Ультразвуковой твердомер: принцип работы
57
Ультразвуковой твердомер относится к устройствам неразрушающего контроля, которые используются для измерения твердости металлов и сплавов. Такие приборы отличаются высокой точностью измерений, широко используются в машиностроении, автомобилестроении, станкостроении и других отраслях промышленности. Технические требования к ультразвуковым твердомерам изложены в ГОСТ 23677-79.
Особенности измерения
В принципе работы ультразвукового твердомера используется явление контактного импеданса – затухания колебаний (метод UCI). На конце стального стержня, зафиксированного в датчике, расположен алмазный наконечник (индентор) – пирамида Виккерса с углом 136° между гранями. Последний является акустическим резонатором, передающим колебания от встроенного генератора ультразвуковых колебаний. Измерение твердости происходит так:
- алмазный наконечник прижимается к исследуемому металлическому образцу;
- обеспечивается фиксированное усилие (нагрузка) на поверхность металла;
- происходит изменение собственной частоты резонатора;
- частота изменяется пропорционально глубине внедрения наконечника в материал;
- электронный блок твердомера принимает сигнал и преобразует его;
- результаты измерений в единицах твердости выводятся на дисплей.
Метод измерения похож на классическую схему Виккерса, но имеет некоторые отличия:
- в нем используются небольшие нагрузки (1, 5, 10 кг);
- твердость рассчитывается не по величине отпечатка, а по изменению частоты.
В отличие от динамических твердомеров ультразвуковые приборы практически не имеют ограничений ни по толщине стенки, ни по массе образца. Они рассчитаны на измерение твердости в широком диапазоне и могут использоваться для контроля поверхностно упрочненных слоев (например, цементированных), гальванических покрытий и наплавок.
Основные достоинства
- Все ультразвуковые твердомеры монтируются во влагозащищенных и ударопрочных корпусах, благодаря чему могут использоваться в сложных климатических условиях.
- Отпечаток, остающийся после измерения, очень мал. Поэтому ультразвуковые твердомеры можно использовать для контроля зеркальных поверхностей, шеек коленчатых валов и других точных деталей.
- Такой прибор может измерять твердость изделий с малой толщиной, начиная от 1 мм. Это тонкостенные конструкции, стальные листы, емкости, малые заготовки и детали.
- Измерение твердости металлов и сплавов проводится по нескольким шкалам: Роквелла, Бринелля, Виккерса и Шора.
- Многие модели оснащены дополнительной шкалой Rm (МПа), позволяющей определить предел прочности металла на разрыв.
- Ультразвуковой твердомер компактен и удобен в пользовании, не требует специальной подготовки поверхности образца.
Ограничения
В некоторых случаях ультразвуковые твердомеры не могут измерять твердость с необходимой точностью. Это касается материалов с крупнозернистой структурой (некоторых марок чугуна и стали), а также очень мягких металлов и сплавов.
- Читайте также
