Дефектоскопия, основанная на свойствах электромагнитных волн

Рентгеновские и гамма-лучи представляют собой коротковолновые электромагнитные колебания, обладающие способностью проникать через твердые непрозрачные тела.

Р ентгеновские лучи генерируются рентгеновскими трубками, а гамма-лучи возникают при распаде нестабильных радиоактивных элементов. При этом лу­чи, прошедшие через дефектные места проверяемой детали (раковины, тре­щины, шлаковые включения и т. п.), со­храняют большую интенсивность (вслед­ствие неплотности пороков), чем про­шедшие через участки, не имеющие де­фектов. На фотопленке, помещенной за проверяемой деталью, дефектные места проявляются с большим почернением. При помощи рентгеновских и гамма-лучей можно выявить дефекты, которые находятся на глубине до 500 мм.

При проверке деталей судовых ме­ханизмов изображение дефектов полу­чают на экране или на пленке. Первый

прием, называемый рентгено- и гаммаскопией, применяют для выявле­ния дефектов в деталях из легких сплавов; второй прием рентгено>- и гаммаграфирование — для деталей из черных и цветных металлов.

В судоремонте для рентгенографирования используют стационар­ные рентгеновские аппараты, а для гаммаграфирования радиоак­тивные изотопы (кобальт-60, иридий-192, цезий-137, тулий-170 и др.), помещенные в ампулы и свинцовые контейнеры.

Дефектоскопия, основанная на свойствах звуковых волн

Для выявления дефектов в деталях судовых механизмов в настоя­щее время применяют звуковой и ультразвуковой методы.

При звуковом методе проверяемую деталь обстукивают и по получающемуся звуку определяют, есть ли в ней трещины и другие дефекты. Если деталь не имеет трещин, получается чистый звонкий звук, детали с трещинами дают приглушенный или дребезжащий звук. По характеру звука, например, легко определить отставание анти­фрикционного сплава в подшипниках.

Для лучшего определения характера звука иногда пользуются стетоскопом, подобным (Применяемому в медицине.

Однако звуковым методом невозможно обнаружить дефекты, за­легающие на значительной глубине. Кроме того, чтобы установить вдетали наличие дефектов, надо сравнить издаваемый ею звук со зву­ком такой же детали, но без дефекта.

Ультразвуковой метод выявления дефектов в деталях является новым. Впервые использование ультразвука для контроля качества изделий было предложено в 1928 г. видным советским ученым профес­сором Ленинградского электротехнического института им. Ульянова— Ленина С. Я- Соколовым. В настоящее время ультразвуковая дефек­тоскопия получает все большее распространение как в СССР, так и за рубежом.

Ультразвуком называются неуловимые человеком звуки с часто­той колебания источника выше 20 000 гц. Ультразвуковые волны спо­собны распространяться в воздухе, в жидкостях и в твердых телах. Основными параметрами ультразвуковых волн являются длина вол­ны, скорость ее распространения и частота колебаний.

Короткие ультразвуковые волны обладают большой проникаю­щей способностью.В металлических изделиях ультразвук способен

проникать на глубину до 10 м. -Для получения ультразвуковых колебаний в жидкостях и в твердых телах наи­большее распространение получили электрострикционные (пьезоэлектри­ческие) и магнитострикционные излу­чатели. Принцип действия электро-стрикционных и магнитострикцион-ных излучателей одинаков и основан на измерении геометрических разме­ров излучателей; разница состоит в том, что в первом случае размеры

изменяются под действием электрического поля (явление электрострик-ции) ', а во втором —иод действием магнитного поля (явление магни-тострикции)².

Изменение размеров излучателя следует сразу же за изменением поля. Свойством электрострикции, т. е. прямым и обратным пьезоэлек­трическим эффектом³ обладает ряд естественных и искусственных (синтетических) кристаллов: кварц, турмалин, сегнетова соль, титанат бария, фосфат аммония, фосфат калия и другие. Свойством магнито-стрикции (сжиматься и расширяться под действием магнитного поля) обладает ряд металлов: железо, кобальт, никель и сплавы на их осно­ве — инвар, монель, пермендюр и др.

Наибольшее распространение в качестве материала для электро-стрикционных излучателей получили пластины, вырезанные из кристал­лов кварца и пьезоэлектрик — титанат бария, предложенный советским ученым С. М. Вулом.

Различают три способа обнаружения дефектов ультразвуком: те­невой, отражения и резонансный.

