УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ВИДЕ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к области неразрушающих методов контроля, в частности к ультразвуковому контролю качества крупногабаритных заготовок и кольцевых сварных швов изделий, и может найти широкое применение в различных отраслях машиностроении.
Известно устройство для ультразвукового контроля (Авт. свид. СССР №1522088, кл. G01N, дата публикации 15.11.89 г.), содержащее основание, закрепленную на нем иммерсионную ванну и стойку с направляющими, установленные на направляющих с возможностью перемещения салазки с поперечными направляющими, размещенную на них с возможностью перемещения каретку, механизм ориентации ультразвукового преобразователя и блок регистрации, при этом механизм ориентации ультразвукового преобразователя выполнен в виде закрепленных на каретке червячной передачи и привода, соединенного с ее червяком, соединенного с червячным колесом вала, жестко закрепленной на валу подвески, полого цилиндра, установленного в ней с возможностью вращения вокруг своей оси, закрепленной на цилиндре телескопической вилки с валиком с первой конической шестерней, размещенного внутри полого цилиндра телескопического вала с второй конической шестерней, и закрепленных на подвеске привода вращения полого цилиндра и привода вращения телескопического вала, а ультразвуковой преобразователь жестко закреплен на валике вилки в плоскости, перпендикулярной оси валика.
Устройство имеет ряд серьезных недостатков:
- иммерсионная ванна, вращающаяся совместно с контролируемым изделием, создает дополнительные нагрузки на механизм вращения, что снижает надежность и долговечность механизма;
- для заполнения ванны требуется большой объем дистиллированной воды, создает дополнительные затраты на дистилляцию воды;
- крупногабаритная вращающаяся ванна с жидкостью повышает вероятность аварийных ситуаций и снижает безопасность обслуживающего персонала;
- сложный по конструкции механизм юстировки ультразвукового преобразователя усложняет процесс настройки и сам процесс контроля;
- механизм юстировки постоянно находится в воде и за счет этого снижается срок его работы, для его изготовления требуются материалы устойчивые к коррозии, а стоимость их достаточно велика;
- юстировка преобразователя не гарантирует надежности контроля потому, что настройка чувствительности дефектоскопа происходит при одной юстировке преобразователя на образцах, а контроль изделия при другой юстировке;
- настройка чувствительности дефектоскопа по образцам, находящимся в крупногабаритной ванне очень сложна и неудобна.
Известна также установка для автоматизированного ультразвукового контроля крупногабаритных заготовок (см. УДК 620.179.16:669.14/15:669.295 Лучников Т.Л. "Установка для автоматизированного ультразвукового контроля крупногабаритных заготовок", М., ВИМИ, 1975 г.) содержащая основание, установленную на нем вращающуюся планшайбу с кулачками для зажима контролируемой заготовки и приводом от электродвигателя, стойку с перемещающимися по ней возвратно-поступательно в вертикальном и горизонтальном направлениях пинолями, на торцах которых обращенных к заготовке, закреплены датчикодержатели для установки ультразвуковых искателей (преобразователей), резервуар для масла, насос, маслораспределитель и
поддон для сбора масла, рукоятки для включения автоматизированного перемещения пинолей, рукоятки для ручного перемещения пинолей, самописец для регистрации дефектов специальными чернилами на бумаге и краско-отметчик для отметки на поверхности контролируемой заготовки местоположения выявленных дефектов, дефектоскопическую аппаратуру.
Установка имеет серьезные преимущества перед ранее описанным устройством, в ней отсутствуют громоздкая иммерсионная ванна, сложный механизм юстировки ультразвукового преобразователя, имеется свободный доступ к преобразователям.
Однако, несмотря на имеющиеся преимущества, установка обладает серьезными недостатками:
- использование масла в качестве контактной жидкости между преобразователями и поверхностью контролируемой заготовки в большинстве случаев требует тщательной смывки масла с поверхности заготовки;
- использование масла требует дополнительное оборудование для его нагнетания под преобразователи: насос, маслораспределитель, а также соблюдение определенных мер предосторожности, чтобы масло не попадало на руки оператора и под ноги;
- установка непригодна для контроля заготовок конусной формы, что сужает область ее применения;
- самописец требует тщательной синхронизации со скоростью вращения планшайбы с заготовкой, запись результатов контроля не дает полной информации о параметрах дефекта;
- краскоотметчик не позволяет с необходимой точностью отмечать на поверхности заготовки местоположение обнаруженного дефекта;
- нанесение краски на поверхность контролируемой заготовки исключает возможность проведения оценочного контроля обнаруженных дефектов.
