способ диагностики кузова автомобиля толщиномером (стр. 1 из 10)

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДНЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ

1.1 Акустический метод контроля кузова автомобиля

Методы акустического контроля (АК) делят на две большие группы: активные, использующие излучение и прием акустических колебаний и волн, и пассивные, основанные только на приеме колебаний и волн. В каждой группе выделяют методы, основанные на возникновении в объекте контроля бегущих и стоячих волн (или колебаний), объекта в целом или его части.

Активные методы, в которых применяют бегущие волны, делят на подгруппы: методы, использующие прохождение, отражение волн, и комбинированные методы, в которых применяют как отражение, так и прохождение. Методы прохождения предполагают наличие двух преобразователей - излучающего и приемного, расположенных по разные стороны объекта контроля (ОК) или контролируемого его участка.

а – теневой; б – временной теневой; . 1 – генератор; 2 – излучатель; 3 – объект контроля; 4 – приемник; 5 – усилитель; 6 – измеритель амплитуды; 7 – измеритель времени пробега.

Рисунок 1.1 - Методы использующие прохождение волн

К этой подгруппе относят следующие методы дефектоскопии.

Теневой (или амплитудно-теневой) метод, основанный на регистрации уменьшения амплитуды прошедшей волны (так называемого сквозного сигнала) под влиянием дефекта (рис. 1.1, а). Временной теневой метод, основанный на измерении запаздывания импульсов, вызванного огибанием дефекта (рис. 1.1, б).

В методах отражения используют как один, так и два преобразователя; применяют, как правило, импульсное излучение. К этой подгруппе относят следующие методы дефектоскопии

Эхометод (рис. 1.2, а), основан на регистрации эхосигналов от дефектов. На экране индикатора обычно наблюдают посланный (зондирующий) импульс I, импульс III, отраженный от противоположной поверхности (дна) ОК (донный сигнал), и эхосигнал от дефекта II. Время прихода импульсов II и III пропорционально глубине залегания дефекта и толщине ОК. Совмещенная схема контроля показана на рис. 1.2, а.

Эхозеркальный метод, в котором анализируют сигналы, испытавшие зеркальное отражение от донной поверхности ОК и дефекта, т.е. прошедшие путь ABCD (рис. 1.2, б). Вариант этого метода, рассчитанный на выявление вертикальных дефектов (в плоскости EF на рисунке), называют тандемметодом. Для его реализации при перемещении преобразователей А и D поддерживают постоянным значение

l_A+l_D = 2·H·tgα.

Для получения зеркального отражения от невертикальных дефектов значение l_A+l_D варьируют.

Реверберационный метод основан на анализе времени объемной реверберации (от позднелатинского reverberatio - отражение) - процесса постепенного затухания звука в некотором объеме - контролируемом объекте.

Например, при контроле двухслойной конструкции время реверберации в слое, с которым контактирует преобразователь, будет меньше в случае доброкачественного соединения слоев, так как часть энергии будет переходить в другой слой (рис.

1.2, в).

а – эхо; б – зеркальный эхо метод; в – реверберационный; 1 – генератор; 2 – излучатель; 3 – объект контроля; 4 – приемник; 5 – усилитель; 6 – синхронизатор; 7 – генератор развертки

Рисунок 1.2 – Методы отражения

В комбинированных методах используют принципы, как прохождения, так и отражения акустических волн. К ним относятся: зеркально-теневой метод, основанный на измерении амплитуды донного сигнала. На (рис. 1.3, а) отраженный луч условно смещен в сторону. По технике выполнения (фиксируется эхосигнал) – это метод отражения, а по физической сущности контроля (измеряют ослабление сигнала, дважды прошедшего ОК в зоне дефекта) он близок теневому методу; эхотеневой метод, основанный на анализе как прошедших, так и отраженных волн (рис. 1.3, б).

а – зеркально теневой, б – эхотеневой; 1 – генератор; 2 – излучатель;

3 – объект контроля; 4 – приемник

Рисунок 1.3 – Комбинированные методы

.

