Способ настройки ультразвукового дефектоскопа при контроле керамических изделий Российский патент 2024 года по МПК G01N29/30 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля (НК) и может быть использовано для настройки чувствительности и развертки ультразвукового дефектоскопа перед проведением ультразвуковой дефектоскопии изделий из керамических материалов.

Изобретение предназначено для использования в области ракетно-космической и авиационной техники, а также может быть использовано в других отраслях промышленности, где используются изделия из керамических материалов.

При производстве изделий из керамических материалов, возможно образование таких дефектов, как поры, трещины, которые снижают прочностные свойства конструкций. Для выявления указанных дефектов и, как следствие, повышения надежности керамических изделий требуется проведение НК качества. Для НК керамических изделий широкое применение получили методы ультразвуковой дефектоскопии. При контроле ультразвуковыми методами с целью определения местонахождения и оценки допустимости дефектов необходимо производить настройку чувствительности и развертки ультразвукового дефектоскопа по настроечным образцам.

Существует ГОСТ Р ИСО 16811-2016, который устанавливает общие правила настройки диапазона временной развертки и чувствительности (то есть настройки усиления) ультразвукового дефектоскопа с разверткой А-типа для обеспечения воспроизводимости результатов при определении местоположения отражателя и амплитуды эхо-сигнала от него. Кроме этого, стандарт определяет требования к геометрическим особенностям объекта контроля, настроечных образцов и настроечных отражателей.

Недостатком указанного стандарта является то, что он определяет лишь плоскость падения ультразвукового луча на отражатель и не регламентирует углы расположения отражателя относительно поверхностей настроечного образца.

Известен способ настройки развертки дефектоскопа при ультразвуковом контроле наклонным преобразователем (А.с.СССР № 1422136 А1, Кл. G01N29/04, опубл. 07.09.1988 Бюл. №33), где преобразователь устанавливают на плоской грани полуцилиндрического образца и совмещают точку ввода преобразователя с осью цилиндрической поверхности образца. Излучают преобразователем импульсы ультразвуковых колебаний и принимают эхо-импульсы, отраженные поверхностью. По однократно и трехкратно отраженным поверхностью эхоимпульсам, расстояние между которыми на экране дефектоскопа пропорционально диаметру образца, устанавливают развертку дефектоскопа.

Недостатком известного способа является ограниченность его применения, так как используется только для настройки развертки дефектоскопа при ультразвуковом контроле объектов плоской формы.

Известен способ настройки ультразвукового дефектоскопа (А.с. СССР № 1698744 А1, Кл.G01N29/04, опубл.15.12.1991 Бюл. №46), заключающийся в том, что наклонный преобразователь ультразвукового дефектоскопа устанавливают на рабочей поверхности образца, на противоположной поверхности которого выполнен отражатель типа «зарубка» так, чтобы плоскость симметрии преобразователя была перпендикулярна плоскости одной из граней «зарубки», перпендикулярной поверхности образца, излучают в образец ультразвуковые колебания и принимают эхо-сигналы от отражателя, перемещают преобразователь до получения максимальной амплитуды эхо-сигнала от прямого двугранного угла, образованного указанной гранью «зарубки» и донной поверхностью образца, измеряют ее величину и используют для настройки дефектоскопа, установку преобразователя осуществляют относительно одной из треугольных граней «зарубки», дополнительно получают максимальную величину эхо-сигнала от второй треугольной грани зарубки, а настройку осуществляют по среднему значению измеренных амплитуд.

Недостатком указанного способа является то, что он не применим для настройки чувствительности дефектоскопа при ультразвуковом контроле керамических изделий, так как из-за высокой хрупкости керамических материалов в настроечных образцах невозможно выполнить отражатель типа «зарубка».

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ настройки чувствительности ультразвукового дефектоскопа (Патент РФ № 2726277 С1, МПК G01N 29/30, опубл. 10.07.2020 Бюл. №19). Известный способ заключается в том, что преобразователи дефектоскопа излучают в настроечный образец и принимают от известного отражателя в нем ультразвуковые сигналы, оценивают амплитуду ультразвукового сигнала, принятого от известного отражателя, по которой корректируют чувствительность дефектоскопа, настроечный образец с известным отражателем устанавливают на предварительно смазанную контактной жидкостью поверхность объекта контроля, сканируют поверхность объекта контроля, определяют положение, при котором на экране дефектоскопа наблюдается максимальная амплитуда ультразвукового сигнала, принятого от известного отражателя, амплитуду ультразвуковых сигналов регулируют пропорционально эквивалентной площади моделируемого дефекта и фиксируют при этом усиление дефектоскопа N₀, после этого устанавливают преобразователь на настроечный образец, определяют усиление N₁, при котором амплитуда ультразвукового сигнала достигает порогового уровня, снимают настроечный образец с объекта контроля и повторно определяют усиление N₂, при котором амплитуда ультразвукового сигнала достигает порогового уровня, определяют поправку к чувствительности дефектоскопа по установленной формуле:

и корректируют усиление дефектоскопа путем снижения его значения на величину поправки .

