УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА

Полезная модель относится к устройствам ультразвукового неразрушающего контроля сварных соединений и основного металла при изготовлении (монтаже), ремонте и эксплуатации элементов, изделий, оборудования, на которые распространяются требования Ростехнадзора РФ.
Из сведений, общедоступных до даты приоритета заявленного технического решения, известно следующее средство того же назначения: устройство для обнаружения дефектов в сварных соединениях с использованием ультразвукового метода, содержащее корпус из двух взаимно подвижных наружной и внутренней частей, наружная часть имеет С-образное поперечное сечение между полками которого размещена внутренняя часть, на свободных концах обеих частей установлены опорные ролики, части корпуса снабжены подпружиненным шариком, установленным на внутренней части корпуса с возможностью взаимодействия с соответствующим рядом выемок выполненных в наружной части по ее продольной оси и контролирующие элементы в виде подпружиненных блоков ультразвуковых пьезопреобразователей (далее ПЭП), соединенных с корпусом при помощи узла крепления, датчик измерения пройденного пути (свидетельство РФ №6243 на полезную модель, G01N 29/10, 1997 г.)
Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности и назначению заявленному устройству и, поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются сложность конструкции и недостаточная точность измерений.
Полезная модель направлена на получение технического результата, устраняющего указанные недостатки путем использования вместо одного из опорных роликов датчика пути в качестве второй опоры устройства, выполнение второго опорного ролика с зауженной беговой дорожкой, снижающей влияние неровностей исследуемой поверхности на показания прямого пьезопреобразователя, контролирующего прилегание основных пьезопреобразователей к поверхности металла.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.
Устройство для обнаружения дефектов в сварных соединениях с использованием ультразвукового метода, содержащее корпус из двух взаимно подвижных наружной и внутренней частей, наружная часть имеет С-образное поперечное сечение между полками которого размещена внутренняя часть, на свободных концах обеих частей установлены опорные ролики. Части корпуса снабжены подпружиненным шариком, установленным на внутренней части корпуса с возможностью взаимодействия с соответствующим рядом выемок выполненных в наружной части по ее продольной оси и контролирующие элементы в виде подпружиненных блоков ультразвуковых пьезопреобразователей, соединенных с корпусом при помощи узла крепления, датчик измерения пройденного пути. Указанный датчик измерения пройденного пути установлен вместо опорного ролика на наружной части, а ролик на внутренней части имеет беговую дорожку, образованную плоскостями, сходящимися под острым углом к продольной плоскости симметрии ролика, к внутренней части корпуса жестко присоединена ступенчатая рама крепления посредством пружин основных преобразователей, которые расположены попарно относительно центра корпуса - ближе к нему установлены низкочастотные преобразователи, а на удалении под соответствующими площадками рамы установлены высокочастотные преобразователи, на внутренней части корпуса в зоне установки опорного ролика закреплен дополнительный, прямой пьезопреобразователь. Узлы крепления основных преобразователей выполнены в виде вертикальной прорези в раме, в которую вставлен болт, прижимающий основные преобразователи посредством барашковой гайки, пружина фиксирующего шарика выполнена плоской с возможностью плотного охвата одним концом шарика, а другим концом разъемно соединена с внутренней частью корпуса. Внутри наружной части выполнены ограничительные направляющие выступы, взаимодействующие с внутренней частью корпуса устройства.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлен общий вид устройства в разрезе; на фиг.2 - вид I на фиг.1; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид II на фиг.1; на фиг.5 - вид Б на фиг.3 без барашковой гайки 13.
Устройство для обнаружения дефектов в сварных соединениях с использованием ультразвукового метода, содержащее корпус из двух взаимно подвижных наружной 1 и внутренней 2 частей, наружная 1 часть имеет Сообразное поперечное сечение, между полками которого размещена внутренняя 2 (фиг.3) часть, на свободных концах обеих частей установлены опорные ролики 3. Части корпуса снабжены регулировочно-фиксирующим механизмом в виде подпружиненного шарика 4 (фиг.2), установленного на внутренней 2 части корпуса с возможностью взаимодействия с соответствующим рядом выемок 5 выполненных в наружной 1 части по ее продольной оси и контролирующие элементы в виде подпружиненных блоков 6 и 7 ультразвуковых пьезопреобразователей, соединенных с корпусом при помощи узла крепления. Датчик измерения пройденного пути 8 установлен вместо опорного ролика на наружной 1 части, а ролик 3 на внутренней 2 части имеет беговую дорожку, образованную плоскостями, сходящимися под острым углом к продольной плоскости симметрии ролика. К внутренней 2 части корпуса жестко присоединена ступенчатая рама 9 крепления посредством пружин 10 основных пьезопреобразователей 6 и 7, которые расположены попарно относительно центра корпуса - ближе к нему установлены низкочастотные 6 преобразователи, а на удалении под соответствующими площадками рамы 9 установлены высокочастотные 7 преобразователи. На внутренней части корпуса в зоне установки опорного ролика закреплен дополнительный 11, прямой пьезопреобразователь, узлы крепления основных преобразователей выполнены в виде вертикальной прорези N (фиг.3) в раме 9, в которую вставлен болт 12, прижимающий основные преобразователи посредством барашковой гайки 13. Рама 9 прикреплена к внутренней 2 части корпуса отбортовками 14, пружина 15 фиксирующего шарика 4 выполнена плоской с возможностью плотного охвата одним концом шарика 4, а другим концом разъемно, например, с помощью заклепок 16 (или винтов) соединена с внутренней 2 частью корпуса. Устройство постоянно контактирует с исследуемой поверхностью L (фиг.1) опорными колесами 17 датчика пути 8 и роликом 3. Между элементами рамы 9 и пьезопреобразователями 6 и 7 установлены пружины 18, а между датчиком пути и наружной 1 частью корпуса установлены пружины 19. Для исключения взаимных вертикальных перемещений наружной 1 и внутренней 2 частей корпуса, внутри наружной части выполнены ограничительные направляющие выступы 20, взаимодействующие с внутренней 2 частью корпуса устройства.
