В настоящее время в СССР и за рубежом выпуска­ются ультразвуковые дефектоскопы различного назна­чения. Основные технические данные многих из них при­ведены в монографиях [3, 5, 6, 32] и справочниках [36, 37]. Ниже приводятся основные характеристики и техни-

ческие данные некоторых отечественных и зарубежных ультразвуковых дефектоскопов.

Ультразвуковые дефектоскопы можно классифициро­вать но тем же признакам, что и акустические методы [36]. Кроме того, их можно дополнительно классифици­ровать по решаемым задачам, способу контроля, месту и условиям применения. Так, например, по решаемым за­дачам приборы можно разделить на универсальные и специализированные.

Универсальные дефектоскопы предназначены для об­наружения и определения координат дефектов, являю­щихся нарушением сплошности (раковин, расслоений, трещин и т. д.), которые расположены на глубине до 2000—2500 мм в крупных металлических заготовках, по­луфабрикатах и изделиях несложной. формы, а также для измерения толщины изделия при одностороннем к нему доступе.

Приборы позволяют обнаруживать дефекты не толь­ко в металлических сплавах, но и в изделиях, изготов­ленных из фарфора, органического стекла и некоторых видов пластмасс, а также определять скорость распро­странения УЗК в различных материалах методом срав­нения.

Ультразвуковые дефектоскопы УДМ-1М и УДМ-3 получили наибольшее распространение. Прибор УДМ-3 отличается от УДМ-1М тем, что в нем применен генера­тор УЗК на тиристоре, и он охлаждается с помощью вентилятора. Приборы снабжены прямыми, наклонными и раздельно-совмещенными преобразователями, с помо­щью которых можно возбудить в контролируемых объ­ектах продольные и сдвиговые волны.

Ультразвуковой импульсный дефектоскоп ДУК-66 может быть использован для автоматического и полу­автоматического контроля. Для работы в автоматичес­ком режиме прибор снабжен приставками, в которых предусмотрены: сигнализация наличия донного сигнала и сигналов от дефектов, выход эхо-сигнала от передней грани изделия при иммерсионном контроле, выходы пос­тоянных напряжений, пропорциональных амплитудам донного сигнала и сигнала от передней грани изделия, помехозащитное устройство. Он может работать при ко­лебаниях температуры от 10 до 35 °С и влажности воз­духа до 80%. Прибор имеет высокую чувствительность и малую мертвую зону.

Ультразвуковой импульсный дефектоскоп ДУК-6В

для удобства транспортировки и пользования им в цехо­вых условиях размещен на тележке, являющейся одно­временно и подставкой для дефектоскопа. Для контроля металлов с большим затуханием прибор снабжен мощ­ным генератором радиоимгульсов. В приборе применен оригинальный блок компенсации, позволяющий при ра­боте в иммерсионном режиме на частотах 1,2 и 2,5 МГц уменьшить длительность отраженных импульсов в 2—

3 раза и, следовательно, уменьшить мертвую зону.

Ультразвуковой дефектоскоп ДСК-1 (структурный анализатор) предназначен для обнаружения дефектов в полуфабрикатах и изделиях, определения величины зер­на в хромоникелевых сталях, графитовых включений в сером чугуне, межкристаллитнэй коррозии в коррозион­ностойких сталях и т. д. Он комплектуется набором прямых и раздельно-совмещенных преобразователей с углами падения 30, 32, 40, 50 и 65°. Дефектоскоп снаб­жен аттенюатором, с помощью которого входной сигнал ослабляется грубо (через 10 дБ в пределах 0—60 дБ) и точно (через 1 дБ в пределах 0—9 дБ). Особенностью прибора ДСК-1 является возможность работы с одним преобразователем на разных частотах. Так, например, преобразователь на 10 МГц может работать на всех ос­тальных частотах. Это очень важно при структурном ана­лизе металлов относительным методом.

Ультразвуковой дефектоскоп УД-10УА предназначен для обнаружения дефектов в металлических изделиях, определения их координат и измерения толщины. При­бор используют в автоматическом и полуавтоматическом режиме при контактном и иммерсионном контроле. При­бор отвечает требованиям агрегатированной системы не­разрушающего контроля (АСНК). Среднее время безот­казной работы составляет 1000 ч. Он может работать при колебаниях температуры от 5 до 50°С и относитель­ной влажности до 80 %.

