Контроль крупногабаритных массивных поковок — одно из наиболее эффективных применений ультразвуко­вой дефектоскопии. С помощью УЗК обнаруживают внутренние дефекты — флокены, зоны рыхлот, остатки усадочных раковин, различные включения, ковочные тре­щины, внутренние разрывы, расслоения и т. д. в заготов­ках роторов турбогенераторов, крупных штампов, дисков турбин и компрессоров и др. Структура металла поко­вок значительно отличается от структуры слитка, так как металл пластически деформирован. Зерна металла поковки вытянуты в направлении течения, что определя­ет ориентировку многих дефектов. Как правило, метал­лургические дефекты после обработки давлением пред­ставляют собой тонкие плоские участки, ориентирован­ные вдоль волокна. Несплошность оценивают по площади этого участка в квадратных миллиметрах; Рассеяние УЗК в кованых заготовках меньше, чем в литых, что позволяет прозвучивать их на частоте 0,5—1 МГц на глубину до 2 м.

Следует, однако, отметить, что прозвучиваемость ме­таллов и сплавов существенно зависит от их размеров, химического состава и структуры. В большинстве спла­вов УЗК затухают слабо. Так, например, деформирован­ные магниевые и алюминиевые сплавы, углеродистые, молибденовые и ванадиевые стали хорошо прозвучива - ются на частотах 1,8—10,0 МГц. На этих же частотах контролируют и большинство сплавов титана. Нержаве­ющие стали и жаропрочные сплавы обладают значитель­ным затуханием УЗК и поэтому могут быть проконтро­лированы на более низких частотах — от 0,5 до 5,0 МГц.

Крупногабаритные поковки целесообразно контроли­ровать контактным способом с помощью прямых преоб­разователей после обточки поверхности заготовки до 5—6-го класса шероховатости. При контроле поковок

требуется обнаруживать более мелкие дефекты, чем при контроле слитков. Поэтому следует учитывать резкое па­дение чувствительности с увеличением глубины залега­ния дефекта. Чтобы обнаруживать дефекты заданного размера, необходимо чувствительность сделать одина­ковой по глубине. Для этого изделие контролируют по­слойно с использованием задержки развертки и времен­ной регулировки коэффициента усиления. При послой­ном контроле прибор вцачале настраивают по эталону на слой, наиболее удаленный от поверхности ввода УЗК. При контроле этого слоя не принимают во внимание сиг­налы, возникающие на экране ЭЛТ в левой части раз­вертки от неоднородностей, залегающих в близлежащих слоях. После контроля дальнего слоя дефектоскоп пере­страивают по другому эталону меньшей толщины с кон­трольным отражателем того же диаметра, понижая при этом чувствительность. Затем проводят контроль данно­го слоя, после чего прибор вновь перестраивают на сле­дующий слой, чувствительность прибора понижается еще больше и т. д. слоями толщиной 100—150 мм, пока по­ковка не будет проконтролирована по всей толщине. Ска­нирование при контроле крупногабаритных поковок ве­дут в зависимости от формы изделия по спирали или па­раллельными строчками.

На рис. 105 показан рабочий момент контроля круп­ногабаритного кованого изделия ручным контактным способом. Такой контроль является весьма трудоемким, однако качество его обычно высокое.

Производительность контроля может быть значитель­но увеличена при автоматизации или механизации от­дельных операций контроля. Так, например, в ФРГ был механизирован ультразвуковой контроль многотонных роторов турбогенераторов. Для контроля использовали аппаратуру, разработанную фирмой «Krautkramer» (ФРГ). Изделие прозвучивают контактным способом эхо-методом на частоте 2,0 МГц с помощью прямого пре - j образователя, укрепленного в суппорте станка. При этом А преобразователь прижат к боковой поверхности ротора, j а в место контакта подают жидкость. Поверхность ро - I тора сканируют по винтовой линии. Шаг сканирования J регулируют скоростью перемещения суппорта. л

Ультразвуковой контроль штамповок вызывает боль­шие трудности, чем контроль поковок, так как штампов­ки имеют более сложную форму, металлургические де - J фекты в них ориентированы вдоль волокон металла. Ос - і

новная трудность состоит в выборе наиболее рациональ­ных направлений прозвучивания и мест установки пре­образователя, исключающих появление ложных сигналов на экране прибора, выборе оптимальных углов ввода УЗК, причем может оказаться, что для выявления тех или иных дефектов целесообразно вводить УЗК в металл на разных участках под разными углами и т. д.

