Сухое сканирование (Dryscan)

Программное обеспечение к ультразвуковым дефектоскопам SONATEST 700, SONATEST 70D.

Режим Dryscan хорошо зарекомендовал себя для контроля материалов с высоким затуханием ультразвука и, в первую очередь, композитов, сотовых и сэндвич-панелей для выявления расслоений и непроклеев, а также там, где недопустимо загрязнения поверхности объекта контроля контактной средой.

Объекты контроля для режима Dryscan:

Монолитный пластик, армированный стеклом/углеродом;
Сэндвич-панели с сотовым наполнителем;
Сэндвич-панели с наполнителем из пены (или дерева);
Склеенные структуры.


Рис.1 Сэндвич-панели с сотовым наполнителем.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ДЕФЕКТОСКОПЫ: Сухое сканирование (Dryscan)

Рис.2 Сэндвич-панели с наполнителем из пены.

При дефектоскопии с сухим контактом, в комплекте с ультразвуковым дефектоскопом используются отдельные излучающие и приёмные преобразователи, которые акустически связаны с испытуемым образцом через пластиковый наконечник или шину. Этот метод ультразвуковой дефектоскопии доказал свою высокую эффективность в большом количестве применений. Метод дефектоскопии с сухим контактом можно использовать как при теневом режиме (при сквозной передаче сигнала), так и в режиме работы с одной стороны образца.

Сухой контакт, при правильно подобранном ультразвуковом дефектоскопе, имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами импульсных эхо-сигналов:

Для акустического соединения преобразователей с контролируемым материалом не требуются контактные жидкости.
Многие из геометрических факторов, которые учитываются при общепринятых методах контроля, могут не учитываться. Нет необходимости точной установки преобразователей, фактически можно использовать передатчик и приёмник, расположенные друг к другу под углом 100°. Этот фактор, плюс тот факт, что наконечник преобразователя может иметь размер диаметром всего 4 мм, позволяет решать проблемы контроля, которые невозможно решить с помощью стандартных ультразвуковых дефектоскопов.
Система обладает высокой надёжностью обнаружения дефектов .
Этот метод можно использовать для изделий из множества материалов в качестве системы ГОДЕН/НЕ ГОДЕН как в ручном, так и в полностью автоматическом режиме.
Во многих случаях не требуется подготовка поверхности материалов.

Рис. 3. Излучающий и приемный ПЭП могут быть расположены под углом 100° друг к другу.

Сухой контакт

При ультразвуковом неразрушающем контроле, передача энергии через испытуемый ма-териал сопровождается потерями на границе раздела с преобразователем. Именно различия процесса передачи энергии в газе (воздух) и твёрдом теле (испытуемый образец) делают возможным поиск дефектов с помощью использования ультразвуковых волн.

При использовании стандартных ультразвуковых дефектоскопов, требуется акустическая контактная среда, обеспечивающая акустический контакт с преобразователем, который передаёт и принимает акустическую энергию. При использовании метода с сухим контактом, ультразвуковая энергия от преобразователя в материал передается через небольшие пластиковые призмы, которые являются частью преобразователя, что исключает потребность в отдельной контактной среде.

Сухой контакт обеспечивается с помощью использования полимерного материала для наконечника преобразователя. Для контроля ультразвуковым дефектоскопом больших площадей, используются катящиеся преобразователи с шинами, изготовленными из такого же контактного материала. Пластиковый материал является достаточно мягким для обеспечения хорошего акустического контакта с поверхностью образца. Этот материал может работать в температурном диапазоне от 20°C до 150°C, и сохраняет достаточную жёсткость для предотвращения износа, вызванного трением с поверхностью при использовании катящихся преобразователей.


Рис.4. ПЭП для контроля в режиме Dryscan.

Для надёжного ультразвукового контроля очень важно, чтобы характеристики передачи акустической энергии через контакт оставались постоянными в процессе контроля. Рекомендуется для удержания преобразователя разработать зажимное приспособление или манипулятор.

Характеристики преобразователя

Как мягкий наконечник, так и катящийся преобразователь, объединены с пьезокристаллическими элементами, предназначенными для излучения звука в широком диапазоне частот. Импульс с коротким переходным процессом, генерируемый ультразвуковым дефектоскопом, приводит к колебаниям пьезокристалла в широком спектре частот с пиковой частотой, определяемой характеристиками кристалла.

Очень важно то, что кристалл генерирует звук в широком диапазоне частот, поэтому преобразователи специально конструируются таким образом, чтобы обеспечить спад амплитуды колебаний кристаллов до их затухания. С задней стороны кристалла демпфирующие штыри не устанавливаются.

В преобразователе с пластиковым наконечником электрический контакт обеспечивается через шпильку из упругой стали. Шпилька слегка упирается в верхнюю поверхность кристалла, который в свою очередь упирается в тонкую металлическую заземляющую шину, а сама шина опирается на верхнюю сторону пластикового контактного наконечника.

Преобразователь катящегося типа состоит из центральной ступицы, изготовленной из нержавеющей стали, установленной на подпружиненном поршне, который способен удерживаться под постоянным углом к поверхности материала. Кристалл устанавливается на плоской поверхности ступицы, а электрический контакт обеспечивается через отверстие в оси преобразователя. Кристалл окружает обод, изготовленный из пластика, а акустический контакт обеспечивается через герметизированную в вакууме масляную камеру. В свою очередь, мягкая пластиковая шина обеспечивает акустический контакт между ободом из пластика Perspex и контролируемым материалом.

