Способ ультразвукового контроля качества материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано при исследовании и контроле физико-механических свойств материалов.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет получения более точной информации об изменении спектра отраженных образцом материала эхо-импульсов в результате изменения его физико- механических свойств.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для ультразвукового контроля качества материалов, на фиг. 2 - спектры эхо-импульсов, полученные при реализации способа ультразвукового контроля качества материалов на дюралюминиевых образцах.

Способ ультразвукового контроля качества материалов заключается в следующем.

Импульсы широкополосных ультразвуковых колебаний излучают в твердый промежуточный элемент и принимают отраженные им эхо-импульсы. Измеряют спектр однократно отраженного свободной поверхностью промежуточного элемента эхо-импульса. Затем импульсы широкополосных колебаний излучают через промежуточный элемент в образец контролируемого материала и также принимают отраженные эхо-импульсы, Принятые эхо-импульсы фиксируют в двух интервалах времени и измеряют спектры однократно отраженных границей раздела промежуточного элемента и образца и донной поверхностью образца эхо-импульсов.

Качество контролируемого материала определяют по спектрам однократно отраженных границей раздела промежуточного элемента и образца и донной поверхностью образца эхо-импульсов с учетом предварительно полученного спектра однократно отраженного свободной поверхностью промежуточного образца эхо-импульса.

Устройство для ультразвукового контроля качества материалов содержит последовательно соединенные синхрогенератор 1 и генератор 2 импульсов. Устройство также содержит приемоизлучающий преобразователь, включающий излучатель 3 и приемник 4, и промежуточный элемент 5 из твердого звукопрозрачного материала, на который установлены излучатель 3 и приемник 4. Позицией 6 (фиг. 1) обозначен образец контролируемого материала.

Кроме того, устройство содержит широкополосный усилитель 7, двухканальный временной селектор 8 и двухканальный индикатор 9. В устройство также входят второй двухканальный временной селектор 1JD,

коммутатор 11, второй генератор 12 импульсов, цифровой измеритель 13, делитель- формирователь 14 коротких импульсов, двухканальный блок 15 временных сдвигов,

блок 16 программ, второй коммутатор 17, блок 18 анализа спектра с регистратором 19 и регистратор 20 временных трасс.

Выход усилителя 7 соединен с входами селектора 8, индикатора 9 и селектора

0 10, вторые входы которых через коммутатор 11 соединены с генератором 12 и делителем-формирователем 14. Синхронизатор 1 соединен также с генератором 12, делите- лем-формирователем 14 и блоком 16. Гене5 раторы 2 и 12 соединены с измерителем 13. Блок 16 программ соединен с блоком 15 временных сдвигов. Выход блока 15 соединен с селекторами 8 и 10.

С выходов селектора 8 сигналы через

0 коммутатор 17 могут поступать на вход регистратора 20. С выходов селектора 10 через коммутатор 17 сигналы могут поступать на вход блока 18 анализа спектра и лалее на регистратор 19. Выход генератора 2 соеди5 нен с излучателем 3, а вход усилителя 7 - с приемником 4. В ходе контроля линия задержки устанавливается на образец 6.

Способ ультразвукового контроля качества материалов реализуется следующим

0 образом.

Синхронизатор 1 обеспечивает внешний запуск генератора 2, например Г5-54, который возбуждает излучатель 3. Первоначально элемент 5 находится в ненагружен5 ним состоянии и отраженный от его свободной поверхности эхо-импульс через приемник 4 и усилитель 7 поступает на входы первых каналов индикатора 9, например С1-99, и селекторов 8 и 10, например С10 70/3.

Простробированный селектором 8 сигнал через коммутатор 17 поступает на вход регистратора 20, который записывает на диаграммную ленту временную трассу с отра5 женным свободной поверхностью элемента эхо-импульсом. На вторые входы индикатора 9 и селектора 8 подаются формируемые генератором 12, например Г5-60, прямоугольные импульсы. Простробированный

0 селектором 10 сигнал через коммутатор 17 поступает на вход блока 18 анализа спектра, например СКЧ-56. Регистратором 19 на диаграммную ленту записывают спектр отраженного свободной поверхностью элемента

5 5 эхо-импульса. Затем элемент 5 под определенным давлением соединяют с исследуемым образцом 6 и записывают спектр отраженных границей раздела элемент 5 - образец б и донной поверхностью образца 6 эхо-импульсов,

С помощью индикатора 9 визуально устанавливается информативный участок временной трассы отраженного сигнала для регистрации и выбирается местоположение строб-импульов. Регистратор 20 записывает на бумажную ленту выбранный участок временной трассы, временные метки и строб-импульсы, обеспечивающие отбор эхо-импульсов для спектрального анализа, что позволяет документировать процесс контроля. С выхода делителя-формирователя 14, например Г5-72, импульсы наносе- кундной длительности подаются на вход второго канала селектора 10, в результате чего на выходе второго канала селектора 10 формируется последовательность импульсов, поступающая на вход блока 18.

