Способ ультразвукового контроля изделий (его варианты) и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества материалов и изделий и может быть использовано при ультразвуковом контроле толстостенных изделий.

Цель изобретения - повышение качества контроля в толстостенных изделиях, расположенных на разной глубине.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - режимы работы отдельных элементов устройства.

Устройство содержит синхронизатор 1, усилитель 2, индикатор 3, один вход которого соединен с синхронизатором 1, а второй через усилитель 2 с пьезопреобразователем 4, расположенным в корпусе 5. Устройство снабжено температурным и электрическим деполяризаторами пьезопреобразователя 4. Температурный деполяризатор содержит установленный в корпусе 5 пьезопреобразователя 4 нагревательный элемент 6 и блок 7 питания, соединенный электрически с нагревательным элементом с помощью регулятора 8. Электрический деполяризатор содержит блок 9 высокого электрического напряжения с формирователем 10 напряжения, регулятор 11 его амплитуды и переключатель 12 режима работы Выход блока 9 высокого напряжения соединен с пьезопреобразователем 4.

Электрический деполяризатор одновременно служит генератором зондирующих импульсов и поляризующим элементом пьезопреобразователя 4.

Возбуждающим импульсом служит задний фронт пилообразного высокого напряжения, а поляризующим - его передний фронт.

Подключенный к синхронизатору 1 формирователь 10 напряжения имеет генератор (не показан) прямоугольных импульсов в, предназначенный для управления ключевой схемой выработки пьедестала длительностью т блоком 9 высокого напряжения.

Регулятор 11 амплитуды зондирующих импульсов предназначен дпя выбора величины заднего фронта е пилообразного высокого напряжения г или дг/для выработки пьезопреобразователем 4 зондирующего импульса ж. Кроме того, блок 9 высокого напряжения имеет регулятор коэффициента нелинейности переднего фронта пилообразного с пьедесталом напряжения (не поЈ

О

w

i

ю

казан), который предназначен для выравнивания чувствительности к равновеликим дефектам, расположенным на различном расстоянии от пьезопреобразователя 4. На эпюрах напряжения показаны импульсы к и л эхо- сигналов от равновеликих дефектов, расположенных на различной глубине в контролируемом изделии.

Переключатель 12 режима работы выполняет три функции: устанавливает блок 9 в режимы деполяризации, поляризации и подачи на пьезопреобразователь 4 в зависимости от толщины контролируемого изделия однополярного г или биполярного р, пилообразного напряжения.

Для поляризации пьезопреобразователя 4 предназначен формирователь 10 напряжения, который управляет выработкой блоком 9 высокого напряжения пилообразного с пьедесталом однопол я рного г и би- полярного д напряжений.

Для возбуждения зондирующих ультразвуковых импульсов жг ьезопреобразовате- ля 4 предназначен крутопадающий задний фронт е пилообразного напряжения, ампли- туда которого устанавливается с помощью регулятора 11 амплитуды блока 9 высокого напряжения. Регулятор 11 амплитуды выполнен в виде, например, регулируемого делителя напряжения,

Выравнивание чувствительности к дефектам осуществляется регулированием коэффициента нелинейности переднего фронта Упилообразного напряжения с помощью установленного в блоке 9 высокого напряжения регулятора нелинейности переднего фронта пилообразного напряжения.

Импульсы а синхронизатора 1 служат для управления формирователем 10 напря- жения и запуском генератора развертки индикатора 3, который вырабатывает импульсы/1б пилообразного напряжения.

Способ ультразвукового контроля изделий по первому варианту осуществляется следующим образом.

Перед подачей импульсаУот синхронизатора 1 на вход формирователя 10 напряжения пьезопреобразователь 4 предварительно располяризовывают, Для этого включают переключателем 12 режима работы электрический деполяризатор. Для этого на пьезцпреобразователь 4 от блока высокого напряжения подают располяризу- ющее пилообразное напряжение 1,сформи- рованное формирователем 10 напряжения путем переключения переключателя 12 режима работы из положения, например, положительная поляризация, в положение отрицательная поляризация и обратно.

Одновременно с этим регулятором 11 амплитуды уменьшают величину заднего фронта е пилообразного напряжения после каждого переключения переключателя 12 режима работы. Эти операции проводят до тех пор, пока через усилитель 2 индикатором 3 не будут фиксироваться зондирующие импульсы ж .

