Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2472144

(19)

RU

(11)

2472144

(13)

C1

(51) МПК G01N29/04 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.12.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011136584/28, 02.09.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

02.09.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 02.09.2011

(45) Опубликовано: 10.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2295124 C1, 10.03.2007. RU 2408008 C1, 27.12.2010. SU 1350605 А1, 07.11.1987. SU 634197 A1, 25.11.1978. JP 61198056 A, 02.09.1986. GB 571817 A, 11.09.1945. JP 60181650 A, 17.09.1985. US 5063780 A, 12.11.1991.

Адрес для переписки:

614113, г.Пермь, ул. Чистопольская, 16, ОАО "Научно-исследовательский институт полимерных материалов"

(72) Автор(ы):

Карцев Геннадий Тимофеевич (RU),

Канюков Евгений Кондратьевич (RU),

Макарова Александра Евгеньевна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)

(54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЯ

(57) Реферат:

Использование: для ультразвукового контроля изделия. Сущность: заключается в том, что осуществляют ввод излучающим преобразователем ультразвуковых колебаний в изделие, прозвучивание свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде приемным преобразователем, отличающийся тем, что излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи устанавливают снаружи изделия: соответственно один со стороны корпуса, другой со стороны одного из торцов изделия, а со стороны другого торца вводят в канал изделия стержень, изготовленный из материала с малой электропроводностью, например из дерева, плоскость торца которого при установке приемного преобразователя у торца изделия с меньшим диаметром канала скошена по отношению к оси изделия под определенным углом, ориентируют торец стержня скошенной плоскостью взаимно противоположно излучающему преобразователю и перемещают его синхронно с перемещением излучающего преобразователя, а оценку качества изделия осуществляют по изменению величины сигнала на экране прибора при условии соответствия длительности развертки заданному соотношению. Технический результат: обеспечение возможности качественного, надежного и безопасного ультразвукового контроля изделий. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля изделий, например, цилиндрической формы, представляющий собой трубу из металла или стеклопластика, заполненную полимерным материалом с каналом внутри, и может быть использовано в том числе для зарядов твердого ракетного топлива.

Известны способы ультразвукового контроля, основанные на теневом прозвучивании изделий ультразвуковыми колебаниями:

- Матаушек И. Ультразвуковая техника. - М.: Металлургия, 1962, с.357-369.

- Бергман Л. Ультразвук. - М.: ПИЛ, 1957, с.432-444.

- Шрейбер Д. Ультразвуковая дефектоскопия. - М.: Металлургия, 1965, с.79-122.

В соответствии с данными способами приемный и излучающий преобразователи, активные элементы в которых выполнены из пьезоэлектрических или магнитострикционных материалов, размещают взаимно противоположно по разные стороны контролируемого изделия и при перемещении преобразователей или изделия относительно друг друга сканируют поверхность изделия при его контроле.

Для обеспечения акустических контактов ультразвуковых преобразователей с поверхностью контролируемого изделия используют, как правило, разнообразные жидкости, например воду, глицерин, трансформаторное масло, водный раствор карбоксиметилцеллюлозы и др. в виде тонких слоев контактной жидкости. В ряде случаев контроль проводится при погружении контролируемого изделия в специальные емкости, заполненные иммерсионной жидкостью. Обеспечение акустического контакта ультразвуковых преобразователей с помощью описанных выше способов представляет определенные трудности. А при контроле, например, зарядов твердого ракетного топлива введение механических приспособлений с ультразвуковым преобразователем в канал изделия представляет определенную опасность в связи с возможностью загорания топлива. Погружение ультразвуковых преобразователей и зарядов в жидкость, с одной стороны, усложняет и удорожает процесс контроля в связи с необходимостью разработки, изготовления и установки специального дорогостоящего оборудования, а с другой стороны, возможность погружения зарядов в жидкость зависит от степени воздействия ее на физико-механические характеристики топлива.

Известен также способ ультразвукового контроля (Заклюковский В.И., Карцев Г.Т. Применение пьезоэлектрических преобразователей для бесконтактного ультразвукового контроля изделий / Дефектоскопия, 1978, 3, с.28-33). Сущность данного способа заключается в том, что ввод ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие излучающим преобразователем и прием ультразвуковых колебаний, прошедших свод изделия, приемным преобразователем осуществляется в воздушной среде. Данный способ позволяет контролировать изделия цилиндрической и конической формы с внутренним каналом, в том числе заряды твердого ракетного топлива.

