Способ ультразвукового контроля качества изделий Советский патент 1989 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области акустических методов неразрушакнцего . контроля и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии изделий, например, изделий., со сварными соединениями.

Цель изобретения - повышение чувствительности контроля за счет согласования фаз частотных составлякяцих данного эхо-импульса и дополнительного импульса.

На фиг. 1 представлена функцио- нальная схема устройства, реализующего способ УЗ-контроля качества издеЛИЙ; на фиг. 2 - суммарная спектральная характеристика, полученная на бездефектном участке изделия из тита- ;на с диффузионной сваркой; на фиг. 3- суммарная спектральная характеристика, полученная на дефектном участке изделия из титана с диффузионной сваркой (дефект - строчечный непровар длиной 0,04 мм и раскрытием 0,005 мм).

Способ УЗ-контроля качества изделий заключается в следу1 Т1ием.

Формируют в демпфере преобразователя отражающую плошалку на расстоясо

пни h от пьезопластнны. Расстояние выбирают из выражения

12П-1) 2f.

.где f, -2Ь р. С 12п-а - 2f.

f. С t n

верхняя частота спектра отраженного в демпфере эхо- импульса на уровне 0,5; нижняя частота спектра отраженного в демпфере эхо-импульса на уровне 0,5; скорость распространения УЗ-колебаний в материале демпфера;

время распространения импульса УЗ-колебаний от пье- зопластины до донной поверхности изделия; 1 7

1} 9 .у

Излучают пьезопластиной преобразователя в изделие импульс УЗ-колебаний и принимают ее эхо-импульсы рт донной поверхности изделия и отражаюд;ей пло- .щадки демпфера. Измеряют частоту минимума суммарного спектра принятых эхо-импульсов и определяют по ней качество изделия.

Устройство, реализующее способ УЗ-контроля качества изделий, содержит последовательно соединенные генератор 1 коротких импульсов, широкополосный усилитель 2, временной селектор 3, осциллограф А и анализатор 5 спектра. Кроме того, устройство содержит пьезопластину 6 с звукопроводящим демпфером 7. .Пьезопластина 6 электрически, соединена с выходом генератора 1 и.входом усилителя 2. На тыльной стороне демпфера 7 выполнена отражающая площадка 8. Позицией 9 на фиг. .1 обозначено контролируемое изделие, позицией 10.-слой контактной жидкости между, пьезолластиной 6 и изделием 9. .Способ УЗ-контроля качества изделий реализуется следующим образом.

Определяют расстояние h между отражающей площадкой 8 демпфера 7 и пьезопластиной 6, .удовлетворяющее условию

2h)U

сЛ

где f, ,f- - верхняя и нижняя .частоты спектра отраженного в демпфере 7 эхо-импульса

19

10

15

на уровне 0,5 соответственно ;

скорость распространения УЗ-колебаний в материалах демпфера 7. изделия 9 и слоя 10 жидкости соответственно;

толщина изделия 9 и слоя 10 жидкости соответственно,

П 1 , 2, 3,... .

Для контактного варианта контроля, в котором можно допустить h -О, условие упрощается

С, С,,С

и h

2h 2hji С Си

12пЧ 1

2f,

20

Удобнее всего выбрать расстояние h из условия

h

5

0

5

0

5

0

5

где fp - рабочая частота пьезопластины 6.

Так, например, при контроле качества диффузионной сварки изделия 9 из титана (С , 6000 м/с) толщиной h 1. 15 мм пьезопластиной 6 из ЦТС-19

п

на рабочую частоту „ 5 МГц при использовании в качестве демпфера 7 из материала ЦТС-19 (С 3600 м/с), а в качестве материала слоя 10 жидкости - воды (С. 1490 м/с, h 365 мм), расстояние h выбирается равным 18 мм. В тех же условиях для контактного варианта контроля расстояние h выбирается райным 9 мм.

Выполняют в демпфере 9 отражающую площадку 8 на определенном расстоянии h и устанавливают пьезопластину . 6 на изделие 9 через слой 10 контактной жидкости. Пьезопластина 6, работающая, например, в полосе частот 4- 6 МГц, возбуждается генератором 1. Пьезопластина 6 излучает через слой 10 в изделие 9 импульс УЗ-колебаний. Аналогичный импульс УЗ-колебаний излучается пьезопластиной 6 в демпфер 7, УЗ колебания, распространяясь в материалах изделия 9 и демпфера 7, отражаются от донной поверхности первого и отражающей площадки 8 второго. Пьезопластина 6 принимает отраженные эхо-импульсы и преобразует их в электрические сигналы. Эти сигналы усипи- ваются усилителем 2 и через селектор 3, который селектирует, эхо-импульсы от сигналов помех, поступают на вход

5147111

осциллографа 4 для индикации и на анализатор 5 для анализа суммарного спектра.

