Устройство для ультразвукового контроля труб

 

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля качества изделий. Целью изобретения является повышение качества и производительности при контроле труб в вертикальном положении за счет повышения чувствительности контроля путем применения рефлектора, перемещаемого в процессе контроля вдоль оси трубы. Устройство содержит основание с закрепленным на нем ультразвуковым преобразователем, узел уплотнения контролируемой трубы относительно основания в зоне установки ультразвукового преобразователя, штангу с рефлектором на конце и регистратор. В процессе контроля труба заполнена иммерсионной жидкостью, штанга с рефлектором перемещается по оси трубы, сигналы от ультразвукового преобразователя воспринимаются рефлектором и направляются на контролируемую трубу, а результаты контроля регистрируются с помощью регистриратора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ol А1 (l% (10 (51)4 С 01 0 29 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4158134/25-28 (22) 10.)2.86 (46) 15.10.89. Бюл. У 38 (71) Проектно-конструкторское бюро электроги цравлики АН УССР и Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С.О.Макарова (72) В.П.Савченко, Н.В.Свистунов, В.П.Сухоносов и А.П.Кашинкин (53) 620.179.16(088.8)

I (56) Авторское свидетельство СССР

У 845088, кл. С 01 Н 29/04, 1979.

KrautkrAmer I. Ultrasonic Testing

of Materials. — New Jork, 1983, р. 456, 457, fig. 24.21, 24.22. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО

КОНТРОЛЯ ТРУБ (57) Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля качества изделий, Целью изобретения

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля качества изделий и может быть использовано для ультразвукового контроля качества труб разного диаметра с различной конфигурацией сечения, а также неразъемных соединений боковой поверхности труб с пластинами.

Целью изобретения является повышение качества и производительности при контроле труб в вертикальном полокении за счет повышения чувствительности контроля путем применения фокусирующего рефлектора, размещаемого в процессе контроля внутри трубы и перемещакщегося в ней.

2 является повышение качества и. производительности при контроле труб в вертикальном полощении sa счет повышения чувствительности контроля путем применения рефлектора, перемещаемого в процессе контроля вдоль оси трубы. Устройство содержит основание с закрепленным на нем ультразвуковым преобразователем, узел уплотнения контролируемой трубы относительно основания в зоне установки ультразвукового преобразователя, штангу с рефлектором на конце и регистратор. В процессе контроля труба заполнена нммерсионной жидкостью, штанга с рефлектором перемещается по оси трубы, сигналы от ультразвукового преобразователя воспри- нимаются рефлектором и направляются на контролируемую трубу, а результаты контроля регистрируются с помощью регистратора. I з.п ° ф-лы, 6 ил.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для ультразвукового конт- 4 роля труб; на фиг. 2 — поперечное сечение плоской трубы, которую позво- O ляет контролировать устройство; на фиг. 3 - отражающая поверхность . отражения рефлектора; .на фиг. 4— часть отражающей поверхности рефлектора; на фиг. 5 — устройство для ультразвукового контроля труб обЭ

Ь щий внд, на фиг. 6 — вид по стрелке

А на фиг. 5.

Устройство для ультразвукового контроля труб содержит основание I закрепленный на нем ультразвуковой преобразователь 2, штангу 3 с рефлек1515101 уравнительный сосуд 10 для контроля за ее высо1ой в контролируемой тру. бе 24. Затем включают привод 5, зак5. репленный на кронштейне 7 стойки 6, который через вал 19 производит перемещение штанг.и 3 с закрепленным на ней рефлектором 4 внутри трубы 24.

При этом одновременно включаются в работу от блока 22 питания регистрирующее устройство 23, дефектоскоп

21 и ультразвуковой преобразователь

2, сигналы от которого попадают на рефлектор 4, а от него — на контролируемую трубу 24 и соединенные с ней у- шины 25, воспринимаются преобразователем 2 и поступают на дефектоскоп ф1 . Одновременно с перемещением штанги 3 происходит перемещение жестко

20 соединенных с ней стержней 15, 16, на концах которых закреплены перья а 17, 18, делающие отметки результатов контроля на бумаге 14 планшета

3 13.