Рис. 105. Ультразвуковой контроль крупногабаритной поковки

Поскольку металл в штамповке более деформирован, чем в поковке, и зерно мельче, контроль можно прово­дить на частоте до 2,5 МГц. При контроле штамповок ответственного назначения чувствительность устанавли­вают более высокой, чем при контроле поковок, из ко­торых эти штамповки изготовлены.

Для контроля кованых и штампованных цилиндри­ческих заготовок в СССР применяют ультразвуковые автоматические установки «Сплав-2», «Сплав-5М», УДЦ-50 и др.

Установка УДЦ-50 предназначена для контроля по­ковок широкого сортамента: коуглых штанг диаметром 140—550 мм, штанг квадратного сечения со стороной 140-—550 мм, полос толщиной 120—300 мм (при ширине до 800 мм), дисков толщиной до 300 мм и диаметром до 1200 мм. Универсальность установки достигается благо-

даря набору акустических систем, предназначенных дл* контроля поковок определенного типоразмера. Контроль* проводят на частотах 1,8 и 2,5 МГц со скоростями 1,2 и

3,5 м/мин.

Для контроля дисков газовых турбин фирма «Ultra­sonoscope» (Англия) выпускает иммерсионную установ­ку, в которой применен манипулятор, устанавливающий преобразователь под заданными углами к поверхности ввода УЗК и регулирующий расстояние между преобра­зователем и изделием. Контролируемый диск устанавли­вают на вращающийся стол, расположенный в ванне, а манипулятор с преобразователями перемещают с помо­щью сканирующего механизма вдоль радиуса диска [51].

Во Франции разработана автоматическая ультразву­ковая установка для контроля стальных заготовок сече­нием 110X110 мм и длиной до 12 м. Контроль осущест­вляют в потоке прокатного стана со скоростью 1 м/с. В установке применены световая сигнализация и марки­ровка дефектных мест, счетное устройство для подсчета количества обнаруженных дефектов и автоматической сортировки заготовок [52].

Контроль листов, плит и панелей

Дефекты в листах выявляют продольными и нормаль­ными волнами ультразвукового диапазона теневым и эхо-методом.

При контроле теневым методом с использованием продольных волн излучающий и приемный преобразова­тели устанавливают по обе стороны листа (плиты), как показано на рис. 106, а. При отсутствии дефектов прием­ный преобразователь регистрирует прохождение УЗК через изделие. При постоянной толщине изделия, одно­родном материале и параллельности плоских поверхно­стей уровень интенсивности УЗК будет почти постоян­ным, и показания индикатора незначительно отклоня­ются от некоторого значения, принятого за исходное.

Если на пути УЗК встретятся дефекты (расслоения, неметаллические включения и др.), то показания инди­катора будут меняться в зависимости от площади сечения пучка УЗК, площади отражающей поверхности дефекта и его местоположения между поверхностями листа. Если дефект меньше сечения пучка, то за ним образуется тень и показания индикатора уменьшатся. Если же дефект полностью перекроет пучок лучей, то показания индика­тора будут равны нулю.

При контроле эхо-методом с использованием продоль­ных волн совмещенный преобразователь устанавливают на одной из поверхностей листа или плиты и перемеща­ют по плоскости строчками. При этом выявляются толь­ко внутренние дефекты (рис. 106,6).