Существенная особенность данного способа заключается в том, что при переходе границы воздух - изделие значительная часть энергии ультразвуковых колебаний отражается и только малая ее часть проходит через эту границу. Это обстоятельство хорошо иллюстрирует известная зависимость коэффициента отражения на границе двух сред от волновых сопротивлений этих сред:

,

где R - коэффициент отражения на границе двух сред;

1 - плотность материала первой среды;

c 1 - скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале первой среды;

2 - плотность материала второй среды;

c 2 - скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале второй среды.

Действительно, с учетом того, что волновое сопротивление воздушной среды значительно меньше волнового сопротивления твердой среды, имеет место отражение значительной части энергии ультразвуковых колебаний на границе этих сред. Это обстоятельство накладывает определенные ограничения в отношении практической реализации данного способа. Так, если при контроле изделий с каналом, диаметр которого превышает длину преобразователя, возможности оптимальной установки (перпендикулярно поверхности канала) преобразователя имеются, то при каналах, диаметр которых меньше или соизмеримы с длиной преобразователя для обеспечения возможности бесконтактного контроля, приходится использовать схему контроля по взятому за прототип способу ультразвукового контроля (патент на изобретение 2295124),отличительной особенностью которого является ввод в канал и ориентирование вдоль оси канала ультразвукового преобразователя, трубы и пластины.

Недостаток данного способа заключается в том, что при диаметрах каналов, соизмеримых с диаметром преобразователя, ввод в канал устройства с преобразователем, трубой и пластинкой становится весьма проблематичным, а в ряде случаев вообще невозможным. Другой недостаток состоит в том, что если наполнитель представляет собой горючий полимерный материал с большой чувствительностью к механическим воздействиям, то введение в канал изделия и перемещение механического преобразователя с трубой и пластинкой крайне опасно. Поэтому несмотря на принципиальную возможность контроля таким образом изделий с малыми каналами, применять разработанных на предприятии унифицированных преобразователей диаметром 30-40 мм возможно лишь для изделий с каналами больше 50 мм, а для изделий меньше 50 мм необходимо в каждом конкретном случае разрабатывать конкретные преобразователи для каждого изделия, что существенно усложняет процесс контроля и приводит к уменьшению отношения сигнал/шум аппаратуры по отношению с унифицированными преобразователями.

Практический опыт бесконтактного ультразвукового контроля изделий на предприятиях отрасли показал, что процент изделий, внутренний диаметр которых соизмерим с размерами ультразвуковых преобразователей, достаточно высок. Чтобы обеспечить возможность выявления дефектов в изделиях, когда применение ультразвуковых методов невозможно, привлекают для решения данной проблемы другие методы и средства, такие, например, как разрушающий контроль с использованием бетатронов и радиоактивных материалов, что, с одной стороны, значительно усложняет и удорожает процесс контроля изделий, а с другой стороны, все же не дает полной информации, особенно в отношении сплошности скрепления изделий, такой, какую обычно дает ультразвуковой контроль.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности, качества, надежности и безопасности ультразвукового контроля изделий, контроль которых известными способами был затруднителен или невозможен, путем создания условий для увеличения эффективности контроля, в частности повышения отношения сигнал/шум аппаратуры и исключения условий для загорания полимерного материала при проведении ультразвукового контроля таких изделий.

Технический результат достигается тем, что предлагается способ ультразвукового контроля, включающий ввод излучающим преобразователем ультразвуковых колебаний в изделие, прозвучивание свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде приемным преобразователем, отличающийся тем, что излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи устанавливают снаружи изделия: соответственно один со стороны корпуса, другой со стороны одного из торцов изделия, а со стороны другого торца вводят в канал изделия стержень, изготовленный из материала с малой электропроводностью, например из дерева, плоскость торца которого при установке приемного преобразователя у торца изделия с меньшим диаметром канала скошена по отношению к оси изделия под углом

=45- /4,

где - угол между плоскостью торца и осью изделия;

- угол между двумя диаметрально противоположными образующими поверхности канала изделия;

при установке приемного преобразователя у торца изделия с большим диаметром канала под углом

=45+ /4,

где - угол между плоскостью торца и осью изделия;

- угол между двумя диаметрально противоположными образующими поверхности канала изделия;

ориентируют торец стержня скошенной плоскостью взаимно противоположно излучающему преобразователю и перемещают его синхронно с перемещением излучающего преобразователя, а оценку качества изделия осуществляют по изменению величины сигнала на экране прибора при условии соответствия длительности развертки соотношению:

,

где Т - длительность развертки;

l 1 - длина изделия;

l 2 - расстояние от излучающего преобразователя до изделия;

l 3 - расстояние от приемного преобразователя до изделия;

d max - максимальный диаметр канала изделия;

с - скорость распространения ультразвуковых колебаний в воздухе.

