Акустический контакт обеспечивает передачу УЗ-колебаний от преобразовате­ля к ОК и обратно. В процессе контроля качество акустического контакта может изменяться под влиянием случайных фак­торов, особенно при контроле контактным способом. На плохо смазанном участке поверхности слой контактной жидкости между преобразователем и изделием мо­жет отсутствовать или не полностью за­полнять зазор. Изменение толщины слоя контактной жидкости вызовет изменение коэффициента прозрачности границы пре­образователя с ОК. Возможно возникно­вение клиновидного слоя, и тогда изме­нится направление излучения преобразо­вателя.

Способы акустического контакта, рассмотренные в разд. 2.1.9 (см. рис. 2.10), можно расположить в порядке убывающей стабильности: бесконтактный, иммерси­онный, щелевой, контактный. Сухой то­чечный контакт здесь не упомянут, по­скольку он применяется в низкочастотных УЗ-методах.

Для стабилизации акустического контакта при контактном способе следует принять меры к выравниванию поверхно­сти ввода, удалению брызг металла, от­слаивающейся или рыхлой окалины, за­грязнений. Существуют специальные пре­образователи с повышенной стабильно­стью акустического контакта, например протектор прямого преобразователя дела­ют из звукогасящего материала с волно­вым сопротивлением, близким к таковому контактной жидкости. Это уменьшает многократные отражения в жидком слое, устраняет интерференцию этих отражений между собой и стабилизирует контакт. Конструкции специальных преобразовате­лей для контроля по грубой поверхности показаны на рис. 2.20.

Существенное повышение стабиль­ности акустического контакта достигается путем применения магнитных жидкостей [17]. Это коллоидный (т. е. очень мелко­дисперсный) раствор частиц магнетика (железа, магнетита) в жидкостях типа ке­росина, трансформаторного масла, воды. Для предотвращения слипания магнитных частиц применяют ПАВ - олеиновую ки­слоту. Контактной жидкостью можно управлять с помощью магнитного поля: концентрировать ее в зазоре между преоб­разователем и поверхностью ОК, удержи­вать ее в этом зазоре с помощью неслож­ных магнитных систем, расположенных вблизи преобразователя.

При увеличении концентрации твер­дой фазы от 8 до 27 % возрастают ско­рость и затухание УЗ. В магнитных жид­костях на основе керосина при концентра­ции магнетита > 20 % и температуре 20 °С скорость звука ~1,5 мм/мкс, коэффициент затухания ~10 дБ/м на частоте 2,5 МГц. Из магнитной жидкости можно формировать преломляющую призму.

При скорости движения преобразова­теля 150 ... 750 мм/с, шероховатости по­верхности OK Rz 20 ... 80 мкм стабиль­ность акустического контакта с помощью магнитной жидкости приблизительно та­кая же, как при иммерсионном способе контакта, и в 3 - 4 раза повышает ста­бильность контакта по сравнению с руч­ным контролем [184].

При настройке чувствительности де­фектоскопа по СО или СОП важно обес­печить одинаковое качество акустическо­го контакта преобразователя с образцом и изделием. Для этого применяют одинако­вые контактные жидкости, стремятся иметь одинаковую неровность поверхно­сти изделия и образца, корректируют чув­ствительность, сравнивая амплитуды сиг­налов от одинаковых отражателей на оди­наковой глубине в изделии и образце, на­пример, используют донные сигналы, сиг­налы от двугранных углов, зарубок, кото­рые специально выполняют в изделии и потом удаляют пологой вышлифовкой. Очень удобен для этой цели выпускаемый ЦНИИТмашем датчик шероховатости и волнистости (ДШВ). Он похож на обыч­ный преобразователь. Его прижимают к образцу и изделию, в результате чего оп­ределяют, насколько нужно скорректиро­вать чувствительность (см. разд. 6.4).

