УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПРОДОЛЬНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РУЧНЫМ ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ С МАГНИТНЫМ КРЕПЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к области ультразвукового контроля качества сварных соединений, в частности к ручному контролю продольно-поперечным сканированием продольных стыковых сварных соединений, выполненных электронно-лучевой сваркой, и предназначена для использования в изделиях в виде тел вращения, изготовленных из немагнитных материалов, и может найти широкое применение в различных отраслях машиностроения.
Известно устройство [1] для ультразвукового контроля сварных соединений продольно-поперечным сканированием, содержащее направляющую, каретку, шток, подвижно установленный на каретке, и закрепленный на штоке преобразователь с механизмом прижима, ось, установленную на каретке с возможностью вращения, жестко установленные на ней программный диск и зубчатое колесо и упоры, установленные на направляющей и взаимодействующие в ходе контроля с программным диском, а шток выполнен в виде зубчатой рейки, входящей в зацепление с зубчатым колесом.
Устройство обладает серьезными недостатками. Оно предназначено для ультразвукового контроля сварных соединений конструкций, свариваемые детали которых обладают магнитными свойствами, и не пригодно для контроля качества сварных соединений немагнитных деталей изделия. Узлы прижима преобразователя к поверхности контролируемой конструкции и крепления направляющей выполнены в виде магнитов. Программные диски, обеспечивающие заданную величину поперечного шага сканирования преобразователя, имеют сложную конструкцию, при этом для контроля разных по толщине сварных соединений требуется набор таких дисков. В начале и конце продольного сканирования преобразователя не может обеспечить необходимую точность определения глубины залегания выявляемых дефектов. Кроме того, устройство не может обеспечить комбинированный контроль сварного соединения одновременно двумя методами.
Известно также другое устройство [2] для ультразвукового контроля сварных соединений, содержащее направляющую с концевыми упорами, тележку (каретку), установленную на направляющей, дополнительную направляющую, закрепленную на каретке перпендикулярно основной направляющей, ползун, взаимодействующий с дополнительной направляющей, вертикальную стойку, установленную на ползуне, наклонный (призматический) искатель (преобразователь) с прижимным устройством, закрепленный на ползуне, при этом концевые упоры основной направляющей выполнены в виде пластины с пилообразными зубьями различной ширины, определяемой шагом сканирования.
Это устройство имеет более упрощенные конструкцию и технологию изготовления в сравнении с предыдущим устройством, потому что в нем отсутствует набор программных дисков. Однако при этом сохраняются недостатки предыдущего устройства, и имеются свои недостатки. Узел прижима преобразователя к поверхности ввода ультразвуковых колебаний и устройство предназначены для контроля сварных соединений магнитных материалов. Упоры основной направляющей в виде пластины с пилообразными зубьями разной ширины не обеспечивают точностных характеристик поперечного перемещения ультразвукового преобразователя, которые зависят от скорости продольного перемещения. Кроме того, за счет зубьев разной ширины в начале и в конце продольного перемещения преобразователя сохраняются неконтролируемые зоны сварного соединения, что может привести к пропуску дефектов по глубине сварного соединения. При этом устройство не может быть использовано для комбинированного ультразвукового контроля одновременно двумя методами, например, зеркально-теневым и эхо-импульсным.
Несмотря на имеющиеся недостатки, устройство с дополнительной направляющей по своей конструкции является наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, поэтому оно принимается за прототип.
Задачей полезной модели является создание устройства для ультразвукового контроля качества сварных соединений изделий, выполненных из немагнитных деталей, обеспечение поперечных перемещений преобразователя в процессе контроля с постоянным шагом, исключение неконтролируемых зон в начале и в конце продольного перемещения преобразователя, считывание координат продольного и поперечного перемещений преобразователя, крепление основной направляющей при контроле сварных соединений немагнитных изделий к ним с помощью магнитов, выявление объемных и плоских дефектов в виде трещин, непроваров и окисных плен по всей толщине сварных соединений, определение глубины залегания выявленных дефектов.
Поставленная задача решается следующим образом.
Устройство снабжено второй дополнительной направляющей, закрепленной параллельно первой дополнительной направляющей, дополнительными ползуном, дополнительным призматическим преобразователем с прижимным узлом, ходовым винтом с рифленой головкой, установленным в каретке параллельно дополнительным направляющим с возможностью вращения вокруг собственной оси, взаимодействующим с ползунами, а через них и прижимные устройства с призматическими преобразователями. Основная направляющая выполнена с продольным окном, через которое преобразователи контактируют с поверхностями ввода-приема ультразвуковых колебаний в изделие контролируемого сварного соединения. Боковые стенки основной направляющей ввода-приема выполнены ступенчатыми. На одной из боковых стенок основной направляющей и на боковых стенках каретки нанесены линейные шкалы для отсчета координат.
