольных колебаний.

24. Угол отражения ультразвукового пучка от поверхности раздела вода-сталь:
Правильный ответ: равен углу падения.
25. Если ультразвуковая волна проходит через границу раздела двух сред, первая из которых имеет большее значение акустического сопротивления, но скорости звука в обеих средах одинаковы, то угол преломления будет:
Правильный ответ: равным углу падения.

28. Волны какого типа возбуждаются в объеме твердого тела при падении на его границу плоской продольной волны под углом больше второго критического?
Правильный ответ: Объемные волны не возбуждаются.
Вопрос:

31. При прозвучивании прямым ПЭП с торца сплошного цилиндра, диаметр которого много меньше его длины, периферийные лучи ультразвукового пучка могут отразиться от боковой поверхности до того, как ось пучка достигнет донной поверхности. Это может вызвать:

эхо-сигналы после первого донного сигнала и неравномерно изменяющуюся чувствительность по высоте цилиндра.
32. От акустических сопротивлений материалов первой и второй сред на границе их раздела зависит:

энергетические соотношения на границе раздела сред.

33. Параметр, определяющий количество ультразвуковой энергии, отраженной от поверхности раздела двух сред, называется:
Правильный ответ: коэффициентом отражения.
35. При падении ультразвуковой волны на дефект в каком случае эхо-сигнал будет больше?

Когда полость дефекта заполнена газом.

36. Для экспериментального сравнения коэффициента прозрачности границы «ПЭП-контролируемый материал» в изделии и стандартном образце используют отражатели:
Правильный ответ: одного и того же вида, расположенные на одной и той же глубине.
37. При контроле на глубине 30 мм была выявлена пора диаметром 2 мм. Поры какого диаметра будут выявляться на глубине 60 мм?
Правильный ответ: 8.
39. Коэффициент отражения пучка продольных волн от двугранного угла

равен 1 при углах падения 0° и 90°

43. Производится контроль крупнозернистого материала при фиксированной частоте колебаний. Для волн какого типа коэффициент затухания наименьший?

47. Коэффициент затухания ультразвуковых колебаний в дальней зоне в стали составляет 0,016 дБ/мм плита имеет толщину 250 мм. Как отличаются амплитуды первого и второго донных сигналов?

же толщины и участок удвоенной толщины?

50. По какому закону убывает амплитуда волны под влиянием затухания?
Правильный ответ: По экспоненте.
51. Метод контроля, при котором ультразвук, излучаемый одним ПЭП, проходит сквозь объект контроля и регистрируется другим ПЭП на противоположной стороне объекта, называется:
Правильный ответ: теневым методом.
52. Признаком наличия несплошности при контроле теневым методом является:
Правильный ответ: уменьшение амплитуды импульса, прошедшего через объект контроля на дефектном участке, по сравнению с бездефектными участками.
Вопрос:

И одним прямым, и двумя наклонными ПЭП.

55. В каких пределах изменяется коэффициент выявляемости дефекта при зеркально-теневом методе?

56. Амплитуда первого донного сигнала в отсутствии дефекта в 5 раз больше амплитуды того же донного сигнала при наличии дефекта. Это значит, что коэффициент выявляемости дефекта Кд:

58. Угол ввода наклонного преобразователя:

определяется экпериментально на стандартном образце с цилиндрическим отверстием.

59. Схема контроля, реализующая эхо-зеркальный метод, когда наклонные излучатель и приемник ориентированы в одну сторону, а плоскости падения центральных лучей совмещены, называется:

схемой ТАНДЕМ.
61. Каково назначение пьезоэлемента в преобразователе?

Преобразование электрических колебаний в акустические и обратное преобразование.

62. Каково назначение протектора в прямом преобразователе?
Правильный ответ: Защита пьезоэлемента от механических повреждений.
Вопрос:

менее чувствительны к неровностям и шероховатости поверхности.

65. Какой из нижеперечисленных ПЭП содержит наиболее тонкий пьезоэлемент?
Правильный ответ: На частоту 10,0 МГц.
Вопрос:

66. Что такое стрела преобразователя?

Расстояние от точки выхода наклонного ПЭП до его передней грани.

71. Область контролируемого металла, прилегающая к контактной поверхности объекта контроля, в пределах которой невозможно обнаружить дефект, называют:

Как соотносятся значения H1 и H2, измеренные преобразователями с углами ввода 1 и 2 соответственно?
Правильный ответ: H1>H2
Вопрос:

74. Главной характеристикой акустического поля в дальней зоне является:

75. Рассчитайте длину ближней зоны преобразователя радиусом 8 мм и частотой 1,5 МГц в среде со скоростью звука С=6,0 мм/мкс.

76. Какая из перечисленных формул используется для расчета полного угла  раскрытия основного лепестка диаграммы направленности прямого преобразователя радиусом на частоту f, если скорость звука в среде С?
Правильный ответ: sin = 0,61 C/af.
Вопрос:

78. Пьезопластины из одного и того же пьезоматериала с радиусами а1 D.

123. По каким из перечисленных ниже отражателям следует настраивать ВРЧ дефектоскопа, чтобы сохранить по всей толщине контролируемого изделия равную предельную чувствительность?

По плоскодонным отверстиям одинакового диаметра на разной глубине.

первого она составляет 40 мм2.

134. При контроле прямым совмещенным ПЭП амплитуда эхо сигнала от плоскости на глубине 150 мм превышает амплитуду от плоскодонного отражателя на 25 дБ. Какова будет разница амплитуд, если такие же отражатели расположены на глубине 600мм?

дефект имеет округлую форму в плане сварного соединения.

схеме ТАНДЕМ, режим раздельно-совмещенный.

Источник