Недостатком известного способа является его повышенная трудоемкость, так как кроме обеспечения акустического контакта между преобразователем и объектом контроля, необходимо поддерживать акустический контакт между объектом контроля и настроечным образцом, нестабильность которого, влияет на правильность настройки чувствительности ультразвукового дефектоскопа.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение точности настройки чувствительности и развертки ультразвукового дефектоскопа, и повышение точности обнаружения дефектов в изделиях оживальной формы из керамических материалов.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ настройки ультразвукового дефектоскопа при контроле керамических изделий, заключающийся в том, что преобразователем дефектоскопа излучают в настроечный образец и принимают от известного отражателя в нем ультразвуковые сигналы, сканируют настроечный образец, оценивают амплитуду ультразвукового сигнала, принятого от известного отражателя, по которой корректируется усиление дефектоскопа, отличающийся тем, что настроечный образец изготовлен из фрагмента контролируемого изделия с двумя зашлифованными краями под углом от 30 до 55 градусов к нормали рабочей поверхности и в которых перпендикулярно углу ввода ультразвуковой волны, выполнены отражатели в виде плоскодонных сверлений диаметром от 1 до 2 мм, при этом настройку чувствительности проводят на частоте излучения ультразвуковой волны пьезоэлектрического преобразователя в диапазоне от 3,5 до 10,0 МГц, а настройку развертки ультразвукового дефектоскопа проводят по двугранным углам образованными рабочей и донной поверхностью и зашлифованными под углом краями настроечного образца.

Пример реализации предлагаемого способа иллюстрируется на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 приведена схема настройки длительности развертки ультразвукового дефектоскопа, где 1 - настроечный образец, 2 - верхний двугранный угол, 3 - нижний двугранный угол, 4 - положение преобразователя, в котором получают эхо-сигнал от нижнего двугранного угла, 5 - положение преобразователя, в котором получают эхо-сигнал от верхнего двугранного угла, 6 - рабочая поверхность настроечного образца, 7 - донная поверхность настроечного образца 8 - зондирующий импульс ультразвукового дефектоскопа, 9 - эхо-сигнал от нижнего двугранного угла, 10 - эхо-сигнал от верхнего двугранного угла.

На фиг. 2 приведена схема настройки чувствительности ультразвукового дефектоскопа, где 1 - настроечный образец, 8 - зондирующий импульс ультразвукового дефектоскопа, 11 - плоскодонное сверление, 12 - положение преобразователя, в котором получают эхо-сигнал от плоскодонного сверления 13 - эхо-сигнал от плоскодонного сверления.

Способ осуществляется следующим образом.

В зависимости от контролируемого материала, толщины, конструкции, формы и шероховатости поверхности изделия выбирается настроечный образец с плоскодонным отражателем, размер которого равен размеру максимально допустимого дефекта в контролируемом изделии, а плоскость дна отверстия перпендикулярна углу ввода ультразвуковой волны. Через слой контактной жидкости, устанавливают наклонный совмещенный пьезоэлектрический преобразователь на рабочую поверхность настроечного образца, ориентируя плоскость его падения в сторону плоскодонного отражателя. Путем перемещения преобразователя по рабочей поверхности настроечного образца добиваются максимальной амплитуды сигнала от плоскодонного отражателя и корректируя усиление дефектоскопа подводят ее под пороговый уровень.

На фиг. 1 показано, что для настройки длительности развертки наклонный совмещенный пьезоэлектрический преобразователь 4 и 5 ориентируют в сторону двугранных углов 2 и 3, образованных рабочей 6 и донной поверхностью 7 и зашлифованной под углом краем настроечного образца 1. Плавно перемещая преобразователь вперед-назад относительно края настроечного образца 1 поочередно добиваются максимальной амплитуды эхо-сигнала прямым лучом 9 от нижнего двугранного угла 3 и максимальной амплитуды эхо-сигнала однократно-отраженным лучом 10 от верхнего двугранного угла 2 и регулируя длительность развертки располагают однократно-отраженный сигнал в правой части экрана дефектоскопа, при этом, эхо-сигнал от нижнего двугранного угла 3 должен располагаться в центральной части экрана дефектоскопа.

