Способ ультразвукового контроля изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающим методам и средствам контроля и может быть использовано для ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии изделий постоянного профиля, например тел вращения, листовых из- делий, проката и т.п.

Известен способ УЗ-контроля, заключающийся в том, что в изделие вводят импульсы УЗ-колебаний, принимают эхо-импульсы от отражающей поверхности изделия и от дефектов, измеряют параметры этих импульсов и по ним определяют качество изделия.

Известен способ УЗ- контроля изделий, заключающийся в том, что на поверхности изделия устанавливают навстречу друг другу два наклонных преобразователя с различной высотой призм так, что их акустические лучи пересекаются на отражающей поверхности изделия, одновременно излучают каждым преобразователем им- пульсы УЗ- колебаний, принимают каждым преобразователем эхо-импульсы от отражающей поверхности и от дефектов как по раздельной схеме, так и по совмещенной, измеряют параметры принятых эхо-импуль- сов и определяют по ним наличие дефекта.

Известно устройство для УЗ- контроля изделий, содержащее два генератора зондирующих импульсов, два усилителя, два наклонных преобразователя, каждый из ко- торых соединен с выходом одного генератора зондирующих импульсов и входом одного усилителя, блок развертки, синхронизатор, выход которого соединен с входом первого генератора зондирующих импуль- сов и входом блока развертки, блок индикации, связанный с выходами блока развертки и первого усилителя, связанный входами с синхрогенератором и первым усилителем, а выходом - с блоком индикации, двухка- нальный блок автоматической сигнализации дефектов (АСД), каждый канал которого

включает амплитудно-временный селектор, интегратор, релейный каскад и импульсный и релейный выходы, и блок команд, соединенный с релейным выходом второго канала блока АСД. Вход второго генератора также соединен с выходом синхронизатора.

Недостаток известного способа - при-, годность лишь для выявления дефектов, ориентированных, параллельно или под малыми углами к донной поверхности, причем для изделий небольшой толщины, поскольку для дефектов типа трещин, нормальных к донной поверхности, угол падения слишком мал, что следует из необходимости получения каждым преобразователем донного эхо- импульса по совмещенной схеме. С увеличением толщины изделия угол падения должен стремиться к нулю. В итоге трещины, ориентированные нормально к донной поверхности или близко к нормали, не окажут заметного влияния ни на амплитуду донных эхо-импульсов, ни на время пробега. Другой недостаток - невысокая достоверность и надежность при приеме донных эхо-импульсЬв по раздельной схеме, поскольку здесь происходит наложение на экране блока индикации двух таких импульсов, т.о. любая электропомеха или флуктуация в электроакустическом тракте влияют одновременно на оба импульса.

Недостаток известного устройства - сравнительно низкая достоверность контроля при больших скоростях относительного перемещения преобразователей и изделия, поскольку при коммутации каналов, т.е. при поочередной работе преобразователей регистрируется вдвое меньше информации, чем в случае синхронной работы при той же частоте следования синхроимпульсов, а последняя ограничена временем распространения УЗ -колебаний в изделии. Другой недостаток - недостаточное быстродействие регистрации импульсов, поскольку результирующий сигнал дефекта вырабатывается после суммирования одноименных импульсов двух каналов.

Цель изобретения состоит в повышении достоверности УЗ- контроля изделий, в частности при высокой скорости относительного перемещения преобразователей и изделия.

Указанная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в установке на поверхности изделия двух наклонных преобразователей так, что их акустические лучи пересекаются на отражающей поверхности изделия, излучении каждым преобразователем импульсов УЗ-колебаний, приеме каждым преобразователем соответственно отраженных изделием эхо-импульсов, измеряют параметры принятых эхо-импульсов и с их помощью определяют наличие дефектов, используют идентичные преобразователи, возбуждают второй преобразователь с задержкой to относительно излучения импульса первым преобразователем, величина которой удовлетворяет условию

I/C+T.

