УСТАНОВКА ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ И МЕХАНОАКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК ДЛЯ НЕЕ
MEASURING ULTRASONIC INSTALLATION AND MECHANOACOUSTIC BLOCK FOR IT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области неразрушающего контроля сосудов, работающих под давлением, и предназначено для обнаружения и определения характеристик дефектов в сварных соединениях и основном металле сосудов и баллонов высокого давления, эксплуатируемых на воздушных судах, а также для определения толщины стенок баллонов.
Уровень техники
Известно техническое решение, предназначенное для ультразвукового контроля изделий цилиндрической формы (патент RU 2180111, G01N 29/04, 2002 г.). Сущность решения состоит в том, что ультразвуковым датчиком дефектоскопа, перемещаемым по поверхности изделия, равномерно сканируют изделие по спирали с определенным шагом спирали и шагом сканирования, величины которых не превышают значения ширины ультразвукового луча, и формируют в памяти блока обработки информации и управления массив данных распределения эхо-сигналов с привязкой каждого измерения к соответствующей ему координате, фиксируют количество точек контроля, в которых обнаружен дефект, по совокупности координат этих точек определяют конфигурацию и местоположение дефекта и по определенной формуле рассчитывают площадь дефекта.
Известна также установка для ультразвукового контроля сварных соединений, включающая двухканальный УЗ-дефектоскоп, а также комбинированный излучающий наклонный преобразователь и идентичный ему приемный наклонный преобразователь, причем преобразователи содержат пьезоэлементы. Кроме того, установка содержит раздельно совмещенный преобразователь с излучающей и приемной пьезопластинами. Раздельно совмещенный преобразователь устанавливают на сварной шов так, что плоскость, в которой лежат ориентированные навстречу друг другу акустические оси пьезопластин, совпадает с плоскостью технологического непровара (SU 1439485, G01N 29/04, 1988 г.).
Известно устройство для ультразвукового контроля сварных швов изделий, содержащее основание, размещенный на нем привод кругового перемещения ультразвукового преобразователя и регистратор дефектов. Устройство снабжено Г-образным переходником для крепления к поверхности сварного элемента, жестко прикрепленной к нему штангой, соединенной с основанием, приводом (ходовым винтом с ходовой гайкой) радиального перемещения ультразвукового преобразователя, электродвигателем и поворотным кронштейном, привод кругового перемещения ультразвукового преобразователя выполнен в виде жестко соединенного с дифференциальным механизмом ведущей шестерни, кинематически связанной с ней ведомой шестерни и жестко соединенного с последней водила, при этом привод радиального перемещения ультразвукового преобразователя размещен на водиле, а ультразвуковой преобразователь установлен на поворотном кронштейне (SU 1208507, G01N 29/04, 1986 г.).
Ближайшим аналогом изобретения является установка для ультразвукового контроля сварных швов изделий сложной формы, содержащая основание, подвижно установленную на нем платформу и подвижно установленную на платформе каретку с манипулятором, акустическим блоком и прижимным устройством, при этом основание выполнено в виде обруча и одновременно является направляющей, платформа подвижно установлена на не менее чем на трех роликах и выполнена в виде сектора круга с дополнительной направляющей в виде дугообразной зубчатой рейки, размещенной в перпендикулярной основанию плоскости, каретка подвижно установлена на зубчатой рейке и снабжена электроприводом, соединенной с ним ведущей шестерней, кинематически связанной с зубчатой рейкой, и прижимными роликами, манипулятор выполнен в виде поворотного узла с шарнирно прикрепленным к нему ползуном, прижимное устройство установлено между кареткой и ползуном, а акустический блок закреплен на ползуне (SU 1272222, G01N 29/04, 1986 г.).
Указанные выше технические решения, в том числе и ближайший аналог, не предназначены для контроля баллонов, имеющих поверхность двойной кривизны с горловинами разного диаметра.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленной группы технических решений является повышение достоверности сведений о техническом состоянии баллонов, что может быть использовано для определения возможности увеличения ими назначенных показателей.