Осуществление заявленного способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1

Настройку чувствительности ультразвукового дефектоскопа УСД-60 проводят на настроечном образце из стеклокерамики, соответствующему типу контролируемого изделия, с двумя зашлифованными краями под углом35 и 50 градусов к нормали рабочей поверхности образца. Для этого на рабочую поверхность настроечного образца наносится тонкий слой контактной жидкости в виде водно-спиртового раствора и располагают ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь П121-5,0-45 частотой 5 МГц с углом ввода 45 градусов по стали, как показано на фиг. 2. Путем перемещения преобразователя по рабочей поверхности настроечного образца добиваются максимальной амплитуды ультразвукового сигнала от плоскодонного отражателя диаметром 1,5 мм, расположенного в зашлифованном под углом 50 градусов к нормали рабочей поверхности краем, и корректируя усиление дефектоскопа подводят амплитуду сигнала под уровень 50% высоты экрана дефектоскопа (уровень фиксации). В случае возникновения сложностей при идентификации отражателя (дефекта) в контролируемом изделии применяется преобразователь П121-10,0-30 частотой 10 МГц с углом ввода 30 градусов, а в качестве настроечного отражателя используется плоскодонное сверление диаметром 1,5 мм, в зашлифованном под углом 35 градусов к нормали рабочей поверхности краем настроечного образца.

Пример 2

Настройку ультразвукового дефектоскопа УСД-60 проводят при указанных в примере 1 условиях и параметрах. Отличие состоит в том, что настроечный образец выполнен из кварцевой керамики, а в качестве ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя используется П121-3,5-60 частотой 3,5 МГц с углом ввода 60 градусов и П121-5,0-35 частотой 5,0 МГц с углом ввода 35 градусов.

Предложенное техническое решение позволит качественно повысить точность обнаружения дефектов в изделиях оживальной формы из керамических материалов.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля (НК) и может быть использовано для настройки чувствительности и развертки ультразвукового дефектоскопа перед проведением ультразвуковой дефектоскопии изделий из керамических материалов. Способ настройки ультразвукового дефектоскопа при контроле керамических изделий заключается в том, что преобразователем дефектоскопа излучают в настроечный образец и принимают от известного отражателя в нем ультразвуковые сигналы, сканируют настроечный образец, оценивают амплитуду ультразвукового сигнала, принятого от известного отражателя, по которой корректируется усиление дефектоскопа, настроечный образец изготовлен из фрагмента контролируемого изделия с двумя зашлифованными краями под углом от 30 до 55 градусов к нормали рабочей поверхности, в которых перпендикулярно углу ввода ультразвуковой волны, выполнены отражатели в виде плоскодонных сверлений диаметром от 1 до 2 мм, при этом настройку чувствительности проводят на частоте излучения ультразвуковой волны пьезоэлектрического преобразователя в диапазоне от 3,5 до 10,0 МГц, а настройку развертки ультразвукового дефектоскопа проводят по двугранным углам образованными рабочей и донной поверхностью и зашлифованными под углом краями настроечного образца. Техническим результатом изобретения является повышение точности настройки ультразвукового дефектоскопа и, как следствие, повышение точности обнаружения дефектов в изделиях оживальной формы из керамических материалов. 2 ил., 2 пр.

Способ настройки ультразвукового дефектоскопа при контроле керамических изделий, заключающийся в том, что преобразователем дефектоскопа излучают в настроечный образец и принимают от известного отражателя в нем ультразвуковые сигналы, сканируют настроечный образец, оценивают амплитуду ультразвукового сигнала, принятого от известного отражателя, по которой корректируется усиление дефектоскопа, отличающийся тем, что настроечный образец изготовлен из фрагмента контролируемого изделия с двумя зашлифованными краями под углом от 30 до 55 градусов к нормали рабочей поверхности, и в которых перпендикулярно углу ввода ультразвуковой волны выполнены отражатели в виде плоскодонных сверлений диаметром от 1 до 2 мм, при этом настройку чувствительности проводят на частоте излучения ультразвуковой волны пьезоэлектрического преобразователя в диапазоне от 3,5 до 10,0 МГц, а настройку развертки ультразвукового дефектоскопа проводят по двугранным углам, образованными рабочей и донной поверхностью и зашлифованными под углом краями настроечного образца.