Основными изделиями из фарфора, контролируемыми акустическими мето­дами, являются электрические изоляторы [191]. Дефекты фарфоровых изоляторов - раковины, трещины, инородные включе­ния и гидрофильность (способность к по­глощению влаги). Встречаются трещины под шапками изоляторов и трещины, воз­никающие вследствие разрушения мате­риала при испытаниях изоляторов на рас­тяжение. В составных изделиях наблюда­ются дефекты соединения между элемен­тами.

Насыщенная водой сырая масса для производства фарфора достаточно про­зрачна для частот 0,5 ... 2 МГц. Это по­зволяет контролировать заготовки толщи­ной до нескольких сотен миллиметров на наличие сравнительно крупных пустот и слабую связь на границах раздела. В вы­сушенном состоянии эти заготовки прак­тически непрозрачны для ультразвука. Обожженный фарфор по скорости звука и затуханию близок к стали. Эхометодом на частотах до 5 МГц его можно прозвучи - вать на глубину более 1 м. Аналогичными свойствами обладают другие керамиче­ские материалы, например стеатит, ско­рость звука в котором даже выше, чем в стали. Стекла также характеризуются большими скоростями и малым затухани­ем звука.

Раковины в фарфоре обычно вытяну­ты в продольном направлении или имеют сложную форму. Они снижают электриче­скую и механическую прочность изолято­ра. Раковины обнаруживают контактным ультразвуковым эхометодом на частотах 2 ... 5 МГц. Сплошные стержневые изоля­торы контролируют эхометодом с торце­вых поверхностей до установки шапок. При контроле в продольном направлении охватывается вся длина стержня (юбки не проверяются). Однако, ввиду большой длины пути ультразвука и неблагоприят­ной ориентации дефектов, обычно допол­нительно проводят контроль в попе­речном направлении. При этом исчезают мешающие эхо-сигналы, наблюдаемые при продольном контроле и обусловлен­ные отражениями от юбок, особенно в случае полых стержневых изоляторов со стенкой толщиной в несколько миллимет­ров. При поперечном контроле преобразо­ватель перемещают по поверхности ОК и вдвигают между юбками изолятора как можно дальше. Тем не менее, мелкий де­фект непосредственно под юбкой может быть пропущен.

Гидрофильность снижает механиче­скую и электрическую прочность изолято­ра вследствие поглощения материалом влаги. Пористость опасна, только если поры сообщаются между собой и выходят на поверхность. Признак пористости - увеличение затухания и изменение скоро­сти звука. Затухание оценивают (качест­венно) по уменьшению длительности по­следовательности многократных донных сигналов. Однако на натурных ОК на ре­зультат контроля существенно влияет также нестабильность акустического кон­такта.

Лучший результат дает оценка по­ристости по изменению скорости звука, причем иногда этот критерий является единственно возможным. Скорость звука измеряют в определенном направлении,

так как фарфор обладает упругой анизо­тропией: скорость в продольном направ­лении на несколько процентов выше, чем в поперечном. Гидрофильность является местным дефектом, наблюдаемым на од­ном из концов изолятора, поэтому обычно контроль проводят в поперечном направ­лении, так как при продольном прозвучи - вании результат усредняется по всей дли­не изолятора и дефекты выявляются пло­хо. С увеличением температуры обжига фарфора скорость звука в нем увеличива­ется, а пористость уменьшается.

Трещины в фарфоре и слое глазури, вызванные внутренними напряжениями или повреждениями, имеют очень гладкие поверхности и могут быть обнаружены только при нормальном падении на них УЗ-пучка. В цилиндрической стенке поло­го изолятора их выявляют сканированием по образующей наклонными преобразова­телями с различными углами ввода. Тре­щины в слое глазури обнаруживают по­верхностными волнами.

Наклонные трещины в пустотелом цилиндрическом изоляторе обнаруживают при контроле с торца (рис. 4.23), так как образующая имеет неровную поверхность. Прямым преобразователем с узкой диа­граммой направленности такие трещины выявляются плохо, потому что УЗ-пучок падает на поверхность дефектов под уг­лом. Поэтому пользуются преобразовате­лем с широкой диаграммой направленно­сти, когда часть УЗ-пучка падает на по­верхность трещины по нормали.

Трещины под шапкой (рис. 4.24, а) и фланцем (рис. 4.24, 6) возникают в резуль­тате перегрузки при испытаниях на растя­жение. В процессе эксплуатации эти тре­щины растут и могут привести к разруше­нию конструкции. Трещины под шапкой обнаруживают специальными преобразо­вателями с малым углом наклона, скани­руя поверхности между шапкой и юбкой или между юбками соседних изоляторов. Признаком трещины служит раздвоение эхосигнала от края изолятора. Однако ес­ли крупная трещина обнаруживается со

всех позиций преобразователя, ее трудно отличить от отражения от угла. В этом случае необходим тщательный контроль времени прихода эхосигнала.