Благодаря выбору расстояния h величина задержки между донным эхо-сигналом в контролируемом изделии 9 и эхо-сигналом от площадки 8 демпфера 7 равна, например, 1/2 fp.. В этом

случае в суммарном спектре этих сигналов будет находиться частотный минимум на частоте, близкой к частоте fp со стороны низких или высоких частот. При отсутствии дефектов спектр донного эхо-сигнапа, как и спектр эхо-сигнала от площадки 8 демпфера 7 всегда неизменен и, следовательно, частотный минимум в суммарном спектре находится на одной фиксированной частоте, например 5,09 МГц (фиг. 2). При наличии дефекта на пути распространения УЗ-колебаний дон- ньй эхо-сигнал в контролируемом изделии 9 изменяет распределение фаз частотных составляющих, что приводит к другому положению частотного минимума в суммарном спектре (фиг. 3).По положению частотного минимума в суммарном спектре определяют качество изделия.

Способ УЗ-контроля качества изделий в иммерсионном и контактном вариантах позволяет выявить дефекты в виде сжатых строчечных непроваров, имеющих величину раскрытия 0,1 мкм и минимальную длину строчки 0,005 мм

Расположение частотного минимума в полосе частот от f , до f обусловлено тем, что вне этой области час- TOt минимум будет находиться между двумя соседними максимумами, амплитуды которых могут отличаться более чем в два раза друг от друга, и, вследствие этого, частотньш минимум становится нечетко выраженным. Ис

пользование в качестве дополнительного импульса отраженного площадкой демпфера эхо-импульса по сравнению с радиоимпульсом позволяет избежать размытости частотного минимума в суммарном спектре, что затруднило бы его измерение, а также появления в некоторых случаях нескольких частотных минимумов, близко рас.положенных

0

g п 5 0

5

5

0

9 6

между собой, что также затруднило бы получение информации.

При работе в иммерсионном варианте, когда появляется возможность варьировать высоту зазора, заполненного контактной жидкостью, допускается использование УЗ-преобразователя с демпфером, отражающая площадка которого располагается на пересчетном расстоянии от пьезопластины, благодаря обеспечению задержки между принимаемыми эхо-импульсами путем изменения величины зазора.

Формула изобретения

Способ ультразвукового контроля качества изделий, заключающийся в излучении преобразователем с демпфером и пьезопластиной в изделие импульса ультразвуковых колебаний, приеме эхо- импульса от донной поверхности изделия генерировании дополнительного импульса с задержкой относительно донного эхо-импульса, измерении частоты минимума суммарного спектра эхо-импульса и дополнительного импульса и определении по измеренной частоте качества изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности контроля, принимают пьезопластиной отраженный отражающей площадкой демпфера, расположенной на расстоянии h от пьезопластины, эхо-импульс, а расстояние h выбирают из выражения

(22111 ) 2h 2t / 12пз11

2f, I С / 2f2

где f, - верхнйя частота спектра отраженного в демпфере эхо-импульса на уровне 0,5; f - нижняя частота спектра отраженного в демпфере эхо-импульса на уровне 0,5;

С - скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале демпфера;

t - время распространения импульса ультразвуковых колебаний от пьезопластины до донной поверхности изделия;

,2,3,.

r . 7,5 tffiin

Фиг.г

f.ffru

,s

7.S

f.Mrn

Фиг.з

Изобретение касается акустических методов неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение чувствительности контроля вследствие согласования фаз частотных составляющих донного эхо-импульса и дополнительного импульса за счет использования в качестве дополнительного импульса эхо-импульса, отраженного от отражающей поверхности демпфера ультразвукового (УЗ) преобразователя. В демпфере УЗ-преобразователя формируют отражающую площадку, расстояние между которой и пьезопластиной определяется граничными частотами спектра используемого УЗ-импульса, толщиной контролируемого изделия и характеристиками материала демпфера. Излучают пьезопластиной УЗ-преобразователя импульсы колебаний в изделие и в демпфер. Принимают отраженный донной поверхностью изделия эхо-импульс и задержанный относительно него на определенную величину отраженный отражающей поверхностью демпфера эхо-импульс. Измеряют частоту минимума суммарного спектра принятых эхо-импульсов и определяют по ней качество изделия. 3 ил.