СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА ИЗДЕЛИЙ Советский патент 1995 года по МПК G01N29/10 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при ультразвуковом контроле монокристаллов, в которых необходимо выявить наличие объемных дефектов, например частиц другой фазы, включений, пор и т. д.

Целью изобретения является повышение надежности контроля за счет выявления объемных дефектов с различными геометрическими размерами.

На чертеже представлена структурная схема одного из устройств для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит ультразвуковой широкополосный преобразователь 1, плоскопараллельный стержень 2, усилитель 3, амплитудный детектор 4, линию 5 задержки, дифференциальный усилитель 6, осциллограф 7, синхронизатор 8, блок 9 модулирующего напряжения, частотный модулятор 10, генератор 11 импульсов, причем преобразователь 1 соединен с выходом генератора 11 импульсов и с входом усилителя 3, выход усилителя 3 подключен к входу амплитудного детектора 4, выход которого, в свою очередь, соединен с входом линии 5 задержки и первым входом дифференциального усилителя 6, выход линии 5 задержки подключен к второму входу дифференциального усилителя 6, выход которого соединен с первым входом (входом Y) осциллографа 7, второй вход осциллографа 7 (вход Х) подключен к первому выходу синхронизатора 8, второй выход синхронизатора 8 подключен к входу блока 9 модулирующего напряжения, выход которого соединен с входом частотного модулятора 10, выход частотного модулятора 10 подключен к входу генератора 11 импульсов. Ультразвуковой широкополосный преобразователь 1 акустически соединен с плоскопараллельным стержнем 2, который в свою очередь, акустически соединен с контролируемым изделием 12.

Ультразвуковой контроль структуры материала изделий по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

На контролируемое изделие 12 устанавливают ультразвуковой широкополосный преобразователь 1. Размещают между преобразователем 1 и контролируемым изделием 12 плоскопараллельный стержень 2, длина которого определяется из условия
l_ст≥
Это условие должно выполняться для того, чтобы отделить во времени первый эхо-импульс, отраженный от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю грани контролируемого изделия, от эхо-импульсов, отраженных в плоскопараллельном стержне. Необходимость использования плоскопараллельного стержня вызвана сильным влиянием ультразвукового широкополосного преобразователя на амплитуду отраженного от него импульса. Использование плоскопараллельного стержня позволяет зафиксировать форму ультразвукового импульса в пределах которого частота изменяется соответственно полосе частот ультразвукового широкополосного преобразователя, до прохождения импульса через контролируемое изделие для последующего сравнения огибающей этого импульса с огибающей ультразвукового импульса, прошедшего через контролируемое изделие. Преобразователь 1 возбуждается электрическим импульсом, вырабатываемым генератором 11 импульсов. Частоту заполнения в пределах каждого электрического импульса возбуждения преобразователя 1 периодически изменяют в диапазоне частот, включающем полосу пропускания преобразователя 1. Возбуждая преобразователь 1 таким импульсом, излучают в плоскопараллельный стержень 2 импульсы ультразвуковых колебаний.