Сущность способа поясняется представленной на фиг.1 схемой ультразвукового контроля, на которой схематично представлены стержень (1) со скошенным торцом, излучающий преобразователь (2), изделие (3) и приемный преобразователь (4). В соответствие с этой схемой предлагаемый способ реализуется следующим образом:

1. Устанавливают излучающий преобразователь 2 снаружи изделия 3 со стороны корпуса.

2. Устанавливают приемный преобразователь 4 снаружи изделия со стороны одного из торцов изделия.

3. Со стороны другого торца изделия вводят в канал изделия деревянный стержень 1 диаметром на 5-10 мм меньшим минимального диаметра канала, торцевая плоскость которого при установке приемного преобразователя у торца изделия с меньшим диаметром канала скошена по отношению к оси изделия под углом

=45- /4,

где - угол наклона торцевой плоскости к оси изделия;

- угол между двумя диаметрально противоположными образующими поверхности канала изделия,

а при установке приемного преобразователя у торца изделия с большим диаметром канала под углом

=45+ /4,

где - угол наклона торцевой плоскости к оси изделия;

- угол между двумя диаметрально противоположными образующими поверхности канала изделия.

Для цилиндрических каналов =45° независимо от торца изделия.

4. Ориентируют излучающий преобразователь и торцевую плоскость стержня противоположно друг другу.

5. Включают ультразвуковой дефектоскоп, вводят ультразвуковые колебания в свод изделия, прозвучивают свод, направляют ультразвуковые колебания в сторону приемного преобразователя.

6. Устанавливают развертку на экране прибора в соответствии с

,

где Т - длительность развертки;

l 1 - длина изделия;

l 2 - расстояние от излучающего преобразователя до изделия;

l 3 - расстояние от приемного преобразователя до изделия;

d max - максимальный диаметр канала изделия;

с - скорость распространения ультразвуковых колебаний в воздухе.

7. Настраивают ультразвуковой дефектоскоп с помощью эталона или имитатора дефектов.

8. Проводят контроль изделия путем взаимного перемещения излучающего преобразователя с деревянным стержнем и изделия вместе с приемным преобразователем относительно друг друга.

Предложенный способ с положительными результатами апробирован в лаборатории и в условиях опытного производства. Способ позволяет значительно расширить область применения ультразвукового контроля, повысить качество, надежность и безопасность контроля. В результате проведенных экспериментов подтверждена эффективность предложенного способа как в отношении основных параметров контроля (чувствительность, производительность, отношение сигнал/шум аппаратуры и др.), так и в отношении безопасности контроля. При контроле натурных изделий в условиях опытного производства всегда имели место четкая регистрация ультразвуковых колебаний, стабильные форма и уровень сигнала, адекватность реакции на искусственные дефекты типа расслоений, хорошая чувствительность.

Полученные положительные результаты позволяют сделать вывод о эффективности применения предложенного способа для бесконтактного контроля изделий.

Формула изобретения

Способ ультразвукового контроля изделия, включающий ввод излучающим преобразователем ультразвуковых колебаний в изделие, прозвучивание свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде приемным преобразователем, отличающийся тем, что излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи устанавливают снаружи изделия, соответственно один со стороны корпуса, другой со стороны одного из торцов изделия, а со стороны другого торца вводят в канал изделия стержень, изготовленный из материала с малой электропроводностью, например из дерева, плоскость торца которого при установке приемного преобразователя у торца изделия с меньшим диаметром канала скошена по отношению к оси изделия под углом

=45°- /4,

где - угол между плоскостью торца и осью изделия;

- угол между двумя диаметрально противоположными образующими поверхности канала изделия,

а при установке приемного преобразователя у торца изделия с большим диаметром канала под углом

=45°+ /4,

где - угол между плоскостью торца и осью изделия;

- угол между двумя диаметрально противоположными образующими поверхности канала изделия,

ориентируют торец стержня скошенной плоскостью взаимно противоположно излучающему преобразователю и перемещают его синхронно с перемещением излучающего преобразователя, а оценку качества изделия осуществляют по изменению величины сигнала на экране прибора при условии соответствия длительности развертки соотношению

где Т - длительность развертки;

l 1 - длина изделия;

l 2 - расстояние от излучающего преобразователя до изделия;

l 3 - расстояние от приемного преобразователя до изделия;

d max - максимальный диаметр канала изделия;

с - скорость распространения ультразвуковых колебаний в воздухе.

РИСУНКИ