^ Рис. 106. Схема прозвучиваиия листа (плиты) продольными УЗК теневым (а) и эхо-импульсным (б) методами: / — контролируемый лист (плита); 2, 3 — излучающий и приемный преобразо­ватели; 4 — совмещенный преобразователь; 5 — стрелочный индикатор; б — экран ЭЛТ; /— начальный сигнал; II— донный сигнал; /// — сигнал от де­фекта. Пунктирной линией показано направление перемещения преобразователя

Такая схема контроля может быть применена для ли­стов и плит толщиной от 2—5 до 50—100 мм. При кон­троле тонких листов на экране ЭЛТ возникает несколь­ко донных сигналов вследствие многократного отраже­ния УЗК от противоположной поверхности изделия. Чем тоньше лист, тем ближе друг к другу расположены эти сигналы. О наличии дефектов судят по уменьшению чис­ла донных сигналов и их амплитуды.

Существенным недостатком контроля листов про­дольными волнами (теневым и эхо-методами) является малая зона контроля. Чтобы проконтролировать весь лист, необходимо перемещать преобразователь строчка­ми по всей поверхности листа. Ввиду значительной пло­щади последней такой контроль трудоемок и нерентабе­лен. Для повышения производительности контроля раз­рабатывают многоканальные системы, позволяющие кон­тролировать одновременно широкую зону.

Следует отметить, что состояние поверхности прока­та существенно влияет на результаты контроля. Для улучшения условий ввода и отражения УЗК поверхность проката подвергали травлению, дробеметной обработке и грунтовке. Установлено, что шероховатость поверхно­сти после обработки дробью ниже, чем после травления. Нанесение грунта на поверхность проката после травле­ния и дробеметной обработки еще более снижает шеро­ховатость. Результаты статистической обработки дан­ных ультразвукового контроля показали, что погреш­ность измерений по горячекатаной поверхности изделия достигает 50 %, по поверхности после травления и обра­ботки дробью 20 % и после нанесения грунта на поверх­ность менее 15 % (Д. А. Турсунов, А. А. Дубиня и др.

[44, с. 5—6]).

Для контроля тонких плит и листов используют нор­мальные волны, которыми выявляют внутренние и по­верхностные дефекты листа. При контроле направление прозвучивания выбирают так, чтобы волны распростра­нялись перпендикулярно направлению прокатки. Это по­зволяет с большей надежностью обнаружить протяжен­ные дефекты, ориентированные вдоль листа.

При контроле теневым методом с использованием нор­мальных волн излучающий и приемный преобразовате­ли располагают у противоположных краев листа друг против друга и перемещают их синхронно и параллельно вдоль листа (рис. 107, а). О наличии дефектов в листе или на его поверхности судят по интенсивности дошед­ших до приемного преобразователя УЗК-

При контроле эхо-методом с использованием нор­мальных волн совмещенный преобразователь устанавли­вают у одного из краев листа так, чтобы пучок лучей был направлен на противоположный край (рис. 107,6). За­тем, перемещая преобразователь вдоль кромки, наблю­дают за экраном ЭЛТ. Осциллограммы на экране при­бора при прозвучивании бездефектных и дефектных ли­стов аналогичны осциллограммам, показанным на рис. 106, 6.

Как показала практика, выявляемость дефекта за­висит от частоты прозвучивания, формы дефекта и его ориентировки относительно пучка УЗК, структуры ме­талла и толщины листа. Было замечено, что с уменьше­нием толщины листа выявляются более мелкие дефекты. В листах из алюминиевых сплавов обнаруживают внут­ренние дефекты (подплакировочные пузыри, закаты, рас­слоение, раскатанные шлаковые включения) и поверх­ностные (риски, царапины, задиры и т. п.)

Нормальные волны обладают высокой чувствительно­стью и могут отражаться не только от дефектов, но и от

/ Рис. 107. Схема прозвучивания листа (плиты) нормальными волнами. Обозначения см. на рис. 106

имеющихся на поверхности капель жидкости, грязи и т. п. Поэтому контролируемый лист должен иметь чистую и сухую поверхность.

Производительность контроля листов нормальными волнами значительно выше, чем продольными, так как в этом случае не требуется сканирования всей поверх­ности листа. При поиске дефектов достаточно преобра­зователь переместить от одного края кромки к другому, чтобы металл был проконтролирован по всей толщине.

