Способ ультразвукового контроля изделия
METHOD OF ULTRASONIC PRODUCT INSPECTION

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля изделий, например, цилиндрической формы, представляющий собой трубу из металла или стеклопластика, заполненную полимерным материалом с каналом внутри.
Известны способы ультразвукового контроля, основанные на теневом прозвучивании изделий ультразвуковыми колебаниями:
- Матаушек И. Ультразвуковая техника. М.: Металлургия, 1962, с. 357-369.
- Бергман Л. Ультразвук, М.: ПИЛ, 1957, с. 432-444.
- Шрейбер Д. Ультразвуковая дефектоскопия, М.: Металлургия, 1965, с. 79-122.
В соответствии с данными способами приемный и излучающий преобразователи, активные элементы в которых выполнены из пьезоэлектрических или магнитострикционных материалов, размещают взаимно противоположно по разные стороны контролируемого изделия и при перемещении преобразователей или изделия относительно друг друга сканируют поверхность изделия при его контроле.
Для обеспечения акустических контактов ультразвуковых преобразователей с поверхностью контролируемого изделия используют, как правило, разнообразные жидкости, например воду, глицерин, трансформаторное масло, водный раствор карбоксиметилцеллюлозы и др. в виде тонких слоев контактной жидкости. В ряде случаев контроль проводится при погружении контролируемого изделия в специальные емкости, заполненные иммерсионной жидкостью. Обеспечение акустического контакта ультразвуковых преобразователей с помощью описанных выше способов представляет определенные трудности. Погружение ультразвуковых преобразователей и изделий в жидкость, с одной стороны, усложняет и удорожает процесс контроля в связи с необходимостью разработки, изготовления и установки специального дорогостоящего оборудования, а с другой стороны, возможность погружения изделий в жидкость зависит от степени воздействия ее на физико-механические характеристики полимерного материала.
Известен также способ ультразвукового контроля (Заклюковский В.И., Карцев Г.Т. Применение пьезоэлектрических преобразователей для бесконтактного ультразвукового контроля изделий / Дефектоскопия, 1978, №3, с. 28-33). Сущность данного способа заключается в том, что ввод ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие излучающим преобразователем и прием ультразвуковых колебаний, прошедших свод изделия, приемным преобразователем осуществляется в воздушной среде. Практическая реализация способа, выбранного за прототип, бесконтактного ультразвукового контроля изделий осуществлена в изобретении (патент №2295124).
Особенность данного способа заключается в том, что при переходе границы воздух - изделие значительная часть энергии ультразвуковых колебаний отражается и только малая ее часть проходит через эту границу. Это обстоятельство хорошо иллюстрирует известная зависимость коэффициента отражения на границе двух сред от волновых сопротивлений этих сред
, где
R - коэффициент отражения на границе двух сред;
1
ρ - плотность материала первой среды;
1
c - скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале первой среды;
2
ρ - плотность материала второй среды;
2
c - скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале второй среды.
И тем не менее несмотря на определенные потери ультразвуковой энергии на границах изделие - воздух данный способ дает большой выбор для реализации теневого ультразвукового контроля изделий в разных вариантах, в частности, как крупногабаритных с большими каналами (с радиальной ориентировкой приемного преобразователя в канале изделия), так и малогабаритных изделий с осевой ориентировкой приемного преобразователя.
Существенным недостатком данного способа является необходимость двухстороннего (снаружи изделия и внутри канала) доступа к изделию. Любые ограничения этого условия приводят к уменьшению возможного объема контроля изделий. Такими ограничениями могут быть как производственные условия, в которых проводится контроль изделий, так и конструктивные особенности конкретных изделий, в той или иной степени мере ограничивающие возможный объем контроля. К таким особенностям можно отнести специальные металлические кожуха, закрывающие поверхность изделий, а также теплозащитные покрытия, приклеиваемые к поверхностям изделий. Акустическая прозрачность таких изделий в значительной степени зависит от качества таких покрытий и сплошности скрепления покрытия с корпусом. Практически теплозащитное покрытие, неоднородное в разных местах вследствие как неоднородности затухания ультразвуковых колебаний по всему покрытию, так и возможных расслоений на границе покрытие - корпус, на работе изделия существенно не сказывается, но оно полностью или частично затрудняет прохождение ультразвуковых колебаний через свод изделия в местах акустической непрозрачности и практически исключает возможность получения информации о сплошности скрепления корпуса с полимерным материалом на этих участках, от состояния которой существенно зависит работа изделия.
Практический опыт бесконтактного ультразвукового контроля изделий на предприятиях отрасли показал, что процент изделий, возможность полноценного ультразвукового контроля сплошности скрепления которых на границе корпус - полимерный материал затруднен, достаточно высок. Чтобы обеспечить возможность выявления дефектов в изделиях, когда применение ультразвуковых методов невозможно, привлекают для решения данной проблемы другие методы и средства, такие, например, как неразрушающий контроль с использованием бетатронов и радиоактивных материалов, что, с одной стороны, значительно усложняет и удорожает процесс контроля изделий, а с другой, в силу меньшей чувствительности к выявлению дефектов все же не дает такой информации, особенно в отношении сплошности скрепления изделий, какую обычно дает ультразвуковой контроль.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности, качества, надежности и полноты ультразвукового контроля изделий, контроль которых известными способами был затруднителен, ограничен или невозможен, путем создания условий для увеличения эффективности контроля, в частности повышения информации в отношении сплошности скрепления корпуса с полимерным материалом.
