Ультразвуковой способ определения остаточной долговечности элементов конструкции Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к методам нераэрушающего. контроля, а именно к возможности определения долговечности элементов судов, в авиации и других областях машиностроения.

Целью изобретения является снижение трудоемкости и повышение точности путем контроля поверхностного слоя изделия.

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа.

Устройство состоит из генетатора 1 ультразвуковых колебаний, соединенного с излучателем 2, установленным на контролируемый участок изделия 3, приемника 4 ультразвуковых колебаний, последовательно соединенного с усилителем 5 и измерителем 6 амплитуды электрических колебаний.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе для определения остаточной долговечности элементов конструкции измеряют изменение затухания поверхностных волн Рэлея на двух частотах. Измерение затухания осуществляют до начала эксплуатации и в момент контроля изделия в процессе его эксплуатации. Изменение затухания характеризует динамику развития поверхностных дефектов по отношению к начальному состоянию материала и позволяет определять остаточную долговечность элементов конструкции.

Способ осуществляется следующим образом.

На контролируемый участок изделия 3 устанавливают излучатель 2 и присл

00

fo

to

емник 4 на выбранном расстоянии ( мм). излучатель последовательно возбуждается генератором 1 на частотах ft 20 МГц и f 3 МГц, После прохождения контролируемого участка поверхностные волны преобразуются в электрический сигнал приемником 4, усиливаются усилителем 5 и подаются на измеритель 6 амплитуды электриче- ских колебаний.

Выбор частот объясняется тем, что при усталостном разрушении в поверхностном слое толщиной 3 размеров зерен в течение 10-15% долговечности элемента конструкции формируется плотность микроповреждений, близкая к критической. В остальной толще металла (контролируемой на частоте fj) критическая плотность микроповреждений достигается непосредственно перед разрушением .

Остаточную долговечность образца вычисляют по формуле, которую можно выразить через значения измеренных амплитуд. Амплитуда волны, прошедшей расстояние L, вычисляется по формуле

А° AQexp(-2c/L),

где А0 - амплитуда возбуждаемой волны d - коэффициент затухания. Изменение амплитуды прошедшей волны, вызванное повреждениями материала, описывается следующей формулой:

А А0ехр ( + do/) ,

где ud - изменение коэффициента затухания, вызванное повреждениями в материале. Измеряя амплитуды волн, прошедших расстояние L до начала эксплуатации А° и после некоторой наработки А1, получим значение изменения коэффициента затухания

-

Подстановка значения о/ в выражение для остаточной долговечности на частотах Ј1 и f 2 приводит к формуле остаточной долговечности через а шл1ггуды поверхн остных волн, измеренных до начала эксплуатации и по- слге некоторой наработки

1 4

In

А

Сравнение результатов вычисления остаточной долговечности по приведенной формуле с наработанным числом циклов показывает, что предложенная методика контроля позволяет прогнозировать момент разрушения. В качестве критерия выработки ресурса следуAi

ет взять отношение In

А

1 А

равное 0,7. Это соответствует 70% исчерпания ресурса конструкции и обеспчивает безопасную эксплуатацию.

Применение этого метода позволит повысить точность прогноза за счет учета изменения приповерхностной структуры образца в процессе усталостного разрушения. Снижение трудоемкости достигается за счет сокращения работ, связанных с изготовлением и установкой образцов-свидетелей, и за счет того, что поверхностные волны позволяют контролировать одновременно большую поверхность конструкции, определяемую расстоянием между приемным и излучающим датчиками. Кроме того, отпадает необходимость в работах, связанных с измерением нагружения и напряжений, действующих в зоне контроля.

Формула изобретения Ультразвуковой способ определения остаточной долговечности элементов конструкции, заключающийся в том, что возбуждают и принимают ультразвуковые колебания, прошедшие контролируемый участок конструкции, измеряют параметры принятых колебаний, по значению которых судят об остаточной долговечности элементов конструкции, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и повышения точности путем контроля поверхностного слоя изделия последовательно возбуждают волну Рэ- лея в слое толщиной не более трех размеров зерен и в слое толщиной не менее десяти размеров зерен материал конструкции, в качестве параметров принятых колебаний измеряют коэффициент затухания, а остаточную долговечность N определяют по формуле

Нл 1 Ост

А 1 ° г г

где

;

и °( значения коэффициента затухания соответственно до начала экс- плутации в i-й мо51582119

мент измерений в слое толщиной не более трех размеров зерен материала конструкции;

и ef - то же, в слое толщиной не менее десяти размеров зерен материала конструкции.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля, а именно к возможности определения долговечности элементов судов, в авиации и других областях машиностроения. Целью изобретения является снижение трудоемкости и повышение точности путем контроля поверхностного слоя изделия. В предлагаемом способе для определения остаточной долговечности элементов конструкции измеряют изменение затухания поверхностных волн Рэлея на двух частотах. Измерение затухания осуществляют до начала эксплуатации и в момент контроля изделия в процессе его эксплуатации. Изменение затухания характеризует динамику развития поверхностных дефектов по отношению к начальному состоянию материала и позволяет определить остаточную долговечность элементов конструкции. 1 ил.