Неразрушающие методы испытаний

2.1. Ультразвуковой метод.

Для определения акустических характеристик материала применяется электронно-акустическая аппаратура, в состав которой входят микросекундомер, датчики-приемники импульсов и токоподводящие проводы.

При импульсных акустических (ультразвуковых) испытаниях измеряемой характеристикой является время прохождения акустического сигнала между датчиком и приемником в испытываемом материале.

На экране электронно-лучевой трубки время определяется в интервале между зондирующим импульсом и моментом прохождения соответствующей волны.

Чтобы определить истинное время распространения волны, следует учитывать потери времени, связанные с обработкой информации в приборе. Эти потери оцениваются двумя способами:

первый - перед началом испытаний поверхность датчика и приемника прижимают друг к другу и определяют время между зондирующим импульсом и первым вступлением приходящей волны. Измеряемое время и есть определяемые потери;

второй - на эталонном однородном материале производят прозвучивание с базой измерения в 50 и 100 см. В этом случае

t_пр = 2 t ₅₀ - t ₁₀₀ (5.5)

где t_пр - время распространения колебаний при базе измерения 50 см

t ₅₀ - время распространения колебаний при базе измерения 100 см;

t ₁₀₀ - время, затрачиваемое прибором на обработку информации

По известной базе измерения (расстояние между датчиком и приемником в свету) и найденному времени распространения колебаний определяется скорость прохождения импульса (скорость ультразвука)

С = I / t

где I - база измерения.

Перед началом прозвучивания следует определить однородность испытываемого материала, для чего при поверхностном прозвучивании измеряют базу измерения. По данным испытаний строятся годографы продольной волны. Прямолинейный характер годографа свидетельствует о постоянной скорости независимо от базы измерения. При этом, для определения глубины распространения трещины, выходящей на поверхность конструкции, используется способ построения годографа. По локальному увеличению времени (разрыв годографа) прохождения акустического импульса в зависимости от базы измерения при фиксированном положении датчика вычисляется глубина проникания трещины (рис. 4). Невидимые дефекты конструкций (пустоты, инородные включения и т. д.), и зона их распространения выявляются при сквозном прозвучивании методом последовательного приближения, т.е. при перемещении датчиков и приемников вдоль поверхности конструкции определяются границы дефектов по локальному изменению скорости ультразвука.

Рис. 4. Годограф при определении глубины проникания трещины

Прижим датчиков к поверхности конструкции производится вручную с предварительным нанесением слоя солидола, пластилина, технического вазелина на рабочую поверхность датчика и приемника для создания плотного контакта.

По значению скорости ультразвука и тарировочной кривой для бетона соответствующего состава устанавливается прочность однородного (изотропного) материала: тяжелого бетона, раствора, естественных камней изверженного происхождения (гранит, сиенит, диабаз и пр.), металлы. При испытаниях неоднородных (анизотропных, квазиизотропных) материалов (кирпич, кладочные материалы, легкие бетоны и пр.) тарировочные кривые предусматривают зависимость между прочностью материала и его акустическим сопротивлением - комплексной характеристикой, выражающейся произведением скорости ультразвука на плотность материала. Плотность, при этом, определяется с помощью плотномера - прибор радиометрических методов испытаний.

2.2. Радиометрические методы.

2.2.1. Методика определения плотности материала.

Радиометрический метод определения плотности материала основан на взаимодействии гамма- излучения с исследуемой средой. Взаимодействие излучения с материалом определяется основным законом ослабления ионизирующего излучения, который имеет вид:

J = J_o e ^-mx (5.3)

где J_o - интенсивность излучения после и до взаимодействия с материалом

е - основание натуральных логарифмов

х - толщина испытываемой конструкции

m линейный коэффициент ослабления m = m¹/r

m¹ - массовый коэффициент ослабления

r - плотность материала

Для определения плотности строительных материалов используются источники Cs-137 и Са-60, энергия которых 0,66 мэв и 1,25 мэв соответственно.

Плотность строительных материалов можно находить двумя способами: методом сквозного просвечивания и методом рассеяния.

Рис. 5. Схема поверхностного просвечивания (рассеяния)

При определении плотности материала в конструкции при возможном подходе к ней с одной стороны используется метод рассеяния, при котором источник излучения и счетчик импульсов находится у одной и той же поверхности конструкции. В качестве датчика для определения плотности применяется выносной элемент типа ИП-3. В качестве счетно-запоминающего устройства применяется радиометры типа Б-3 или Б-4. При определении плотности материала в конструкции необходимо иметь в виду величину насыщения (минимальную толщину конструкции), при которой возможно определение плотности материала методом рассеяния. Значение этой величины для Е = 1,25 мэв и Е = 0,66 мэв при испытании различных материалов представлены в таблице 5.1.