где I - расстояние от точки ввода УЗ-колебаний в изделие до точки их отражения на поверхности изделия;

с - скорость распространения УЗ колебаний в изделии;

т-акустическая задержка преобразователя.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для УЗ-контроля изделий, содержащее два генератора зондирующих импульсов, два усилителя, два наклонных преобразователя, каждый из которых соединен с выходом одного генератора зондирующих импульсов и входом одного усилителя, блок развертки, синхро- генератор, выход которого соединен с входом первого генератора зондирующих импульсов и блока развертки, блок индикации, связанный с выходами блока развертки и первого усилителя, связанный входами с синхрогенератором и первым усилителем, а выходом - с блоком индикации, двухка- нальный блок автоматической сигнализации дефектов (АСД), каждый канал которого содержит амплитудно-временной селектор, интегратор, релейный каскад, импульсный и релейный выводы, блок команд, соединенный с релейным выходом второго канала блока АСД, дополнительно содержит генератор задержки, включенный между синхрогенератором и вторым генератором зондирующих импульсов, дополнительный блок развертки, дополнительный блок индикации и дополнительный блок АСД, идентичный основному, два триггера, вход каждого из которых соединен с импульсным выходом первого канала одного блока АСД, и соединенную с выходами триггеров схему

2И, выходы генератора задержки соединены с входами дополнительногр блока АСД, входы дополнительного блока индикации соединены с выходами дополнительного блока развертки, дополнительного блока

0 АСД и второго усилителя, выход второго усилителя соединен со входом дополнительного блока АСД, а входы блока команд соединены с релейным выходом второго канала дополнительного блока АСД и выходом

5 схемы 2И.

Использование генератора задержки, включенного между синхрогенератором и вторым генератором зондирующих импульсов, дополнительных блоков развертки, ин0 дикации и автоматической сигнализации дефектов (АСД) обеспечивают согласно способу разделение во времени эхо-сигналов от дефектов и от отражающей поверхности изделия, что дает возможность совмещения

5 и дублирования двух методов контроля и тем самым достижения цели изобретения.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для УЗ-контроля изделий; на фиг. 2 - вид с торца на контролируемое

0 изделие и наклонные преобразователи (А и В точки входа и выхода УЗ- колебаний. О - точка отражения); на фиг. 3 - вид в плане контролируемого изделия с отмеченными на нем точками А,В и 0; на фиг. 4 - изобра5 жение на первом блоке индикации при контроле изделия в соответствии с фиг. 3; на фиг. 5 - изображение на втором блоке индикации при контроле изделия в соответствии с фиг. 3.

0 Устройство для УЗ-контроля изделий содержит два наклонных преобразователя 1 и 2, например, струйного типа, изделие 3, два генератора 4 и 5 зондирующих импульсов и два делителя 6 и 7. Преобразователь 1 соединен

5 с входом усилителя 6 и выходом генератора 4, а преобразователь 2 -с входом усилителя 7 и выходом генератора 5. Устройство также содержит синхрогенератор 8, генератор 9 задержки, два блока 10 и 11 развертки и два

0 блока индикации 12 и 13. Синхронизатор 8 обеспечивает запуск генераторов 4 и 9 и блоков 10 развертки, так как соединен с их входами. Генератор 9 обеспечивает запуск генератора 5 и блока 11 развертки, так как

5 соединен также с их входами. Устройство, кроме того, содержит два одинаковых двух- канальных блока 14 и 15 АСД, два триггера 16и 17, схему 2И 18 и блок 1.9 команд. Выход синхрогенератора 8 соединен с входом блока 14 АСД, а выход генератора 9 задержки с входом блока 15 АСД. Входы первого блока 12 индикации соединены с выходами усилителя 6, блока 10 развертки и блока 14 АСД, а входы второго блока 13 индикации соединены с выходами усилителя 7, блока 11 развертки и блока 15 АСД. Каждый из каналов блоков 14 и 15 АСД включает амплитудно-временной селектор, интегратор и релейный каскад и имеет импульсный и релейный выходы (не показаны). Входы блока 19 команд соединены с выходом схемы 2И 18 и релейными выходами вторых каналов блоков 14 и 15 АСД. Вход каждого триггера 16 и 17 соединен с импульсным выходом первого канала одного блока 14 и 15 АСД. Второй вход каждого из блоков 14 и 15 АСД соединен с выходом одного усилителя 6 и 7 соответственно. Блок 19 команд выполнен, например, в виде релейной схемы и предназначен для управления механизмами фиксации и вращения контролируемого изделия 3 роботом-манипулятором, подающим изделие 3 на контроль и раскладывающего его по разным секциям в зависимости от результатов контроля, све- товой сигнализацией и различными другими механизмами (не показаны).