Несмотря на имеющиеся серьезные недостатки, описанная установка является наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели и поэтому принимается за прототип.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков прототипа и аналога, что достигается следующими техническими решениями:
- для расширения области применения установки, а именно для контроля конусных изделий, в нее введены манипулятор, имеющий возможность поворота в плоскости осевого сечения изделия, и градусная шкала для установки угла наклона манипулятора параллельно образующей конусного изделия;
- для устранения операций смывки масла с поверхности изделия после его ультразвукового контроля в качестве контактной жидкости используются дистиллированная вода и преобразователи с локальными ваннами на их рабочем торце;
- для обеспечения акустического контакта с поверхностью изделия установка снабжена узлом подпитки локальной ванны преобразователя контактной жидкостью в процессе контроля, содержащим емкость, регулировочный вентиль и гибкий трубопровод;
- для получения полной информации и повышения ее достоверности о параметрах выявленных дефектов в установку введены компьютер и принтер для обработки результатов контроля и их распечатки в виде дефектограммы и протокола контроля;
- для повышения надежности и достоверности контроля установка снабжена образцом для проверки чувствительности ручной настройки дефектоскопической аппаратуры в автоматическом режиме.
Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
Установка на фиг.1 включает:
1 - основание устройства, 2 - планшайбу, 3 - поддон для сбора контактной жидкости, 4 - центрирующие кулачки, 5 - штурвальчик ручного привода механизма радиального перемещения кулачков 4 (приводы планшайбы, пиноли и акустического блока не показаны), 6 - вертикальную стойку механизма сканирования ультразвукового преобразователя, 7 - каретку, перемещающуюся вдоль стойки 6, 8 - привод каретки 7, включающий ходовой винт, редуктор и электродвигатель, 9 - горизонтальную пиноль, перемещающуюся к оси контролируемого изделия 18 и обратно, 10 - поворотный узел манипулятора 12 с градусной шкалой 11, 13 - акустический блок, 14 - преобразователь 14, 15 - бачок с иммерсионной жидкостью (дистиллированной водой), 16 - дозирующий вентиль, 17 - гибкий шланг для подачи иммерсионной жидкости из бачка 15 в локальную ванну преобразователя 14, 19 - пульт управления устройством, 20 - блок управления приводами устройства, 21 -ультразвуковую дефектоскопическую аппаратуру, выполненную на базе технологического компьютера и обеспечивающую графическое и числовое отображение результатов контроля изделий.
Эталоны на фиг.2 представляют собой металлические цилиндры 22, в которых вдоль оси выполнены глухие отверстия с плоскодонными искусственными отражателями 23 для ручной настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры 21. По диаметру плоскодонного отражателя 23 задаются нормы дефектности контролируемого изделия 18, а по расстоянию плоскодонного отражателя 23 от поверхности А ввода-приема акустических колебаний определяется глубина залегания выявляемых в изделии 18 дефектов.
На фиг.3 представлен кольцевой образец, введенный в установку для проверки в автоматическом режиме ручной настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры 21, выполненный в виде плоского кольца 24 с торцевыми отверстиями, расположенными по окружности на одном радиусе от оси кольца 24, в которые устанавливаются эталоны 22, на них осуществляется
ручная настройка дефектоскопической аппаратуры 21. При этом рабочие поверхности А кольца 24 и эталонов 22 выравниваются с помощью лекальной линейки или другим способом.
Установка работает следующим образом.
Включают питание дефектоскопической аппаратуры 21, прогревают ее, вынимают из акустического блока 13 ультразвуковой преобразователь 14, подключают его к входу аппаратуры 21, устанавливают его на поверхность А эталона 22 (фиг.2). Открывают вентиль 16 бачка 15 с иммерсионной жидкостью и по появлению поверхностного импульса на экране аппаратуры 21 убеждаются в заполнении локальной ванны ультразвукового преобразователя 14. Перемещая преобразователь 14 по поверхности А эталона 22 над искусственным плоскодонным отражателем 23, по максимальному сигналу, отраженному от него настраивают вручную чувствительность дефектоскопической аппаратуры 21.