Контроль изделий из керамики воз­можен реверберационно-сквозным мето­дом [425, с. 89/112]. Объект контроля - керамические плитки для пола с размера­ми 200 х 200 х 8 мм. Использовали пря­мые преобразователи диаметром 25 мм с центральной частотой 0,5 МГц. Преобра­зователи контактировали с сухой поверх­ностью ОК через прокладки из силиконо­вой резины толщиной 10 мм. Сферическая форма прокладок в зоне контакта с ОК исключала образование воздушной про­слойки. Информативным параметром служил энергетический спектр принятого сигнала. В бездефектных зонах основная его энергия находилась в пределах 0,4 ... 0,5 МГц. Поверхностные и подповерхно­стные дефекты вызывали появление ин­тенсивных спектральных составляющих в области 0,2 ... 0,25 МГц.

Контроль стекла обычно сводится к измерению толщины листов при односто­роннем доступе. Эта задача легко решает­ся импульсными контактными ультразву­ковыми толщиномерами.

Фарфоровую, фаянсовую и хрусталь­ную посуду проверяют интегральным ме­тодом свободных колебаний с оценкой результата на слух (простукиванием). Де-

Рис. 4.24. К обнаружению трещин под шапкой (а) и под фланцем (б) изолятора:

1 - изолятор; 2 - цемент; 3 - шапка; 4 - трещины; 5 - фланец

фекты отмечают по резкому изменению характера звука, который становится бо­лее глухим и менее продолжительным.

К. И. Маслов с соавторами для кон­троля структуры подповерхностных слоев инструментальной керамики на основе А1203 + (TiW)C использовали акустиче­ский микроскоп [227]. Контроль проводи­ли на частоте 50 МГц, в качестве иммер­сионной среды использовали дистиллиро­ванную воду. Показана возможность об­наружения дефектов размерами 100 мкм на глубине около 0,5 мм. Поверхностную неоднородность материала оценивали по результатам измерения скорости поверх­ностной волны на различных участках образца. Разброс значений этой скорости не превышал 1,5 %, что свидетельствует о хорошей однородности керамики. Изме­рены значения скоростей продольной (8,41 км/с), поперечной (4,98 км/с) и по­верхностной (4,60 км/с) волн, плотности (6600 кг/м3) и твердости (94,5 ... 95,3 HRA) керамики.

Заготовки из необожженной кера­мики контролируют УЗ-эхометодом [422, с. 1118]. В контактном его варианте на частотах 1 и 2 МГц в материале SiC выяв­ляли отверстие диаметром 2 мм на глуби­не 28 мм. Минимальное изменение плот­ности, зарегистрированное по измерению скорости продольных волн, для материала SiC составило 17 кг/м3, для окиси алюми­
ния - 23 кг/м3. Контактный способ неудо­бен тем, что не допускает непрерывного сканирования ОК. Поэтому использовали модифицированный вариант иммерсион­ного метода, в котором ОК отделяли от иммерсионной жидкости пленкой из тон­кого пластика. Это исключало смачивание ОК и обеспечивало хороший акустический контакт. В образцах из SiC толщиной 15 мм выявлялись фторопластовые про­кладки диаметром от 10 мм, трубки из пластика диаметром 1 мм и другие модели дефектов.

Был опробован также бесконтактный амплитудный метод прохождения с воз­душной связью. Преобразователи конден­саторного типа располагали по обе сторо­ны ОК на расстоянии 3 мм от его поверх­ностей. Максимум спектра сквозного сиг­нала лежал в пределах 300 ... 800 кГц. Однако уровень этого сигнала недостато­чен для контроля заготовок из SiC толщи­ной более 5 мм. Тем не менее, такой спо­соб перспективен для контроля материа­лов с низкими волновыми сопротивления­ми, особенно для оценки неравномерности их плотности.

В работе [401] рассматривается при­менение интегрального метода собствен­ных колебаний для обнаружения дефек­тов, контроля физико-механических свойств и размеров относительно неболь­ших (массой до 2 кг, длиной до 0,5 м) де-
талей из материалов с низкими потерями (металлов, керамики, металлокерамики и т. п.). В ОК возбуждают изгибные, про­дольные или крутильные колебания не­прерывно меняющейся частоты. Необхо­димый тип колебаний выбирают располо­жением излучающего и приемного преоб­разователей в определенных зонах ОК. Диапазон используемых частот - до 500 кГц. При резонансах амплитуда колебаний резко возрастает.

Дефекты в ОК, изменение физико­механических свойств и размеров вызыва­ет изменение частоты резонанса и расще­пление резонансных пиков. Метод очень чувствителен к любым изменениям пере­численных параметров. В частности, в роликах подшипников выявляют трещины размером 0,3 х 0,001 х 0,008 мм. Метод позволяет оценивать разницу в термооб­работке, прочность на растяжение и твер­дость (см. разд. 7.6).

Как и в других интегральных мето­дах, координаты обнаруженных дефектов не определяются. Применение метода ог­раничено изделиями из материалов с вы­сокой добротностью. Поэтому изделия из пластиков, резины, древесины, необож­женной керамики и т. п. им обычно кон­тролировать нельзя.