Ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп Советский патент 1985 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к контролю качества материалов и может быть использовано для регистрации стадии предразрушения металлов в процессе циклического нагружения изделия, что позволит предотвращать усталостные разрушения деталей и конструкций непосредственно в процессе их работы. Известен ультразвуковой эхо-импульсньГй дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные генератор, ультразвуковой преобразователь, усилитель и индикатор. Данное устройство позволяет определять появление трещины и скорость ее распространения в детали 1. Однако данное устройство не обеспечивает возможность регистрации стадии предразрущения металлов (стадии предшествующей появлению трещины), поскольку оно регистрирует изменение частоты собственной продольной вибрации контролируемой детали, а такое изменение наблюдается лищь при наличии макротрещины. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп, содержащнй последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь усилитель-детектор, временной селектор и нормализатор, формирователь селектирующих импульсов, выход которого подключен к второму входу временного селектора, и индикатор 2. Недостатком известного устройства является то, что оно не имеет средств объективной регистрации информации. О наличии изменений в металле судят по результатам визуального наблюдения за поведенйем эхо-импульса по индикатору дефектоскопа, что обуславливает низкие точность и достоверность выявления таких изменений. Кроме того, известное устройство работает только при условии сохранения постоянства частоты нагружения детали и не позволяет вести наблюдения за процессом усталости материала при изменяющейся частоте нагружения образца. Цель изобретения - повышение точности и достоверности регистрации стадии предразрушения материала. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь, усилитель-детектор, временной селектор и нормализатор, формирователь селектирующих импульсов, выход которого подключен к второму входу временного селектора, и индикатор, снабжен последовательно соединенными датчиком уровня нагрузки, первым блоком сравнения, первым мультивибратором, триггером, первым элементом совпадения, первым счетчиком, компаратором и запоминающим блоком, выход которого подключен к индикатору, последовательно соединенными источником опорного напряжения, второй выход которого связан с вторым входом первого блока сравнения, вторым блоком сравнения, второй вход которого подключен к выходу датчика уровня нагрузки, и вторым мультивибратором, выход которого связан с вторым входом триггера и первым входом синхронизатора, последовательно соединенными генератором счетных импульсов, вторым элементом совпадения и вторым счетчиком, выход которого подключен к второму входу компаратора, и последовательно соединенными третьим элементом совпадения и одновибратором, выход которого связан с установочным входом запоминающего блока,, выход нормализатора подключен к вторым входам первого и второго элементов совпадения и к первому входу третьего элемента совпадения, второй вход которого связан с вторым выходом триггера и третьим входом второго элемента совпадения, выход генератора счетных импульсов подключен к третьему входу первого элемента совпаде ния, а выход первого мультивибратора соединен с входами «Сброс счетчиков и вторым входом синхронизатора, подключенного вторым выходом к входу формирователя селектирующих импульсов. На фиг. 1 представлена блок-схема ультразвукового эхо-импульсного дефектоскопа; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие принцип работы дефектоскопа. Дефектоскоп содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь 3, усилительдетектор 4, временный селектор 5 и нормализатор 6. Второй выход синхронизатора 1 подключен к входу формирователя 7 селектирующих импульсов, второй вход временного селектора 5 подключен к выходу формирователя 7 селектирующих импульсов. Кроме того, дефектоскоп содержит последовательно соединенные датчик 8 уровня нагрузки, блок 9 управления, блок 10 сравнения длительностей эХо-сигналов, запоминающий блок II и индикатор 12. Датчик 8 уровня нагрузки может быть выполнен в виде последовательно соединенных тензодатчика 13 и усилителя 14 постоянного тока. Блок 9 управления состоит из блоков 15 и 16 сравнения, имеющих общий вход, подключенный к выходу усилителя 14 постоянного тока. Вторые входы блоков 15 и 16 сравнения подключены к выходам источника 17 опорного напряжения. Выход блока 15 сравнения подключен к входу мультивибратора 18, а выход блока 16 сравнения - к входу мультивибратора 19. Выходы мультивибраторов 18 и 19 подключены соответственно к входам триггера 20, а также к входам синхронизатора 1. Первый выход триггера 20 подключен к первому входу элемента 21 совпадения, выход которого соединен с входом одновибратора 22. Второй вход элемента 21 совпадения подключен к выходу нормализатора 6. Блок 10. сравнения длительностей эхо-сигналов состоит из генератора 22 счетных импульсов, выход которого подключен к входам элементов 23 и 24 совпадения, вторые входы которых соединены с выходом нормализатора 6, а третьи входы - с выходами триггера 20 соответственно. Выходы элементов 23 и 24 совпадения подключены соответственно к входам счетчиков 25 и 26 импульсов. Входы «Сброс счетчиков 25 и 26 соединены с выходом мультивибратора 18 и входом синхронизатора 1, а их выходыс входами компаратора 27. Причем выход компаратора 27 подключен к первому входу запоминающего блока 11, установочный вход которого -соединен с выходом одновибратора 22. Дефектоскоп работает следующим образом. В процессе циклического нагружения изделия датчик 8 уровня нагрузки преобразует нагрузку в напряжение, представленное эпюрой 28 (фиг. 2), которое поступает на блоки 15 и 16 сравнения. В моменты превышения этим напряжением уровней Ц| и Uj, устанавливаемых от источника 17 опорного напряжения и подаваемых соответственно на вторые входы блоков 15 и 16 сравнения, запускаются мультивибраторы 18 и 19. Синхроимпульсы на выходе мультивибратора 18 представлены эпюрой 29, а синхроимпульсы на выходе мультивибратора 19 - эпюрой 30. При каждом поступлении синхроимпульсов синхронизатор 1 запускает одновременно генератор 2 зондирующих импульсов и формирователь 7 селектирующих импульсов. Затем преобразователь возбуждает в нагружаемой детали ультразвуковые колебания, принимает эхо-импульсы, которые после прохождения усилителя-детектора 4 поступают на вход временного селектора 5. С помощью селектирующего импульса, во временном селекторе 5 выделяется эхо-сигнал от одного и того же отражателя (от проточки в образце, в зоне которой накапливаются усталостные повреждения). Эхо-сигналы на выходе временного селектора 5 представлены эпюрой 31. С помощью нормализатора 6 такие эхо-сигналы усиливаются и ограничиваются на фиксированном уровне U (эпюра 31). С выхода нормализатора 6 усиленные и ограниченные эхо-сигналы снимаются на входы элементов 23 и 24 совпадения. Импульсы на выходе нормализатора 6 представлены эпюрой 32. Напряжение с одного. выхода триггера 20 представлено эпюрой 33. Напряжение с другого выхода того же триггера 20 представлено эпюрой 34. Сигналы на выходе элемента 23 представлены эпюрой 35. Счетные импульсы на выходе элемента 24совпадения появляются при совпадении импульсов с выхода нормализатора 6 (эпюра 32) и с выхода триггера 20 (эпюра 34). Сигналы на выходе элемента 24 совпадения представлены эпюрой 36. С выхода счетчиков 25 и 26 информация в виде двоично-десятичного кода подается на вход компаратора 27, который осуществляет сравнение длительностей эхо-сигналов. С выхода компаратора 27 на запоминающий блок 11 поступает информация о значении разности длительностей эхо-сигналов. На начальных циклах нагружения значение разности имеет один знак. По мере накопления в локальной зоне (у проточки) образца усталостных повреждений наступает стадия, характеризующаяся выходом линий сдвига за пределы своих зерен, что соответствует началу стадии предразрущения металла. В этот момент указанная разность равна нулю (фиг. 26). На стадии исчерпания металлом в локальной деформированной зоне своих пластических возможностей и образования в ней. ряда разрозненных микротрещин, значение разности меняет знак (фиг. 2в). Индикатор 12 сигнализирует о наступлении стадии предразрущения металла.

