Основные технические характеристики и принципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импедансных дефектоскопов

Основными эксплуатационными характеристиками дефектоскопа являются его чувствительность, разрешающая спо­собность, дальность прозвучивапия, система выделения полезного сигнала и способы его индикации, конструкция глубиномера и его точность, величина мертвой (неконтролируемой) зоны детали, портативность и питание дефектоскопа (автономное или от аэродромных источников тока). Под разрешающей способностью понимают минимальное расстояние между двумя отражателями ультразвука, следующими один за другим в направлении проз —

вучивания детали, эхо-сигналы от которых на экране дефекто­скопа не сливаются. Далее рассмотрены характеристики и прин­ципы работы ультразвуковых импульсных и акустических импе­данса ых дефектоскопов, применяемых для контроля деталей в условиях эксплуатации авиационной техники.

Рис. 6.11. Блок-схема ультразвукового дефектоскопа УЗДЛ-61-2М

Портативный ультразвуковой дефектоскоп УЗДЛ-61-2М при­меняют в комплекте с искателями типа ЛИГ для контроля кро­мок рабочих лопаток роторов турбин и компрессоров, кожухов камер сгорания, диска I ступени ротора компрессора авиацион­ных двигателей и других деталей. Этот специализированный дефектоскоп является наиболее простым по конструкции. Рабо­тает по принципу эхо-импульсного метода. Рабочая частота УЗД

2,5 МГц. Блок-схема дефектоскопа приведена на рис. 6.11. Все блоки собраны на электронных лампах,

Синхронизатор {задающий генератор) вырабатывает син­хронизирующие импульсы частотой 400—500 Гц, которые одновре­менно возбуждают генератор импульсов и генератор развертки. Изменением частоты синхронизирующих импульсов меняют даль­ность прозвучи ван и я.

Генератор высокочастотных электрических импульсов (возбудитель пьезопластины) представляет собой электрический колебательный контур, в котором конденсатором является пьезо — пластипа, а индуктивностью — катушка. Частота электрических колебаний контура, подбираемая при изготовлении дефектоскопа, равна резонансной частоте механических колебаний (УЗК) пьезо — пластпны (2,5 МГц). Поступившим от синхронизатора импульсом контур возбуждается. В нем возникают синусоидальные колсба-
ния напряжения частотой 2,5 МГц, которые в течение времени 1 —1,5 мкс затухают. Длительность т„ электрических возбуждаю­щих колебаний (рис. 6.12, а) зависит от соотношения индуктив­ного и активного сопротивлений контура. В одном электрическом импульсе при / = 2,5 МГц содержатся три—пять колебаний. Воз­буждаемые механические колебания пьезопласти­ны также затухают (рис. 6.12,6; А—смеще­ние колеблющейся пла­стины). Длительность Хз. п механических колебаний— зондирующего импульса больше длительности электрических и зависит от характеристик пьезо­пластины и степени ее демпфирования. Через

2— 2,5 мс после прекра­щения колебаний контур вновь возбуждается син- вырабатывая такие же затухающие

Ультразвуковые импульсы вводятся искателем в металл конт­ролируемой детали. После отражения от дефектов и (или) конца детали они возвращаются в виде эхо-сигналов обратно на пьезо­пластину искателя, где преобразуются в импульсы напряжения, поступающие через контур генератора на усилитель. За время паузы (2—2,5 мс) ультразвуковая волна, отразившись от самого дальнего отражателя (конца детали), успевает возвратиться обратно к пьезопластине задолго до посылки следующего импульса. Когда на пути распространения УЗК встречается дефект, то часть ультразвуковой энергии отражается от него раньше, чем от конца детали. Таким образом, эхо-сигналы иска­теля поступают на усилитель со сдвигом по времени — вслед за зондирующим поступает эхо-сигнал от дефекта, а затем — от конца детали.

Длительность зондирующего импульса т3.и важный параметр всякого импульсного дефектоскопа, от которого зависят, как будет показано далее, мощность импульса, временная мертвая зона и разрешающая способность дефектоскопа. В универсальных дефектоскопах предусмотрены специальные регуляторы мощности зондирующего импульса, работающие на основе изменения им­пульса tn и амплитуды колебаний пьезопластины.

