УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РУЧНЫМ ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ

Полезная модель относится к области ультразвукового контроля качества сварных соединений, в частности к контролю кольцевых стыковых сварных соединений, выполненных электронно-лучевой сваркой, предназначена для использования в изделиях в виде тел вращения, изготовленных из немагнитных материалов, и может найти широкое применение в различных отраслях промышленности.
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 не предназначено для ультразвукового контроля продольных сварных соединений деталей из магнитных материалов и непригодно для контроля кольцевых сварных соединений изделий из немагнитных материалов. Механизм прижима преобразователя и узлы крепления продольной направляющей выполнены из магнитов. Механизм поперечного перемещения преобразователя, выполненный в виде зубчатой рейки и зубчатого колеса, входящих в зацепление друг с другом, имеет низкие точностные характеристики перемещения преобразователя, которые не пригодны для определения глубины залегания выявляемых дефектов. Программный диск с лепестками сложен по конструкции и в изготовлении. Для контроля различных по толщине сварных соединений требуется набор дисков.
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, ползун, взаимодействующий с дополнительной направляющей, вертикальную стойку, установленную на ползуне, наклонный (призматический) искатель (преобразователь) с прижимным устройством, закрепленный на ползуне, при этом концевые упоры продольной направляющей выполнены в виде пластины с пилообразными зубьями различной ширины, определяемой шагом сканирования.
Это устройство имеет более простые конструкцию и технологию изготовления в сравнении с предыдущим устройством за счет отсутствия в нем программных дисков. Однако оно сохраняет ряд других недостатков предыдущего устройства и имеет свои недостатки. Механизмы прижима преобразователя и крепления продольной направляющей выполнены из магнитов и устройство предназначено только для контроля сварных соединений элементов конструкций, изготовленных из магнитных материалов. Упоры продольной направляющей в виде пластины с пилообразными зубьями разной ширины имеют низкие точностные характеристики поперечного перемещения ультразвукового преобразователя. Кроме того, эти зубья в начале и в конце продольного перемещения преобразователя создают дополнительно неконтролируемые зоны сварного соединения в процессе ультразвукового контроля. Устройство не предназначено для контроля кольцевых сварных соединений.
Несмотря на имеющиеся недостатки, наиболее близким аналогом по своей конструкции к предлагаемой полезной модели, является устройство с дополнительной направляющей, закрепленной на каретке перпендикулярно основной. Поэтому оно принимается за прототип.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для ультразвукового контроля качества кольцевых сварных соединений изделий, выполненных в виде тел вращения из немагнитных элементов, обеспечение поперечного перемещения призматического преобразователя с постоянным шагом, исключение неконтролируемых зон в начале и в конце продольного перемещения, считывание угловых и поперечных координат обнаруженных дефектов, крепление продольной направляющей на цилиндрической поверхности изделия вдоль сварного соединения без использования магнитов.
Поставленная задача решается следующим образом.
Устройство снабжено второй дополнительной направляющей, закрепленной в каретке параллельно первой дополнительной направляющей, ходовым винтом с рифленой головкой, установленным в каретке параллельно дополнительным направляющим с возможностью вращения вокруг собственной оси, взаимодействующим с ползуном через прижимное устройство с призматическим преобразователем. Основная направляющая выполнена дугообразной с продольным окном, через которое преобразователь контактирует с поверхностью ввода-приема ультразвуковых колебаний в изделие. При этом основная направляющая снабжена градусной шкалой для считывания угловых координат и боковыми проушинами для крепления ее к боковым лапкам с болтами бандажных полуколец, накладываемых на внешнюю цилиндрическую поверхность изделия и стягиваемых между собой болтами. Каретка снабжена линейными шкалами. Кроме того, в рифленой головке ходового винта выполнен фиксатор в виде подпружиненного штока, а в передней стенке каретки - глухое полусферическое углубление.
Заявителям неизвестно использование отличительных признаков 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 - продольное сечение устройства;
на фиг.3 - поперечное сечение устройства;
на фиг.4 - продольное сечение каретки;
на фиг.5 - крепежный узел - бандажные полукольца.
