ОБРАЗЕЦ ДЛЯ НАСТРОЙКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к области контроля качества тонких сварных соединений по всей их толщине зеркально-теневым методом и может найти широкое применение в машиностроении и других отраслях промышленности.
Известен образец [1] для эталонирования ультразвуковых преобразователей, выполненный в виде параллелепипеда с рядом цилиндрических отверстий, оси которых пересекаются с продольной осью параллелепипеда, при этом, для определения направления поляризации сдвиговых волн, цилиндрические отверстия выполнены одинакового диаметра с равным шагом по длине параллелепипеда, причем ось каждого последующего отверстия повернута относительно оси предыдущего на заданный угол.
Однако описанный образец имеет серьезные недостатки:
- цилиндрические отверстия в образце, при ультразвуковом контроле зеркально-теневым методом, вносят искажения в результаты контроля, в сравнении с результатами контроля, полученными от естественных дефектов в виде трещин, окисных плен и непроваров;
- рассредоточенность отверстий с равномерным шагом вдоль продольной оси параллелепипеда не позволяет настроить чувствительность дефектоскопической аппаратуры на отличие протяженных дефектов по глубине (толщине) сварного соединения от цепочки дефектов по глубине их залегания;
- поворот оси каждого последующего отверстия относительно предыдущего не позволяет использовать образец для отработки новых методов ультразвукового контроля сварных соединений;
- образец не может быть использован при настройке чувствительности дефектоскопической аппаратуры для определения минимального расстояния между соседними дефектами в цепочке дефектов по глубине (толщине) сварного соединения.
Известен также другой образец [2] для настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры при ультразвуковом контроле качества стыковых сварных соединений, выполненный в виде параллелепипеда с рядом цилиндрических отверстий одинакового диаметра и с равномерным шагом расположения, при этом оси отверстий параллельны друг другу и поверхности ввода ультразвуковых колебаний, лежат в плоскости поперечного сечения параллелепипеда, перпендикулярной его продольной оси, кроме того одно из отверстий расположено в плоскости поперечного сечения, параллельного первой плоскости поперечного сечения на расстоянии от нее, равном четырехкратной величине толщины параллелепипеда, и пересекает его продольную ось.
Образец для настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры имеет ряд преимуществ перед образцом для эталонирования [1]. Он позволяет настроить чувствительность для отличия протяженного дефекта от цепочки точечных дефектов, вытянутых по толщине сварного соединения и определить минимальное расстояние между этими дефектами, например эхо-импульсным методом, проводить отработку новых методов ультразвукового контроля качества тонких сварных соединений с ограниченной по ширине поверхностью ввода ультразвуковых колебаний вдоль сварного соединения.
Однако, несмотря на перечисленные преимущества, описанный выше образец для настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры имеет свои недостатки:
- предназначен для настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры при контроле сварных соединений только эхо-методом для выявления объемных дефектов типа неметаллических включений, пор, раковин и других;
не обеспечивает объективной настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры для выявления плоских дефектов в виде трещин, непроваров и окисных плен, расположенных перпендикулярно или под углом к поверхности ввода ультразвуковых колебаний;;
Несмотря на имеющиеся недостатки, образец для настройки [2], как наиболее близкий аналог, принят в качестве прототипа предлагаемой полезной модели.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание образца, обеспечивающего получение технического результата состоящего в возможности:
- настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры для выявления плоских дефектов в виде непроваров, трещин и окисных плен;
- настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры для отличия протяженного плоского дефекта от цепочки точечных плоских дефектов, вытянутой по толщине сварного соединения;
отработки новых методов ультразвукового контроля, с определением глубины залегания плоских дефектов, по толщине сварного соединения;
отработки новых моно- и комбинированных методов ультразвукового контроля с определением протяженности плоских дефектов по толщине сварных соединений (до 30 мм) и с ограниченной по ширине поверхностью ввода ультразвуковых колебаний вдоль соединений.