Дефекты при помощи звуковой тени обнаруживаются следующим образом (рис. 15). От излучателя 1 в деталь 2 посылается ультразвук, который улавливается приеммником 3

¹ Электрострикция — явление, при котором диэлектрики, находясь в электри­ческом поле, испытывают механические воздействия, под влиянием которых деформируются.

² При магнитострикции механические напряжения возникают в ферромагнит­ных материалах, находящихся в магнитном поле, в результате чего размеры этих материалов изменяются.

³ Пьезо — означает давление. Прямым пьезоэлектрическим эффектом называется возникновение электрических зарядов на поверхности кристалла при его сжатии и растяжении в определенном направлении. Обратным пьезоэлектрическим эффектом называется расширение и сжатие кристаллов под действием сообщенных ему элек­трических зарядов. При этом кристаллы излучают звуковые волны такой частоты, с какой изменяются знаки электрических зарядов.

Если на пути ультразвуковых лучей находится дефект в виде раковины 4 или трещины, то ультра­звуковая энергия уменьшается или исчезает. На рис. 16 показано от­ражение дефекта ультразвуком. Приемник 2, расположенный на одной поверхности с излучателем 1, улавливает преломленные ультразвуко­вые лучи от дефекта 3.

Резонансный способ обнаружения дефектов основан на изменении частоты пьезоизлучателя до момента возникновения резонанса. Если в детали нет дефектов, явление резонанса наступает при определен­ном значении частоты, соответствующем проверяемой толщине детали. При наличии дефектов (раковин, трещин и расслоений) деталь оказы­вается тоньше и явление резонанса наступает при другой частоте.

Для ультразвуковой дефектоскопии поверхности проверяемых де­талей тщательно зачищают и на границе излучатель-деталь вводят контактную среду. Такой средой обычно служит трансформаторные

или веретенное масло, глицерин, автол, вода. Для грубо обработанных поверхностей используют более вязкие масла.

В настоящее время как в СССР, так и за границей разработаны ультразвуковые дефектоскопы различных типов; наибольшее распро­странение среди них получили импульсные (рис. 17). Основными ча­стями импульсных дефектоскопов являются генератор электрических колебаний высокой частоты (генератор импульсов), излучатель и при­емник (щупы), электроннолучевая трубка (индикатор), усилитель от­раженных импульсов и генератор развертки электроннолучевой трубки.

По схеме, изображенной на рис. 17, импульсный генератор воз­буждает пластинку излучателя (щупа); последний посылает в металл проверяемой детали короткие импульсы колебаний длительностью 0,5—10 мксек, за которыми следуют паузы длительностью 1—5 мксек. Если в детали нет дефекта, то импульс от излучающего щупа доходит до противоположной ее стороны (дна) и, отразившись, возбуждает сигнал в приемном щупе. Если же на пути импульса находится де­фект, то приемный щуп сначала принимает эхо-сигнал от участка с дефектом, а уже затем сигнал от противоположной стороны детали (донный). Эти сигналы отражаются в виде кривых (осциллограмм) на экране индикатора (электроннолучевой трубки) дефектоскопа. Рас­стояние между начальным и донным сигналами представляет в опре­деленном масштабе толщину проверяемой детали (в направлении рас­пространения ультразвукового луча), а расстояние между начальным и промежуточным сигналами указывает на место расположения де­фекта. Если на осциллограмме получается несколько промежуточных сигналов, значит в проверяемой части детали имеется несколько дефектов.

Чтобы проверить всю деталь, необходимо в определенной последо­вательности передвигать щупы по ее поверхности и следить за осцил­лограммой на экране индикатора. Чувствительность ультразвуковых дефектоскопов очень велика. Ими можно обнаружить дефекты разме­ром в несколько миллиметров на глубине нескольких метров.

При помощи ультразвуковых дефектоскопов успешно выявляют де­фекты многих деталей судовых механизмов и устройств: коленчатых, дейдвудных, промежуточных и упорных валов, роторов и дисков тур­бин, ступиц и лопастей гребных винтов, баллеров рулей, цилиндровых

блоков, фундаментных рам и т. д. Кроме того, с помощью ультразву­ковых дефектоскопов толщиномеров определяют толщины изношенно­го набора и изношенной обшивки корпуса судна. На рис. 18 и 19 при­ведены примеры перемещения щупа для выявления ультразвуком де­фектов в деталях судовых механизмов.

На рис. 20 показан импульсный ультразвуковой дефектоскоп с на­бором жестких цилиндрических и призматических щупов. Кроме изо­браженных, бывают вращающиеся щупы, которыми удобно пользо­ваться для исследования деталей с большой поверхностью при теневом методе.