Оценка целостности границ с помощью анализа отраженной звуковой волны
Применение:
Ультразвуковое определение наличия или отсутствия целостности границ между внешним слоем из материала с высоким акустическим импедансом как, например, металл или керамика и внутренним слоем из материала с низким импедансом – пластика, композитов или резины. Этот метод так же применим при исследовании клеевых соединений двух металлов.
Техническая Информация:
При соединении двух материалов со схожим акустическим импедансом (произведение плотности и скорости звука в материале) - сварка и спайка металлов или вплавление пластика в пластик – наличие или отсутствие целостности определяется по амплитуде первого отраженного от границы материалов сигнала. Различное состояние стыка приводит к возникновению существенной разницы в отраженных сигналах. Тем не менее, при соединении двух материалов с различным акустическим сопротивлением, как в случае металла и полимера, из-за несовпадения импеданса отраженный сигнал большой амплитуды возникает и при хорошем их соединении. Разница амплитуд сигналов, отраженных от границ различного состояния, может быть незначительна или трудно определима, особенно при различных условиях передачи звуковой волны в тестовый образец. Подобные затруднения возникают при соединении двух металлов посредством эпоксидной смолы или других связующих материалов с низким акустическим сопротивлением. Даже очень тонкий слой клея создает границу с низким акустическим сопротивлением и значительным отражением звуковой волны и при хорошем сцеплении материалов.
Обратите внимание, что при использовании материала с низким акустическим сопротивлением в качестве внешнего слоя или, если геометрия детали позволяет установить датчик на стороне с низким сопротивлением, рекомендуется использовать процедуру определения фазового сдвига. Эта методика описана в разделе “Применение” сайта фирмы Panametrics-NDT: Оценка целостности границ с помощью определения фазового сдвига.
В случае проведения исследований со стороны материала с высоким акустическим импедансом, оптимальной является описанная в данном разделе методика анализа отраженной звуковой волны. Этот способ заключается в наблюдении серии отраженных от границы сигналов и определении разницы в степени изменения амплитуд последовательных сигналов в случае целостности границы или при возникновении дефекта. Отражение волны происходит в металлах или других материалах с высоким импедансом, и изменение амплитуды усиливается при каждом шаге. Например, трудноразличимая разница амплитуд при разных состояниях стыка материалов для первого эхосигнала составляет 5%, тогда как на пятом сигнале это значение достигает 25%, а на десятом – уже 50%. Разница амплитуд первичных эхосигналов может быть очень мала, но тенденция изменения серии сигналов позволяет быстро провести сравнительный анализ. В обычных условиях разные состояния границы стыка приводят к формированию различных траекторий отраженных звуковых волн.
Оборудование:
Подобные исследования могут осуществляться с помощью стандартных ультразвуковых дефектоскопов Epoch 4, Epoch 4B, Epoch 4 PLUS или Epoch LT фирмы Panametrics-NDT. Так же возможно использование ультразвукового генератора/приемника. Для обычных измерений подходят обычные датчики с линией задержки в диапазоне частот между 2.25 МГц и 20 МГц - V207-RB, V206-RB, V202-RM или V208-RM. Специальные датчики подбираются исходя из толщины, геометрии и акустических свойств материала.
Процедура:
Как и в других методах дефектоскопии, для настройки прибора требуются калибровочные образцы с соответствующим материалом и геометрией детали, содержащие известные участки с нарушением целостности.
Датчик с линией задержки (или иммерсионный) обычно используется при проведении подобных тестов, так как он генерирует большее количество множественных эхосигналов от материала с высоким акустическим импедансом, чем в случае с контактными датчиками, чья поверхность лучше прилегает к образцу. Выберите датчик с линией задержки, генерируемый 5 и больше эхосигналов от границы двух материалов. Настройте время работы на диапазон, достаточный для отображения серии как минимум пяти последовательных эхосигналов. Приложите датчик к калибровочному образцу, представляющему случай нарушения связанности границы, и настройте параметры затухания, фильтровки и, в случае необходимости получения более четко выраженных пиков, ректификации.
Настройте коэффициент усиления так, чтобы первый отраженный эхосигнал отображался на всю высоту экрана. Первый пик, отображенный на дисплее формы волны, является интерфейсным эхом линии задержки, а последующие эхосигналы – множественные эхосигналы от стального образца в 0.1" при отсутствии границы с другим материалом. Так как в этом случае металл граничит с воздухом, спад амплитуды происходит относительно медленно.
Низкий спад амплитуд при соприкосновении металла с воздухом:
Затем присоедините датчик к калибровочному образцу, содержащему качественный стык материалов, и отследите степень изменения амплитуды. Ниже на дисплее формы волны представлен калибровочный блок из 0.1" (
Спад амплитуд сигналов, отражаемых от границы материалов:
Обратите внимание, что уменьшение амплитуды множественных эхосигналов осуществляется быстрее по направлению к правой части дисплея. Полимер, граничащий со сталью с обратной стороны, образует механизм затухания и вызывает более быстрое сокращение амплитуды. Точное значение дисперсии траекторий эхосигналов, отраженных от материалов с разным состоянием сцепления, определяется относительным акустическим импедансом и факторами затухания, но по сути этот вид тестирования подходит для определения целостности границ любых материалов, первый из которых обладает высоким, а второй низким акустическим импедансом. Определение наличия или отсутствия целостности границы двух материалов производится путем сопоставления формы волны от эталона и тестового образца.
Если прибор оснащен программной функций Корректировки Расстояния от Амплитуды (ВРЧ), то с помощью этой функции на дисплей можно вывести кривую уровня амплитуды эхосигналов от хорошо соединенных материалов. После этого кривая ВРЧ может быть использована для быстрого определения отсутствия сцепления между материалами, что будет выглядеть как серия пиков, возвышающихся над ранее созданной кривой. Более того, для дальнейшего определения состояния границы материалов может быть использована функция сигнализации.
Кривая ВРЧ, представляющая контур пиков эхосигналов при хорошем сцеплении материалов, отображается на дисплее амплитуд эхосигналов, возникающих при отсутствии сцепления:
Помните, что данный вид тестирования применяется только для определения наличия или отсутствия целостности границ, а для оценки ее прочности. Материалы должны соединяться клеем или схожим связующим материалом. Прессовка не обеспечивает создания акустической границы.