Заявителям неизвестно использование отличительных признаков предлагаемого устройства ручного сканирования с достижением указанных результатов.
Сущность полезной модели и ее работа поясняются графическими материалами, где представлены:
на фиг.1 - общий вид устройства;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1;
на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1;
на фиг.5 - крепление основной направляющей на изделии;
на фиг.6 - вид Г на фиг.5.
Устройство содержит основную направляющую 1 (фиг.1), крепежные узлы 2 в виде магнитов (фиг.3), каретку 3 (фиг.1, фиг.2, фиг.3) с роликами 4. Основная направляющая 1 (фиг.1) представляет собой плоскопараллельную пластину с продольным окном 5, боковые стенки 6 которой выполнены ступенчатыми. На одной из стенок 6 нанесена линейная шкала 7. На торцевых стенках 8 нанесены риски 9. Крепежные узлы 2 (фиг.3, фиг.5, фиг.6) попарно закреплены на торцевых стенках 8 окна 5 направляющей 1 и вынесены за пределы сварного соединения по его длине и содержат дисковые или кольцевые магниты 10 (фиг.3) в цилиндрических обоймах 11. Каретка 3 (фиг.1, фиг.2, фиг.3) включает опорную рамку 12 с боковыми стенками 13 и 14, на которых нанесены линейные шкалы 15, торцевые стенки 16 и 17, первую дополнительную направляющую 18 и вторую дополнительную направляющую 19, установленные перпендикулярно основной направляющей 1, основной ползун 20 и дополнительный ползун 21 с крышками 22 и крепежными винтами 23 (фиг.2, фиг.3), взаимодействующие с направляющими 18 и 19, прижимные узлы 24 и 25, призматические преобразователи 26 и 27 с локальными ваннами, установленные встречно друг другу, ходовой винт 28 (фиг.1, фиг.2, фиг.3) с рифленой головкой 29, закрепленный в торцевых стенках 16 и 17 каретки 3 с возможностью вращения вокруг собственной оси и взаимодействующий с ползунами 20 и 21, которые при вращении винта 28 одновременно перемещаются вдоль его оси. В ползуне 21 установлена разрезная гайка 30 (фиг.3) с разжимным узлом, включающим клещевидное устройство 31, одни концы которого жестко связаны с разрезной гайкой 30, а другие разжаты пружиной 32 и взаимодействуют со штифтами 33. Прижимные узлы 24 и 25 (фиг.2) преобразователей 26, 27 содержат по два штока 34 (фиг.3) с шаровыми опорами 35 и по две пружины 36. В рифленой головке 29 (фиг.4) размещен фиксатор, включающий шток 37 с полукруглым торцем, поджимаемый пружиной 38, а в передней стенке 16 каретки 3 выполнено полусферическое углубление 39. На фиг.5 и фиг.6 представлен ложемент (рабочее место) для проведения ультразвукового контроля в цилиндрическом изделии 40 продольного сварного соединения 41, содержащий основание 42, на котором размещены опорные стойки 43 с закрепленными в них с возможностью вращения вокруг своих осей роликами 44 и магнитные стойки 45 для крепления к изделию 40 основной направляющей 1 с помощью ее магнитов 10.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом контроля изделие 40 с контролируемым сварным соединением 41 с помощью цехового мостового крана устанавливают на ролики 44 ложемента так, чтобы сварное соединение 41 совпало с осевыми рисками (на фиг.5 и на фиг.6 не показаны) магнитных стоек 45. Зажимным узлом (на фиг.5 и на фиг.6 не показан) фиксируют изделие 40 в установленном положении. Вводят во внутреннюю полость изделия 40 основную направляющую 1 так, чтобы риски 9 (фиг.1) на торцевых стенках 8 продольного окна направляющей 1 совпали с продольной осью сварного соединения 41 изделия 40 так, чтобы при этом крепежные магнитные узлы 10 (фиг.5, фиг.6) направляющей 1 совпали с магнитными стойками 45 основания 42 ложемента. В каретке 3 в ползуны 20 и 21 устанавливают ультразвуковые преобразователи 26, 27 встречно друг другу, пропустив в отверстия ползунов кабели и полиэтиленовые трубки локальных ванн преобразователей 26 и 27, вставив шаровые опоры 35 подпружиненных штифтов ползунов 20 и 21 в глухие отверстия преобразователей 26 и 27. Закрепляют крышки 22 ползунов 20 и 21 винтами 23 (фиг.2, фиг.3). Затем в каретке 3 с помощью ходового винта 28 по шкале 15 устанавливают ползун 20 на деление, соответствующее формуле:
где: S - расстояние между двумя преобразователями, установленными встречно другу другу;
t - толщина контролируемого сварного соединения;
α - угол ввода ультразвуковых колебаний в околошовную зону при контроле качества сварного соединения.