Поставленная задача для первого технического решения группы решается за счет того, что установка содержит дефектоскоп и механоакустический блок, включающий, по меньшей мере, один акустический блок, соединенный каналом связи с дефектоскопом, и устройство для поворота баллонов, которое выполнено в виде основания с дугообразным держателем для акустического блока, в корпусе последнего установлены пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП), причем корпус акустического блока закреплен на держателе с возможностью перемещения в радиальном направлении и подпружинен, а ПЭП расположены в корпусе акустического блока, и каждый из них также подпружинен для более полного облегания поверхности при контроле изделия различного диаметра и улучшения качества акустического контакта, при этом баллон вращается путем размещения горловин баллона на опорных роликах, привод вращения баллона закреплен на основании и выполнен с возможностью соединения с одной из горловин контролируемого баллона посредством подпружиненного захвата, дугообразный держатель баллона установлен на основании посредством подпружиненной поворотной опоры, фиксирующей положение держателя в нерабочем и рабочем положениях.
Кроме того, привод вращения баллона выполнен в виде червячного редуктора, оснащен датчиком поворота и ручкой для ручного вращения баллона.
Установка содержит акустические блоки с учетом количества сварных соединений баллона, например три, первый из которых выполнен из двух групп ПЭП, расположенных при рабочем положении держателя симметрично относительно центрального сварного соединения баллона, и двух акустических блоков для контроля сварных соединений горловин баллона, причем их ПЭП расположены в рабочем положении держателя по одну сторону от контролируемого шва соответствующей горловины.
При этом механоакустический блок установки снабжен устройством для подачи жидкости из основания, наполняемого жидкостью, выполненного в виде ванны, по замкнутому циклу от насоса через вспомогательные шланги к ПЭП в зону контакта акустического блока с поверхностью испытуемого баллона.
Поставленная задача для второго технического решения - механоакустического блока - решается за счет того, что данный блок содержит, по меньшей мере, один акустический блок и устройство для поворота баллонов, которое выполнено в виде основания с дугообразным держателем для акустического блока, в корпусе последнего установлены ПЭП, причем корпус акустического блока закреплен на держателе с возможностью перемещения в радиальном направлении и подпружинен, а ПЭП расположены в корпусе акустического блока, и каждый из них также подпружинен для более полного облегания поверхности при контроле изделия различного диаметра и улучшения качества акустического контакта, при этом изделие контроля вращается путем размещения горловин баллона на опорных роликах, привод вращения баллона закреплен на основании и выполнен с возможностью соединения с одной из горловин контролируемого баллона посредством подпружиненного захвата, дугообразный держатель баллона установлен на основании посредством подпружиненной поворотной опоры, фиксирующей положение держателя в нерабочем и рабочем положениях.
Частные существенные признаки механоакустического блока аналогичны приведенным выше для установки.
Техническим результатом от использования предложенной группы технических решений является обеспечение высокой достоверности ультразвукового контроля (УЗК) баллонов для обнаружения и определения характеристик дефектов в сварных соединениях и основном металле, преимущественно авиационных баллонов с толщиной стенки от 3,5 мм и более, эксплуатируемых на воздушных судах при механизированном ультразвуковом контроле сварных соединений баллона. Высокая достоверность УЗК в установке достигается вследствие того, что можно получить несколько схем и методов прозвучивания на каждом заданном отрезке сканирования. Это позволяет идентифицировать дефект по характеру (плоскостной, объемный, объемно-плоскостной); оценить реальные параметры дефекта (длину и высоту); оценить эквивалентные размеры дефекта; производить автоматическое слежение за уровнем акустического контакта на каждом отрезке пути (самоконтроль работоспособности электронно-акустического тракта). Предпочтительно использовать ПЭП с износостойкой рабочей поверхностью, что увеличивает срок службы в 5…10 раз. Техническим результатом является также повышение удобства в эксплуатации установки и механоакустического блока, создание установки и механоакустического блока, имеющих малые габариты и вес. Установка, при необходимости, может работать от автономного источника питания.
При использовании при сканировании вдоль центрального сварного шва схемы акустического блока с двумя группами пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) обеспечивается нечувствительность к наличию дефектов поверхности испытуемого объекта и повышенная чувствительность к обнаружению плоскостных дефектов (трещин, непроваров). Таким образом, установка позволяет проводить контроль сварного шва, в том числе и по покрашенной поверхности баллона.
При сканировании вдоль центрального сварного соединения акустическим блоком с двумя группами пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) обеспечивается нечувствительность к наличию дефектов поверхности испытуемого объекта и повышенная чувствительность к обнаружению дефектов (трещин, непроваров) за счет того, что прозвучивание при перемещении вдоль дефекта ведется с разных ПЭП. Кроме того, установка позволяет проводить контроль сварного соединения, в том числе и по поверхности баллона, имеющей лакокрасочное покрытие.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 - механоакустический блок, главный вид.