Недостатком контроля листов нормальными волнами является наличие большой мертвой зоны протяженностью более 100 мм. Это объясняется дисперсией нормальных волн, которая приводит к увеличению длительности им­пульсов и снижению разрешающей способности метода. Кроме того, при контактном способе контроля за счет установки преобразователя происходит демпфирование поверхности листа, что заметно снижает чувствительность и дальность распространения нормальных волн. При им­мерсионном способе контроля поверхность листа демпфи­
руется жидкостью, вследствие чего нормальные волны быстро затухают и дальность их распространения резко падает.

Автором был исследован и предложен способ контроля листов, при котором продольные волны вводят в металл не через плоскую поверхность листа, а через его торец.

Исследования проводили на листах из сплава Д-16Т толщиной 1 мм, размерами 100QX600 мм. Отражателями УЗК являлись искусственные дефекты—надрезы различ­ной глубины и длины и сверления различных диаметров, расположенные на пути распространения УЗК - Ультра­звук вводили в лист прямым преобразователем через торец листа (рис. 108, а). В данном случае продольные

' УЗК распространяются от места ввода вдоль листа до другого конца и отра­жаются обратно. Для

Рис. 108. Схема прозвучивания листа продольными УЗК через торец
листа (а) и общий вид преобразователя с фиксирующим устройст-
вом (б):

1 — лист; 2 — преобразователь; 3 — фиксирующее устройство. Штри-
ховкой показаны мертвые зоны

обеспечения устойчивости преобразователя на торце тон­кого листа и исключения его перекоса при работе было разработано фиксирующее устройство (рис. 108,6).

Контроль листов по рассмотренной схеме обладает чувствительностью, позволяющей выявлять поверхност­ные риски глубиной 0,1 мм и протяженностью 10 ММ и сквозные сверления диаметром 5 мм и более и, что осо­бенно важно, позволяет сократить мертвую зону до 8— 10 мм.

В последние годы уделяется большое внимание авто­матизации ультразвукового контроля листов в условиях производства.

В СССР для автоматического контроля листов из алюминиевых сплавов разработаны установки типа УЗ К Л нескольких модификаций: УЗКЛ-1М, УЗКЛ-2М, УЗКЛ-ЗМ и др. [53]. Каждая установка состоит из меха­низмов перемещения листа и преобразователей, механиз­ма подачи масла для обеспечения акустического контак­та преобразователя с листом, электрооборудования с главным приводом, пульта управления, дефектоскопов, блоков автоматики и приборов регистрации. Контроль проводят эхо-методом с помощью нормальных волн. Скорость контроля достигает 20 м/мин при ширине листа до 3,5 м, длине до 7,0 м и толщине от 2 до 8 мм. Регистра­ция дефектов — автоматическая с записью на бумаге. Высокая чувствительность контроля достигнута за счет применения широкозахватных пьезоэлементов (с пло­щадью излучения 5 = 24X35 мм2) и выбора оптимальных параметров контроля. Механизация и автоматизация по­грузки, транспортировки, контроля и разбраковки листа обеспечивают высокую производительность контроля.

В поточной линии металлургического завода имеется установка УЗКЛ-ЗМ. Лист подается на контрольный стол укладчиком с вакуумными присосками, а затем ленточ­ным транспортером — к ультразвуковой установке. УЗКЛ-ЗМ имеет шесть каналов контроля, каждый из ко­торых обеспечивает прозвучивание полосы листа шири­ной от 400 до 600 мм. После контроля лист проходит че­рез промасливающую машину и подается на упаковщик, с помощью которого оператор укладывает годные листы в одну стопку, а забракованные — в другую.

В установке УЗКЛ-ЗМ применен дефектоскоп УДК - 2Л, который имеет два канала контроля, синхронно свя­занных друг с другом. Каналы работают не одновремен­но, что позволяет вести контроль при встречном распо­ложении преобразователей.