Приемный усилитель не только усиливает поступаю­щие от искателя электрические колебания (в зондирующем им­пульсе и в эхо-сигналах), но и преобразует их в видеоимпульсы, которые подаются к пластинам вертикального отклонения луча

ЭЛТ. Усилитель настроен па резонансную частоту пьезопластины. Входным контуром усилителя служит колебательный контур генератора импульсов. Поэтому в момент работы генератора уси­литель находится под сильной перегрузкой (сотни вольт), что сопровождается временной потерей им чувствительности (усили­тель запирается на некоторое время). Для предохранения усили-

Рис. 6,13. Отсечка шумов 2 ари детектирования полезного зхо-с. игнала /

теля от перегрузок в момент образования зондирующего им­пульса, а также для выравнивания чувствительности дефекто­скопа при прозвучиваиин деталей малых и больших размеров в нем применена автоматическая временная регулировка чувстви­тельности (ВРЧ).

Усиленный электрический сигнал детектируется. При этом нижняя часть сигнала, соответствующая реверберационным и дру­гим шумам 2 (рис. 6.13), срезается. Уровень отсекаемой части поступающих на ЭЛТ сигналов в универсальных дефектоскопах ДУК-66П, УДМ-3 и других регулируется специальным регулято­ром ОТСЕЧКА. В дефектоскопе УЗДЛ-61-2М это осуществляется ручкой регулировки усиления. Чтобы при прозвучивании деталей не пропустить полезный сигнал 1, рекомендуется устанавливать минимальную отсечку шумов.

Генератор развертки служит для получения времен­ной линии развертки на экране ЭЛТ. Он возбуждается одновре­менно с передачей зондирующего импульса и вырабатывает ли — нейно-возрастающее (пилообразное) напряжение, подводимое к пластинам горизонтального отклонения электронного луча ЭЛТ. Поступающие от усилителя к вертикально отклоняющим пласти­нам трубки видеоимпульсы со сдвигом но времени дают на экране соответствующие сигналы: зондирующий (начальный),

отраженный от дефекта (промежуточный) и отраженный от конца детали (концевой). По длине развертки между начальным и про­межуточным сигналами можно определить расстояние до дефекта в направлении прозвучпваппя. В универсальных дефектоскопах для определения координат залегания дефекта существуют спе­циальные устройства — глубиномеры.

Блок питания (полупроводниковый преобразователь) вырабатывает необходимые напряжения для питания анодных цепей ламп дефектоскопа (400 и 185 В) и ЭЛТ (1800 В).

Рис. 6.14. Ультразвуковой импульсный дефектоскоп ДУК-66П

На переднюю панель дефектоскопа выведены ручки ЯРКОСТЬ, ФОКУСИРОВКА и СМЕЩЕНИЕ для регулировки и установки по горизонтали развертки луча ЭЛТ, ОГРАН.—для регулировки чувствительности дефектоскопа и РАЗВ. — для регу­лировки длительности развертки (дальности прозвучнвания). Наибольшая дальность (глубина) прозвучнвания стали — 400 мм.

Мертвые зоны дефектоскопа при контроле кромок лопаток и кожухов камер сгорания составляют: ближняя — 20—25 мм,

дальняя— 7 мм. Габариты дефектоскопа — 290X126X165 мм; масса —3 кг. Питание — от сети постоянного тока 27 В; потреб­ляемая мощность — 35 Вт.

Дефектоскопы УЗДК-1 и УЗДБ-1 по конструкции анало­гичны дефектоскопу УЗДЛ-61-2М. Они снабжены специальными искателями для контроля барабанов и реборд авиационных колес н главных балок тележек шасси соответственно.

Портативный ультразвуковой дефектоскоп ДУК.-66П исполь­зуют для контроля сварных швов рам, осей поворотных узлов, шпангоутов и других деталей в аэродромных условиях.