1 – генератор; 2 – излучатель; 3 – объект контроля; 4 – приемник;

5 – усилитель; 6 – индикатор

Рисунок 1.4 – Импедансный метод

От рассмотренных методов существенно отличается импедансный. Он основан на анализе изменения механического или входного акустического импеданса участка поверхности контролируемого объекта, с которым взаимодействует преобразователь. Понятия механического и акустического импеданса здесь не рассматриваются; отметим только, что чем больше импеданс, тем «жестче» участок ОК, его труднее «раскачать».

В низкочастотном импедансном методе преобразователем является колеблющийся стержень, прижатый к поверхности ОК (рис. 1.4). Появление подповерхностного дефекта в виде расслоения уменьшает механический импеданс ОК, делает расположенный над дефектом участок поверхности более гибким, в нем легче возбуждаются изгибные колебания. В результате изменяется режим колебаний стержня, в частности, уменьшаются механические напряжения на приемном элементе 4, что служит признаком дефекта.

В высокочастотном импедансном методе преобразователь излучает продольную волну. Условия этого возбуждения зависят от акустического импеданса участка поверхности ОК, с которым контактирует преобразователь. Акустический импеданс, в свою очередь, зависит от наличия или отсутствия дефекта вблизи поверхности.

При использовании методов колебаний возбуждают свободные или вынужденные колебания либо ОК в целом (интегральные методы), либо его части (локальные методы). Свободные колебания возбуждают путем кратковременного внешнего воздействия на ОК, например, путем удара, после чего он колеблется свободно. Вынужденные колебания предполагают постоянную связь (через преобразователь) колеблющегося ОК с возбуждающим генератором, частоту которого изменяют. Измеряемыми величинами служат частоты свободных колебаний либо резонансов вынужденных колебаний, которые несколько отличаются от свободных под влиянием связи с возбуждающим генератором. Эти частоты связаны с геометрией ОК и скоростью распространения ультразвука в его материале.

Иногда измеряют изменение амплитуды колебаний при вариации частоты в широком диапазоне частот - аплитудно-частотную характеристику (АЧХ) или величины, связанные с затуханием колебаний: амплитуды свободных или резонансных колебаний, добротность колебаний, ширину резонансного пика. Методы вынужденных колебаний, основанные на анализе колебаний системы ОК - преобразователь при резонансных частотах или вблизи них, называют резонансными.

В качестве примера на рис. 1.5 показана схема контроля локальным методом вынужденных колебаний. Иногда название резонансного относят именно к этому методу контроля. В стенке ОК с помощью пьезопреобразователя возбуждают ультразвуковые волны. Частоту колебаний модулируют и фиксируют частоты, на которых возбуждаются резонансы колебаний (стоячие волны). По резонансным частотам определяют толщину стенки ОК (например, труб) и наличие в ней дефектов. Появление дефектов, параллельных поверхности ОК, вызывает изменение измеренных значений толщины, а наклонных к поверхности - исчезновение резонансных явлений.

1 – генератор; 2 – излучатель; 3 – объект контроля; 4 – модулятор частоты;

5– регистратор резонансов

Рисунок 1.5 – Резонансный локальный метод

.

1 – блок обработки результатов; 2 – усилитель; 3 – объект контроля;

4 – приемники

Рисунок 1.6 – Метод акустической эмиссии

.

К пассивным методам АК относят акустико-эмиссионный метод, в котором используют бегущие волны (рис. 1.6). Явление акустической эмиссии (от лат. emissio - испускание, излучение) состоит в излучении упругих волн материалом ОК в результате внутренней динамической локальной перестройки его структуры. Такие явления, как возникновение и развитие трещин, превращения кристаллической структуры, движение скоплений дислокаций, наиболее характерные источники акустической эмиссии. Контактирующие с ОК преобразователи принимают упругие волны и позволяют установить наличие источника эмиссии, а при обработке сигналов, проходящих от нескольких преобразователей, также расположение источника.

К пассивным методам АК, основанным на возбуждении упругих колебаний в ОК, относятся также вибрационно-диагностический и шумодиагностический методы. В первом из них анализируют параметры вибрации какой-либо отдельной детали или узла (ротора, подшипника, лопатки

турбины) с помощью приемников контактного типа. Во втором изучают спектр шумов работающего механизма в целом на слух или с помощью микрофонных и других приемников и приборов анализаторов спектра.