Современная технология не гарантирует отсутствие в изделиях тех или иных дефектов, снижающих качество продукции. Дефекты могут быть технологическими или приобретенными в результате эксплуатации, работы изделия. В зависимости от характера, глубины или месторасположения дефекта принимается решение о допустимости или недопустимости использования изделия в рабочих режимах. Но проблема выбора критериев браковки очень сложна. Для ее оптимального разрешения используются сложные теоретические расчеты, и решение о допустимости использования изделия принимает специалист совместно со службой качества (если она есть).
Задача неразрушающего контроля (НК) и состоит в обнаружении дефектов и степени их допустимости. Например, в процессе производства или эксплуатации транспортных машин их детали могут разрушаться под воздействием различных нагрузок, что может привести к крупным авариям. К эффектам разрушения можно отнести образование трещин, нарушение внутренней структуры материала, что формально выражается через изменение коэффициента Пуассона.
Чаще всего при решении задач НК используют акустические методы контроля. Это связано с тем, что они часто не требуют прямого контакта с контролируемым изделием, механически не нагружают объект контроля и не опасны для жизни здоровья находящихся радом людей.
Существует многообразие акустических методов дефектоскопии и неразрушающего контроля. Их можно представить в виде блок-диаграммы на рисунке. 1.
Рисунок 1 - Классификация акустических методов НС
Кратко опишем некоторые методы.
- Теневой метод, основывается на уменьшении амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта;
- Временной теневой метод, основывается на запаздывании импульса, вызванном огибанием дефекта;
- Зеркально-теневой метод, основывается на ослаблении сигнала, отраженного от противоположной поверхности изделия (донного сигнала);
- Велосиметрический метод, основывается на изменении скорости упругих волн при наличии дефекта;
- Эхо-метод. Регистрирует эхо-сигналы от дефектов. Зеркальный эхо-метод основывается на зеркальном отражении импульсов от дефектов, ориентированных вертикально к поверхности, с которой ведётся контроль;
- Реверберационный метод предназначен для контроля слоистых конструкций типа металл-пластик. Он основывается на анализе длительности реверберации ультразвуковых импульсов в одном из слоёв;
- Импедансный метод основан на анализе изменения механического импеданса участка поверхности контролируемого объекта, с которым взаимодействует преобразователь;
- Резонансный метод. Применяют для определения модулей упругости материала по резонансным частотам продольных, изгибных или крутильных колебаний изделий простой геометрической формы.
В данной работе рассматривается метод свободных колебаний (МСК). Его преимущества будут рассмотрены чуть ниже.
МСК определен в ГОСТ 23829-85 как «метод акустического неразрушающего контроля, основанный на возбуждении свободно затухающих упругих колебаний в контролируемом объекте или его части и анализе параметров этих колебаний». Т.е., МСК основан на связи физико-механических свойств объекта контроля (ОК) с частотами его собственных колебаний.
МСК является древнейшим методом неразрушающего контроля. Простейший его вариант – простукивание – широко используется для контроля посуды, колесных пар железнодорожного подвижного состава, обнаружения пустот, дефектов клеевых соединений и т.п. Недостаток простукивания (применяющегося сейчас на РЖД очень широко) – субъективность, связанная с оценкой результата на слух. Использование головных телефонов вкупе с усилителем НЧ не снимает проблемы субъективности.
Различают интегральный и локальный МСК. В первом используются колебания контролируемого объекта как единого целого, во втором (локальном) – только его части. Локальный метод обычно используется при контроле многослойных клеевых соединений. В данной работе мы будем рассматривать только интегральный МСК, опуская слово «интегральный».
Для задач контроля деталей машин и металлических конструкций обычно применяются
низкочастотные методы. И МСК не исключение, т.е. относится к низкочастотным
методам. Это связано с тем, что при наличии шероховатостей и микронеровностей
на поверхности объекта контроля (ОК) из-за малой длины волны наблюдается
наличие отражений и краевых эффектов, что усложняет задачу анализа принятого спектра,
а при использовании МСК идет работа с волнами порядка 
м.
Также МСК отличается относительной простотой генераторной и приемной
конструкций, что дает еще один аргумент в пользу его использования.
МСК позволяет контролировать параметры структуры материала. Например, на колесную пару железнодорожного транспорта по ГОСТ 4835-80 нормируется множество параметров, но методами МСК можно проконтролировать качество прессового соединения колес с осью. Так же и по ГОСТ 22703-91 для литых деталей сцепного состава железных дорог нормируется величина нагрузки текучести и структура стали. Как будет показано чуть ниже, все эти параметры могут быть проконтролированы при помощи МСК.
Как известно, частота колебаний любого изотропного тела может быть в общем виде представлена как:
, (1)
где 
- коэффициент формы,
зависящий от геометрических размеров тела, его формы и коэффициента Пуассона, 
- параметр, представляющий собой
скорость распространения упругих колебаний в бесконечно длинном стержне; E - модуль нормальной упругости, 
- плотность материала /10/.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.