Установку настраивают по стандартным образцам, в качестве которых используют стандартные листы с ис­кусственными отражателями в виде сквозных отверстий Диаметром 1,0—1,5 мм, расположенных через 500 мм друг от друга по длине и ширине на различных расстоя­ниях от кромок листа. Дефектоскопы УДК-2Л настраи­вают при неподвижном листе. Затем образец на макси­мальной скорости пропускают через установку. Если при­бор записи фиксирует все отражатели, то настройка счи­тается правильной. Установки типа УЗКЛ могут быть использованы для контроля листов из алюминиевых сплавов и сталей. Аналогично устроена многоканальная дефектоскопическая система «Луч-2», предназначенная для автоматизированного контроля листов из алюминие­вых сплавов толщиной до 10,5 мм нормальными волна­ми. Система «Луч-2» полностью автоматизирует конт­роль листов. Роль контролера-дефектоскописта сводится к настройке системы по'стандартным образцам перед началом каждой смены (В. А. Пилуй [43, с. 220—222]).

Толстые плиты можно контролировать теневым или эхо-методом путем сквозного прозвучивания продоль­ными волнами. В зависимости от материала и толщины плиты, характеристики дефектов, подлежащих обнару­жению, плиты контролируют на частотах от 1,5 до 5,0 МГц. Для облегчения контроля и повышения его произ­водительности применяют преобразователи со струйным контактом (см. рис. 63, в). В этом случае оператор про­водит контроль плиты вручную, перемещая преобразова­тель по поверхности плиты с помощью удлинительной ручки. Контактная жидкость поступает к преобразовате­лю от бачка, укрепленного на штоке ручки. Для удобст­ва транспортировки дефектоскоп помещают на тележку. Несмотря на значительную трудоемкость, такой способ является наиболее подходящим для контроля толстых плит и, как показала практика, дает хорошие результаты.

Для контроля толстолистового проката на металлур­гических заводах разработаны и внедрены автоматичес­кие теневые многоканальные установки УЗУЛ иммерси­онного типа. Преобразователи, расположенные в ряд с малыми шагом поперек листа, позволяют контролировать лист практически полностью за один проход. Результа­ты контроля записываются на токочувствительную бума­гу. Скорость контроля 10 м/мин (В. М. Веревкин, А. С. Голубев, Н. А. Евдокимов [43, с. 223—226]).

Практика показала высокую надежность и эффектив­ность работы установок УЗУЛ. Экономический эффект от внедрения одной установки составил более 100 тыс. руб. в год. Однако недостаточная чувствительность УЗУЛ к выявлению тонкораскатанных неметалличес­ких включений не позволила применить их для контроля листов особо ответственного назначения. Поэтому на ба­зе установок УЗУЛ были разработаны высокочувстви­тельные установки ДУЭТ, использующие теневой и эхо­методы контроля. Установки ДУЭТ обеспечивают высо­кую плотность контроля, быстродействие и практически не имеют мертвой зоны. На установках ДУЭТ можно контролировать листы толщиной от 5 до 20—25 мм (те­невым методом) и от 20—25 до 200 мм (эхо-методом).

Особенностью установки ДУЭТ является сканирова­ние по принципу одновременно бегущих ультразвуковых волн. Это позволяет сократить число электронных кана­лов и повысить надежность установки. Скорость контро­ля на установке ДУЭТ 30—50 м2/мин (В. М. Веревкин, А. С. Голубев, Н. А. Евдокимов [43, с. 223—226]).

Для контроля плит толщиной до 300 мм разработана установка УЗУ-П, использующая эхо - и зеркально-тене­вой методы. Плиту шириной примерно 4 м (не более) помещают в иммерсионную ванну. Затем ее прозвучива - ют с верхней поверхности пятью преобразователями, ра­ботающими поочередно. Преобразователи закреплены на траверсе, которая перемещается поперек листа со скоро­стью около 300 мм/с. В крайних точках траверса оста­навливается и перемещается вдоль плиты на 10 мм, пос­ле чего цикл работы повторяется до полного контроля листа (А. С. Голубев, С. К. Паврос, В. И. Сафонов [43, с. 216—218]).

