УСТРОЙСТВО ДЛЯ РУЧНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ МАГНИТНЫХ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к области ультразвукового контроля качества цилиндрических заготовок, высота которых не превышает их диаметра, на предмет отсутствия дефектов металлургического характера и трещин, в частности для входного контроля заготовок в мелкосерийном и единичном производстве. Патентуемая полезная модель может найти широкое применение в различных отраслях машиностроения.
В мелкосерийном производстве существует серьезная проблема входного ультразвукового контроля качества заготовок. Автоматизированный ультразвуковой контроль является наиболее достоверным и точным за счет сканирования ультразвукового преобразователя по заданной программе, последующей компьютерной обработки и документировании результатов контроля, но требует больших финансовых, материальных и энергетических затрат на оборудование. Ручной контроль не требует таких больших материальных и финансовых затрат, однако трудоемок, менее достоверен из-за произвольного сканирования, влияния человеческого фактора и отсутствия объективного считывания координат. Проблема может быть решена только путем создания вспомогательных устройств и механизмов, восполняющих недостатки ручного контроля.
Известна установка [1] для автоматизированного ультразвукового контроля крупногабаритных изделий в виде тел вращения, содержащая основание, установленную на нем планшайбу с кулачками для зажима контролируемого изделия с приводом от электродвигателя, стойку с перемещающимися по ней возвратно-поступательно в вертикальном и горизонтальном направлениях пинолями, ультразвуковые преобразователи и дефектоскопическую аппаратуру, при этом она снабжена акустическим блоком, датчиком угла поворота планшайбы, датчиком пути преобразователя, манипулятором с градусной шкалой и углом поворота его в плоскости оси вращения планшайбы и установки под углом к этой оси по градусной шкале, закрепленным на торце одной из пинолей, обращенным к оси вращения планшайбы, на манипуляторе установлен акустический блок с ультразвуковым преобразователем с возможностью его возвратно-поступательного перемещения, подпружиниваемый ультразвуковой преобразователь к поверхности контролируемого изделия, при этом преобразователь снабжен локальной ванной, состоящей из бачка с дозирующим вентилем и гибкого шланга, дефектоскопическая аппаратура выполнена на базе компьютера с принтером и электрически связана с датчиком угла поворота планшайбы и датчиком пути, имеющими кинематическую связь с приводом перемещения акустического блока, в установку введен кольцевой образец для проверки в автоматическом режиме ручной настройки чувствительности дефектоскопической аппаратуры.
Однако установка имеет серьезные недостатки:
- предназначена для ультразвукового контроля крупногабаритных полых цилиндрических заготовок изделий в виде тел вращения, со стороны боковой поверхности;
- обладает большой металлоемкостью;
- имеет большое энергопотребление;
- имеет сложную конструкцию для ее реализации;
- экономически не выгодна при малосерийном производстве.
Известно также устройство [2] для ультразвукового контроля круговых сварных швов вварных элементов изделия, содержащее основание, переходник для крепления к поверхности вварного элемента, жестко прикрепленную к нему штангу, соединенную с основанием, привод радиального перемещения ультразвукового преобразователя, размещенный на водиле и выполненный в виде ходового винта с ходовой гайкой, электродвигателем, кронштейном и микропереключателем радиального перемещения, привод кругового перемещения ультразвукового преобразователя, выполненный в виде жестко закрепленного на основании электродвигателя с ведущей шестерней, кинематически связанной с ней ведомой шестерней, жестко соединенного с последней водила и микропереключателя кругового перемещения, снабжено дополнительным микропереключателем и преобразователем угла поворота водила в электрический сигнал, установленным на основании, узлом намотки кабеля, неподвижный корпус которого представляет собой барабан регистратора дефектов, при этом перо регистратора кинематически связано с водилом, электрически связанным с преобразователем угла поворота, с задатчиком установки числа шагов радиального перемещения преобразователя и блоком корректировки длительности зоны контроля дефектоскопической аппаратуры.
Устройство обладает рядом преимуществ в сравнении с вышеописанной установкой ультразвукового контроля крупногабаритных изделий в виде тел вращения. Устройство имеет металлоемкость на три порядка ниже установки описанной выше, осуществляет контроль в плоскости перпендикулярной оси вварных элементов, обладает более низкой себестоимостью, чем установка.
Однако, устройство для ультразвукового контроля имеет следующие недостатки:
- предназначено для автоматизированного ультразвукового контроля круговых сварных швов вварных элементов;
- для его применения на объекте контроля необходимо иметь сквозное отверстие для ввода в него переходника, на котором устанавливается устройство контроля;
- имеет сложную конструкцию;
- имеет высокую стоимость и экономически не выгодно для мелкосерийного производства.
Несмотря на имеющиеся на недостатки, устройство является наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, поэтому оно принимается за прототип.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа и создание устройства ручного ультразвукового контроля качества цилиндрических заготовок со стороны их торцов, обеспечивающего принудительное сканирование ультразвукового преобразователя с определенной закономерностью, например, по спирали Архимеда с постоянным шагом по радиусу, и считывание координат по круговой градусной и линейной шкалам, при обнаружении дефекта.
Целесообразно выполнение устройства непосредственно на поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний заготовки, используя ее в качестве основания устройства, на котором закрепляется резьбовой стержень с постоянным магнитом в цилиндрической обойме на его конце, обращенном к заготовке. Магнитом к поверхности заготовки прижимается неподвижно круговая градусная шкала, на нем, с возможностью вращения вокруг оси, установлена линейная шкала, смещение которой вдоль оси ограничивается цилиндрической обоймой. По резьбе перемещается поводок, в виде Г-образного водила, укладывающего виток к витку на стержне нить, жестко связывающую стержень с преобразователем, и сокращающую расстояние между ними в процессе каждого оборота преобразователя вокруг стержня.
