Устройство для ультразвукового контроля материалов

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано для обнаружения и контроля за развитием повреждений , возникаюпщх в материалах под действием внешних факторов,например , для определения ранних стадий усталостного .повреждения образцов или изделий, подвергающихся воздействию переменных нагрузок. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности выявления ранних стадий развивающего повреждения в материале за счет использования в качестве рабочих частот высших гармоник опорной частоты. Устройство содержит акустическую измерительную камеру с излучающим и приемным электроакустическими преобразователями и систе- . му для перемещения преобразователей внутри камеры относительно материала , последовательно соединенные синхронизатор и генератор радиоимпульсов , подключенный к излучающему преобразователю, усилитель, подключенный к приемному преобразователю , последовательно соединенные первый аттенюатр и осциллограф, вход запуска которого подключен к второму выходу синхронизатора, первый индикатор, подключенный к второму выходу первого аттенюатора, три полосовых фильтра, подключенных к выходу усилителя, подключенные к выходу первого полосового фильтра последовательно соединенные блок вычитания и нуль-индикатор, генераторопорного напряжения, соединенный с вторым входом блока вычитания, под-. ключенные к выходу второго полосового фильтра последовательно соединенные второй аттенюатор и второй индикатор , а выход третьего полосового фильтра соединен с входом первого аттенюатора. 1 ил. с сл с:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (q)) 4 (01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3686418/25-28 (22) 02.01.84 ,(46) 07.05.86. Бюл. У 17 (71) Институт проблем прочности

АН УССР (72) Ю.Г. Безымянный, В.А. Кузьменко и А.Д. 1девчук (53) 620.179.16 (088.8) (56) Носов В.А. Проектирование ультразвуковой измерительной àïïàратуры. — М: Машиностроение, 1972, с. 111-112. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО

КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано для обнаружения и контроля за развитием повреждений, возникающих в материалах под действием внешних факторов,например,для определения ранних стадий усталостного повреждения образцов или изделий, подвергающихся воздействию переменных нагрузок. Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей и повышение надежности выявления ранних стадий развивающего повреждения в материале за счет использования в качестве рабочих частот высших гармоник опорной частоты. Устройство содержит акустическую измерительную камеру с излучающим и приемным электроакустическими преобразователями и систему для перемещения преобразователей внутри камеры относительно материала, последовательно соединенные синхронизатор и .генератор радиоимпульсов, подключенный к излучающему преобразователю, усилитель, подключенный к приемному преобразователю, последовательно соединенные первый аттенюатр и осциллограф, вход запуска которого подключен к второму выходу синхронизатора, первый индикатор, подключенный к второму выходу первого аттенюатора, три полосовых фильтра, подключенных к выходу усилителя, подключенные к выходу первого полосового фильтра последовательно соединенные блок вычитания и нуль-индикатор, генератор. опорного напряжения, соединенный с вторым входом блока вычитания, под-. ключенные к выходу второго полосового фильтра последовательно соединенные второй аттенюатор и второй индикатор, а выход третьего полосового фильтра соединен с входом первого аттенюатора. 1 ил.

2967 (l 12

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано для обнаружения и контроля эа развитием повреждений, возникающих в материалах под действием внешних факторов, например для определения ранних стадий усталостного повреждения образцов ипи иэделий, подвергающихся воздействию переменных нагрузок, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности выявления ранних стадий развивающегося пов.l реждения в материале,, На чертеже представлена блоксхема устройства для ультразвукового контроля материалов.

Устройство содержит акустическую измерительную камеру 1 с иэ.пучающим 2 и приемным 3 электроакустическими преобразователями и систему для перемещения преобразователей 2 и 3 внутри камеры 1 относитель" но материала, состоящую иэ механизма 4 нагружения и толщиномера 5, последовательно соединенные синхронизатор 6 и генератор 7 радиоимпупьсов, выход которого соединен с излучающим электроакустическим преобразователем 2, усилитель 8, вход которого соединен с приемным злектроакустическим преобразователем 3, последовательно соединенные первый аттенюатор 9 и осциллограф 10, вход запуска которого подключен к второму выходу синхронизатора 6, первый индикатор 11, подключенный к второму вы" ходу первого аттенюатора 9, три полосовых фильтра 12-14, подключенных к выходу усилителя 8, подключенные к выходу первого полосового фильтра

l2 последовательно соединенные блок

15 вычитания и нуль-индикатор 16, генератор 17 опорного напряжения, подключенный к второму входу блока

15 вычитания, подключенные к выходу второго полосового фильтра 13 последовательно соединенные второй аттенюатор 18 и второй индикатор

19, выход третьего полосового фильтра 14 соединен с входом первого ат". тенюатора 9.

Устройство работает следующим образом.