- После проведенной деполяризации пьезопреобразователя 4 и перед поиском дефектов проводят предварительную настройку устройства. Переключателем 12 режима работы устанавливают форму и полярность напряжения (эпюра г или д /фиг. 2) блока 9 высокого напряжения в зависимости от толщины контролируемого изделия. При небольшой толщине (до 60 мм) переключателем 12 режима работы подают на пьезопреобразователь 4 высокое напряже- при этом пьезопреобразователь 4 не доводят до режима полной поляризации. При толщине более 60 мм подают напряжение д и пьезопреобразователь 4 поляризуется полностью, что позволяет обнаруживать дефекты 1, находящиеся на большом удалении от пьезопреобразователя 4. После этого в блоке 9 высокого напряжения регулятором коэффициента нелинейности устанавливают величину нелинейности переднего фронта е пилообразного на пряжения г или д из того расчета, что, чем выше затухание ультразвуковых колебаний в материале изделия, тем более выпуклым будет передний фронт з//высо- кого пилообразного напряжения, а чем меньше - тем более вогнутым. Это позволяет выравнивать чувствительность устройства к дефектам независимо от глубины их залегания,

При послойном контроле изделий регулятором 11 амплитуды зондирующего импульса устанавливают вначале амплитуду заднего крутопадающегб фронта е пилооб- разного напряжения VWi и д минимальной величины, но достаточной для обнаружения приповерхностных дефектов, а для более глубоко расположенных амплитуду увеличивают,

Для безгистерезисного возбуждения пьезопреобразователя 4 на него поступает пилообразное г или д напряжение с пьедесталом, величину которого устанавливают в зависимости от величины коэрцитивного поля материала пьезопреобразователя. В результате чего процесс поляризации идет по предельной кривой петле гистерезиса, что позволяет избежать ошибки при определении величины дефекта по амплитуде сигнала, отраженного от его поверхности.

В результате проведенных действий пьезопреобразователь А наполяризовыва- ется до определенной наперед заданной величины и при достижении пилообразным напряжением своего заднего фронта, например, в точке е пьезопреобразователем 4 возбуждается зондирующий импульс ж (воз- буждение осуществляется задним фронтом пилообразного напряжения блока 9 высокого напряжения). В результате чего генерируется ультразвуковой импульс, который поступает в контролируемое изделие и, отразившись от дефекта, возвращается на тот же пьезопреобразователь 4, При этом на пьезопреобразователь воздействуют восходящим передним фронтом з высокого напряжения пилообразного V с которым суммируются каждый импульс к и л сигна- лов от дефектов, поступивших на пьезопреобразователь. По величине амплитуды Ед судят о величине, а по положению на временной развертке индикатора 3, создаваемой генератором развертки, который вырабатывает импульсы б пилообразного напряжения, судят о глубине залегания дефектов.

Способ ультразвукового контроля изделий по второму варианту осуществляется тем же устройством следующим образом.

Так же, как и при реализации первого варианта способа, перед подачей от синхронизатора 1 на генератор развертки индикатора 3 и на вход формирователя 10 напряжения импульса пьезопреобразователь 4 предварительно располяризовывают. Для этого включают температурный деполяризатор. Его применяют преимущественно тогда, когда поиск дефектов проводится в нагретых изделиях до температуры, не превышающей температуру точки Кюри материала пьезопреобразователя 4.

Для этого пьезопреобразователь 4 нагревают элементом 6, находящимся в одном корпусе 5с пьезопреобразователем. Нагрев осуществляют от блока 7 питания, а температуру нагрева устанавливают регулятором 8 и поддерживают ее выше точки Кюри в течение всего времени поиска дефектов.

В этом случае под действием теплового поля пьезопреобразователь 4 располяризо- вывается и его поляризация в режиме поиска дефектов осуществляется только электрическим полем блока 9 высокого напряжения. Этим достигается безгистере- зисное возбуждение пьезопреобразователя 4.