Такая конструкция устройства не требует припуска под контроль более 2 мм, превышающего припуск под «мертвую» зону, позволяет перемещать ультразвуковой преобразователь по спирали Архимеда, исключить пропуск дефектов в заготовке, отсчитывать угловые и линейные координаты выявляемых дефектов и достичь заявленного технического результата.
Заявителям неизвестно использование отличительных признаков устройства с достижением указанного результата.
Сущность полезной модели поясняется, например, графическими материалами, где:
на фиг.1 - представлен общий вид устройства;
на фиг.2 - показан вид сверху устройства на фиг.1;
на фиг.3 - выносной элемент I на фиг.1.
Устройство содержит: стержень 1, поводок 2, нить 3, разжимное кольцо 4, ультразвуковой преобразователь 5, дефектоскоп 6, объект контроля - цилиндрическую заготовку 7, круговую градусную шкалу 8 и линейную шкалу 12. Стержень выполнен с резьбой 9 на его цилиндрической поверхности и с постоянным магнитом 10, имеющим цилиндрическую обойму 11, прижимающим градусную шкалу 8 к торцевой поверхности заготовки 7. Линейная шкала 12 представляет собой планку с продольным окном 13, установленную круглым отверстием на постоянный магнит 10. Поводок 2 изготовлен в виде Г-образного водила с гладким отверстием 14 на одном конце и резьбовым отверстием 15 на другом конце, которым поводок 2 наворачивается на свободный конец стержня 1. Нить 3 пропущена через гладкое отверстие 14 поводка 2 и закреплена на свободном конце стержня 1 одним концом, а другим соединена с кольцом 4, одетом на корпус преобразователя 5 с возможностью его вращения на этом корпусе.
Устройство работает следующим образом:
Сначала определяют центр на поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний контролируемой заготовки 7. На центр соосно оси заготовки 7 устанавливают стержень 1 с резьбой 9 и постоянным магнитом 10 в цилиндрической обойме 11. На постоянный магнит 10, которым к поверхности заготовки прижимают круговую градусную шкалу 8, устанавливают круглым отверстием линейную шкалу 12 так, что цилиндрическая обойма 11 ограничивает ее осевое смещение. Навинчивают на свободный конец стержня 1 поводок 2 резьбовым отверстием 15, таким образом, чтобы между верхним торцом стержня 1 и поводком 2 осталось 2-3 витка резьбы 9. В гладкое отверстие 14 поводка 2, пропускают нить 3 и конец ее закрепляют на верхнем торце стержня 1, а второй конец нити 3 закрепляют на кольце 4 одетом на корпус ультразвукового преобразователя 5 с возможностью вращения его по корпусу преобразователя 5. При этом длина нити должна быть такой, чтобы в начале контроля преобразователь 5 устанавливался при ее натяге на край верхней торцевой поверхности заготовки 7.
Преобразователь 5 подключают к дефектоскопической ультразвуковой аппаратуре 6. На образцах типа КСО-2 настраивают чувствительность ультразвуковой аппаратуры. После чего преобразователь 5 устанавливают на поверхность контролируемой заготовки 7 и начинают перемещать его по окружности торца заготовки 7, постоянно наблюдая за натяжением нити 3. Нить 3, поворачивая поводок 2, с каждым оборотом наматывается на один виток резьбы 9 стержня 1. Поскольку длина витка резьбы 9 равна одному шагу радиального перемещения преобразователя 5, преобразователь 5 равномерно, по спирали Архимеда, приближается к центру торцевой поверхности заготовки 7. В результате устройство позволяет равномерно просканировать заготовку 7 по торцу, что исключает пропуск дефектов как субъективный человеческий фактор. При обнаружении дефекта в теле заготовки 7, перемещение преобразователя 5 останавливают и по градусной шкале 8 определяют угловую координату. А линейную координату определяют по шкале 12. В результате устройство позволяет не только не пропустить дефекты при ручном сканировании, но и документировать результаты контроля в журнале и в ручную оформить дефектограмму, или, внося в компьютер дефектоскопической аппаратуры координаты дефекта, сформировать дефектограмму и протокол результатов контроля и распечатать их на принтере.
Таким образом, предлагаемое устройство для ручного ультразвукового контроля, не требует дополнительного припуска под контроль для установки стержня, позволяет сканировать ультразвуковой преобразователь по заданной программе в виде спирали Архимеда, исключить субъективный человеческий фактор произвольного сканирования, за счет упорядоченного сканирования, повысить достоверность ручного ультразвукового контроля, осуществить отсчет угловых координат по окружности и линейных координат по радиусу заготовки, задокументировать результаты контроля в протоколе и дефектограмме.
Источники информации.
1 Патент РФ №75047 «Установка для автоматизированного ультразвукового контроля крупногабаритных изделий в виде тел вращения» кл. G01N, с приоритетом от 29.02.2008 г.
2 Авторское свидетельство СССР №1208507 «Устройство для ультразвукового контроля сварных кольцевых швов изделий» кл. G01N, с приоритетом от 30.01.1984 г.
3 Авторское свидетельство СССР №1552088 «Устройство для ультразвукового контроля изделий» кл. G01N, с приоритетом от 1987 г.