Способ УЗ-контроля изделий реализуется в ходе работы устройства следующим образом.

. В качестве изделия 3 используют, например, стальные диски толщиной 3-4 мм и диаметром 380-530 мм. На одинаковом расстоянии от торцовой поверхности изделия 3 устанавливают два наклонных преобразо- вателя 1 и 2 струйного типа, ориентирован- ные навстречу друг другу так, что их акустические лучи после преломления в изделии 3 в точках А и В образуют угол, вершина которого лежит в точке 0 на краю изделия, а биссектриса совпадает с его радиусом. Возбуждают при этом второй преобразователь 2 через время to после возбуждения первого преобразователя 1,

l/c t0 1/с + т,

где I - расстояние от точки ввода УЗ- колебаний в изделие 3 до его края;

с - скорость распространения нормальной волны в изделии 3;

т- акустическая задержка в преобразо- вателе 1 и 2 (пробег УЗ- колебаний в иммер- сионной жидкости). Пределы, ограничивающие величину задержки to, обусловлены тем, что при to l/c эхо-импульс от края изделия 3, принятый незадер- жанным преобразователем 1, окажется в интервале наблюдения эхо-импульсов, от дефектов, а при t0 l/c + т эхо-импульс от края, принятый задержанным преобразователем 2, окажется на временой шкале соответствующего дефектоскопа левее или на месте зондирующего импульса и, следовательно, не будет зарегистрирован.

Для каждого преобразователя формируют две зоны АСД с помощью соответствующих блоков 14 и 15, одна из которых,зона 20 (фиг. 4 и 5), соответствует временному интервалу наблюдения эхо-импульса от дефектов, принятых соответствующим преобразователем 1 или 2 при его собственном излучении, другая, а именно зона 21 (фиг.-4 и 5), совпадает с эхо-импульсом от края изделия 3, принятым этим же преобразователем 1 или 2 при излучении другого преобразователя 2 или 1. Такое разделение во времени эхо-импульсов от дефектов и от края изделия 3 и, соответственно, возможность дублирования контроля эхо-методом и дополнительно зеркально-теневым методом обеспечивается за счет задержки излучения импульса вторым преобразователем 2 на время to относительно излучения импульса первым преобразователем 1.

Контроль производили при вращении изделия 3 относительно неподвижных преобразователей 1 или 2 и подаче к ним иммерсионной жидкости. В процессе контроля в изделие 3 посредством обоих преобразователей 1 и 2 вводятся импульсы УЗ-колеба- ний, которые распространяются в нем в виде нормальных волн по линиям АОВ и BOA (фиг. 2 и 3). Принимают каждым преобразователем 1 и 2 эхо-импульсы 22 от края изделия, эхо-импульсы 23 от дефектов на участке АОВ и измеряют их амплитуды в соответствующих зонах 20, 21 АСД (фиг. 4,5), в каждой из которых установлено пороговое значение. Дефект регистрируется в случаях, когда амплитуда импульсов 23 превышает пороговое значение, а амплитуда импульсов 22 - падает ниже пороговых значений, причем в последнем случае дефект регистрируется лишь при одновременном падении амплитуды импульсов 22, что предусмотрено с целью исключения влияния электропомех и флуктуации электроакустического тракта.

При этом дефекты типа радиальных трещин лучше регистрируются с помощью импульсов 23, а дефекты, ориентированные под большим углом к радиусу, - с помощью импульсов 22.

Таким образом, при реализации данного способа выявляются дефекты любой ориентировки, а также дублируются принимаемые импульсы обоих типов.

При подаче изделия 3 на позицию контроля и его вращении относительно преобразователей 1 и 2 синхроимпульсы с выхода

синхрогенератора 8 поступают на вход генератора зондирующих импульсов 4, а также на вход генератора задержки 9, который вырабатывает импульс соответствующей длительности (в пределах 40-60 мкс), задний фронт которой преобразуется в импульс отрицательной полярности, поступающий на вход генератора зондирующих импульсов 5.

Разделенные во времени зондирующие импульсы с выходов генераторов 4,5 поступают на преобразователи 1 и 2, откуда в виде импульсов УЗ- колебаний вводятся через струю иммерсионной жидкости в изделие 3, где распространяются в виде нормальных волн, отражаясь от края изделия 3 и от дефектов, принимаются с помощью тех же преобразователей 1 и 2. Принятые эхо-импульсы поступают на вхо- . ды усилителей 6,7, а с их выходов на входы блоков 12,13,14 и 15.