Б камеру устанавливают исследуемый образец 20, который с помощью механизма 4 нагружения прижимают к излучающему 2 и приемному 3 электро"

9 2 акустическим преобразователям через слои 21 и 22 контактной смазки, толщина которых контролируется с по.мощью толшиномера 5. По сигналу синхронизатора 6 генератор 7 вырабатывает IIG IK) из трех радиоимпульсов, один из которых имеет несущей опорную частоту 1„, а остальные два— соответственно рабочие частоты f

11 излучающем электро акустическом преобразователе 2 радиоимпульсы пре" образуются в механические импульсы, которые проходят через первый кон" тактный слой 21, образец 20, второй контактный слой 22 и поступают на приемный электроакустический преобразователь 3, где преобразуются в радиоимпульсы. Радиоимпульсы поступают на вход усилителя 3, где усиливак>тся и поступают на полосовые фильтры 12-14. Б фильтре 12 выделяются радиоимпульсы с частотой f заполнения, поступающие затем в блок 15 вычитания. Сюда же с генератора 17 поступает опорный сигнал. В блоке

15 вычитания происходит сравнение радиоимпульса с частотой f заполнения и опорного сигнала. Результаты сравнения, ".е. разница между амплитудами радиоимпульса и опорного сигнала, представляются на нульиндикаторе 16. В полосовых фильтрах

13 и 14 выделяются радиоимпульсы с частотами f(и Й заполнения соответственно, которые через аттенюаторы

18 и 19 поступают на индикаторы

19 и 11, по показаниям которых осуществляют подстройку аттенюаторов при изменении затухания звука в материале образца. Для визуального наблюдения радиоимпульсов с частотами заполнения f1 и f используется осциллограф 10.

Величины частот йо, f< и f выбиг рают из их чувствительности к внутренним изменениям в материале образца на ранних стадиях его усталости.

На основании известных экспериментальных данных частота f0 должна лежать в д;иапазонг 0,5-3 МГц, а f и

f — в диапазоне 5-25 МГц.

Толщину контактного слоя 8 выбирают из условия наибольшей чувствительности опорной частоты f к измео нению этой толщины по формуле

5 =с/8 (i) где (. - скорость звука в материале переходноro слоя °

1229

Это значение 6 устанавливают при помощи механизма 4 нагружения и толщиномера 5. Изменяя величину опорного сигнала с выхода генератора 17, устанавливают нулевое показание 5 нуль-индикатора 16, добиваясь, таким образом, того, чтобы амплитуда опор ного сигнала равнялась амплитуде радиоимпульса с частотой заполнения

f, с выхода первого полосового фильт- !О ра !2. В дальнейшем при всех измерениях амплитуда опорного сигнала не изменяется, Посредством аттенюаторов

18 и 9 и индикаторов 19 и 11 определяют эталонные значения затуха- 15 ния ультразвуковых колебаний в образце 20 на рабочих частотах f и f в децибеллах относительно эталонного значения на опорной частоте

Затем образец 20 извлекают из 20 акустической камеры 1 и подвергают повторно-переменному нагружению в усталостной машине. Периодически нагружение снимают, образец устанавливают в измерительной камере I, 25 при помощи подбора величины нагружения регулируют толщину контактного слоя 0 (слои 21 и 22), добиваясь нулевого показания нуль-индикатора

16. При этом обеспечивается пос- 30 тоянство значения амплитуды на опорной частоте, равное эталонной величине. При помощи аттенюатора 18 и 9 индикаторов 19 и ll определяют значение затухания ультразвуковых колебаний в исследуемом образце 20 на частотах f u f соответственно, сравнивают эти значения с эталонными в соответствии с формулой

Б; (1 ), 5 „;(1;) ()

v,(с, ) где j=l, 2; „,(f; ) 0l„;(f; )-u.ì„,ó(f;);

М (f ) — эталонное значение зату- 45 мэ хания ультразвуковых колебаний в образце материала, )Б; (f ) — значение затухания ультраAlt ) звуковых колебаний при

i — ì замере в контролируемом образце, а Б.

Увеличение затухания в образце свидетельствует о появлении в нем дефектов. Если затухание растет от измерения к измерению, то дефект развивается. Величина изменения затухания свидетельствует о величине

679 4 дефекта. Каждый материал имеет характерные особенности зависимости изменения затухания от величины дефекта. По этому изменению можно судить о размере повреждения в материале.

Выбор толщины о контактного слоя

21-22 н соответствии с формулой (1) позволяет найти оптимальные соотношения между f u tI . Так, если умень" о шить S no сравнению с формулой (1), то частота f менее чувствительна к изменению толщины контактного слоя и, следовательно появляется погрешность измерений, обусловлен" ная изменением потерь акустического сигнала в контактном слое,.Если увеличить S, то увеличиваются потери акустической энергии в контактном слое при той же чувствительности частоты f к изменениям толщины контактного слоя.

Использование в качестве рабочих частот высших гармоник опорной частоты позволяет производить измерения пе на каждой частоте последовательно, а одновременно на всех используемых частотах. При этом снижаются требования к частотным характеристикам электроакустических преобразователей.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Устройство для ультразвукового контроля материалов, содержащее акустическую измерительную камеру с излучающим и приемным электроакустическими преобразователями и систему для перемещения преобразователей внутри камеры относительно материала, последовательно соединенные синхронизатор и генератор радиоимпульсов., выход которого соединен с излучающим электроакустическим преобразователем, усилитель, вход которого соединен с приемным электроакустическим преобразователем, последовательно соединенные первйй аттенюатор и осциллограф, вход запуска которого подключен к второму выходу синхронизатора, первый индикатор, подключенный к второму выходу первого аттенюатора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено тремя полосовыми фильтрами, подключенными к выходу, усилителя, 1229679

Составитель Г. Максимочкин

Редактор И. Николайчук Техред 31.Олейник Корректор М. Самборская

Заказ 2446/45 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж" 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4. подключенными к выходу первого полосового фильтра последовательно соединенными блоком вычитания и нульиндикатором, генератором опорного напряжения, подключенным к второму входу блока вычитания, подключенными к выходу второго полосового фильтра последовательно соединенными вторым аттенюатором и вторым индикатором, причем выход третьего полосового фильтра соединен с выходом первого аттенюатора.