Результаты измерений выводятся на экран установки или печатаются с указанием параметров дефектов: координат расположения вдоль оси сварного соединения от начала контроля; условной протяженности (длины) вдоль оси сварного соединения; типа (характера) - объемных (пор, шлаковых включений), плоскостных (трещин, непроваров, несплавлений) и объемно-плоскостных (несплошностей промежуточной формы); размеров (для протяженных дефектов - оценки развития по вертикальной составляющей сечения шва, для компактных - оценки допустимости по эквивалентной площади). Кроме этого на печать выводятся следующие вспомогательные данные: число, месяц, год; время начала и окончания сканирования; в номер изделия; номер проконтролированного шва; диаметр и толщина контролируемого изделия; номер акустического блока; суммарная длина проконтролированного участка шва.
Устройство может использоваться для:
- проведения контроля сварных соединений и основного металла совмещенными наклонными ПЭП в соответствии с действующими методиками утвержденными Ростехнадзором РФ;
- проведения контроля сварных соединений трубопроводов диаметром от 16 до 51 мм с толщиной стенки от 2.5 до 6 мм раздельно-совмещенными хордовыми фокусирующими ПЭП;
- проведения контроля сварных соединений трубопроводов диаметром 57 мм и более с толщиной стенки от 4 до 13 мм раздельно-совмещенными со слежением за уровнем акустического контакта ПЭП;
- проведения контроля под водой (подводных переходов трубопроводов);
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности “новизна”.
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано для ультразвукового неразрушающего контроля сварных соединений и основного металла, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат.
Полезная модель в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлена с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности “промышленная применимость”.
Устройство работает следующим образом.
Контроль с использованием данного устройства проводится по всему сечению металла. Среди обнаруженных протяженных несплошностей оценивается их развитие по вертикальной составляющей сечения шва и идентифицируются дефекты по типу.
В процессе дефектоскопии одновременно используются эхо-, эхо-зеркальные и зеркально-теневые схемы контроля:
- эхо-метод служит для уверенного обнаружения несплошностей и определения их основных параметров;
- зеркально-теневой метод предназначен для оценки уровня ослабления ультразвуковых колебаний в сварном шве и основном металле, изменения качества акустического контакта и учета этих величин при уточнении размеров дефекта;
- эхо-зеркальный метод служит для обнаружения дефектов и определения их типа совместно с эхо-методом, оценки развития протяженного дефекта по сечению шва и основного металла.
На каждом миллиметре происходит прозвучивание всего сечения контролируемого металла одновременно с двух сторон от шва (для стыковых и нахлесточных соединений, имеющих двухсторонний доступ), а при перемещении оператором - всего контролируемого участка (сварного соединения и основного металла).
С использованием устройства могут контролироваться следующие виды соединений и типоразмеров: кольцевых стыковых сварных соединений и околошовных зон трубопроводов диаметром более 100 мм, с толщиной стенки 4…60 мм; продольных стыковых сварных соединений и околошовных зон трубопроводов диаметром 530 мм и более, с толщиной стенки 4…60 мм; нахлесточных сварных соединений трубопроводов диаметром более 530 мм с толщиной стенки 6…12 мм; основного металла трубопроводов с толщиной стенки 4…60 мм, диаметром 325 мм и более.
Параметры ПЭП (рабочие частоты, углы ввода), схемы прозвучивания, расположение ПЭП относительно друг друга и относительно сварных соединений выбираются из условий выявления недопустимых дефектов по всему сечению и максимальной помехоустойчивости к возможным переотражениям от провисов, а также в зависимости от толщины стенки, ширины валика усиления или катета шва.
В зависимости от расположения ПЭП относительно сварного соединения применяются следующие схемы: с расположением ПЭП в одну линию перпендикулярно оси сварного соединения; с расположением ПЭП в одну линию для определения поперечно-ориентированных дефектов в околошовной зоне; с расположением ПЭП в одну линию для определения остаточной толщины металла и расслоений.
Результаты проведенного контроля выводятся на экран и принтер в виде построчной таблицы на стандартный лист бумаги (формат А4).
Обнаруженные дефекты расписываются по слоям, для толщин до 9 мм включительно - одним слоем, для толщин свыше 9 мм - по трем слоями (верх, середина, низ).
В зависимости от контролируемой толщины, типа сварного соединения, радиус кривизны, а также решаемых задач, применяются устройства с различным расположением ПЭП внутри них, применением ПЭП с определенными углами ввода, а также введенными в память дефектоскопа параметрами контроля - чувствительностью, положением и длительностью стробов, порогами срабатывания, алгоритмами обработки сигналов (определением типов дефектов и их параметров).
Рабочая (контактная с изделием) поверхность покрывается износостойким слоем (карбид вольфрама), что предохраняет ее от стирания и увеличивает срок ПЭП.
В устройстве могут быть использованы совмещенные прямые, раздельно-совмещенные прямые, наклонные специализированные ПЭП.
Использование устройства дает возможность исключить погрешности измерения из-за влияния неровностей контролируемой поверхности и упростить конструкцию и эксплуатацию.