Аналогичными зарубежными приборами являются дефектоскопы USIP-10W и USIP-11 фирмы «Kraut- kramer»;«Echograph» 1051 и 1140 фирмы «Karl Deutsche (ФРГ); серий 500L и 500S, 1000N и 6000К фирмы «Kretz» (Австрия); дефектоскопы DUR-20 и DI-22 (ПНР); DIUS (ЧССР); серии 8000А фирмы «Daw Instruments» (Англия); «Nanoscope-412» фирмы «Erdman Instru­ments» (США), прибор UFD-301 фирмы «Teikoku Tsus - hin Kogyo» (Япония) и др.

Дефектоскоп серии 6000К имеет широкий частотный

диапазон. Использование в приборе широкополосного усилителя позволяет получать линейное усиление приня­тых преобразователем эхо-импульсов. Частота прозвучи - вания определяется частотой основного резонанса под­ключенного преобразователя. При этом достигается оптимальный коэффициент полезного действия излучате­ля. Прибор используют для контроля листовых материа­лов, сварных швов, для измерения толщины стенок изде­лий и т. д. Встроенный вентилятор позволяет работать на приборе длительное время без перегрева. Дефекто­скоп комплектуется набором преобразователей, кабеля­ми длиной 2,5 и 15 м, эталонами из стали и органическо­го стекла и запасными частями.

Дефектоскопы серий 500L и 500S являются порта­тивными приборами и почти не отличаются по внешне­му виду. Они снабжены электронно-лучевыми трубками с плоским экраном большой яркости диаметром 100 мм. Благодаря небольшому числу ручек на панели дефекто­скоп прост в управлении и настройке. Для охлаждения прибора имеется вентилятор. Комплект преобразовате­лей содержит до четырех десятков прямых и наклонных преобразователей. Работа может осуществляться про­дольными, сдвиговыми и поверхностными волнами.

Прибор «Nanoscope-412» является дефектоскопом - толщиномером с высокой разрешающей способностью. Он снабжен телевизионным приемником и быстродейст­вующей вычислительной машиной. Яркость изображения позволяет наблюдать за экраном при дневном свете. Контроль можно проводить контактным и иммерсион­ным методами.

Дефектоскоп DI-22 служит для выявления дефектов в материалах, измерения скорости и затухания УЗК и измерения толщины при одностороннем доступе. В при­боре применена электрическая стабилизация напряже­ния, что исключает влияние колебания напряжения сети на параметры контроля. Встроенный монитор обеспечи­вает работу прибора в автоматическом режиме при кон­троле серийной продукции. Дефектоскоп поставляется с универсальной фотографической приставкой и двумя ко­аксиальными кабелями длиной 1,5 м.

На рис. 76 показаны дефектоскопы «Echograph-1002» и «Echograph-1051», а на рис. 77 — дефектоскоп USIP-11.

К рассматриваемой группе приборов можно отнести также и малогабаритные портативные дефектоскопы мно-

гоцелевого назначения: ДУК-66П и УД-24 (СССР), USK-5 и USM-2 фирмы «Krautkramer», МРТ-3 фирмы «Lehfeldt», «Echograph-1002» фирмы «Karl Deutsch» (ФРГ), DI-4T и тип 510 (ПНР) и др.

Ультразвуковой дефектоскоп ДУК-66П является ма­логабаритным переносным прибором, выполненным на

Рис. 76. Общий вид ультразвуковых дефектоскопов «Echograph - 1002» (а) и «Echograph-ІОб!» (б) фирмы «Karl Deutsch» (ФРГ)

полупроводниках. Он аналогичен дефектоскопу УДМ-1М, от которого отличается возможностью более точного сравнения амплитуд сигналов с помощью, аттенюатора и непосредственного отсчета координат дефектов по шкале глубиномера.

Дефектоскоп УД-24 (рис. 78) является нозым прибо­ром, разработанным для применения в заводских и no­il Б. И. Выборнов

Рис 77 Общий вид ультразвукового дефектоскопа USIP-П фирмы

kramer» (ФРГ)

Рис. 78. Общий вид ультразвукового дефектоскопа УД-24

левых условиях. Он содержит калиброванный аттенюа­тор, блок звуковой сигнализации и блок питания от ак­кумуляторных батарей. Прибор отличается от ДУК-66П наличием блоков отсечки шумов с сохранением амплиту­ды сигнала от дефекта и цифрового указателя расстоя­ния до дефекта, а также блоков питания от сети посто­янного тока напряжением 24—27 В и гнезд для подсое­динения головных телефонов.

