Устройство для контроля прочности деталей конструкции Советский патент 1989 года по МПК G01N3/32 

4

СО со

Фиг1

314

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств материалов и элементов конструкций и может быть использовано для определения долговечности конструкций.

Цель изобретения - повьшение точности за счет снижения величины мертвой зоны.

На фиг. 1 показано устройство, об- щий вид; на фиг. 2 - схема расчета положения датчика ультразвукового контроля.

Устройство содержит образец-свидетель 1, установленный в конструкцию 2, с нанесенным в нем концентратором напряжений в виде трещины 3. На свободном торце образца-свидетеля 1 установлена пробка-волновод 4 в виде усеченного конуса, вершина которого имеет поверхность. Зазор между пробкой-волноводом 4 и наружной поверхностью образца-свидетеля 1 заполнен иммерсионной средой 5. Датчик 6 ультразвукового контроля расположен с воз- можностью перемещения по поверхности конуса. Пробка-волновод 4 размещена В бобышке 7, герметично закрепленной на поверхности конструкции 2 с помощью переходной втулки 8.

Устройство работает следующим образом.

Устройство монтируют и размещают в сквозном отверстии конструкции. Перемещают датчик 6 по образующей по- верхности усеченного конуса пробки- волновода 4 н обеспечивают контроль различных участков образца-свидетеля 1 в плоскости, проходящей нерез его ось и образующую усеченного конуса, вдоль которой перемещается датчик 6. Изменяют плоскость контроля перемещением датчика вокруг усеченного конуса образца-свидетеля.

Согласно схеме расчета положения датчика в координатах (х, у) дпя контроля дефекта в виде трещины, располагаемой на глубине h от внутреннего торца образца-свидетеля

h + + у - (1,5 D + d - x)tg « ,(1)

где tg о( у;

L, D- высота и диаметр образца- св 1детеля соответственно;

1, d- высота и диаметр цилиндрической части пробки-волновода соответственно;

714

X, у - координаты центра датчика

ультразвукового контроля на поверхности конуса; 0 - угол падения ультразвукового луча на цилиндрическую стенку пробки-волновода или образца-сйидетеля. При нормальном вводе ультразвукового луча в усеченный конус пробки-волновода 4 угол ei можно оценить из требования контроля внутреннего торца образца-свидетеля при расположении датчика 6 у нижнего основания усеченного конуса, т.е. когда у О, h О, тогда из формулы (1) следует, что

tg «/

L + 1 1,5 D + d

(2)

В этом случае угол между образующей конуса и его нижним основанием t/ определяется из выражения

с/ 90 - о.

(3)

Для фокусирования ультразвукового луча от датчика 6, расположенного у нижнего основания усеченного конуса (в данном начальном положении), луч направляют изнутри на сферическую поверхность усеченного конуса пробки- волновода 4 под утлом по отношению к вертикали, близким ко(,т.е. вдоль образующей конуса.

Применяя формулу сфериче кого зеркала

1 + 1 2 S f R

(4)

S

f

расстояние от источника до зеркала;

расстояние от зеркала до изображения источника.

S -R

2 S - R

(5)

Из формулы (5) следует, что дпя получения действительного изображения источника при f О,

55

2 SVR,

(6)

отсюда

R 2 S.

Принимая численное значение S, из равенства (6) определяют R, т.е. радиус кривизны сферической части верхнего основания усеченного конуга.

Перемещая датчик вдоль образующей конуса, т.е. изменяя S, управляют глубиной фокусировки f, которую рассчитывают по формуле (5).

Приме р. На барабане котла ЗуЭТЭЦ ВТИ устанавливают образец-свидетель с пробкой-волноводом со следующими размерами: L 100 м; 1 55 мм; D 100 мм; d 55 мм.

Из формулы (2) находят tg of хО,76, / : 37 .

Принимая S 35 мм, из равенства (6) определяют значение R, R 2 S, R 65 мм.

Таким образом, радиус R кривизны сферической части верхнего основания усеченного конуса составляет 65 мм. Перемещая датчик вдоль образующей конуса, т.е. изменяя S, управляют глубиной, фокусировки f, которую рассчи- тьшают по формуле (5) при выполнении условия (6).

Так, f 455 мм, что значительно превышает высоту образца-свидетеля, т.е. устройство позволяет контролировать образец-свидетель по всей его высоте путем перемещения излучателя вдоль образующей конуса, а перемещение излучателя по окружности конуса

30 мм, ах „ 0,76, у 23 мм. Следовательно, h

мачс

Мокс

вызывает вращение сфокусированного луча вокруг оси образца-свидетеля.

Глубина прозвучивания нормальными

( к поверхности конуса излучателями по

формуле (1) зависит от координат излучателя (х, у) относительно подерх- ности конуса: h с: 0,76 х + у.

В пробке-волноводе высота усечен- ного конуса выбрана 30 мм, т.е. у

А7 мм.

Такая пробка-волновод позволяет детально двумя системами датчиков кон- тролировать внутреннюю и наружную поверхности образца-свидетеля.

Формула изобретения

Устройство для контроля прочности деталей конструкции, содержащее образец-свидетель с концентратором напряжений, закрепленную на нем своей торцовой поверхностью пробку-волновод и

установленный на ее свободной торцовой поверхности ультразвуковой датчик, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет снижения величины мертвей зоны,

свободная торцовая поверхность пробки- волновода ,на которой с возможностью перемещения установлены ультразвуковые датчики, выполнена конической со сферическим скруглением, на котором

с возможностью перемещения установены ультразвуковые датчики.

СфераЯ

Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств материалов и элементов конструкций и может быть использовано для определения долговечности конструкций. Цель изобретения - повышение точности за счет снижения величины "мертвой" зоны. Устройство содержит образец-свидетель 1 с концентратором напряжений, установленный в отверстии конструкции 2. На его поверхности установлена пробка-волновод 4, выполненная в виде конуса со сферической вершиной. На боковой поверхности конуса устанавливаются с возможностью свободного перемещения ультразвуковые датчики 6. Положение ультразвуковых датчиков на боковой поверхности конуса позволяет регулировать зону прозвучивания в образце-свидетеле и контролировать с большой точностью изменения параметров концентратора. 2 ил.

Фиг. 2