Для контроля крупногабаритных плит из алюминие­вых сплавов АК4-1, В-95 и др. разработана и внедрена в промышленность ультразвуковая иммерсионная уста­новка «Сплав-бЦ», оснащенная многоканальной дефек­тоскопической аппаратурой, цифровой системой индика­ции и регистрации дефектов (С. В. Павлов, Р. И. Шоков и др. [43, с. 212—215]). Установка позволяет контро­лировать плиты длиной до 15 м, шириной до 1,5 м и тол­щиной до 0,13 м. С помощью аппаратуры выявляются расслоения, окисные плены, включения и другие дефек­ты площадью, эквивалентной плоскодонному искусствен­ному отражателю диаметром 4,0 мм на глубине от 5 до 130 мм. Скорость контроля до 0,5 м/с. Время контроля плиты размерами 10X1,5 м составляет около 20 мин.

Гладкие и ребристые плиты небольшой толщины кон­тролируют нормальными волнами. Для автоматического контроля ребристых плит (панелей) из алюминиевого сплава АМГ6 на базе установки типа УЗКЛ разработа­на установка УЗКП [54]. Скорость контроля в данном случае достигает 10 м/мин при длине панели до 10 м, ширине 3,5 м и толщине 8 мм и менее.

Панель прозвучивают вдоль направления прессова­ния преобразователем с углом наклона 38°, работаю­щим на частоте 2,5 МГц. В установке УЗКП применены два дефектоскопа ДУК-6В с одним общим синхрониза­тором. Для настройки чувствительности приборов при­меняют стандартные образцы, изготовленные из участ­ков панелей размером 1600X2500 мм. Контрольными де­фектами являются отверстия с плоским дном диаметром 0,8 мм и глубиной 0,5 мм, расположенные на панели со стороны ребер.

УЗК вводят в панель" со стороны, противоположной расположению ребер. За один проход контролируют по­лосу панели шириной около 300 мм. Схема панели и на­правление перемещения преобразователя показаны на рис. 109. При использовании данной методики не контро-

Рис. 109. Схема контроля панели: / — панель; 2 — стрингеры; 3—преобразователь Рнс. 110. Схема прозвучнвання цилиндрического прутка со стороны плоского торца

лируются кромки по краям панели шириной 100 мм, реб­ра и участки над ребрами, а также зоны у ребер шири­ной около 6 мм. Это является существенным ее недостат­ком.

Контроль прутков, стержней и проволоки

Как уже отмечалось, наиболее распространенным де­фектом в металлургическом производстве являются уса­дочные раковины в слитках. Эти дефекты зачастую попа­дают в конечную продукцию прокатного производства — прутки. Прутки и стержни можно контролировать уль­тразвуком достаточно эффективно, так как металл прес­сованных полуфабрикатов имеет мелкозернистую струк­туру и чистую поверхность.

При контроле прутков и стержней УЗК вводят через торец детали или боковую (кривую) поверхность.

Если к торцу стержня 1 прижать прямой преобразо­ватель 2, то УЗК от пьезоэлемента распространяются в стержне на участке ближней зоны г о в виде плоской вол­ны, а затем в виде расходящегося пучка (рис. ПО). На расстоянии I от поверхности ввода УЗК краевые лучи пучка встречаются с боковой поверхностью стержня под углом 90°—0. Для стали 0«13° (на частоте 2,5 МГц), следовательно, боковые лучи падают на поверхность детали под углами 77°. Остальные лучи падают под еще большими углами. При этом они трансформируются на продольные, отражающиеся под теми же углами, и сдвиговые, распространяющиеся под значительно мень­шими углами (в соответствии с законом преломления). При вторичном отражении от противоположной стенки происходит обратная трансформация продольных и сдви­говых волн. При небольшой длине стержня К и при D<d (d — диаметр стержня; D — диаметр пьезоэлемен­та) на экране четко фиксируется донный сигнал, соот­ветствующий отражению продольных волн от «дна» из­делия. При уменьшении диаметра стержня явление трансформации волн повторяется многократно и на эк­ране ЭЛТ появляются вторичные сигналы, расположен­ные правее донного. При контроле стержней нужно от­страиваться от этих сигналов, устанавливая донный сиг­нал в конце развертки на экране дефектоскопа.

Контроль стержней через боковую (кривую) поверх­ность осуществляют при вращении прутка и перешеще пии преобразователя вдоль образующей. Так, например, при контроле круглых заготовок для лопаток трубин пруток устанавливают между центрами токарного стан­ка, а преобразователь закрепляют в суппорте так, чтобы он был плотно прижат к поверхности прутка. При кон­троле преобразователь перемещается вдоль вращающе­гося прутка, сканируя его поверхность по винтовой ли - ■ нии с небольшим шагом.