Прибор (рис. 6.14) универсален, выполнен полностью на тран­зисторах, может работать от аккумуляторной батареи напряже­нием 9 В или через специальный блок от сети 220/127В 50 Гц,

искатели. Рабочие частоты УЗК (1,25; 2,5; 5 и 10 МГц) устанав­ливают с помощью сменных катушек индуктивности, придавае­мых к прибору. Индикаторами являются ЭЛТ и звуковой сигна­лизатор. Дефектоскоп имеет встроенный аттенюатор (калибро­ванный делитель напряжения) для измерения амплитуды эхо-сиг­налов, проградуированный в децибелах. Он оснащен, как видно на блок-схеме (рис. 6.15), электронным глубиномером, устройст­вами задержки развертки, стробирующего импульса (строба- импульса) и автоматического сигнализатора дефектов (ЛСД). Он позволяет вести контроль эхо-импульсным методом в режимах без задержки и с задержкой развертки, а также теневым мето­дом.

Принцип работы дефектоскопа по эхо-импульсному методу в режиме без задержки развертки (при установке выключателя В6 в положение 1) аналогичен принципу работы прибора УЗДЛ-61-2М. Работу дефектоскопа в режиме с задержкой раз­вертки п АСД обеспечивает глубшгомерпое устройство, основным назначением которого является определение координат залегания
дефекта относительно точки ввода осевого (центрального) луча. Погрешность глубиномера составляет ±3% от определяемого значения.

При установке выключателя ВО в положение 2 глубиномер позволяет запустить устройства задержки развертки и строба — импульса, с помощью которых можно выделить для контроля

Рис. 6.16. Изображение строба-импульса на экране дефекто-
скопа при работе в режиме с — задержкой развертки:
а — при отсутствии дефекта в аоне контроля; б — при наличии де-
фекта; / — начальний сигнал; 2 — строб’ импульс; 3 — эхо-енгнал от
дефекта

любую зону детали в направлении прозвучивания. Генератор строба-импульса вырабатывает прямоугольный импульс, посту­пающий к вертикально отклоняющим пластинам ЭЛТ (рис. 6.16, а). Участок развертки от начального сигнала / до левого фронта строба-импульса есть интервал времени задержки развертки от момента излучения зондирующего импульса до момента начала возникновения строба-импульса; расстояние между левым и пра­вым фронтами — длительность строба-импульса. Во время задер­жки развертки приемный усилитель заперт. Он открывается лишь на время длительности строба-импульса. Длительность строба- импульса обусловливает длину зоны контроля, а время задержки развертки — длину неконтролируемого участка (от точки ввода УЗК до начала зоны контроля). При наличии дефекта в зоне контроля на экране ЭЛТ эхо-сигнал 3 возникает только в области строба-импульса (рис. 6.16, б). Эхо-сигналы, отраженные от уча­стков детали, которым соответствует развертка вне пределов строба-импульса, на экран не проходят. Время задержки развер­тки и длительность строба-нмпульса можно плавно регулировать, тем самым проверять зоны детали различной длины, расположен­ные на различных расстояниях от точки ввода УЗК-

Для срабатывания АСД от эхо-сигналов, вызванных дефек­тами в зоне контроля, импульсы с выхода видеоусилителя и схе­мы генератора строба-импульса подаются на каскад совпадения. В случае наличия дефекта в зоне контроля на выходе каскада совпадений получается импульс, который запускает мульти­вибратор звуковой сигнализации дефекта. Уровень срабатывания
схемы АСД при эхо-сигнале от дефекта — 15 мм и более по экрану ЭЛТ.

Дефектоскоп допускает непрерывную работу в течение 8 ч (не менее) при питании от сети переменного тока. Максимальная глубина прозвучивания стали (Ст. 45)—2500 мм.

Ультразвуковые дефектоскопы УДМ-3 и УДМ-1М применяют для контроля лопастей и стаканов воздушных винтов, переднего вала винта, стыковых сварных швов рам и других деталей.