Устройство содержит продольную направляющую 1 (фиг.1), крепежный узел 2 (фиг.5), каретку 3 с роликами 4. Продольная направляющая 1 (фиг.1, фиг.2) представляет собой дугообразную пластину с продольным окном 5, боковые стенки которого выполнены ступенчатыми, на одной из стенок выполнена градусная шкала 6, а на другой проушины 7 с продольными отверстиями 8. На торцевых стенках 9 окна 5 нанесены риски 10. Крепежный узел 2 (фиг.5) представляет собой два бандажных полукольца 11, накладываемых на внешнюю поверхность контролируемого изделия и стягиваемых между собой болтами 12. Полукольца 11 с одной стороны снабжены боковыми лапками 13 с винтами 14. Каретка 3 включает рамку 15 (фиг.2, фиг.3) с боковыми стенками 16, на которых нанесены линейные шкалы 17; торцевые стенки 18, первую дополнительную направляющую 19 и вторую дополнительную направляющую 20 (фиг.1, фиг.2), установленные перпендикулярно продольной направляющей 1, ходовой винт 21 с рифленой головкой 22 (фиг.1, фиг.3), закрепленный в стенках 18 с возможностью вращения вокруг собственной оси; ползун 23, перемещаемый винтом 21 по направляющим 19 и 20, и взаимодействующий через прижимной узел 24 с призматическим преобразователем 25. Прижимной узел 24 преобразователя 25 состоит из двух штоков 26 с шаровыми наконечниками 27 и пружин 28 (фиг.2, фиг.4), установленных в вертикальных глухих отверстиях ползуна 23. В рифленой головке 22 ходового винта 21 размещен фиксатор (фиг.4), состоящий из подпружиненного штока 29 со сферическим торцем 30 и пружины 31, а также сферического углубления 32 в торцевой стенке 18 каретки 3 со стороны рифленой головки 22. Позицией 33 обозначено контролируемое изделие, а позицией 34 -продольная ось сварного соединения изделия 33.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом контроля на контролируемом изделии 33 на расстоянии, учитываемом продольный размер отверстий 8 в проушинах 7, ширину боковой стенки окна 5 и расстояние рисок 10 на торцевых стенках 9 окна 5 продольной направляющей 1, устанавливают бандажные полукольца таким образом, чтобы их боковые лапки 13 были обращены к сварному соединению и стягивают их болтами 12. Выбирают начало отсчета и соответственно устанавливают продольную направляющую 1, одевая ее проушины 7 отверстиями 8 на винты 14 боковых лапок 13 бандажных полуколец 11. Совмещают риски 10 на торцевых стенках 9 направляющей 1 с продольной осью 34 сварного соединения изделия 33 и гайками или барашками (на фиг.1… фиг.5 не показаны) закрепляют проушины 7 на винтах 14 боковых лапок 13 полуколец 11.
На каретке 3 с помощью ходового винта 21, вращая рифленую головку 22, смещают ползун 23 таким образом, чтобы риска, нанесенная вертикально на его боковой поверхности совпала с осью 34 сварного соединения изделия 33 и с одной из рисок линейной шкалы 17 на боковой стенке 16 рамки 15 каретки 3, соответствующей толщине сварного соединения изделия 33 (толщине свариваемых кромок изделия 33). Каретку 3 устанавливают роликами 4 на нижнюю ступеньку боковых стенок продольного окна 5 так, чтобы верхние ступеньки боковых стенок ограничивали поперечное смещение каретки 3 при ее продольном перемещении по направляющей 1. Смещают каретку 3 по продольной направляющей 1 в крайнее положение до упора, например, влево, затем начинают ультразвуковой контроль сварного соединения, смещая при этом каретку 3 вправо по направляющей 1 до упора. Дойдя до упора вправо, поворачивают рифленую головку 22 ходового винта 21 на 1 оборот, когда ощутится легкий щелчок фиксатора, начинают смещение каретки 3 влево, при этом ультразвуковой преобразователь 25 будет смещен на 1 мм ближе к оси 34 сварного соединения изделия 33. В крайнем левом положении каретки 3 на направляющей 1 вращением рифленой головки 22 ходового винта 21 призматический ультразвуковой преобразователь снова смещают на 1 мм ближе к продольной оси 34 сварного соединения. И так каждый раз в крайнем положении каретки 3 справа или слева продольного перемещения ее по продольной направляющей 1 ультразвуковой преобразователь 25 смещается на 1 мм в сторону продольной оси 34 сварного соединения, пока не достигнет ее.
При обнаружении дефекта в сварном соединении по шкале 6 продольной направляющей определяют угловую координату φ, линейную координату Y определяют по шкале 17 на каретке 3, глубину залегания дефекта по формуле:
д
д
h=L·sin(90°-α),
д
где: h - глубина залегания обнаруженного дефекта;
д
L - расстояние от обнаруженного дефекта до точки ввода-приема ультразвуковых колебаний;
α - угол ввода ультразвуковых колебаний в контролируемый объект.
Таким образом, предлагаемое устройство решает поставленные задачи перед полезной моделью: обеспечивает равномерный шаг поперечного перемещения преобразователя, параллельность описываемых вдоль кольцевого сварного соединения траекторий, исключает неконтролируемые зоны в начале и в конце каждого продольного сканирования преобразователя, продольная направляющая надежно крепится к немагнитному изделию, кроме того, имеется возможность определения угловых и линейных координат выявляемых дефектов сварного соединения и глубин их залегания по всей толщине соединения, при необходимости может быть составлена дефектограмма и протокол по результатам ультразвукового контроля на персональном компьютере при ручном вводе параметров обнаруженных дефектов: координат и глубины залегания.
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.