Технический результат достигается тем, что предлагается способ ультразвукового контроля, включающий ввод излучающим преобразователем ультразвуковых колебаний в изделие, прозвучивание свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде канала изделия устройством с приемным преобразователем, отличающийся тем, что при ограничении возможности прозвучивания свода изделия в силу различных обстоятельств, например из-за наличия защитных кожухов над поверхностью корпуса или из-за имеющихся на ряде изделий внешних покрытий сверху корпуса, в которых могут быть акустически непрозрачные зоны, обусловленные большим затуханием ультразвуковых колебаний или расслоениями в покрытии, проводят предварительный ультразвуковой контроль изделия известным способом для определения участков, на которых фиксируется прохождение ультразвуковых колебаний через свод изделия, после чего на один из таких участков устанавливают неподвижно излучающий ультразвуковой преобразователь, выбирают акустически непрозрачный участок изделия для определения на нем сплошности скрепления полимерного материала с прилегающей к нему поверхностью корпуса, а также участок изделия, симметричный ему относительно излучающего преобразователя и образующей поверхности изделия, проходящей через место контакта излучающего преобразователя с поверхностью изделия, ориентируют устройство с приемным преобразователем путем поворота и продольного перемещения относительно оси изделия на участок поверхности канала, радиально противоположный выбранному акустически непрозрачному участку, устанавливают уровень сигнала в пределах экрана без ограничения сверху, и при неподвижно установленном излучающем преобразователе сканируют ультразвуковым приемным преобразователем участки поверхности канала изделия, радиально-противоположные выбранному акустически непрозрачному участку и симметричному ему участку, и последовательно сравнивают сигналы на данных участках, выявляя участки, на которых имеет место относительное уменьшение уровня сигнала, после чего аналогичным образом проверяют другие акустически непрозрачные участки.
Сущность способа поясняется представленной на фиг. 1 схемой ультразвукового контроля, на которой схематично представлены: внешнее защитное покрытие (1), корпус изделия (2), дефект (3), излучающий преобразователь (4), полимерный материал (5), приемное ультразвуковое устройство (6), изделие (7). В соответствие с этой схемой предлагаемый способ реализуется следующим образом:
1. Проводят штатный ультразвуковой контроль изделия, по результатам которого отмечают на поверхности изделия акустически прозрачные и непрозрачные места.
2. Устанавливают излучающий преобразователь (4) неподвижно на один из акустически прозрачных участков изделия (7).
3. Выбирают акустически непрозрачный участок изделия для определения на нем сплошности скрепления полимерного материала с прилегающей к нему поверхностью корпуса, а также участок изделия, симметричный ему относительно излучающего преобразователя и образующей поверхности изделия, проходящей через место контакта излучающего преобразователя с поверхностью изделия.
4. Ориентируют устройство с приемным преобразователем путем поворота и продольного перемещения относительно оси изделия на участок поверхности канала, радиально противоположный выбранному акустически непрозрачному участку, устанавливают уровень сигнала на нем в пределах экрана без ограничения сверху.
5. При неподвижно установленном излучающем преобразователе сканируют приемным устройством поверхность канала изделия в пределах акустически непрозрачного участка и симметрично расположенного другого участка, фиксируя и сравнивая уровни сигналов на этих участках. Определяют места с пониженным относительно другого участка уровнем сигнала.
6. Выбирают следующий акустически непрозрачный участок и другой симметричный ему относительно излучающего преобразователя участок. Сканируют оба участка, сравнивают сигналы, выявляя участки с пониженным уровнем сигнала.
7. Аналогично данным пунктам проводят неразрушающий контроль всех акустически непрозрачных участков изделия.
Предложенный способ с положительными результатами апробирован в лабораторных условиях и в условиях опытного производства. Способ позволяет значительно расширить область применения ультразвукового контроля, повысить качество и надежность контроля. В результате проведенных экспериментов подтверждена эффективность предложенного способа как в отношении основных параметров контроля (чувствительность, производительность, отношение сигнал/шум аппаратуры и др.), так и в отношении информативности контроля. При контроле натурных изделий в условиях опытного производства всегда имели место четкая регистрация ультразвуковых колебаний, стабильные форма и уровень сигнала, адекватность реакции на искусственные дефекты типа расслоений, удовлетворительная чувствительность.
Полученные положительные результаты позволяют сделать вывод об эффективности применения предложенного способа для ультразвукового контроля изделий с ограниченным доступом к поверхности изделия или при наличии в изделиях покрытий с акустически непрозрачными зонами.