Ступенчатый настроечный образец для ультразвукового контроля плоских деталей

Полезная модель относится к устройствам неразрушающего контроля структуры и дефектов металлических изделий и может быть использована при изготовлении образцов для настройки чувствительности ультразвуковых дефектоскопов при ультразвуковом контроле (УЗК) плоских деталей (прокат, отливки, поковки) толщиной до 300 мм.
Для выпуска высококачественной конкурентоспособной металлопродукции (в том числе наукоемких аэродинамических моделей), удовлетворяющей запросам российских и зарубежных потребителей, необходимо качественное проведение неразрушающего контроля внутренней структуры используемых материалов в процессе производства.
В настоящее время одним из наиболее часто используемых видов неразрушающего контроля является ультразвуковой контроль (УЗК). Технология проведения УЗК описана, например, в книге И.Н. Ермолова и др. «Неразрушающий контроль. Справочник, том 3. Ультразвуковой контроль». М.: Машиностроение, 2004, с. 330-460. Для измерения размеров дефектов производится настройка чувствительности (эталонирование) дефектоскопа, т.е. жесткое задание его чувствительности по опорному акустическому сигналу, полученному от какого-либо стандартизованного отражателя определенных геометрических размеров. Чувствительность дефектоскопа, определяемая как возможность при контроле выявлять отражатели (дефекты) заданного размера, является важнейшим параметром, определяющим достоверность и воспроизводимость результатов контроля. Поэтому обнаружение дефектов, оценка их величины и степени допустимости для данного изделия должны производиться на строго определенных уровнях чувствительности. Браковочный уровень чувствительности характеризуется максимальной величиной эквивалентной площади дефекта, предельно допустимой по действующим техническим условиям для данного изделия. Технология настройки чувствительности по стандартным образцам находит все большее применение ввиду низкой стоимости и высокой воспроизводимости результатов настройки. Размеры и форма отражателей зависят от степени ответственности изделия и регламентируются нормативной технической документацией, согласно которой при ультразвуковом контроле прямыми пьезоэлектрическими преобразователями плоских деталей толщиной до 300 мм в качестве стандартизованного отражателя используются в том числе и глухие плоскодонные отверстия.
Заготовка детали контролируется эхо-методом ультразвуковой дефектоскопии прямыми совмещенными пьезоэлектрическими преобразователями. Технология контроля регламентируется следующей нормативной документацией:
- ГОСТ 22727-88 «Прокат листовой. Методы ультразвукового контроля»;
- ГОСТ 28831-90 «Прокат толстолистовой. Методы ультразвукового контроля»;
- ГОСТ 21120-75 «Прутки и заготовки круглого и прямоугольного сечения Методы ультразвуковой дефектоскопии»;
- ГОСТ 24507-80 «Контроль неразрушающий. Поковки из черных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии».
Согласно нормативной документации для настройки чувствительности прямых совмещенных пьезоэлектрических преобразователей регламентируется использование следующих размеров эталонных отверстий:
2
- ∅3 мм - применяется для толщин 0…100 мм (эквивалентная площадь эффективной отражающей поверхности эталонного отражателя на браковочном уровне равна 7,1 мм, - например, раковина 2,5 мм×2,8 мм);
2
- ∅5 мм - применяется для толщин 100…200 мм (эквивалентная площадь эффективной отражающей поверхности эталонного отражателя на браковочном уровне равна 19,6 мм, - например, раковина 4,4 мм×4,5 мм);
2
- ∅8 мм - применяется для толщин 200…300 мм (эквивалентная площадь эффективной отражающей поверхности эталонного отражателя на браковочном уровне равна 50,2 мм, - например, раковина 7,0 мм×7,1 мм).
Для настройки чувствительности дефектоскопа рекомендовано использование следующих видов настроечных образцов:
- образцов СО-1, СО-2, СО-3, СО-4 по ГОСТ 14782-86 (фиг. 1), изготовленных из металла аналогичного металлу контролируемой детали;
- образцов V1, V2 по ISO-2400 и ISO-7963, изготовленных из металла аналогичного металлу контролируемой детали;
- настроечных образцов предприятия, разработанных для конкретных условий.