После ручной настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры 21 ультразвуковой преобразователь 14 возвращают в акустический блок 13. Устанавливают на планшайбу 2 кольцевой образец 24 с эталонами 22 рабочей поверхностью А вверх и центрируют его кулачками 4 с помощью штурвальчика 5. Включают питание установки и, манипулируя органами управления на пульте 19, перемещают последовательно каретку 7 по стойке 6, пиноль 9 в каретке 7, разворачивают манипулятор 12 параллельно плоскости А кольца 24, смещают акустический блок 13 так, чтобы преобразователь 14 установился на плоскости А кольцевого образца 24 и на экране аппаратуры 21 появился поверхностный импульс. Затем смещают акустический блок 13, так, чтобы ультразвуковой преобразователь 14 сместился относительно окружности, на которой размещены искусственные отражатели 23 эталонов 22, по радиусу этой окружности на 7-10 мм от оси кольца 24. Переключают управление устройством на автоматический режим и наблюдают за перемещением ультразвукового преобразователя 14 по окружности и по радиусу к
оси кольца 24 и появлением импульсов, отраженных от искусственных отражателей 23 эталонов 22. Как только преобразователь 14 пройдет окружность, на которой размещены отражатели 23, останавливают вращение планшайбы 2. На экране дефектоскопической аппаратуры 21 включают графическое изображение полученной дефектограммы и определяют, все ли искусственные отражатели 23 эталонов 22 записались минимум двумя параллельными черточками на соседних витках сканирования преобразователя 14 по окружности. При нарушении этого условия дефектоскопическую аппаратуру 21 перестраивают или принимают другие меры.
После проверки в автоматическом режиме ручной настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры 21 вместо кольцевого образца 24 на планшайбу 2 устанавливают контролируемое изделие 18 и центрируют его кулачками 4 вручную с помощью штурвальчика 5. Затем, оперируя органами управления пульта 19 на блоке 20 управления, задействуют каретку 7, пиноль 9 и, развернув манипулятор 12 под нужным углом по шкале 11 поворотного узла 10, устанавливают манипулятор 12 параллельно образующей контролируемого изделия 18. Акустическим блоком 13 подводят преобразователь 14 в зону начала контроля изделия 18. При необходимости преобразователь 14 и акустический блок 13 поджимают к поверхности ввода-приема акустических колебаний изделия 18 подачей пиноли 9 к оси вращения планшайбы 2. На верхнем торце изделия 18 наносят базовую линию. Открывают вентиль 16 бачка 15 с иммерсионной жидкостью (водой), убеждаются в наличии акустического контакта между поверхностью ввода-приема изделия 18 и ультразвуковым преобразователем 14 по максимальной величине поверхностного импульса на экране дефектоскопической аппаратуры. Включают автоматический режим работы установки на пульте 19 управления и ведут ультразвуковой контроль изделия 18, которое вместе с планшайбой 2 вращается, например, по часовой стрелке, одновременно ультразвуковой преобразователь 14 перемещается поступательно, например, сверху вниз по образующей изделия
18. В результате осуществляется сканирование внешней, например, конусной поверхности преобразователем 14 по спирали с заданным шагом.
После окончания ультразвукового контроля изделия 18 установку останавливают, отключив ее питание. Включенной остается только аппаратура 21. В дефектоскопическую аппаратуру 21 вносятся дополнительные данные о контролируемом изделии 18 по сопроводительной документации и об операторе, проводившем контроль, включают принтер и получают распечатанную дефектограмму с графическими и числовыми результатами ультразвукового контроля.
Установка может быть использована для ультразвукового контроля качества кольцевых сварных швов изделий, имеющих форму тел вращения. Для чего необходимо заменить совмещенный прямой ультразвуковой преобразователь на призматический для наклонного ввода-приема акустический колебаний и программу дефектоскопической аппаратуры.
Таким образом, манипулятор, установленный на торце пиноли с возможностью поворота в плоскости оси вращения контролируемого изделия, расширяет область применения установки на изделия конусной формы, использование преобразователя с локальной ванной позволяет использовать в качестве контактной жидкости воду, упрощает конструкцию ее подачи под преобразователь, исключает применение дорогостоящих насоса, распределителя и фильтра, исключает операцию устранения масла с поверхности изделия, введение образца для проверки в автоматическом режиме ручной настройки дефектоскопической аппаратуры повышает надежность и достоверность контроля, применение компьютерной обработки и регистрации результатов повышает их точность и расширяет возможности ультразвукового контроля.
Источники информации.
1. Авт. свид. СССР №974252, кл. G01N 29/04. Сканирующее устройство дефектоскопа.
2. Авт. свид. СССР №1552088, кл. G01N 29/04. Устройство для ультразвукового контроля.
3. Авт. свид. СССР №1714479, кл. G01N 29/04. Акустический блок.
4. УДК 620.179.16:669.14/15:669.295 Лучников Т.Л. "Установка для автоматизированного ультразвукового контроля крупногабаритных заготовок", М., ВИМИ, 1975 г.