Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет»

Приборостроительный факультет

Кафедра « Приборы и методы контроля качества»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Ультразвуковые методы и средства неразрушающего контроля»

Выполнила: студентка

Юшкова Д.Р.

гр. 7-74-1

Проверил:

д.т.н., профессор

Муравьева О.В.

Ижевск, 2012

Акустический вид неразрушающего контроля.

ГОСТ 18353-79 Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов.

Виды НК:

1. Магнитный

1. Акустический

1. Вихретоковый

1. Тепловой

1. Радиационный

1. Проникающими веществами

1. Оптический

1. Электрический

1. Радиоволновой

Особенности АвНК:

70-80% от общего объема видов неразрушающего контроля приходится на АвНК, который нашел применение в различных отраслях (металлургии, машиностроении, судостроении и др.).

Плюсы АвНК:

1. Ультразвук используется для любых материалов (от пластмасс до измерений в воздухе), для диагностических целей (человек);

2. УЗК берет и внутренние и внешние дефекты;

3. УЗК имеет возможность возбуждения различных типов волн (продольных, поперечных, релеевских);

4. Многообразие регистрируемых параметров, позволяющих реализовать разнообразные методы НК;

5. УЗК можно использовать для сложных геометрических деталей;

6. УЗК имеет высокую чувствительность;

7. Безопасный;

8. Имеет высокую оперативность и производительность;

9. Средняя стоимость.

Физика АвНК.

Колебания и волны. Основные параметры.

УЗК основан на регистрации параметров упругих колебаний и волн, возбуждаемых (излучаемых) в контролируемом объекте.

Колебания – процесс, обладающий повторением во времени.

Уравнение колебаний:

A=A0·sin(ω·t + φ)

(1.1)

Если колебания имеют гармонический характер, то:

A=A0·e-i(ω·t+φ)

(1.2)

Упругие колебания – колебания упругих частиц среды.

Рис. 1.1 Понятие начальной фазы колебания

φ₀ – начальная фаза колебания (Рис. 1.1);

φ0 = ω·t+φ

(1.3)

A₀ –максимальная амплитуда колебаний;

ω – циклическая частота;

ω = 2·π·f , [Гц]

(1.4)

Свойство упругой волны: она осуществляет перенос энергии без переноса вещества.

Диапазон частот упругих колебаний

Ультразвуковой контроль осуществляется на частотах от 20 кГц ÷ 20 МГц, реже до 30 МГц.

1. U₀ - амплитуда смещения, максимальное отклонение от положения равновесия (Рис.2.1);

U(t) = U0·sin(ω·t+φ), φ=0

(2.1)

2. υ(t) – виброскорость, колебательная скорость [м/c] (Рис.2.2)

υ(t) = = U0·ω·cos ωt

(2.2)

υ

υ_o

Фазовый сдвиг на π/2

3. B(t) - колебательное ускорение (Рис.2.3)

B(t) = = - sin ω·t

(2.3)

Сдвиг фаз на π

4. P₀ – звуковое или акустическое давление

(2.4)

z - акустическое сопротивление среды (характеристическое, волновое, импедансное).

5. I -интенсивность – энергетическая характеристика – энергия, переносимая УЗК волной через площадку перпендикулярно направлению волны за единицу времени.

I = , [ ] = [ ]

(2.5)

Для плоской волны:

I=

(2.6)

Отношение амплитуд сигналов можно рассчитать по формулам:

20·lg = [ ]

[ ]= 10·lg

(2.7)

, раз	, дБ
1	0
10	20
0,1	-20
100 (0,01)	40 (-40)
1000 (0,001)	60 (-60)
2 (0,5)	6 (-6)
3,16 (0,316)	10 (-10)
31,6 (0,0316)	30 (-30)

Основные параметры колебаний. Импульсные колебания.

f _след = f _повтор =

f _след = 250 Гц …500 Гц…1000 Гц (УД2-12)

f_нес = 1 ÷ 10 МГц

Длительность импульса τ оценивается по огибающей, на определенном уровне 6 дБ от максимального значения.

Основные параметры волн.

Упругая волна – процесс передачи упругих колебаний от частицы к частице в пространстве.

Уравнение волны:

A (r, t) = Ao·sin (ω·t - k·r + φo)

(3.1)

k – волновое число [1/м]

k = = =

(3.2)

c – скорость распространения волны.(Рис.3.1)

Рис.3.1 Скорость распространения волны

Длина волны – расстояние между точками, колеблющимися в одинаковой фазе.

Скорость волны – скорость, с которой колебания передаются от одной материальной частицы среды к другой.

f - определяет преобразователь;

υ – определяют свойства среды;

Свойства среды:

1. Плотность

2. Упругость

3. Акустическое сопротивление среды (z)

Z =ρ·c

Если Z большое, то среда называется жесткой: скорость распространения волны мала, даже при больших возмущениях. Жесткой средой для УЗ являются несплошности (трещины, непровары и др.)

Если Z невелико, то среда мягкая: скорость волны и смещения значительны, даже при малых возмущениях.

Упругие свойства среды

1. Е – модуль Юнга (модуль упругости)

2. G – модуль сдвига

3. ν – коэффициент Пуассона

4. К – модуль объемной упругости

Е, G, ν – используются для характеристики твердых тел.

к – используется для характеристики жидкостей и газов.

В твердом теле достаточно двух независимых упругих модулей.

Для продольных волн скорость:

C _l =

Для поперечных волн скорость: Для твердых тел

C_t =

Для жидкостей и газов

С =

Типы объемных волн.

1. Продольная волна (l) – направление колебаний в волне совпадает с направлением ее распространения. Это волна с деформацией растяжения– сжатия. (Рис.3.2, а)

2. Поперечная (t) – направление колебаний в волне перпендикулярно направлению ее распространения. Волна с деформацией сдвига. (Рис.3.2,б)

Рис.3.2 а) Распространение продольной волны; б)Распространение поперечной волны

С_t всегда меньше С_l. = 0,55

1. E – модуль Юнга.

Рис.3.3 Сопротивление материала деформации напряжения

σ – механическое напряжение, необходимое для того, чтобы удлинить стержень в 2 раза (Рис.3.3).

𝛆 – механическая деформация

σ =

(3.3)

𝛆 =

(3.4)

Закон Гука: Однозначная пропорциональная зависимость между напряжением и деформацией.

σ = E· 𝛆,

(3.5)

Е – характеризует сопротивление материала деформации напряжения [Па] (Рис.3.4)

E_ст = 25·10¹⁰ Па недостижимо

2. G –модуль сдвига.

Рис.3.4 Деформация сдвига

τ – касательное напряжение

γ – сдвиговая деформация

G – сдвиговое напряжение, чтобы сдвинуть его на 45⁰ [Па] = [ ] (Рис.3.5)

τ = G·tg γ, γ =450

(3.6)

3. ν –коэффициент Пуассона

Рис.3.5 Деформация растяжения

ν = < 0,5

(3.7)

Для большинства конструкций ν = 0,3. Для вязких жидкостей ν -> 0,5