Влияние качества поверхности ввода на результаты УЗ-контроля изучено В. Г. Щербинским [348, 350]. Контроль по статистически шероховатой поверхности с малой волнистостью не вызывает больших затруднений. В то же время статистически шероховатая поверхность, имеющая зна­чительную волнистость (период, который меньше трех-четырех базовых размеров ПЭП), а также регулярная контактная по­верхность, получаемая в результате гру­бой механической обработки, представ­ляют собой практически дифракционную решетку.

На решетке происходят существенная деформация диаграммы направленности и появление в ОК интенсивных боковых лепестков (величиной до 30 % от основно­го максимума). Наблюдается также час­тичная трансформация вводимых в металл продольных волн в поперечные. Величина трансформации пропорциональна волно­вым размерам ПЭП и неровностей. Трансформированные поперечные волны эллиптически поляризованы, причем ось эллипса ортогональна бороздкам на по­верхности. Этот фактор также увеличива­ет осцилляции чувствительности дефекто­скопа.

Увеличение параметров шероховато­сти стохастически неровной поверхности приводит к монотонному уменьшению амплитуды и существенному возрастанию длительности принимаемых сигналов. Так, например, при Rz 80 мкм длитель­ность сигнала возрастает на 10 %, а при Rz 320 мкм на 100 ... 200 %. Мертвая зона увеличивается в последнем случае на 200 ... 300 % в контактном варианте и на 20 ... 30 % в иммерсионном.

При падении объемной волны на пе­риодически шероховатую поверхность может возбуждаться поверхностная волна рэлеевского типа. Распространение этой волны по поверхности сопровождается трансформацией рэлеевской волны в объ­емную, приводящую к возникновению рассеянного поля и появлению ложных сигналов.

Влияние качества акустического кон­такта на чувствительность дефектоскопа обычно рассматривают при неподвижном ПЭП в предположении сплошности кон­тактного слоя. При сканировании в кон­тактном варианте ПЭП и ОК составляют кинематическую пару, трущиеся поверх­ности которой разделены контактной смазкой. Акустический контакт носит ди­намический характер, и поэтому качество его определяется не только параметрами электроакустического тракта, но и в зна­чительной степени физико-химическими процессами, определяющими толщину и сплошность жидкой пленки при переме­щении ПЭП [350].

Контактный слой смазки характери­зуется высоким сопротивлением сжатию и весьма малым сопротивлением сдвигу между отдельными молекулярными слоя­ми. Этот сдвиг как раз возникает при дви­жении ПЭП, вызывая истирание слоя смазки на выступах и появление локаль­ных разрывов контактного слоя. Быстрота истирания зависит от типа смазки, толщи­ны слоя, природы трущихся поверхностей, величины давления и скорости скольже­ния.

Слой смазки может восстанавливать­ся за счет поступления смазки из впадин. Высокая кинетическая скорость смачива­ния способствует стабилизации акустиче­ского контакта, поэтому при контроле предпочтительнее использовать жидкие смазки (типа автолов). При контроле про­исходит выдавливание избытка смазки из - под ПЭП. Поскольку при движении кон­тактная жидкость поступает от передней кромки ПЭП, то в противоположной по ходу части ПЭП ее нехватает. Это, в свою очередь, нарушает сплошность контактно­го слоя. В качестве упрощенного объек­тивного критерия количественной оценки акустического контакта при контроле прямым ПЭП предложено [350] использо­вание коэффициента динамического аку­стического контакта Ка. Последний оп­ределяется отношением числа т зарегист­рированных донных сигналов в процессе перемещения ПЭП по поверхности образ­ца с плоскопараллельными гранями к об­щему числу N посланных за это время зондирующих импульсов на заданном уровне чувствительности дефектоскопа. При исследовании контакта наклонных преобразователей в качестве опорного сигнала принимается эхосигнал от дву­гранного угла.

Исследования коэффициента дина­мического контакта КД в зависимости от электроакустических параметров прямых ПЭП позволили установить значительную его зависимость и от рабочей частоты/ и от размеров а пьезоэлемента. Максималь­ное значение Ка достигается при парамет­ре а/ = 20 ... 25 мм-МГц.