Рабочие частоты прибора УДМ-3—0,6; 1,8; 2,5 и 5 МГц, а прибора УДМ-1М —0,8; 1,8; 2,5 и 5 МГц. Индикаторами явля­ются ЭЛТ и световой сигнализатор. Дефектоскопы снабжены, так же как и прибор ДУК-66П, электронным глубиномером, устрой­ствами задержки развертки («лупой времени»), стробирующего импульса и АСД. Максимальная глубина прозвучивания стали Ст. 45 — 2500 мм. Дефектоскопы позволяют при частоте УЗК 5 МГц обнаруживать дефекты с отражающей поверхностью 1 мм2 и более на глубине 100 мм. При прозвучивании больших толщин чувствительность падает. Чувствительность регулируется четырь­мя ручками: МОЩНОСТЬ,’ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ, ОТСЕЧКА и ВРЧ.

Минимальная глубина, с которой начинается обнаружение дефектов (мертвая зона), при пользовании прямыми искателями на частоте 5 МГц равна 8 мм; на частоте 2,5 МГц—10 мм, на частоте 1,8 МГц—12 мм и на частоте 0,6 МГц — 50 мм. При пользовании раздельно-совмещенными искателями на частотах 2,5 и 5 МГц мертвая зона равна соответственно 2,0 и 0,5 мм, а при работе наклонными искателями — 2 мм.

Погрешность измерения расстояния от искателя до дефекта, а также толщины изделий не более ±2-*-3% от измеряемого зна­чения.

Питание дефектоскопов — от сети 36 и 220 В 50 Гц. Потреб­ляемая мощность —не более 180 В-А. Габариты — 220Х335Х Х423 мм; масса — 19 кг.

Приборы УДМ-1М и УДМ-3 отличаются один от другого схе — мами некоторых каскадов и типом ЭЛТ.

Импедансные акустические дефектоскопы И АД-3 (рис. 6.17) и ИАД-2 применяют для. выявления дефектов клеевых и паяных соединений между сравнительно тонкой обшивкой (из алюминие­вого сплава толщиной около 2 мм, из стали—1,5 мм) и элемен­тами жесткости (лонжероном, нервюрой) или заполнителем (сотами, пенопластом и др.) в многослойных конструкциях, а также расслоений в изделиях из слоистых пластиков.

Работа приборов основана на импедансном методе — измерении амплитуды реакции изделия на колеблющийся стержень датчика (ИАД-2) и на измерении амплитуды и фазы силы реакции (И АД-3).

Блок-схема прибора ИАД-3 приведена на рис. 6.18. Датчик прибора представляет собой конический стержень из органиче­ского стекла. На верхнем торце стержня установлена излучаю­щая пьезопластнна из ЦТС-19(/), а на нижнем — пьезопластипа 2 (силонзмерительный элемент). Генератор прибора вырабаты-

Рис. 6.17. Имиедансньп; акустический дефектоскоп ИАД-3

Рис. 6.18. Блок-схема импедансного акустического дефектоскопа ИАД-3: / — излучающая пьезопластина из ЦТС-19; 2 — пьезопластипа (енлонзмерительный элемент); 3 — сигнальная лампочка

вает синусоидальные электрические колебания, частота которых плавно регулируется от 1000 до 8000 Гц. Они подаются на излу­чающую пьезопластину датчика, которая возбуждает в стержне

продольные упругие колебания. Силоизмерительный элемент соединен со входом избирательного усилителя. Электрическое напряжение на этом элементе и на входе усилителя пропорцио­нально силе реакции изделия на стержень. При наличии дефекта (непроклея или непропая) происходит уменьшение силы реак­ции, вызывающее уменьшение амплитуды и сдвиг фазы напря­жения на силоизмерительпом элементе. Измененное напряже­ние, пройдя через избирательный усилитель, поступает на два раздельных канала — амплитудный и фазовый, в которых вырабатываются сигналы, пропорциональные изменению ампли­туды или фазы и регистрируемые стрелочными индикаторами А и с?0. При наличии дефекта индикатор А показывает уменьше­ние амплитуды сигнала, а индикатор ю° — сдвиг его фазы (как правило, не менее 60°). Если эти изменения достигают некоторого заданного уровня, то срабатывает устройство, которое включает сигнальную лампочку 3, смонтированную внутри датчика. Она является дополнительным индикатором наличия дефекта.