Эхо-импульсы от края изделия 3 выделяются в зонах 20 и 21 блоков 14 и 15 АСД и с их импульсных выходов поступают в виде логических единиц на триггеры 17 и 16, где происходит преобразование логических единиц в нули (и наоборот). Преобразованные сигналы поступают на логическую микросхему 2И 18, которая срабатывает лишь в том случае, если напряжение на каждом входе соответствует логической единице. При отсутствии дефекта на оба входа микросхемы 18 поступают нули. При наличии дефекта амплитуды импульсов 22 падают ниже пороговых значений одновременно, на триггеры 16,17 идут нули, а оттуда на входы микросхемы 18 поступают единицы, вызывающие ее срабатывание.

Таким образом обеспечивают реализацию способа, а именно одновременную регистрацию и измерение эхо-импульсов от дефектов и от отражающей поверхности изделия. При этом нет потери информации, свойственной устройствам, работающим при коммутации каналов контроля, как в случае устройства-прототипа. Это существенно при больших скоростях относительного перемещения преобразователей и изделия. Использование связанных с импульсными выходами блоков АСД дефектоскопов триггеров и логической микросхемы 2И также обеспечивает реализацию заявляемого способа в части совместной регистрации эхо-импульсов от отражающей поверхности изделия. Это позволяет исключить влияние помех и повысить быстродействиерегистрациидефектовзеркально-теневым методом по сравнению с прототипом. Использование предлагаемого способа УЗ -контроля изделий позволяет

повысить достоверность обнаружения раз- ноориентированных дефектов при высокой производительности контроля.

Формула изобретения

1. Способ ультразвукового контроля изделий, заключающийся в том, что устанавливают на поверхности изделия два наклонных преобразователя так, что их акустические лучи пересекаются на отражающей поверхности изделия, излучают каждым преобразователем импульсы ультразвуковых колебаний, принимают каждым преобразователем отраженные изделием эхо-импульсы, измеряют параметры принятых эхо-импульсов и с их помощью определяют наличие дефекта, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля используют идентичные преобразователи, излучение импульса вторым преобразователем осуществляют с задержкой to относительно излучения импульса первым преобразователем, величина которой удовлетворяет условию l/c t0 l/c + r,.

где I - расстояние от точки ввода ультразвуковых колебаний в изделие до точки отражения на поверхности изделия;

с - скорость распространения ультразвуковых колебаний в изделии;

г - акустическая задержка преобразователя.

2. Устройство для ультразвукового контроля изделий, содержащее два генератора зондирующих импульсов, два усилителя,

два наклонных преобразователя, каждый из которых соединен с выходом одного генератора зондирующих импульсов и входом одного усилителя, блок развертки, синхрогенератор, выход которого соединен

с входом первого генератора зондирующих импульсов и входов блока развертки, блок индикации, связанный с выходами блока развертки и первого усилителя, связанный входами с синхрогенератором и первым

усилителем, а выходом - с блоком индикации двухканальный блок автоматической сигнализации дефектов, каждый канал которого включает амплитудно-временной селектор, интегратор, релейный каскад и

импульсный и релейный выходы, и блок команд, соединенный с релейным выходом второго канала блока автоматической сигнализации дефектов, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности

контроля, оно снабжено генератором задержки, включенным между синхрогенератором и вторым генератором зондирующих импульсов, дополнительным блоком развертки, дополнительным блоком индикации, дополнительным блоком автоматической сигнализации дефектов, идентичным основному, двумя триггера, вход каждого из которых соединен с импульсным выходом первого канала одного блока автоматической сигнализации дефектов и соединенной с выходами триггеров схемой 2И, выходы генератора задержки соединены с входами дополнительного блока развертки и дополнительного блока автоматической сигнализации дефектов, входы дополнительного

блока индикации соединены с выходами дополнительного блока развертки, дополнительного блока автоматической сигнализации дефектов и второго усилителя, выход второго усилителя соединен с входом дополнительного блока автоматической сигнализации дефектов, а входы блока команд соединены с релейным выходом второго канала дополнительного блока автоматической сигнализации дефектов и выходом схемы 2И.

фиъ.З