Способ ультразвукового контроля качества изделий

 

Изобретение касается акустических методов неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение чувствительности контроля вследствие согласования фаз частотных составляющих донного эхо-импульса и дополнительного импульса за счет использования в качестве дополнительного импульса эхо-импульса, отраженного от отражающей поверхности демпфера ультразвукового (УЗ) преобразователя. В демпфере УЗ-преобразователя формируют отражающую площадку, расстояние между которой и пьезопластиной определяется граничными частотами спектра используемого УЗ-импульса, толщиной контролируемого изделия и характеристиками материала демпфера. Излучают пьезопластиной УЗ-преобразователя импульсы колебаний в изделие и в демпфер. Принимают отраженный донной поверхностью изделия эхо-импульс и задержанный относительно него на определенную величину отраженный отражающей поверхностью демпфера эхо-импульс. Измеряют частоту минимума суммарного спектра принятых эхо-импульсов и определяют по ней качество изделия. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1119 А1 (19) 111) (1) 4 G 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOlVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4275033/25-28 (22) 02. 07. 87 (46) 07. 04. 89. Бвл. Р 13 (71) Московский авиационный технологический институт им. К. Э.Циолковского (72) А. В. Захаров, В.А.Бачин, А. Х. Во- . пилкин, В. Е.111амба и Ю.Д. Губанов (53) 620. 179. 16 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1091712, кл. G 01 N 29/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N- 1206690, кл. G 0) N 29/04, 1984. (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение касается акустических методов неразрушающего контроля.

Целью изобретения является повышение .чувствительности контроля вследствие согласования фаз частотных составляю щих донного эхо-импульса и дополнительного импульса за счет использоваИзобретение относится к области акустических методов неразрушающего . контроля и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии иэделий, например, изделий,. со сварными соединениями.

Цель изобретения — повышение чувствительности контроля за счет согласования фаз частотных составляющих данного эхо-импульса и дополнительного имп уль с а.

На фиг.. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ УЗ-контроля качества издения в качестве дополнительного импульса эхо-импульса, отраженного от отражающей поверхности демпфера ультразвукового (УЗ) преобразователя.

В демпфере УЗ-преобразователя форми-, руют отражающую площадку,. расстояние между которой и пьезопластиной определяется граничными частотами спектра используемого УЗ-импульса, толщиной.контролируемого изделия и харак- . теристиками материала демпфера. Излучают пьезопластиной УЗ-преобразователя импульсы колебаний в изделие и в демпфер. Принимают отраженный донной поверхностью изделия эхо-импульс и задержанный относительно негб на определенную величину отраженный отражающей поверхностью демпфера эхоимпульс. Измеряют частоту минимума суммарного спектра принятых эхо-импульсов и определяют по ней качество изделия, 3 ил.

2 лий; на фиг. 2 — суммарная спектраль-ная характеристика, полученная на бездефектном участке изделия из тита на с диффузионной сваркой; на фиг. 3суммарная спектральная характеристика, полученная на дефектном участке изделия из титана с диффузионной сваркой (дефект — строчечный непровар длиной 0,04 мм и раскрытием

0 005 мм).

Способ УЗ-контроля качества иэделий заключается в следующем.

Формируют в демпфере преобразователя отражающую ллопяпку на расстоя1471119 нии h от пьезопластины. Расстояние h выбирают иэ выражения

2h . (2n-1) 2t

С 2f (2n-1) 2f.где f (верхняя частота спектра отраженного в демпфере эхоимпульса на уровне 0,5; нижняя частота спектра отра-10 женного в демпфере эхо-импульса на уровне 0,5; скорость распространения

УЗ-колебаний в материале демпфера;

15 время распространения импульса УЗ-колебаний от пьезопластины до донной поверхf

2 (a,,s)/а

2h 2h 2h

С С„С, 2f, 2п-1) 2ft 55! — верхняя и нижняя частоты спектра отраженного в демпфере 7 эхо-импульса Где Е,, f ности изделия и = 1, 2, 3,...

Излучают пьезопластиной преобразователя в изделие импульс УЗ-колебаний .и принимают ее эхо-импульсы от донной поверхности изделия и отражающей площадки демпфера. Измеряют частоту минимума суммарного спектра принятых эхо-импульсов и определяют по ней качество изделия.

Устройство, реализующее способ

УЗ-контроля качества изделий, содержит последовательно соединенные генератор 1 коротких импульсов, широкополосный усилитель 2, временной селектор 3, осциллограф 4 и анализатор

5 спектра. Кроме того, устройство содержит пьезопластину 6 с звукопроводящим демпфером 7..Пьезопластина 6 электрически. соединена с выходом генератора 1 и.входом усилителя 2. На тыльной стороне демпфера 7 выполнена отражающая площадка 8. Позицией 9 на 40 фиг..1 обозначено контролируемое изделие, позицией 10, — слой контактной жидкости между. пьезопластиной 6 и иэделием 9.. .Способ УЗ-.контроля качества из- 45 делий реализуется следующим образом.

Определяют расстояние h между отражающей площадкой 8 демпфера 7 и пьезопластиной 6, .удовлетворяющее условию . 50 на уровне 0,5 соответственно;

С, С,С вЂ” скорость распространения

УЗ - колебаний в материалах демпфера 7, иэделия 9 и слоя 1 О жидко сти сост ве тственно;

h „ h — толщина изделия 9 и слоя

10 жидкости соответственно, П=1,2,3,...