Этот технический результат, согласно предлагаемой заявке на полезную модель, достигается тем, что:
- образец выполнен в виде параллелепипеда с рядом узких боковых сквозных пазов одинакового размера по высоте и ширине с равномерным шагом по его высоте;
- пазы параллельны друг другу по высоте образца и поверхности ввода ультразвуковых колебаний, лежат в одной плоскости поперечного сечения параллелепипеда, перпендикулярной его продольной оси;
- на одной из боковых поверхностей образца, вдоль поверхности ввода ультразвуковых колебаний, выполнена линейная шкала с началом отсчета от плоскости поперечного сечения, в которой лежат узкие сквозные пазы;
- высота образца равна толщине контролируемого сварного соединения или отличается от нее не более чем на ±1 мм.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где представлены:
на фиг.1 - пример выполнения предлагаемого образца;
на фиг.2, 3 - примеры использования образца при отработке зеркально-теневого метода ультразвукового контроля качества сварных соединений и настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры с определением глубины залегания выявленных дефектов.
1
2
n-1
n
1
2
n-1
n
Образец (см. фиг.1) выполнен в виде параллелепипеда 1, снабженного линейной шкалой 2 на его боковой поверхности и рядом узких боковых сквозных пазов 3 одинаковой высоты, лежащих с равномерным шагом параллельно друг другу и поверхности 4 ввода ультразвуковых колебаний в плоскости 5 поперечного сечения параллелепипеда 1, перпендикулярной его продольной оси 6, и поверхности 4 ввода - приема ультразвуковых колебаний. Схемы (см. фиг.2 и фиг.3) использования образца включают: образец в виде параллелепипеда 1 со шкалой 2 на его боковой поверхности и с пазами 3 в плоскости 5, поверхностью 4 ввода-приема ультразвуковых колебаний, продольной осью 6; призматические преобразователи 7 и 8; дефектоскопическую аппаратуру 9. Сплошными стрелками показано направление перемещения преобразователей 7 и 8 по рабочей поверхности 4 параллелепипеда 1 (образца), пунктирными стрелками показаны направления излучаемых и отражаемых сдвиговых волн, L L… L L обозначены расстояния проходимые ультразвуковыми волнами между излучающим преобразователем 7 и приемным преобразователем 8, h h… h h - глубины залегания пазов (дефектов) 3, Δh - протяженность пазов, … - расстояния между отражателями 3, α - угол ввода ультразвуковых колебаний.
Настройка дефектоскопической аппаратуры осуществляется следующим образом.
Ультразвуковые преобразователи 7 и 8 подключают к дефектоскопической аппаратуре 9: преобразователь 7 - к выходу, а преобразователь 8 - к входу. Преобразователи 7, 8 устанавливают на рабочую поверхность 4 образца 1 на участке, где сквозные узкие пазы 3 отсутствуют, как показано на фиг.2, встречно друг другу (лицом к лицу) так, чтобы расстояние между ними определялось по формуле:
,
где: S - расстояние между преобразователями 7, 8;
t - высота образца;
α - угол ввода ультразвуковых колебаний.
Наблюдая за амплитудой принимаемого преобразователем 8 сигнала на экране дефектоскопа 9, преобразователь 7 поочередно приближают и отдаляют от преобразователя 8, добиваясь максимальной амплитуды сигнала на экране дефектоскопа. Добившись максимальной амплитуды сигнала, жестко закрепляют оба преобразователя 7 и 8 в специальной оснастке (на фиг.2 и фиг.3 не показана), чтобы в процессе их совместного перемещения, по рабочей поверхности 4 образца 1, расстояние между ними не изменялось. На экране дефектоскопической аппаратуры амплитуду принятого сигнала усиливают на 2-3 дБ выше строба автоматического сигнализатора дефектов (АСД), для того, чтобы в процессе перемещения преобразователей 7, 8 по рабочей поверхности 4 образца 1 амплитуда сигнала не падала ниже уровня строба АСД (при отсутствии отражателей 3 в зоне этого перемещения).