Недостатком стандартизованных настроечных образцов являются недостаточная высота образцов (не более 100 мм), поскольку они разрабатывались для проверки и настройки характеристик дефектоскопа и преобразователей.
2
Известен набор испытательных (настроечных) образцов №№1…9 (ОСТ 26-11-09-85 «Поковки и штамповки сосудов и аппаратов, работающих под давлением (фиг. 2). Методика ультразвукового контроля»), изготовленных из углеродистых и низколегированных сталей. Набор состоит из 9-ти цилиндрических образцов высотой 20…345 мм с 3-мя вертикальными глухими плоскодонными цилиндрическими отверстиями диаметрами 3,6 мм, 5,1 мм и 7,2 мм, расположенными на одинаковой глубине. Недостатком данного набора является недопустимо большое (для контроля деталей аэродинамических моделей) среднее значение эквивалентной площади эффективной отражающей поверхности на браковочном уровне, равное 30 мм (что соответствует дефекту 5 мм×6 мм).
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является настроечный образец ступенчатого типа ОСО 32.008-09 №1 (фиг. 3) для настройки чувствительности прямых совмещенных пьезоэлектрических преобразователей при контроле толщин от 25 мм до 170 мм, изготовленный из стали марки Ст.20. Образец состоит из 6-ти плоских ступеней (плоскостей ввода ультразвука), равномерно расположенных по высоте образца на общем основании, а в каждой ступеньке которого расположены вертикальные глухие плоскодонные цилиндрические отверстия диаметром 4 мм, предназначенные для настройки калибровочной кривой «амплитуда-расстояние-диаметр» дефектоскопа.
Недостатки ближайшего аналога:
- недостаточная высота настроечного ступенчатого образца (170 мм), не обеспечивающая ультразвукового контроля всех толщин (до 300 мм) заготовок деталей аэродинамических моделей;
2
- недопустимо большая (для контроля деталей аэродинамических моделей) величина эквивалентной площади эффективной отражающей поверхности эталонных отражателей на браковочном уровне контроля (плоскодонное цилиндрическое отверстие диаметром 4 мм соответствует несплошности (дефекту) площадью 12,6 мм.
2
Несмотря на существование такого многообразия утвержденных стандартов, потребители металлопродукции вносят в ТУ различные дополнительные требования по качеству продукции и соответственно требования на порядок проведения УЗК. Одной из наиболее крупногабаритных, ответственных и трудоемких в изготовлении деталью аэродинамических моделей является корпус модели. Эта деталь изготавливается из проката стали 30ХГСА толщиной до 300 мм. Заготовка, при ее изготовлении, не должна содержать регистрируемой несплошности более 5 мм, то есть в 1,4…10 раз меньше минимально регистрируемой несплошности по принятым ГОСТам.
Задачей создания полезной модели и техническим результатом является разработка нестандартного ступенчатого настроечного образца для настройки чувствительности прямых пьезоэлектрических преобразователей для ультразвукового контроля плоских деталей толщиной до 300 мм с эталонными отражателями в виде вертикальных глухих плоскодонных цилиндрических отверстий минимального возможного размера.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что ступенчатый настроечный образец для ультразвукового контроля плоских деталей, содержащий основание и площадки ввода ультразвука, расположенные по высоте образца в виде ступеней, под которыми в основании выполнены вертикальные глухие плоскодонные цилиндрические отверстия, содержит 7 площадок, расположенных таким образом, чтобы в каждом из диапазонов толщин образца: (0…0,2)А; (0…0,35)А; (0…0,65)А; (0…0,8)А; (0…0,96)А находилось не менее 3-х площадок, расположенных по высоте по экспоненциальной кривой, где А - высота образца. Площадки расположены на следующих высотах: (0,065…0,075)А, (0,09…0,11)А, (0,13…0,16)А, (0,23…0,26)А, (0,42…0,47)А, (0,83…0,86)А, А. Вертикальные глухие плоскодонные отверстия расположены в геометрическом центре проекций площадок и имеют диаметр 2,3…2,7 мм и глубину (0,045…0,5)А.