Для контактного варианта контроля, в котором можно допустить h = О, условие упрощается (2n-1 ) 2h 2Ь и (2n-1 ) С -====

2й С СN ?fg

Удобнее всего выбрать расстояние h из условия

С Ьи Chyle С

+ --=--- +

С С 4 р где f — рабочая частота пьезопластиP ны 6.

Так, например, при контроле качества диффузионной сварки иэделия 9 из титана (С и = 6000 м/с) толщиной

h = 15 мм пьезопластиной 6 иэ IJTC-19

И на рабочую частоту f = 5 МГц при исP пользовании в качестве демпфера 7 из материала ЦТС-19 (С = 3600 м/с), а в качестве материала слоя 10 жидкости— воды (С, = 1490 м/с, h+ = 365 мм), расстояние h выбирается равным 18 мм.

В тех же условиях для контактного варианта контроля расстояние h выбирается райным 9 мм.

Выполняют в демпфере 9 отражающую площадку 8 на определенном расстоянии k и устанавливают пьезопластину

6 на изделие 9 через слой 10 контактной жидкости. Пьезопластина 6, работающая, например, в полосе частот 46 МГц, возбуждается генератором 1.

Пьезопластина 6 излучает через слой

10 в изделие 9 импульс УЗ-колебаний.

Аналогичный импульс УЗ-колебаний излучается пьезопластиной 6 в демпфер 7, УЗ колебания, распространяясь в материалах изделия 9 и. демпфера 7, отражаются от донной поверхности первого и отражающей площадки 8 второго, Пьезопластина 6 принимает отраженные эхо-импульсы и преобразует их в электрические сигналы. Эти сигналы усиливаются усилителем 2 и через селектор

3, который селектирует эхо-импульсы от сигналов помех, поступают на вход

5 147 осциллографа 4 для индикации и ца анализатор 5 для анализа суммарного спектра.

Г>лагодаря выбору расстояния h ве- личина задержки между донным эхо-сигналом в контролируемом изделии 9 и эхо-сигналом от площадки 8 демпфера

7 равна, например, 1/2 f .. В этом случае в суммарном спектре этих сигналов будет находиться частотный минимум на частоте, близкой к частоте

f со стороны низких или высоких часР тот. При отсутствии дефектов спектр донного эхо-сигнала, как и спектр эхо-сигнала от площадки 8 демпфера 7 всегда неизменен и, следовательно, частотный минимум в суммарном спектре находится на одной фиксированной частоте, например fä „ö = 5,09 ИГц (фиг, 2). При наличии дефекта на пути распространения УЗ-колебаний донный эхо-сигнал в контролируемом изделии 9 изменяет распределение фаз частотных составляющих, что приводит к другому положению частотного минимума в суммарном спектре (фиг. 3).По положению частотного минимума в суммарном спектре определяют качество изделия.

Способ УЗ-контроля качества изделий в иммерсионном и контактном вариантах позволяет выявить дефекты в виде сжатых строчечных непроваров, имеющих величину раскрытия 0,1 мкм и минимальную длину строчки 0,005 мм.

Расположение частотного минимума в полосе частот от f < до f< обуслов лено тем, что вне этой области частот минимум будет находиться между двумя соседними максимумами, амплитуды которых могут отличаться более чем в два раза друг от друга, и, вследствие этого, частотный минимум становится нечетко выраженным. Использование в качестве дополнительного импульса отраженного площадкой демпфера эхо-импульса по сравнению с радиоимпульсом позволяет избежать размытости частотного минимума в суммарном спектре, что затруднило бы его измерение, а также появления в некоторых случаях нескольких частотных минимумов, близко расположенных

Формула из обретения

Способ ультразвукового контроля качества изделий, заключающийся в излуч ении и рео б ра зо в ат ел ем с демпфе ром и пьезопластиной в изделие импульса ультразвуковых колебаний, приеме эхоимпульса от донной поверхности изделия генерировании дополнительного импульса с задержкой относительно донного эхо-импульса, измерении частоты минимума суммарного спектра эхо-импульса и дополнительного импульса и определении по измеренной частоте

З0 качества изделия, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения чувствительности контроля, принимают пьезопластиной отраженный отражающей площадкой демпфера, расположенной на расстоянии h от пьезоплас35 тины, эхо-импульс, а расстояние h вы.бирают из выражения

40 где f верхняя частота спектра отраженного в демпфере эхо-импульса на уровне 0,5; нижняя частота спектра отраженного в демпфере эхо-импульса на уровне 0 5 скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале демпфера; время распространения импульса ультразвуковых колебаний от пьезопластины до донной поверхности изделия;

1, 2, 3,...

t

1119 е между собой, что также затрудш ло бы получение информации.

При работе в иммерсионном варианте, когда появляется возможность

5 варьировать высоту зазора, заполненного контактной жидкостью, допускает" ся использование УЗ-преобразователя с демпфером, отражающая площадка которого располагается на пересчетном расстоянии от пьезопластины, благодаря обеспечению задержки между принимаемыми эхо-импульсами путем изменения величины зазора.

1471119 мгц

Составитель В. Гондаревский

Техред М.Ходанич Корректор И.Иуска

Редактор Е. Папп

Заказ 1602/46 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 /5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

5 . 75

&ил

Фаад

2 5 g,° . 5 75

Фаз