На фиг.2 - механоакустический блок, вид сбоку.
На фиг.3 - держатель акустического блока.
На фиг.4 - акустический блок для контроля центрального сварного соединения.
На фиг.5 - акустический блок для контроля первой горловины.
На фиг.6 - акустический блок для контроля второй горловины.
Осуществление изобретения
В состав установки входят дефектоскоп, механоакустический блок и соединяющие их информационные кабели. Кроме того, установка дополнительно укомплектована стандартным образцом предприятия и контрольным образцом. Также возможно применение внешней ПЭВМ для обработки и хранения информации, подключаемой по любой известной методике с применением известных программ.
Дефектоскоп состоит из электронного блока с дополнительным сетевым блоком питания и предназначен для возбуждения пъезоэлементов ПЭП в акустических блоках, принятия и обработки информации о дефектах, нарушении акустического контакта и отображения информации на экране.
В состав механоакустического блока входят не менее одного акустического блока с системой встроенных ПЭП и устройство для поворота испытуемых баллонов с держателем акустических блоков (акустического блока). Механоакустический блок предназначен для контроля стыковых сварных соединений в следующем порядке:
- центрального сварного соединения баллона путем симметричной установки ПЭП акустического блока по обе стороны от центрального сварного соединения баллона;
- сварных соединений горловин.
Устройство для поворота баллонов содержит основание для установки контролируемого баллона 12, на основании закреплены опорные ролики 10 для размещения горловин и привод вращения баллона, выполненный в виде червячного редуктора и подпружиненного захвата 4 с кулачком 2, выполненного для взаимодействия со штатным тройником (штуцером), закрепленным на горловине контролируемого баллона. Червячный редуктор 3 оснащен датчиком угла поворота, производящим фиксацию координат результатов контроля, и ручкой 1 для ручного вращения баллона. Ультразвуковой контроль качества сварных соединений производится, как правило, со скоростью продольного сканирования вдоль сварного соединения не более 1 м/мин.
Держатель акустических блоков 6 фиксируется в нерабочем и рабочем положении посредством подпружиненной 9 поворотной опоры 5. Акустический блок с ПЭП 7 установлен на держателе и подпружинен для гарантированного прижатия к испытуемому баллону при его вращении. Акустический контакт обеспечивается с помощью жидкости, например воды, подаваемой по замкнутому циклу из основания механоакустического блока, выполненного в виде ванны 8, с помощью насоса через вспомогательные шланги к ПЭП в зону контакта акустического блока с поверхностью испытуемого баллона. Удаление жидкости производится через вентиль 11.
Установка измерительная ультразвуковая и механоакустический блок для нее работают следующим образом.
Вода (или другая жидкость) заливается в ванну 8 механоакустического блока до уровня наименьшего края ванны, отводится поворотная опора 5, вставляются в рабочие места держателя 6 акустические блоки, например АБ1, для контроля центрального сварного соединения; АБ2, АБ3 - для контроля сварных соединений горловин. Контролируемое изделие (баллон) устанавливается на ролики 10 механоакустического блока при предварительно оттянутом кулачке 2. Поворотная опора 5 и держатель 6 с зафиксированными акустическими блоками приводятся в рабочее положение. На держателе 6 фиксируется шланг подачи контактной жидкости (воды). Положение блока АБ1 центрируется относительно центрального сварного соединения и ручкой эксцентрика 7 прижимается к поверхности баллона, при этом блоки АБ2 и АБЗ должны быть не в прижатом к изделию положении при соответствующем положении ручек эксцентрика. Отмечается начало контроля на поверхности баллона, набираются вводные параметры объекта контроля в меню дефектоскопа и в соответствии с режимом контроля вращением ручки 1 осуществляется ультразвуковой контроль сварного соединения, при этом отслеживается наличие акустического контакта между ПЭП и поверхностью баллона. Контролируемые сигналы воспроизводятся на дефектоскопе 13. Контроль сварных соединений горловин акустическими блоками АБ2, АБЗ осуществляется аналогичным образом. По окончании работ контактная жидкость сливается через вентиль 11.
Определение типа, характера дефекта, его размеров производится путем сравнения всех принятых сигналов от дефекта, определения максимальных амплитуд на каждом отрезке («мм») пути и последующей микропроцессорной обработкой этих сигналов.
Контроль может производиться как в полевых, так и в лабораторных условиях. Обслуживание установки - одним оператором.