Наибольшее значение Ка достигается у ПЭП с призмами или протекторами из диэлектриков: оргстекла, капрона, фторо­пласта, смолы ЭД-6 с наполнителями. Не­смотря на малый служебный ресурс этих материалов вследствие истирания, целесо­образно их применение для контроля от­ветственной продукции. ПЭП с металли­ческими и керамическими протекторами (например, из ситалла) имеют малый Ка и

не могут быть рекомендованы для контро­ля такой продукции.

Установлено, что оптимальное дав­ление на ПЭП при сканировании 15 Н. Для большинства ОК толщиной до 20 мм допустимо вести контроль по катаной по­верхности, очищенной от брызг расплав­ленного металла и окалины. При толщине > 20 мм поверхность должна зачищаться механическим путем и соответствовать обработке не ниже четвертого класса чис­тоты по ГОСТ 2789-73 (с изменениями).

Согласно требованиям большинства методических документов, при контроле прямым преобразователем чистота по­верхности должна быть Rz 10 ... 20 мкм, ее волнистость (отношение глубины впа­дин к периоду неровности) < 0,015. Каче­ство акустического контакта проверяют по изменению амплитуды донного сигнала, однако при обычных условиях контроля амплитуда этого сигнала уходит за преде­лы экрана дефектоскопа, и по этому при­знаку можно заметить лишь резкое ухуд­шение качества акустического контакта.

При контроле наклонным преобразо­вателем чистота поверхности должна быть Rz 20 ... 40 мкм, а волнистость также < 0,015. Донный сигнал отсутствует, по­этому для проверки акустического контак­та можно использовать сигнал от какого - либо естественного отражателя, например от двугранного угла изделия, но он на­блюдается лишь эпизодически.

С целью повышения достоверности контроля, особенно автоматизированного и механизированного, необходимо приме­нение специальных систем или устройств, обеспечивающих контроль качества аку­стического контакта в процессе сканиро­вания. Были предложены и исследованы технические решения, реализующие кон­троль качества акустическою контакта по изменению:

A) амплитуды донных сигналов, воз­буждаемых основным или дополнитель­ным ПЭП продольных волн;

Б) амплитуды головных или поверх­ностных воли, измеренных на определен­ной базе между основным и дополнитель­ным ПЭП;

B) собственных параметров прямого ПЭП при нагружении последнего на кон­тролируемую среду;

Г) амплитуд сигналов, отраженных от границы преобразователь - изделие и формирующих РВШ на индикаторе де­фектоскопа;

Д) амплитуды сигнала, отраженного от границы призма-изделие и какого-либо опорного отражателя в самой призме на­клонного преобразователя или размещен­ного на конце волновода, приклеенного к призме;

Е) интенсивности поступающего на ПЭП опорного сигнала, возбужденного в изделии дополнительным ПЭП на частоте, более низкой, чем частота основного пье­зоэлемента (150 ... 200 кГц).

Г. С. Пасси [255] исследовал способы А, Д и Е и нашел, что при ручном контро­ле предпочтительнее использовать способ Е, а при автоматическом - способ А. Из перечисленных предложений практиче­ское применение нашел способ А, при котором наклонный преобразователь снаб-

жают дополнительным пьезоэлементом 1 (рис. 2.70), излучающим продольные вол­ны. Они проходят через призму 2 и пада­ют перпендикулярно на донную поверх­ность изделия 3, что обеспечивает воз­можность контроля акустического контак­та по донному сигналу. Этот способ удобен при автоматическом контроле.

При ручном и автоматическом кон­троле как прямым, так и наклонным пре­образователем применяют способ оценки акустического контакта по уровню низко­частотного сигнала, возбуждаемого пре­образователем П (рис. 2.71) в изделии [255]. Способ позволяет установить нали­чие или отсутствие жидкого слоя между преобразователем и изделием, но не по­зволяет определить прозрачность этого слоя для рабочей частоты дефектоскопа, так как прозрачность разная для УЗ-волн на этой частоте и для более низких частот. Несмотря на это, данный способ оказался наиболее эффективным при ручном кон­троле.