Теоретические основы метода.
В основу акустического метода неразрушающего контроля, основанного на измерении ЧСК, положено наличие корреляционных зависимостей между упругими константами материала, из которых изготовлено изделие, и такими физико-механическими свойствами, как твердость, пористость, плотность, прочность и т. п., а также эксплуатационными характеристиками изделий и параметрами их изготовления [1,11].
В процессе контроля измеряют ЧСК изделия, соответствующую определенному виду колебаний, рассчитывают по известной зависимости (1) приведенную скорость распространения акустических волн (стержневую скорость звука) Сl и по ранее найденным корреляционным зависимостями определяют необходимые физико-механические свойства.
fi=Fi*Cl, (1)
где fi- ЧСК определенного вида i; Fi - коэффициент формы, зависящий от формы и размеров изделия, вида возбуждаемых колебаний и коэффициента Пуассона, Cl =(Е/р)½ - приведенная скорость распространения акустических волн,Е- модуль нормальной упругости, р- плотность. Параметр Cl является весьма информативным параметром и в ряде случаев достаточно полно характеризует физико-механические свойства изделий, определяющие их поведение при эксплуатации [2].
Для реализации метода наиболее широкое распространение в промышленности нашли специальные измерители частот собственных колебаний типа "Звук" двух модификаций: приборы, основанные на методе свободных колебаний, - "Звук-203" (рис. 1)
рис.1 |
рис.2 |
и приборы, основанные на резонансном методе измерений, - "Звук-107" (рис.2). Приборы имеют полное метрологическое обеспечение, они прошли Госиспытания и были включены в Госреестр под N° 6542-78. Из известных зарубежных аналогов наиболее широкое применение в мировой практике нашли приборы типа "Grindo Sonic", выпускаемые бельгийской фирмой "J.W.Lemmens N.V.", действие которых, аналогично прибору "Звук-203", основано на использовании метода свободных колебаний, но с применением несколько отличающейся методики измерения и расшифровки спектра ЧСК. При этом, приборы "Grindo Sonic", также как и приборы "Звук-203", не могут быть использованы для контроля малогабаритных изделий. Единственным методом контроля подобных изделий таких как малогабаритные абразивные круги, бруски и головки, режущие пластинки из керамики и твердого сплава и т.п., является метод вынужденных колебаний с применением оригинальной методики расшифровки спектра ЧСК, реализованный в приборах "Звук-107", аналоги которых до настоящего времени широкого распространения не нашли.
В настоящее время закончена разработка приборов "Звук" нового поколения, работающих в комплекте с современными компьютерными средствами.
Прибор "Звук-110М" состоит из измерительной стойки и электронной платы, устанавливаемой в компьютер IBM РС/AT. Измерение производится автоматически сразу после закрепления контролируемого изделия в измерительной стойке и запуска специальной программы, по которой осуществляется анализ спектра ЧСК и необходимые расчеты. При этом результаты измерений и их обработки выводятся на экран монитора (рис. 3-6) , хранятся на диске и могут быть распечатаны в удобном для пользования виде.
рис. 3
 |
|
рис. 4
 |
рис. 5 |
|
рис. 6 |
Прибор "Звук-203М" - это портативный прибор, который оператор при работе легко удерживает в руке. Прибор снабжен встроенным электретным микрофоном для приема акустических колебаний, жидкокристаллическим дисплеем для индикации результатов измерения и пленочной клавиатурой для управления работой прибора. Практически мгновенно после нанесения удара по контролируемому изделию на дисплее высвечивается результат в одной из заданных оператором форм: ЧСК в Гц, приведенная скорость распространения акустических волн в м/с, звуковой индекс -градация этой скорости по определенной шкале или степень твердости абразивных изделий в буквенном виде (в том числе по международной шкале Нортона). Возможна индикация и других физико-механических свойств изделий, например, модуля Юнга, прочности, плотности, пористости и др. при введении в прибор соответствующих корреляционных или аналитических зависимостей. Питание прибора осуществляется от аккумуляторных батарей или от сети с одновременной подзарядкой батарей. В приборе предусмотрена возможность передачи данных на внешнее устройство по интерфейсу RS-232.
Метод контроля, основанный на измерении ЧСК, и приборы типа "Звук" уже в настоящее время нашли достаточно широкое применение для контроля изделий из различных материалов. |