Как работает система

Передача при сухом контакте, в своей основе похожа на передачу при методе импульсных эхо-сигналов. Ультразвуковая энергия с генератора ультразвукового дефектоскопа подаётся в испытуемый материал с помощью передатчика. Эта энергия, в свою очередь распространяется в материале в виде звуковой волны, которую можно обнаружить с помощью приёмного преобразователя, который можно расположить на смежной или противоположной стороне от передающего преобразователя, в зависимости от процедуры контроля. Сравнение разницы уровней принятой энергии и времени задержки между переданным и принятым сигналом, указывает на наличие или отсутствие дефектов внутри образца.

Технология сухого контакта, кроме переданной звуковой энергии, также чувствительна к перенаправленной звуковой энергии, которая может распространяться в материале иначе, чем прямо переданный звук. Лучше всего это явление можно описать с помощью простого анализа того, как звуковой луч входит в контролируемый материал и распространяется в нём.

Через небольшой промежуток времени прохода через наконечник преобразователя, падающий луч сталкивается с поверхностью материала, и в этой точке часть энергии отражается. Оставшаяся часть энергии входит в материал и подвергается преломлению. Когда преломлённый луч сталкивается с отражающей поверхностью, например, с дефектом внутри материала, происходит дальнейшее распределение энергии.

Таким образом, для обнаружения небольших дефектов необходимо использовать волны малой длины, понижение предельного значения определяется сопровождающимся поглощением энергии, и толщиной испытуемого материала.

В системе с использованием сухого контакта измерения возможны при постоянстве двух коэффициентов: изменения интенсивности принимаемого звукового сигнала, и изменения промежутка времени между передачей и приёмом сигнала. При правильной регулировке, на дисплее будет отображаться сдвиг по времени между передаваемым и принимаемым сигналом, и серией циклов передачи с известным промежутком времени. При использовании режима Dryscan, ультразвуковой дефектоскоп Sonatest 700 можно использовать только для сравнительных измерений, поскольку распространение луча не обязательно происходит при известной скорости, или по прямой линии между передатчиком и приёмником.

При контроле композитных, слоистых, или материалов с большим ослаблением сигнала, один или оба этих коэффициента могут изменяться в связи с наличием или отсутствием дефекта внутри материала. Таким образом, ультразвуковой дефектоскоп Sonatest 700 может использоваться в качестве сравнительного инструмента для ускоренной диагностики изменений структуры испытуемого материала после того, как были установлены первоначальные конструктивные параметры.

Интерпретация результатов

При использовании преобразователей с сухим контактом, принимаемые сигналы образуют типичный А-скан на дисплее ультразвукового дефектоскопа с повторяющимися импульсами. Первая группа этого сигнала обычно содержит от семи до двадцати циклов. Состояние материала определяется исходя из следующих факторов: смещения начальной точки первой половины цикла этой волны, и формы отображаемой интерференционной картины.

При настройке ультразвукового дефектоскопа, браковочный уровень устанавливается по образцу.

Обычно, если контрольная деталь считается годной, органы управления ультразвукового дефектоскопа Sonatest 700 регулируются до тех пор, пока первая группа сигналов не достигнет полной шкалы заданного значения в дБ, и А-скан не приобретёт нормальный вид, т.е. будет содержать от 7 до 20 циклов, как показано ниже:

Рис. 5. А-скан на дисплее ультразвукового дефектоскопа.

Если преобразователи устанавливаются на деталь, и сигналы проявляются так же, как описано выше, но имеют меньшую амплитуду, такой результат указывает на изменение структуры материала, что можно интерпретировать как дефект, расположенный в области луча, который приводит к перенаправлению некоторого количества энергии луча от приёмника, как показано ниже.

Рис.6. Сигнал на дисплее ультразвукового дефектоскопа, показывающий изменение структуры.

Полную потерю сигнала можно интерпретировать как трещину или расслоение, которые проходят между передающим и приёмным преобразователем, препятствуя передаче сигнала от одного преобразователя к другому, как показано ниже.

Рис.7. Сигнал на дисплее ультразвукового дефектоскопа, показывающий наличие трещины или расслоения.

Начальная точка сигнала может сместиться, на что указывает сдвиг сигнала вправо. Это вызывается увеличением длины пробега волны между передающим и приёмным преобразователем. Снижение амплитуды сигнала обычно сопровождает такое отклонение, и означает, что длина пробега волны удлинилась из-за обхода звуковой энергией пустоты, расположенной между передающим и приёмным преобразователем.

Настройки для сухого контакта

Из-за различий между общепринятым эхо-ипульсным методом и методом дефектоскопии с сухим контактом, во избежание нежелательных погрешностей, очень важно до начала работы правильно настроить ультразвуковой дефектоскоп Sonatest 700.

При использовании технологии с сухим контактом, необходимо усвоить описанную в инструкции к прибору процедуру, и, хотя настройки приведены в ней только в качестве поясняющего примера, необходимо отметить, что эти установки обеспечат хорошую начальную точку как для режима теневой (сквозной) передачи, так и для зеркально-теневого режима.

Более подробная информация об использовании функции сухого контакта Dryscan с ультразвуковым дефектоскопом: видео на Youtube.