Ультразвуковой дефектоскоп МРТ-3, собранный на транзисторах, служит для обнаружения дефектов в цель- нокатанных плитах, крупногабаритных поковках, тонких листах и сварных соединениях. Он комплектуется пря­мыми и угловыми преобразователями в обычном и ми­ниатюрном исполнении для работы продольными, сдви­говыми и нормальными волнами на частотах 0,5—6 МГц. Позволяет контролировать материалы со скоростью УЗК от 2300 до 6300 м/с. Питание осуществляется от сети или встроенной в прибор батареи.

Некоторые дефектоскопы снабжаются приставками: имитаторами дефектов, самописцами, устройствами, поз­воляющими измерять ско­рость и затухание УЗК в различных материалах, ав­томатическими сигнализа­торами дефектов и т. д.

Имитатор дефектов ИД-2 предназначен для измерения амплитуд сигналов при кон­троле изделий и полуфабри­катов. Он выполнен в виде отдельного блока, подклю­чаемого к дефектоскопу при проведении работ.

На рис. 79 показана схема и принцип работы имитатора дефектов. Пристав­ка соединяется высокочастотным разъемом 1 с гнездом для преобразователя дефектоскопа, от которого зонди­рующий импульс проходит через разделительные каска­ды 2 и 4, регулируемую задержку времени 3 и возбуж­дает генератор импульсов имитатора 5. Импульс послед­него ослабляется аттенюатором 6 и подается на вход усилителя дефектоскопа. Преобразователь 8 включают в гнездо имитатора 7; при этом на экране ЭЛТ возника­ет вспомогательный сигнал, который с помощью за­держки 3 перемещают вдоль линии развертки и подво-

дят к измеряемому сигналу. Аттенюатором 6 амплиту­ду этого сигнала приравнивают к амплитуде измеряемо­го сигнала. Результаты измерений считывают со шкалы аттенюатора, проградуированного в децибеллах.

Обычным (встроенным) аттенюатором нельзя изме­рять сигналы на экране ЭЛТ при включенном блоке ВРЧ, так как сигналы на разных участках развертки ос­лабляются по-разному. При измерении имитатором его сигнал находится рядом с измеряемым сигналом, и ВРЧ действует на них примерно одинаково. Благодаря этому амплитуду можно измерять имитатором не выключая ВРЧ. Аттенюатор имитатора дефектов обеспечивает мак­симальное ослабление в 80 дБ, т. е. в 10 000 раз. Точность измерения равна ±1 дБ.

Сигнализатор-приставка автоматический (АС-3) предназначен для регистрации наличия дефектов в кон­тролируемом изделии при помощи светового индикато­ра, включения управляющего напряжения на самописец и управления исполнительными механизмами. Прибор позволяет проводить контроль изделий в условиях интен­сивных помех акустического, электрического и электро­магнитного характера. Приставку используют с дефекто­скопами ДУК-66П (ДУК-66ПМ) контактным методом и ДУК-66 контактным и иммерсионным методами в уста­новках полуавтоматического и автоматического кон­троля.

Прибор работает при окружающей температуре от —10 до +40 °С и относительной влажности воздуха не более 90 % при температуре 25 °С. Питание от сети пе­ременного тока 127/220 В, частотой 50 Гц. Потребляе­мая мощность не более 35 В-А, габаритные размеры 220Х 135X350 мм, масса не более 4,4 кг.

Специализированные дефектоскопы предназначены для обнаружения дефектов в изделиях определенной номенклатуры (в железнодорожных рельсах, металли­ческих конструкциях, трубопроводах, прутках и т. д.), в соединениях (сварных, паяных или клеевых), в отдель­ных (критических) элементах высоконагруженных ма­шин в условиях эксплуатации (лопатках турбин и ком­прессоров, колесах и балках самолетов, валах шахтного подъемного оборудования и т. д.). К этой же группе от­носятся ультразвуковые толщиномеры, с помощью кото­рых измеряют толщину листов стенок баллонов высо­кого давления, котельных труб, цистерн, атомных реак­торов и т. д. j

Специализированные дефектоскопы выполнены, как правило, по упрощенной схеме и оформлены предельно компактно1. Примером может служить разработанный автором[15] [16] дефектоскоп УЗДЛ-61-2М (рис. 80), предна-

Рис. 80. Общий вид специализированного ультразвукового дефектоскопа УЗДЛ-61-2М

знаменный для контроля лопаток турбин и компрессо­ров, а также кожухов камер сгорания авиационных дви­гателей в условиях эксплуатации. Контроль деталей этим прибором можно проводить непосредственно в кон­струкции машины без ее демонтажа и разборки. Для этого дефектоскопу приданы оригинальные по конструк­ции преобразователи, снабженные удлинительными ру­коятками и механизмом подачи контактной жидкости к месту установки преобразователя.