Жестко скрепленные преобразователи 7, 8, назовем их блок преобразователей 7-8, перемещают по поверхности 5 образца 1 в зону размещения сквозных узких пазов 3 и совмещают стрелу преобразователя 7 с нулевой риской шкалы 2. При этом обеспечивают присутствие контактной жидкости (например, воды) под каждым преобразователем 7 и 8. На экране дефектоскопической аппаратуры должен присутствовать импульс сигнала, поступающего от преобразователя 7, отразившегося от поверхности противоположной поверхности 5 ввода ультразвуковых колебаний и принятый преобразователем 8. Блок преобразователей 7-8 медленно перемещают в направлении сплошной стрелки (фиг.3) до максимального падения амплитуды сигнала на экране дефектоскопической аппаратуры 9. Как только амплитуда сигнала упадет ниже уровня строба АСД, на линейной шкале 2 образца фиксируют координату Y поперечного перемещения блока преобразователей 7-8 по стреле преобразователя 7 и вводят в память дефектоскопической аппаратуры. Глубина залегания начала сквозного узкого паза (дефекта) вычисляется компьютером, встроенным в дефектоскопическую аппаратуру, по формуле, заранее введенной в его программу:
,
1
h - глубина залегания верхней границы паза (дефекта);
1
Y - координата преобразователя 8 в момент падения амплитуды сигнала ниже строба АСД;
α - угол ввода ультразвуковых колебаний.
Результаты вычислений записываются в память дефектоскопической аппаратуры.
1
При дальнейшем перемещении блока преобразователей 7-8 на экране дефектоскопической аппаратуры вновь появляется импульс сигнала, прошедшего через образец и отразившегося от поверхности, противоположной поверхности 4. Как только амплитуда сигнала превзойдет уровень строба АСД фиксируют координату Y' по линейной шкале 2 образца 1 и вносят ее значение в память дефектоскопической аппаратуры. Глубину залегания нижней границы узкого паза (дефекта) 3 определяют по формуле введенной в программу дефектоскопической аппаратуры:
где:  - глубина залегания нижней границы паза (дефекта);
- координата преобразователя 7 в момент превышения амплитуды сигнала уровня строба АСД (пропадания дефекта);
α - угол ввода ультразвуковых колебаний.
При обнаружении последующих узких пазов (дефектов) 3, аналогично первому, фиксируют соответственно координаты ,  верхней границы и ,  нижней границы паза, заносят их в память дефектоскопической аппаратуры 9, вычисляют глубины залегания верхних границ и нижних границ пазов (дефектов) по формулам, заложенным в программу дефектоскопической аппаратуры:
,
Затем по формуле, также заложенной в программу дефектоскопической аппаратуры 9, определяют протяженность пазов (дефектов) по глубине залегания:
,
n
где Δh - протяженность каждого сквозного паза по глубине залегания;
n
Y'- координата преобразователя 7 в момент перехода амплитуды сигнала (пропадания паза) уровня строба АСД при ее увеличении;
n
Y - координата преобразователя 7 в момент перехода амплитуды сигнала уровня строба АСД при ее уменьшении;
α - угол ввода ультразвуковых колебаний.
n - номер паза (дефекта).
Аналогично вычисляют расстояния между сквозными пазами по глубине:
,
где:  - расстояние между нижней границей предыдущего и верхней границей последующего паза (дефекта);
- координата преобразователя 7 в момент перехода амплитуды сигнала (пропадания паза) уровня строба АСД при ее увеличении;
n
Y - координата преобразователя 7 в момент перехода амплитуды сигнала уровня строба АСД при ее уменьшении;
α - угол ввода ультразвуковых колебаний;
n - номер паза (дефектов).
Настройка дефектоскопической аппаратуры проверяется сравнением результатов ее настройки с фактическими параметрами образца: протяженностью пазов (дефектов) по высоте образца, глубине их залегания, величине расстояния между каждыми двумя соседними пазами (дефектами).
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет достичь технического результата, выражающегося в:
- повышении достоверности контроля;
- возможности отличить цепочку плоских дефектов от одного протяженного дефекта;
- возможности определить расстояния между плоскими дефектами по глубине контролируемых деталей;
- возможности определить глубину залегания плоского дефекта.
Источники информации.
1 Авторское свидетельство СССР №1280534 «Образец для эталонирования ультразвуковых преобразователей», кл. G01N, заявлено 06.08.1985 г.
2 Патент РФ №90210 «Образец для настройки дефектоскопической аппаратуры», кл. G01N, с приоритетом от 21.08.2009 г.