««

Ча

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой совмещенный преобразователь, усилитель-детектор, временной селектор и нормализатор, формирователь селектирующих импульсов, выход которого подключен к второму входу временного селектора, и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и достоверности регистрации стадии предразрущения материала, он снабжен последовательно соединенными датчиком уровня нагрузки, первым блоком сравнения, первым мультивибратором, триггером, первым элементом совпадения, первым счетчиком, компаратором и запоминающим блоком, выход которого подключен к индикатору, последовательно соединенными источником опорного напряжения, второй выход которого связан с вторым входом первого блока сравнения, вторым блоком сравнения, второй вход которого подключен к выходу датчика уровня нагрузки, и вторым мультивибратором, выход которого связан с вторым входом триггера и первым входом синхронизатора, последовательно соединенными генератором счетных импульсов, вторым элементом совпадения и вторым счетчиком, выход которого подключен к второму входу компаратора, и последовательно соединенными третьим элементом совпадения и одновибратором, выход которого связан с установочным входом запоминающего блока, вь1ход нормализатора подключен к вторым входам первого и второго элементов совпадения и к первому входу третьего элемента совпадения, второй вход которого связан с вторым выходом триггера и третьим входом второго элемента совпадения, выход генератора счетных импульсов подключен к третьему входу первого элемента совпадения, а выход первого мультивибратора соединен с входами «Сброс Счетчиков и вторым входом синхронизатора, подключенного вторым выходом к входу формирователя селектирующих импульсов.

s

с

л

vSц

Nj

«i

с:г

Cu bS

4 «

x

. «

i: J

с

t: J: :$

Ы

Й S%