Иногда возникает необходимость в контроле прут­ков поверхностными волнами, распространяющимися вдоль образца. Для этого применяют преобразователи с плоской и вогнутой контактными поверхностями и углом а=акрп (рис. 111,а, б). Нетрудно видеть, что в пруток
под углом оскрц входит лишь небольшая часть УЗК, из­лучаемых пьезоэлементом. Наряду с поверхностными волнами в прутке возбуждаются и сдвиговые УЗК за счет кривизны поверхности и масляной прослойки меж­ду преобразователем и изделием. Для проведения кон­троля в этом случае достаточно одного вращения стер - || жня без перемещения преобразователя. При этом выяв­ляются дефекты в поверхностном и подповерхностном || слое, ориентированные под углом к оси изделия.

линдрического прутка со стороны боковой поверхности преобразова­телями с плоской (й), вогнутой (б) и кольцевой с четырьмя пьезоэле - ментамн (в) контактными поверхно­стями:

1 — пруток; 2 — призма элемент

На рис. 111, в показана предложенная автором схе^ ма ввода УЗК в пруток устройством с замкнутой цилин­дрической контактной поверхностью с четырьмя излуча­телями, расположенными по окружности под 90° друг к,1 другу. Такое устройство позволяет формировать поверх - jj ностные волны на четырех участках стержня одновре - І-Г

менно. Для проведения контроля образец вращать не нужно.

Поверхностные волны распространяются вдоль стер­жня постоянного сечения следующим образом. УЗК, До­стигнув противоположного конца, отражаются, и на эк­ране ЭЛТ наблюдается четкая осциллограмма, состоя­щая из начального и концевого сигналов при отсутствии нарушения сплошности металла на пути пучка УЗК. Из - за расхождения боковых лучей и распространения их по винтовым траекториям наблюдается «растекание» волн по поверхности стержня (рис. 112, а). Чем меньше угол | расхождения 20 и длина стержня I и больше диаметр | стержня d, тем меньше растекание.

; Распространение поверхностных волн вдоль ступенча - ! того стержня (рис. 112, б^г) зависит от сопряжения і между его цилиндрическими поверхностями. Если цилин­дрические поверхности отдельных ступеней сопряжены под углом без галтелей (рис. 112,6), то изделие невоз - I можно прозвучивать поверхностными волнами, так как | почти вся энергия отражается от места перехода. Для | того, чтобы поверхностные волны могли перейти с одного участка стержня на другой, переходы между ними долж­ны быть плавными с радиусами г>3 мм (рис. 112, в). В месте перехода также наблюдается растекание волн по цилиндрической поверхности участка меньшего диа­метра. Чем больше г и г2 и меньше d/D, тем меньше растекание поверхностных волн и более направленный пучок УЗК-

Стержни постоянного сечения можно контролировать нормальными волнами, распространяющимися от одного его конца к другому. Нормальные волны возбуждаются осесимметричным коническим пучком УЗК, падающих на боковую поверхность стержня под определенным уг­лом. Такой пучок может быть получен с помощью уст­ройства, показанного на рис. 111, в. В этом случаев стержне можно возбудить преимущественно симметрич­ные или антисимметричные волны.

Угол падения лучей на поверхность стержня опреде­ляют по фазовой скорости Сф из формулы зіпа=с/Сф, где с — скорость УЗК в материале, из которого падает возбуждающая волна; скорость Сф определяют по дис­персионным кривым (в соответствии со значением пара­метра d-f), аналогичным дисперсионным кривым для ли­стов (см. рис. 59).

С помощью нормальных волн можно эффективно кон­тролировать также и проволоку.

