1. Измерение толщины изделий

Для контроля толщины изделий применяют эхо - и резонансный, методы [65].

Толщину изделия эхо-методом измеряют по длительности про­хождения ультразвукового импульса и частоте повторения много­кратных отражений УЗК-

Для измерения толщины эхо-мето­дом по первому способу установим пря­мой преобразователь на контролируемую деталь. Импульс УЗК, распространяясь в металле с определенной скоростью, многократно отражается от противопо­ложных поверхностей изделия и, воз­действуя на пьезоэлемент (при обрат­ном ходе), отдает ему часть энергии.

При этом каждый последующий отра­женный импульс несет меньшую энергию (из-за поглощения и рассеяния УЗК) и воздействует на пьезоэлемент с меньшей силой. На экране ЭЛТ возникает после­довательный ряд сигналов, равноотстоя­щих друг от друга и убывающих по амп­литуде (рис. 97). Интервал времени между двумя любыми соседними сигналами прямо пропорционален, измеряемой толщине Ь, т. е. t0 = 2blc, откуда b=ctol2.

Так, например, если при контроле стенки пустотелой лопатки тур­бины, изготовленной из жаропрочного сплава ХН77ТЮР (Сжс = = 6080 м/с) интервал времени между соседними сигналами равен 0,5 мкс, то толщина стенки Ь= (6080-0,5-10~3) /2 =1,52 мм.

Минимальная контролируемая толщина при заданной частоте за­висит от длительности ультразвукового импульса т и интервала

Минимальная толщина рассчитывается по формулам: &пнп =

= (тя+Тп)/2с (где Ти, Тп — длительность соответственно зондирую­щего импульса и переходных процессов в усилителе) для интервала /ц до первого эхо-сигнала и 6min= (Тя/2)с — для интервала между любыми - соседними сигналами после первого.

Прн малых толщинах интервал t0 может стать равным длительности ультразвукового импульса, многократные отражения на экране де­фектоскопа сольются и контроль станет невозможным. Для того что­бы можно было контролировать еще более тонкие стенки необходимо уменьшить длительность излучаемых импульсов (например, увеличив частоту прозвучивания). На практике для измерения толщины тон­ких стенок применяют частоты 5—10 МГц и более. При этом высо­кий коэффициент затухания, например, в жаропрочных сплавах не является препятствием для высокочастотных УЗ К, так как толщину в 1—2 мм они «пробивают» свободно. В этом случае лишь умень­шается количество многократных отражений на экране ЭЛТ.

Максимальная измеряемая 'толщина зависит от мощности им­пульсного генератора, его чувствительности, частоты УЗК и струк­туры металла. На практике точное определение больших толщин требуется редко. Как правило, диапазон измеряемых толщин колеб­лется от двух до нескольких десятков миллиметров.

Погрешность эхо-импульсиых толщиномеров при измерении изде - лий с хорошо обработанными и параллельными поверхностями не превышает 0,1 мм, а минимальная измеряемая толщина плоских об­разцов — 0,25—0,3 мм. При измерении изделий с грубообработан - ными, корродированными и непараллельными поверхностями погреш­ность измерений возрастает до 0,2—0,3 мм, а минимальная измеряе­мая толщина до 1,2—1,5 мм.

Измерение толщины изделий эхо-методом по второму способу основано на частотном анализе многократных отражений эхо-сиг - иалов, подаваемых на амплитудно-частотный анализатор спектра. Прн совпадении частоты многократных отражений с частотой ана­лизатора, иа выходе последнего появляются сигналы, временное по­ложение которых при жесткой связи частотной и временной развер­ток указывает иа зиачеине толщины. Этот способ позволяет умень­шить погрешности измерения толщины в диапазоне 0,5—10,0 мм до ±2 % (погрешность эхо-толщиномеров для измерения временного интервала достигает 3—10%). Толщиномеры «Кварц-3» и пристав­ка «Мираж», измерение которыми основано на. этом принципе, поз­воляют контролировать отклонение толщины с погрешностью ±2 % в диапазоне толщин 1,5—10 мм.

Измерение толщины резонансным методом проводят в следую­щем порядке. Преобразователь устанавливают иа измеряемую де­таль, предварительно обеспечив акустический контакт. Если преоб­разователь не прижат к детали, на экране ЭЛТ видны только измери­тельные сигналы. Если преобразователь прижат к детали, на экране ЭЛТ появляются резонансные сигналы. Измерение толщины заклю­чается в совмещении измерительных сигналов с резонансными, после чего значение толщины считывают по стрелочному визиру.

Четкий резонанс со значительной амплитудой сигнала наблюда­ется только при параллельности поверхностей ввода и отражения УЗК. Непараллельность стенок существенно снижает точность пока­заний прибора особенно при измерении толщины тонких металли­ческих листов. По данным работы [45) при толщине металла 3—4 мм и непараллельности поверхностей в 1° погрешность измерения резко возрастает и при толщине металла 1 мм достигает 10 %. При боль­шей непараллельности стенок резонанс возникать не будет и конт­роль толщины этим методом невозможен. Кривизна поверхности не является препятствием для измерения толщины этим методом. На­пример, толщиномер ТУК-4В позволяет измерять толщины стенок труб диаметром 10 мм и более.

Резонансными толщиномерами контролируют толщину штампо­ванных, тянутых или механически обработанных труб, листовой про­кат, штампованные нлн фрезерованные панели и листы, полые штам­повки и изделия, изготовленные с помощью шлифования, точения, фрезерования и выдавливания. В эксплуатации ими контролируют толщину обшивки корпусов кораблей, стенок сосудов высокого дав­ления, трубопроводов, котельных труб и др. [66].

Диапазон толщин, измеряемых резонансным методом, колеблется в интервале от ~ 0,1 до 250—300 мм и зависит от структуры метал­ла, частоты УЗК и конструктивных особенностей прибора. Точность измерения составляет 0,1—3 % от истинной толщины.