Для контроля рельсов в эксплуатации разработан специализированный ультразвуковой рельсовый дефек­тоскоп УЗД-НИИМ-6М [38]. Он позволяет контролиро­вать основной металл, зоны болтовых стыков одновре­менно двух нитей рельсов и сварных стыков. В приборе использованы зеркально-теневой метод, «ультразвуковой калибр» для контроля болтовых стыков рельс'ов, стре­лочный индикатор для отсчета координат дефектов, ими­татор дефектов для безэталонной настройки чувстви­тельности дефектоскопа. Прибор рассчитан на работу в полевых условиях при влажности воздуха до 95 % и из­менении температуры от —30 до +50 °С (для канала прямых преобразователей) и от 0 до +50 °С (для угло­вых преобразователей). Индикация дефектов — звуко­вая. УЗД-НИИМ-6М установлен на тележке, которую при работе перемещают по контролируемому пути. По рельсам скользят два комбинированных преобразовате­ля, каждый из которых состоит из двух прямых и одной наклонной вставки, излучающих УЗК в рельс. Акусти­ческий контакт между рельсом и преобразователем обеспечивается автоматической подачей в место контак­та воды или технического спирта (при отрицательных температурах).

Подобным зарубежным прибором является ультра­звуковой контрольный комплект UZK-20 (ПНР). Он представляет собой тележку, на которой размещены ультразвуковой прибор, преобразователи (один прямой и два наклонных), запас контактной жидкости, запас­ные части, документы и т. п. Прибор имеет шесть изме­рительных каналов, по одному на каждый преобразова­тель с выходом на экран ЭЛТ. Обнаруженный дефект или исчезновение донного сигнала отмечаются монито-' ром автоматически с указанием преобразователя, обна­ружившего дефект. Цинко-серебряные аккумуляторы типа Ц-20 обеспечивают работу установки в течение 10 ч при температуре окружающей среды от —15 до +50 °С.

Прибор серии 5000 фирмы «Kretz» (Австрия) пред­назначен для измерения затухания УЗК в материалах. Для этой цели преобразователь устанавливают на по­верхность испытуемого изделия с плоскопараллельными сторонами и наблюдают на экране многократное эхо, отраженное от противоположной стороны изделия. В за­висимости от материала огибающая кривая эхо-сигна­лов будет иметь различную кривизну. На передней па­нели прибора расположены две шкалы. Ручкой левой шкалы совмещают огибающую кривую эхо-сигналов с фиксированной кривой на экране ЭЛТ. После совмеще­ния кривых величину затухания в децибеллах на микро­секунду отсчитывают по шкале прибора.

Для измерения затухания УЗК этой же фирмой разработан прибор AZ, который используют с прибора­ми серии 1000, 1000N, 1000М и 1000S. Диапазон измере­ния прибора от 0 до 60 дБ. Он позволяет измерять зату­хание в сталях, чугунах и пластических материалах. Прибор AZ питается от сети переменного напряжения 220 В, частотой 50 Гц и потребляет мощность 15 В-А. Габариты прибора 230Х150ХП0 мм, масса 2,6 кг.

Ультразвуковые толщиномеры выполняют по резо­нансной и эхо-импульсной схемам.

На рис. 81 показана блок-схема контактного резо­нансного толщиномера. Преобразователь 2 возбуждает­ся автогенератором 3, частота которого изменяется с

Рис. 81. Блок-схема контактного резонансного толщиномера

помощью модулятора 9, управляемого задающим гене­ратором 8. Преобразователь прикладывают через тон­кий слой масла к контролируемому изделию 1. Пьезоэле­мент преобразователя включен в колебательный контур автогенератора. Момент резонанса регистрируется по резкому изменению постоянной составляющей анодного тока автогенератора (или по срыву автогенерации).

Резкие изменения анодного тока автогенератора от­фильтровываются от медленных изменений фильтром 4 и через усилитель 5 подаются на отклоняющие пласти­ны ЭЛТ 6. Временная и частотная развертки жестко связаны между собой, так как блок горизонтальной раз-

вертки 7 управляется от задающего генератора 8. В ре­зультате такой связи линия развертки на экране ЭЛТ является осью частот. Частоты, на которых наблюдают­ся резонансные явления в стенке изделия, отмечаются в виде сигналов на экране ЭЛТ.