На фигуре 1 показаны стандартизованные образцы для настройки чувствительности ультразвукового контроля.
На фигуре 2 показан набор испытательных (настроечных) образцов №№1…9 по ОСТ 26-11-09-85.
На фигуре 3 показан настроечный образец ступенчатого типа ОСО 32.008-09 №1.
На фигуре 4 разработанный нестандартный ступенчатый настроечный образец
Разработанный нестандартный ступенчатый настроечный образец (фиг. 4) содержит 7 площадок ввода ультразвука, расположенных таким образом, чтобы в каждом из диапазонов толщин образца: (0…0,2)А; (0…0,35)А; (0…0,65)А; (0…0,8)А; (0…0,96)А находилось не менее 3-х площадок, расположенных по высоте по экспоненциальной кривой. Так, например:
- в диапазоне толщин контролируемого металла (0…0,2)А могут использоваться площадки высотой (0,065…0,075)А, (0,09…0,11)А, (0,13…0,16)А,
- в диапазоне толщин контролируемого металла (0…0,35)А могут использоваться площадки высотой (0,065…0,075)А, (0,13…0,16)А, (0,23…0,26)А,
- в диапазоне толщин контролируемого металла (0…0,65)А могут использоваться площадки высотой (0,09…0,11)А, (0,23…0,26)А, (0,42…0,47)А,
- в диапазоне толщин контролируемого металла (0…0,8)А могут использоваться площадки высотой (0,13…0,16)А, (0,42…0,47)А, (0,83…0,86)А,
- в диапазоне толщин контролируемого металла (0…0,96)А могут использоваться площадки высотой (0,23…0,26)А, (0,42…0,47)А, А, где А-высота образца.
- высота площадок ввода ультразвука равна: (0,065…0,075)А, (0,09…0,11)А, (0,13…0,16)А, (0,23…0,26)А, (0,42…0,47)А, (0,83…0,86)А, А, где: А - высота образца;
Вертикальные глухие плоскодонные отверстия расположены на основании образца в геометрическом центре проекций площадок ввода ультразвука на расстоянии (0,05…0,11)В от края площадок ввода ультразвука, где В - ширина образца;
2
Диаметр глухих плоскодонных отверстий соответствует минимальному возможному акустическому сигналу от плоскодонных отверстий для распознавания его над уровнем собственных шумов для диапазона толщин проверяемого металла 0…300 мм и равен 2,3…2,7 мм; что позволит повысить чувствительность ультразвукового контроля в 1,4…10 раз за счет уменьшения эквивалентной площади эффективной отражающей поверхности эталонного отражателя на браковочном уровне до величины 4,9 мм
Глубина глухих плоскодонных отверстий равна (0,045…0,5)А и выбрана из условия превышения величины мертвой зоны пьезоэлектрических преобразователей;
Длина (0,1…0,2)В и ширина (0,1…0,2)В площадок ввода ультразвука выбрана из условия превышения габаритных размеров существующих пьезоэлектрических преобразователей
Ступенчатый настроечный образец выполнен в виде монолитного набора площадок ввода ультразвука различной высоты. В предлагаемом настроечном образце реализованы эталонные отражатели в виде вертикальных глухих плоскодонных цилиндрических отверстий, перпендикулярных площадкам ввода ультразвука.
Использование предлагаемой конструкции ступенчатого настроечного образца позволит обнаруживать дефекты изготавливаемых деталей аэродинамических моделей с минимально возможными размерами на толщинах до 300 мм.
Предлагаемый настроечный образец изготовлен из стали марки 30ХГСА.