На рис. 113 показана схема установки для контроля проволоки нормальными волнами. Преобразователь по­мещают в капсулу, в которую подкачивают воду или ми­неральное масло. У верхнего выходного отверстия обра­зуется выпуклый мениск жидкости, который смачивает проволоку, движущуюся мимо. Вокруг этого отверстия расположен кольцеобразный уловитель жидкости, отку­да она по трубке стекает в сборник. Насос Н обеспечи­вает постоянную циркуляцию жидкости, создающую аку-

Рнс. ИЗ. Схема установки для контроля проволоки нормальными волнами и осциллограммы прозвучнвания: 1 — капсула; 2 — механизм изменения угла наклона преобразователя; 3 — преобразователь; 4 — проволока; 5— направление движения проволоки; 6 — направление распространения нормальных волн; 7 — экран ЭЛТ

стический контакт между преобразователем и проволо­кой. Угол ввода УЗ К. может изменяться в зависимости от материала и толщины проволоки. Такое конструктивное решение позволяет создать надежный контакт даже тог­да, когда проволока движется со скоростью около 3— 4 м/с.

Проволоку можно контролировать с помощью так называемых проволочных волн, представляющих собой резонансные колебания, складывающиеся из волн сжа­тия, изгиба и кручения. Возбуждение проволочных волн зависит от диаметра проволоки, угла падения и частоты УЗК. Так, например, в стальной проволоке диаметром 0,1—6,0 мм проволочные волны надежно возбуждают­ся на частоте 4,0 МГц и распространяются вдоль про­волоки на расстояние до 1 м. При этом УЗК, заполняя все сечение проволоки, одинаково хорошо отражаются как от поверхностных, так и от внутренних дефектов. На рис. 113, а, б показаны осциллограммы прозвучива - ния проволоки без дефекта, а на рис. 113, в — с дефектом.

Если в проволоке дефектов нет, то на экране ЭЛТ

видны начальный сигнал А и сигнал В, отраженный от

места входа УЗК в проволоку. Путь, проходимый УЗК от излучателя до проволоки, является постоянным и не влияет на результаты контроля. Поэтому начальный сиг­нал А можно сдвинуть влево (за экран), чтобы его не было видно, а поиск дефектов проводить на участке с, расположенном правее сигнала В, чистая развертка за которым соответствует бездефектной части проволоки. Если на пути УЗК в проволоке имеется дефект, то от не­го на экране возникнет сигнал D, пробегающий справа налево по участку развертки с.

Для выявления дефектов в прутках и проволоке раз­работаны установки УКП-2, УДЦ-25, «Стержень-2» и др.

Промышленная установка УКП-2 позволяет контро­лировать прутки (заготовки пружин) диаметром 1,4 и

1,6 мм, длиной от 1070 до 1500 мм на наличие раковин, продольных и поперечных рисок, трещин, включений и т. д. Установка имеет вид двухтумбового стола с габа­ритами 500X1650X1180 мм. На крышке стола располо­жены: цанговые держатели, в которых закрепляют кон­тролируемые прутки; направляющее устройство, позво­ляющее изменять расстояние между цангами и контро­лировать различные по длине прутки; преобразователь с механизмом изменения угла наклона; подставка для прутков и пульт управления. В тумбах стола размещены дефектоскоп УДМ-1М с вентилятором, стабилизатор на­пряжения и механизм подачи и сбора масла. На уста­новке УКП-2 в смену можно проконтролировать до 1500 прутков (более 1800 м), затрачивая в среднем на кон­троль одного прутка около 12 с. При этом выявляются мелкие внутренние и поверхностные дефекты глубиной 0,01 мм и более.

Установка «Стержень-2» предназначена для автома­тического контроля прутков диаметром 10—50 мм при

скорости контроля 0,5 м/с. Установка позволяет прозву - чивать почти все сечение прутка за счет девяти раз­дельно-совмещенных преобразователей, работающих кон­тактным способом на частоте 2,5 МГц при поступатель­ном перемещении прутка относительно акустического блока.

Контроль прутков на установке УДЦ-25 осуществля­ют иммерсионным способом тремя фокусирующими пре­образователями при поступательном перемещении прут­ка. Такая схема контроля обеспечивает выявление де­фектов лишь в центральной части прутка, что несколько

ограничивает ее применение (Л. Р. Гершенгорен, М. Б. Гитис и др. [42, с. 163—164]).