Нажав на штифты 31 ползуна 21, смещают его вдоль ходового винта 26 и направляющих 18 и 19 в начало шкалы 15 и устанавливают на нулевое деление. Каретку 3 устанавливают роликами 4 на нижние ступеньки боковой стенки 6 продольного окна 5 направляющей 1. Убеждаются в ее свободном перемещении вдоль направляющей 1 и в отсутствии боковых колебаний каретки 3 при ее перемещении вдоль направляющей 1. Подключают кабели преобразователей 26, 27 к дефектоскопической аппаратуре (на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 не показана), а трубки подпитки локальных ванн преобразователей 26, 27 подключают к бачку подпитки (на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 не показан) контактной жидкостью (водой). Включают питание дефектоскопической аппаратуры, убеждаются в наличии на ее экране импульса от преобразователя 27. Смещают каретку в крайнее положение, например, влево (фиг.3) вдоль основной направляющей 1 до упора и затем начинают контроль сварного соединения 41, смещая при этом каретку 3 вправо (фиг.1, фиг.3) по направляющей 1 до упора. Дойдя до упора вправо, поворачивают рифленую головку 29 ходового винта 28 на один оборот влево, когда ощутится легкий щелчок фиксатора, начинают смещение каретки 3 влево по направляющей 1, при этом ультразвуковой преобразователь 27 будет смещен на 1 мм дальше от оси сварного соединения 41. В крайнем левом положении каретки 3 на направляющей 1 призматический преобразователь 27 вращением рифленой головки 29 ходового винта 28 снова смещают на 1 мм дальше от продольной оси сварного соединения 41. И так каждый раз в крайнем положении каретки 3 справа или слева продольного перемещения ее по основной направляющей 1 ультразвуковой преобразователь 27 смещают на 1 мм в сторону от продольной оси сварного соединения 41, пока не сместят преобразователь 27 от него на расстояние равное толщине сварного соединения 41. При этом преобразователь 26 приблизится на такое же расстояние к оси сварного соединения 41.
При обнаружении дефекта в сварном соединении 41 по шкале 7 основной направляющей 1 определяют его координату X, а по шкале 15 направляющих 18 или 19 (фиг.1, фиг.3) определяют координату Y преобразователя 27 в момент обнаружения дефекта преобразователем 26 относительно поверхности ввода ультразвуковых колебаний околошовной зоны. Если дефект объемный и обнаружен дополнительно преобразователем 27 эхо-методом, дефектоскопическая аппаратура определяет его величину по отражательной способности дефекта и его расстояние от точки ввода ультразвуковых колебаний, а глубина залегания вычисляется дефектоскопической аппаратурой по формуле:
где: h - глубина залегания обнаруженного дефекта;
L - расстояние дефекта от точки ввода ультразвуковых колебаний;
α - угол ввода ультразвуковых колебаний в металл околошовной зоны.
Если дефект плоский и обнаружен только преобразователем 26 зеркально-теневым методом, его величина определяется по протяженности дефекта вдоль сварного соединения и по протяженности по толщине (глубине), а глубина залегания начала и конца дефекта вычисляется дефектоскопической аппаратурой по формуле:
где: h - глубина залегания дефекта (начала или конца);
Y - координата преобразователя в момент обнаружения дефекта или в момент его пропадания (конец дефекта);
α - угол ввода ультразвуковых колебаний в металл околошовной зоны.
Таким образом, предлагаемое устройство решает поставленные задачи перед полезной моделью: обеспечивает равномерный шаг поперечного перемещения преобразователя, параллельность описываемых вдоль продольного сварного соединения траекторий, исключает неконтролируемые зоны в начале и в конце каждого продольного сканирования преобразователя. Основная направляющая надежно крепится на торцах к стойкам ложемента, одновременно и к изделию контролируемого сварного соединения. Устройство обеспечивает выявление объемных дефектов и плоских дефектов в виде трещин, непроваров и окисных плен по всей толщине сварного соединения, считывание продольных и поперечных координат синхронного перемещения двух преобразователей, вычисление по формулам величины и глубины залегания дефектов.
Источники информации.
1 Патент РФ №1182383, кл. G01N «Устройство для ручного ультразвукового контроля сварных швов продольно-поперечным сканированием», опубликован 30.09.1985.
2 Патент РФ №1174851, кл. G01N «Устройство для ультразвукового контроля сварных швов», опубликован 23.08.1985.
3 Ручные устройства продольно-поперечного сканирования для ультразвукового контроля стыковых сварных соединений // Наглядное пособие. - ЛДНТП. - 1986 г. - 191011 Ленинград, Невский проспект, 58.