Способ ультразвукового контроля качества изделий в виде тела вращения Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

315

Изобретение относится к неразруша- клцему контролю и может быть использовано для ультразвукового контроля сферических изделий, например для контроля качества адгезии напыленного покрытия на шаровых пальцах рулевого управления большегрузных автомобилей.

Целью изобретения является повыше- ние производительности контроля за счет уменьшения продолжительности сканирования поверхности изделия, На фиг.1 схематично изображено устройство, реализующее способ ульт- развукового контроля качества изделий в виде тепа вращения; на фиг„2 - пьезоэлемент с фокусирующей накладкой.

Устройство содержит корпус 1, внут ренняя часть которого является иммерсионной ванной 2, в донной части которой установлена кольцевая опора 3, а на внутренних боковых поверхностях ванны 2 соосно и оппозитно установле- ны излучающий и и приемный 5 пьезо- преобразователи с фокусирующими накладками 6 и 7. На верхней поверхности корпуса 1 установлена с возможностью перемещения угловая опора 8, фиксируемая винтом 9„

Внутренний диаметр и высоту коль- цевой опоры 3 выбирают таким образом что диаметральное сечение контролируемого изделия 10, например сферы с хвостовиком 11, параллельное плос- кости дна ванны 2, овпадало с главной акустической осью О1 О пьезопре- образователей 4 и 5. При этом изделие 10 размещают так, что ось его вращения образует с акустической осью преобразователей 4 и 5 угол oi , который выбирают согласно выражению

oi tf/2 + arctg a/Hj 0) где а - высота преобразователей; Н - расстояние между излучающим и приемным преобразователями «

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Устанавливают контролируемую сферу 10 с хвостовиком 11 на кольцевую опору 3„ Прижимают хвостовик 11 к угловому упору 8. Перемещают угло- вой упор 8 по верхней поверхности корпуса 1 и закрепляют его винтом в таком положении, что площадь экваториального сечения сферы 10 совпадает с прямой, соединяющей нижний край поверхности фокусирующей накладки 7 преобразователя 5 с верхним краем накладки 6 преобразователя 4. Наливают в иммерсионную ванну 2 контактную жидкость, подключают пьезо- преобразователи 4 и 5 к разъемам ультразвукового дефектоскопа (не показаны), работающего в раздельном (теневом) режиме, и поворачивают сферу 10 посредством вращения хвостовика 11 на 360°, фиксируя ось вращения сферы 10 относительного корпуса 1 путем прижима сферы 10 к опоре 3 и хвостовика 11 к угловому упору 8, Наличие расслоений между материалом сферы 10 в области про- звучивания флксируют по уменьшению амплитуды сигнала на дефектоскопе. За счет размещения сферы 10, так что ось ее вращения Ог о образует с акустической осью О1О преобразователей 4 и 5 угол ot , выбранный согласно выражению (1), за один полный оборот сферы в каждый момент времени контролируется зона поверхности, равная ширине и суммарной высоте преобразователей 4 и 5. У поверхности сферы 10, обращенной к преобразователю 5, контролируется часть поверхности, расположенная выше плоскости экваториального сечения, а у поверхности сферы 10, обращенной к преобразователю 4, контролируется часть поверхности, расположенная ниже плоскости экваториального сечения сферы 10,

Для получения максимальной чувствительности ультразвук (УЗК) фокусируют на расстоянии Н/2 от преобразователей по акустической оси. Именно при таком фокусном расстоянии коэффициент прозрачности на границе иммерсионной среды с изделием максимален (УЗК падает нормально на поверхность изделия). В зависимости от технологии контроля и предъявляемых к нему требований фокусирующую накладку на пьезоэлементы выполняют либо в виде набора дискретных пластин, перекрывающих определенные зоны поверхности излучения пьезоэлемен та или сдвигающих в них фазу, либо для фокусировки на пьезоэлементы устанавливают фокусирующие линзы.

