Область применения ультразвуковых методов

Определение динамического модули упругости. Скорость распро­странения упругих колебаний связана с динамическим модулем упруго­сти Един и плотностью проверяемого материала соотношением

справедливым для случая продольных колебаний в стержне (одномерная задача).

Определив экспериментально скорость распространения волны ко­лебаний в элементе, длина которого велика по сравнению с его поперечны­ми размерами, находим. Eдин=v2, если плотность материала известна.

В массивных и плитных конструкциях, т. е. для случаев трехмер­ной (пространственной) н двухмерной задач, а также для поперечных коле­баний зависимость между Eдин и v определяется более сложными соотно­шениями, в которые кроме входит также коэффициент Пуассона μ рассматриваемого материала.

Для одновременного нахождения всех трех параметров (Един, и μ) необходимо сопоставление по крайней мере трех экспериментов по опре­делению v, произведенных в разных условиях с применением продольных и поперечных колебаний и в конструкциях разной размерности - простран­ственных, плитных и стержневых.

Определение толщины элемента при одностороннем доступе.

В серийно выпускаемых для этой цепи толщиномерах используется непре­рывное излучение продольных ультразвуковых волн регулируемой часто­ты. На рис. 2 показан график распространения колебаний (условно на­правленных не вдоль, а поперек направления луча) по толщине стенки.

Рис. 2. Схема измерения толщины резонансным методом; 1 - исследуемая деталь; 2 - пьезоэлемент; 3 - совпадающие амплитуды прямой и обратной «стоячей» волны; h - толщина детали

Замерив соответствующую резонансную частоту f и зная скорость распространения волн по длине 2h (суммарный ход прямого и отраженного лучей), находим проверяемую толщину по формуле:

Для стали скорость продольных ультразвуковых волн практически постоянна (=5,7∙105 см/сек), что даст возможность, меняя частоту в преде­лах от 20 до 100 тыс. гц надежно измерять толщину стенок от долей мил­лиметра до нескольких сантиметров.

Определение глубины трещин в бетоне. Излучающий и прием­ный преобразователи А и В располагаются симметрично относительно кра­ев трещины на расстоянии а друг от друга (рис.3). Колебания, возбуж­денные в точке А. попадут в точку В по кратчайшему пути:

АСВ =,

где а - глубина трещины.

При скорости на это потребуется время

,

определяемое экспериментально.

Глубину трещины находим из соотношения

,

где скорость определяется обычно на неповрежденных участках поверх­ности.

По указанному методу могут бить исследованы трещины глубиной до нескольких метров.

Рис. 3. Определение глубины поверхностной трещины в бетоне:

1 -бетонный массив; 2 - трещина;

А - изучающий и В - приемный преобразователи

Следует, однако, иметь в виду следующее

1) значения v на поверхности и в глубине массива могут несколько отличаться;

2) длина пути АСВ немного возрастет в случае невертикальности трещины и, наоборот, может существенно уменьшиться при наличии в тре­щине воды, являющейся хорошим проводником ультразвуковых волн.

В ответственных случаях возможно получить данные для глубоких трещин. Отметим также другие практически наиболее важные области применения ультразвуковых методов.

В бетонных и железобетонных конструкциях производится:

- определение прочности бетона по корреляционным зависимо­стям между скоростью распространения ультразвуковых волн и прочно­стью бетона на сжатие, устанавливаемым путем параллельных ультразву­ковых и прочностных испытаний образцов бетона заданного состава и ре­ жима изготовления (при контроле вновь изготовляемых конструкций и де­талей) или образцов, извлеченных из возведенных сооружений. В случае невозможности отбора образцов из уже эксплуатируемых конструкций ориентировочное определение прочности бетона возможно по тарировочной зависимости;

- контроль однородности бетона в сооружениях;

выявление и исследование дефектов в бетоне сквозным прозвучиванием (возможным и при значительных толщинах бетона - до 10м и более) и путем измерений на поверхности конструкций. О наличии и харак­тере дефектов и повреждений судят при этом по изменениям скорости прохождения ультразвуковых волн в пределах отдельных участков поверхно­сти (так называемый метод годографа, т. е. графика скоростей);

- определение толщины верхнего ослабленного слоя бетона, распо­ложения слоев разной плотности и т.п.

Наличие арматуры в железобетонных конструкциях не мешает применению ультразвуковых методов, если направление прозвучивания не пересекает арматурные стержни и не совпадает с ними.

В металлических конструкциях:

- импульсная дефектоскопия швов сварных соединений в стальных и алюминиевых конструкциях;

- дефектоскопия основного материала;

- толщинометрия (определение толщин защитных металлических покрытий; выявление ослабления сечений коррозией).

В деревянных конструкциях и конструкциях с применением пластмасс:

- проверка физико-механических характеристик.

- проверка качества и дефектоскопия основного материала;

- дефектоскопия клеевых соединений и стыков.