Как и при реализации первого варианта способа, проводят предварительную настройку устройства. Переключателем 12 режима работы устанавливают форму и

полярность напряжения (эпюрыУ или д) блока 9 высокого напряжения в зависимости от толщины контролируемого изделия. После этого в блоке 9 высокого напряжения регулятором коэффициента нелинейности устанавливают величину нелинейности переднего фронта з пилообразного напряжения г или д При послойном контроле изделий регулятором 11 амплитуды

0 зондирующего импульса устанавливают ам- плитуду пилообразного высокого напряжения д Чакой, которая была бы достаточной для обнаружения приповерхностных дефектов изделия, а для более глу5 бинных слоев эту амплитуду увеличивают до максимальной величины.

После этого осуществляется поляризация пьезопреобразователя 4, с блока 9 поступает сформированное формирователем

0 10 пилообразное напряжение Уили пьедестала, так как в этом случае величина коэрцитивного поля пьезопреобразователя равна нулю. В результате чего пьезопреобразователь наполяризовывается, а при до5 стижении максимальной величины переднего фронта з пилообразного напряжения его задний крутопадающий фронт возбуждает в пьезопреобразователе зондирующий импульс ж В результате чего гене0 рируется ультразвуковой импульс, который проникает в контролируемое изделие, и, отразившись от дефекта, поступает на тот же пьезопреобразователь 4. При этом на него воздействуют восходящим передним фрон5 том высокого пилообразного напряжения и то же самое г или д 1с которым суммируются преобразованные в электрические импуль- сы прошедшие усилитель 2 сигналы к и h 1 от дефектов. По величине амплитуды Ед су0 дят о величине, а по положению их на временной развертке б индикатора 3 судят о глубине залега:;1 ;я дефектов.

После проверки контролируемого изделия пьезопреобразователь, находящийся

5 под действием температурного деполяризующего поля, располяризовывается установкой регулятора 11 амплитуды в нулевое положение. В результате чего индуцированная вышеприведенным способом поляриза0 ция исчезает, так как температура пьезопреобразователя выбрана равной или большей температуры Кюри для данного материала пьезопреобразователя,

Формула изобретения

5 (57) 1. Способ ультразвукового контроля изделий, заключающийся в том, что пьезопре- образователем излучают в контролируемое изделие зондирующие ультразвуковые импульсы, периодически подают на пьезопреобразователь смещающее и поляризующее

напряжения, принимают прошедшие через контролируемое изделие импульсы и по параметрам этих импульсов определяют дефектность контролируемого изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения качества контроля толстостенных изделий, пьезопреобразователь перед излучением располяризовывают электрическим полем, а в режиме излучения и приема зондирующих импульсов на него подают смещающее и поляризующее напряжения, при этом величину смещающего напряжения устанавливают равной напряжению смещения предельной кривой петли гистерезиса пьезоп- реобразователя, а величину поляризующего напряжения увеличивают пропорционально увеличению расстояния распространения зондирующих импульсов в контролируемом изделии.

2. Способ по п. 1, заключающийся в том, что пьезопреобразователем излучают в контролируемое изделие зондирующие ультразвуковые импульсы, периодически подают на пьезопреобразователь смещающее и поляризующее напряжения, принимают прошедшие через контролируемое изделие импульсы и по параметрам этих импульсов определяют дефектность контролируемого изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения качества контроля толстостенных изделий, расположенных на разной глубине пьезопреобразователь перед излучением располяризовывают температурным, полем, а в режиме излучения и приема зондирующих импульсов на него подают поляризующее напряжение, величину которого изменяют пропорционально изменению расстояния распространения зондирующих ультразвуковых импульсов в контролируемом изделии. 3. Устройство для ультразвукового контроля изделий, содержащей,синхронизатор, усилитель, индикатор, к входам которого подсоединены выходы синхронизатора и усилителя, установленный в корпусе пьезопреобразователь, соединенный с усилителем, и регулятор временной регулировки чувствительности, отличающееся тем, что, с целью повышения качества контроля путем повышения равновероятного выявления дефектов толстостенных изделий, расположенных на разной глубине, оно снабжено температурным деполяризатором в виде последовательно соединенных нагревателя, регулятора и блока питания и электрическим деполяризатором в виде соединенного с пьезопреобразователем блока высокого напряжения, формирователя пилообразного напряжения, переключателя режима работы и регулятора, соединенных со входами блока высокого

напряжения, при этом формирователь пилообразного напряжения соединен с выходом синхронизатора.

О

U

9иг. 2