Из частотных составляющих спектра импульсов, находящихся в пределах установленной для блока 18 полосы обзора, формируются отклики, записываемые регистратором 19 в виде калибрационных частотных меток. Блок 16 программ, например Г5-75, осуществляет перемещение с дискретным шагом строб-импульса вдоль временной трассы. Применение блока 16 наиболее эффективно при необходимости частого изменения в ходе контроля местоположения строб-импульсов. Блок 16 включается последовательно с блоком 15, выполненным, например, в виде вудхка- нального импульсного генератора Г5-56, запускающим развертки селекторов 8 и 10.

Измеритель 13, например 43-47А, помогает определять временные интервалы между синхроимпульсом генератора 2 и передним фронтом строб-импульса, формируемым генератором 12. Материал элемента 5 выбирают обеспечивающим импедансное согласование линии 5 задержки с приемни- куом 4 и излучателем 3, что дзет возможность получать высокоразрешающий отраженный сигнал и снизить уровень помех. В результате при реализации способа оказывыаются измеренными: FI(UJJ) - спектр эхо-импульса от свободной поверхности элемента 5; F2M - спектр эхо-импульса от границы раздела элемент 5 - образец 6; Рз (ы) - спектр эхо-импульса от донной поверхности образца 6 (фиг. 2),

С помощью измеренных величин определяют коэффициент отражения К0тр( ш ) F2 (ш) I Fi(w); условный коэффициент прохождения Tnp(w) РЗ(Й) / Fi(& ); коэффициент потерь Q( со ) Рз( ш ) / Fz( ш ) и параметр среды ПСр К0тр(й) Трр(м) Q(o),

В качестве примера (фиг. 2) приведены спектры, полученные при контроле дюралюминиевых образцов F2 ( Рз1(&)спектры, полученные на эталонном образце). В данном случае Р21( (о) и Рз1( (а ) не должны отличаться по своим значениям, так как этим параметром характризуется состояние

контактных поверхностей образцов. При несовпадении требуется доведение поверхности образца до соответствующей эталонной. Спектры Рз (ш), F з(о) зависят от состояния материала и их степень расхождения определяется техническими условиями. Обычно для спектра Рз( ш ) устанавливается некоторый порог. Образцы, которые формируют спектр Рз( (а) ниже этого порога, выбраковываются. Оценку качества материала можно осуществить, например, используя выражение АПСр ПСр- ПСр, где ПСр - параметр среды эталонного образца.

Повышение точности контроля обуспов- лено как использованием в качестве критерия забракования комплексной величины, так и исключением возможности влияния на результаты контроля резонансных нестационарных помех, формируемых в контактном слое, и записью индикатором блока анализа

спектра частотных меток.

Формула изобретения

1.Способ ультразвукового контроля качества материалов, заключающийся в излучении широкополосных импульсов колебаний в образец материала, приеме отраженных образцом импульсов колебаний, фиксировании принятых импульсов в течение двух интервалов времени, измерении

спектра зафиксированных импульсов и определении качества материала по измеренным спектрам, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, излучение широкополосных импульсов колебаний в образец материала осуществляют через твердый промежуточный элемент, в который предварительно из- лучают широкополосные импульсы колебаний, принимают отраженные промежуточным элементом импульсы колебаний и измеряют спектр однократно отраженного свободной поверхностью промежуточного элемента эхо-импульса, измеряют спектры однократно отраженных границей раздела

промежуточного элемента и образца и донной поверхностью образца эхо-импульсов, по которым определяют качество материала с учетом-спектра однократно отраженного свободной поверхностью промежуточного

элемента эхо-импульса.

2.Устройство для ультразвукового контроля качества материалов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор импульсов, лриемоизлучающий

преобразователь и усилитель, времен- ной селектор и блок анализа спектра с индикатором, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено акустически соединенным с приемоизлучающим преобразователем промежуточным элементом из

твердого звукопрозрачного материала и делителем-формирователем коротких импульсов, временной селктор выполнен двухканальным, вход делителя-формирователя соединен с выходом синхронизатора, а выход - с входом второго канала временного селектора.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет получения более точной информации об изменении спектра з 1 отраженных образцом материала эхо-импульсов в результате изменения его физико-механических свойств. Излучают широкополосные импульсы ултьтразвуко- вых колебаний излучателем 3 в промежуточный элемент 5 и принимают приемником 4 отраженные эхо-импульсы. Временным селектором 10 выделяют однократно отраженный свободной поверхностью элемента 5 эхо-импульс и измеряют его спектр блоком 18. Затем устанавливают элемент 5 на образец 6 контролируемого материала, вновь из- лучают импульсы и принимают эхо-импульсы Выделяют однократно отраженные границей раздела элемент Е-образец 6 и донной поверхностью образца эхо-сигналы и измеряют их спектры, На вход второго канала селектора 10 подают сигналы с делителя-формирователя 14, которые трансформируются блоком 19 в частотные метки. С помощью измеренных спектров определяют качество материала. 2 с. п. ф-лы, 2 ил. & О CJ N О О

W

о

Фиг. 2

3,2

М,ПГц