Эти импульсы, в пределах которых частота изменяется соответственно полосе пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя 1, распространяются в плоскопараллельном стержне 2. Дойдя до противоположной преобразователю 1 грани плоскопараллельного стержня 2, ультразвуковые импульсы частично проходят в контролируемое изделие 12. Отраженный ультразвуковой импульс возвращается к ультразвуковому широкополосному преобразователю 1, а ультразвуковой импульс, прошедший в контролируемое изделие 12, распространяется в нем, многократно отражаясь от его граней. Попадая на границу контролируемое изделие 12 плоскопараллельный стержень 2, ультразвуковой импульс проходит в плоскопараллельный стержень 2 и, пройдя через него, попадает на ультразвуковой широкополосный преобразователь 1. Эти отраженные эхо-импульсы принимают преобразователем 1. Принятые эхо-импульсы усиливаются до необходимой величины в усилителе 3 и поступают в амплитудный детектор 4, где выделяют огибающие эхо-импульсов, отраженных от противоположных ультразвуковому преобразователю 1 граней плоскопараллельного стержня 2 и контролируемого изделия 12. С выхода амплитудного детектора 4 огибающие эхо-импульсы подаются на вход дифференциального усилителя 6 и вход линии 5 задержки, с помощью которой задерживают выделенные огибающие эхо-импульсов на удвоенное время прохождения ультразвука через контролируемое изделие 12 с тем, чтобы совместить во времени огибающую эхо-импульса, отраженного от противоположной преобразователю 1 грани контролируемого изделия 12, с огибающей эхо-импульса, отраженного от противоположной преобразователю 1 грани плоскопараллельного стержня 2. Задержанные огибающие эхо-импульсов подают на второй вход дифференциального усилителя 6, в котором из задержанных эхо-импульсов вычитаются незадержанные. Разностный сигнал с выхода дифференциального усилителя 6 подается на первый вход (вход Y) осциллографа 7 для наблюдения его на экране. Синхронизатор 8 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора развертки осциллографа 7 и блока 9 модулирующего напряжения. Блок 9 модулирующего напряжения вырабатывает соответствующее напряжение, например, линейно изменяющееся, которое подается на частотный модулятор 10 и с помощью которого осуществляется периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого электрического импульса возбуждения ультразвукового широкополосного преобразователя 1 в диапазоне частот, включающем полосу пропускания преобразователя 1. Частотный модулятор 10 при подаче на него модулирующего напряжения с блока 9 непосредственно изменяет частоту генератора 11 импульсов. Ультразвуковым сигналом, излучаемым через плоскопараллельный стержень 2 в контролируемое изделие 12 преобразователем 1, сканируют по объему контролируемого изделия 12 путем перемещения преобразователя 1 с плоскопаралельным стержнем 2 по одной из плоскопараллельных граней контролируемого изделия 12. Преобразователь 1 при сканировании в процессе излучения и приема вращают вокруг собственной оси. Наличие дефектов структуры материала контролируемого изделия 12 определяют по форме и характеру изменения разностного сигнала при вращении преобразователя 1 вокруг собственной оси и сканировании преобразователем 1 по поверхности контролируемого изделия 12. Контролируемое изделие 12 не имеет объемных дефектов структуры материала, если разностный сигнал представляет собой импульс, в котором мгновенная амплитуда монотонно нарастает, на огибающей нет резких или "растянутых" пиков и этот характер огибающей не изменяется при вращении преобразователя 1 вокруг собственной оси и сканировании 1 по поверхности контролируемого изделия 12.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом контроле монокристаллов, в которых необходимо выявить наличие объемных дефектов, таких, как частицы другой фазы, включения, пары и т.д. Целью изобретения является повышение надежности контроля за счет выявления объемных дефектов с различными геометрическими размерами. Согласно предлагаемому способу в контролируемом изделий возбуждают импульсы упругих колебаний широкополосным ультразвуковым преобразователем. Через плоскопараллельный стержень, длина которого определяется из условия l_ст≥ 21/v_ст/v, где l - длина контролируемого изделия, v_ст и v - скорости упругих волн в стержне и контролируемом изделии, периодически изменяют частоту заполнения в пределах каждого электрического импульса возбуждения ультразвукового преобразователя, перемещают преобразователь по поверхности изделия и вращают вокруг своей оси, принимают эхо-импульсы, отраженные от границы стержень - контролируемое изделие и от данной поверхности, вычитают из первых эхо-импульсов вторые и по характеру и форме изменения огибающей разности сигнала определяют дефектность структуры контролируемого изделия. 1 ил.

СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в том, что в контролируемом изделии ультразвуковым преобразователем возбуждают импульсы упругих колебаний, периодически изменяют частоту заполнения в пределах каждого электрического импульса возбуждения ультразвукового преобразователя, перемещают преобразователь по поверхности изделия, вращают его вокруг своей оси, принимают эхоимпульсы, отраженные от донной поверхности изделия, и с учетом принятых эхо-импульсов определяют дефектность структуры контролируемого изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля, возбуждают импульсы упругих колебаний широкополосным ультразвуковым преобразователем через плоскопараллельный стержневой звукопровод, длина которого выбрана из условия

где l длина контролируемого изделия;
V_ст и V скорости упругих волн в стержне и контролируемом изделии,
периодическое изменение частоты заполнения осуществляют в полосе пропускания широкополосного ультразвукового преобразователя, дополнительно принимают эхо-импульсы, отраженные от границы стержневой звукопровод - контролируемое изделие, регистрируют огибающую сигнала, соответствующего разности эхо-импульсов, отраженных от границы и донной поверхности, а дефектность структуры контролируемого изделия определяют по форме и характеру изменения огибающей разностного сигнала.