Ультразвуковой резонансный толщиномер ТУК-4В предназначен для измерения толщины стенок плоскопа­раллельных и цилиндрических изделий при односторон­нем доступе (трубы, листы, баллоны и т. п.), а также для выявления дефектов размерами 10X10 мм и более. Прибор снабжен устройством для непосредственного от­счета значений толщины. Перед измерением толщины прибор настраивают на скорость распространения УЗК в материале по стандартным образцам. ТУК-4В приме­няют также для абсолютного измерения скорости УЗК в различных материалах.

Ультразвуковой резонансный толщиномер «Ме­таллам» предназначен для непрерывного автоматичес­кого измерения отклонения толщины стенок цилиндри­ческих и листовых изделий при одностороннем доступе и для обнаружения расслоений в биметаллических изде­лиях. Он работает по принципу иммерсионного резонан­са. В приборе имеется сигнализатор, фиксирующий вы­ход контролируемой толщины за пределы установлен­ных допусков.

В последние годы в СССР и за рубежом разработа­ны новые, преимущественно импульсные толщиномеры. При этом наблюдается тенденция к созданию портатив­ных приборов с автономным питанием, замене экрана ЭЛТ на стрелочные и цифровые индикаторы непосредст­венного отсчета и повышению точности показаний.

Ультразвуковой импульсный толщиномер УИТ-Т10 представляет собой малогабаритный прибор со стрелоч­ным индикатором. Прибор предназначен для эксплуата­ции в неагрессивных средах и обеспечивает нормальную работу при температуре от —15 до +40° и относитель­ной влажности воздуха до 90 %.

Ультразвуковой прибор «Металл-6» предназначен для непрерывного контроля толщины стенок труб, полос, листов и других изделий металлургической и машино­строительной промышленности. Он может быть исполь­зован в автоматическом и полуавтоматическом режи­мах для адаптивного управления процессом металлооб­работки, например шлифованием при доводке толщины изделия до заданного значения. В приборе использова­ны новейшие транзисторы и интегральные микросхемы, что позволило уменьшить габариты и массу прибора и значительно повысить его эксплуатационную надеж­ность.

Для измерения толщины стенок магистральных тру­бопроводов, 1 металлических резервуаров и других ме­таллических конструкций при одностороннем доступе служит малогабаритный переносный ультразвуковой импульсный толщиномер «Кварц-6». Этот прибор позво­ляет измерять толщину стенок изделий на частотах 2,5 и 5,0 МГц.

Толщиномеры УТ-301, «Кварц-15» и УТ-ЗОПЦ явля­ются последними моделями отечественных приборов, не уступающими по своим данным лучшим зарубежным образцам.

Из зарубежных ультразвуковых толщиномеров мож­но отметить прибор серии 3000 фирмы «Kretz» (Авст­рия), используемый для измерения толщины листовой стали, плит, труб и т. д. Точность измерения выше 0,1 мм. Толщиномер снабжен ЭЛТ с плоским экраном диамет­ром 130 мм, электронным стабилизатором и вентилято­ром.

Прибор Korrometer фирмы «Krautkramer» (ФРГ) — портативный транзисторный толщиномер для контроля толщин в диапазоне 1,7—60 мм. Он снабжен двумя раз­дельно-совмещенными преобразователями, которые ра­ботают в диапазоне температур от —10 до +500 °С. При температуре выше 180 °С акустический контакт обеспе­чивается специальной пастой.

Приборы М206 и М207 выпускаются фирмой «Ultra­sonic» (Франция). Прибор М206 предназначен для ав­томатизированного контроля толщины гладких стенок при одностороннем доступе. Толщина отсчитывается по шкале стрелочного прибора. Для контроля изделие по­гружают в иммерсионную ванну.

Прибор М207 предназначен для измерения толщины и диаметров изделий контактным методом при наличии двустороннего доступа. Результаты измерений считыва­ет с цифрового индикатора. Погрешность замеров со­ставляет 0,01 мм. В приборе применены пьезоэлектри­ческие преобразователи с фокусировкой УЗК. Рабочая эстота 1 МГц.

Аналогичные приборы моделей 101 и 102 фирмы Branson Instruments» (США) предназначены для из­мерения толщины изделий из различных материалов.

Толщиномер модели 101 имеет диапазон измерений от 0,35 до 30 мм, а модели 102 — от 0,26 до 300 мм. Оба прибора портативные, с питанием от сети (модель 101) и миниатюрных никелькадмиевых аккумуляторов (мо­дель 102). Масса приборов 2,5 и 3,4 кг соответственно.

Закончив краткое рассмотрение ультразвуковых при­боров, ознакомимся с устройством и работой преобразо­вателей.