В первом случае для фокусировки н пьезоэлементы наносят полосы звукопоглощающего материала (фиг.2) дискsI5381

ретно по обе стороны от акустической оси на участках, определяемых из соотношения

)п- ,

r«e Убч

4nV

+ ...;

(3)

(4

Выражение для у gn и упп определи- ется из условия, при которых сдвиг фаз для активных (излучающих) участков поверхности пьезоэлементов не превышает 7(2п+1) (п 1,2,3...), где yg и уоп расстояние от акус- тической оси до ближнего и дальнего краев п-й звукопоглощающей полосы (Фиг.2);

S п - ширина звукопоглощающей полосы;

- длина волны иммерсионной жидкости; Н - расстояние между излучающими поверхностями преобразователей.

Выражения (2)-(4) определяются из условий, при которых сдвиг фаз для

активных излучающих участков поверхности пьезоэлементов не превышает . В качестве звукового поглотителя используются тонкие слои прессованного пенопласта,

В другом случае для того, чтобы повысить энергию излучаемых колебаний в места зон, определяемых выражением (2), устанавливают звукопровод- ные полосы, сдвигающие фазу упругой волны по отношению к соседним участкам на и , При этом толщина звуко- проводных пластинок определяется из выражения

d (2f)-1ce с (с е- с Л,

где f - рабочая частота преобразователя; скорости звука в материа-

ле полос и жидкости, В качестве материала для звукопрозрачных пластин может быть использовано оргстекло, алюминий.

Для фокусировки ультразвука на пьезоэлементы можно устанавливать фокусирующую накладку, имеющую форму линзы с фокусным расстоянием Н/2. Рассчитанная для этого случая форма

0 5

0

5

0

5

0 5

0

176

излучающей поверхности линзы имеет

внд:а

Y - Н-Х-(Се - СА )Се ,

где X - координата, совпадающая с

акустической осью; Y - координата, перпендикулярная X и лежащая в плоскости расположения акустической оси и оси вращения изделия.

В качестве вещества линзы может быть использован глицерин, алюминий, оргстекло. Если ширина зондирующего импульса достаточно большая,то, исходя из простоты, предпочтительны накладки из звукопрозрачных или плоских звукопрозрачных пластин, устанавливаемых на излучаюшей поверхности пьезоэлементов (фиг.2). Если же по методике контроля требуется короткий зондирующий импульс (например, при контроле изделий малых размеров) , то в качестве фокусирующей накладки используют акустическую линзу (фиг.1).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно повысить производительность контроля качества сплавления покрытия с основным материалом на сферических изделиях за счет расширения зоны контроля при сохранении чувствительности во время сканирования и, следовательно, уменьшения его продолжительности. Формула изобретения

Способ ультразвукового контроля качества изделий в виде тела вращения, заключающийся в том, что устанавливают в иммерсионной ванне контролируемое изделие, осуществляют его вращение, в процессе которого вводят в изделие ультразвуковые колебания излучающим преобразователем, принимают сигналы приемным преобразователем и по амплитуде принятых сигналов судят о качестве изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности контроля, устанавливают излучающий и приемный фокусирующий преобразователи с диаметрально противоположных сторон изделия, размещают изделие так, что ось его вращения образует с акустической осью преобразователей угол оЈ , который выбирают согласно выражению

i

сЈ /2 + arctg а/Н, где а - высота преобразователей;

Н - расстояние между излучаюпгим и приемным преобразователями.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для ультразвукового контроля сферических изделий. Целью изобретения является повышение производительности за счет увеличения зоны контроля и, следовательно, уменьшение продолжительности ее сканирования. В иммерсионной ванне 2 устанавливают излучающий и приемный фокусирующие преобразователи 4, 5 с диаметрально противоположных сторон изделия 10. Устанавливают его так, что ось вращения ОЪЪОЪЪ, образует с акустической осью осью ОЪОЪ преобразователей 4, 5 угол α, в результате чего за один полный оборот изделия в каждый момент времени контролируется зона поверхности, равная ширине и суммарной высоте преобразователей 4 и 5, что уменьшает продолжительность сканирования изделия. 2 ил.

&t/&2