25 Особого внимания заслуживает рефлектор 4, который выполнен по форме параболоида вращения. Полная длина его определяется по формуле

1.„= (,1)(Ы+ 1) + —, h

Е - - (а + h) +— а h о

L, 2a(d+ 1), 3 тором 4 на ее конце для размещения в контролируемой трубе в процессе контроля, привод 5 перемещения штан ги 3, регистратор дефектов, узел крепления трубы в вертикальном положении, выполненный в виде жестко закрепленной на основании 1 стойки

6 с кронштейном 7 для соединения с приводом 5, кронштейном 8 для соединения с одним концом контролируемой трубы и кронштейном 9, уравнительный сосуд 10, соединенный с кронштейном 8, закрепленный параллельно штанге 3 и соединяемый в про цессе контроля с полостью контролир емой трубы, заполняемой в процессе контроля иммерсионной жидкостью 11, узлом 12 уплотнения в виде манжеты для герметизации внутренней полости трубы относительно основания 1; регистратор выполнен в виде планшет

13 с бумагой 14 для регистрации и двух жестко соединенных со штангой стержней 15, 16 с пишущими перьями

l7, 18, при этом ультразвуковой пре образователь 2 установлен на основа нии соосно узлу 12 уплотнения, а рефлектор выполнен по форме поверхности параболонда вращения. 30

Кроме того, устройство для ультразвукового контроля труб содержит вал

19 привода 5, дополнительную уплотнительную манжету 20, устанавливаемую в процессе контроля на контролируемую 35 трубу со стороны штанги 3, дефектоскоп 21 с блоком 22 питания и регистрирующим устройством 23.

Позицией 24 обозначено контролируемое изделие — труба, позицией 25 - 40 шины контролируемой трубы 24.

Устройство для ультразвукового контроля труб работает следующим образом.

Перед началом контроля трубу 24 устанавливают одним концом на основание 1 в зоне размещения ультразвукового преобразователя 2, герметизируют относительно основания 1 с помощью узла 12 уплотнения в виде манжеты и закрепляют сверху к кронштейну 8, после чего сверху же ставится на трубу дополнительная уплотнительная манжета 20. Одновременно проверяют и при необходимости закрепляют уравнительный сосуд 10 к кронштейну

9, после чего заполняют контролируе-, мую трубу 24 нммерсионной жидкостью

11, которая одновременно подается в длина рефлектора в вершине параболы - по формуле а длина части рефлектора вблизи оси плоской трубы — по формуле где L -H

1э

h — малая ось сечения плоской трубы 24;

Н - эксцентриситет сечения плоской трубы 24; а - радиус пьеэодиска поршневого излучения преобразователя 2.

При этом первым существенным признаком, отличающим заявленное решение от прототипа, является компактное выполнение устройства.

Вторым существенным признаком является применение рефлектора 4, выполненного в виде параболоида вращения.

Третьим существенным признаком является выполнение рефлектора 4 с

)515)01

Lo 2а,(а(+ !), где L „- длина рефлектора 4;

J- — длина рефлектора 4 в вершине параболы;

J, — длина части рефлектора 4 вблизи оси плоской трубы 24;

h — малая ось сечения плоской трубы 24; 15

Н вЂ” эксцентриситет сечения плоской трубы 24; а — радиус пьезодиска поршневого излучателя преобразователя 2. 20

Фокусировка позволяет повысить чувствительность контроля, уменьшить отношение помеха/сигнал, повысить

pasрешающую способность. Фокусирование по линии окружности позволяет повы- 25 сить производительность контроля путем одновременного озвучивания всего сечения шва без дополнительных вращений рефлектора. На фиг, 3 изображена форма поверхности отражения, пред- 30 ставляющая собой параболоид, образующийся при вращении параболы, фокальная плоскость которой проходит через начало координат и совпадает с плоскостью XOZ вокруг оси OY. При этом вершина параболы описывает окружность

35 радиусом 2Р, равным параметру параболы. По такой же окружности располагаются и точки F фокуса семейства парабол. Поверхность такого конуса может быть описана уравнением

Ь У Н(-+ 1) °

Н

h (4) ь- (+ ))ь (5) Тогда полная длина Ь„рефлекто40 ра 4 определяется иэ выражения параметрами, определяемыми по формулам: (g(h) (d + 1) + h/4;

Ь (а,/h)(ао + h) + h/4;

))араболический конус може) быть использован для получения линейного фокуса, расположенного по окружности, что важно при контроле труб 24, хотя бы частично имеющих в поперечнои сечении окружность. Лучи направляются вдоль оси трубы (ось ОУ в отрицательную сторону) и фокусируются по линии F.

В случае контроля трубы 24 круглого сечения целесообразно испольэовать параболический конус высотой

Ь + P, Но, если сечение трубы 24 не круглое, а, наприиер, щелевидное ("плоская труба"), то такой рефлектор

4 приводит к значительным потерям энергии при вершине и уменьшению размеров рефлекторов 4. В этом случае целесообразно применить часть поверхности конуса. Так, для трубы 24 с параметрами . Н вЂ” эксцентриситет, h — - малая ось сечения (фиг. 2) рефлектор 4 должен иметь размеры: 2Р

h h. а Н; с -, при этом ось OY проходит вдоль оси трубы 24 через точку О

Акустическая ось излучателя проходит параллельно оси OY через точку О. Из уравнения (2) будем иметь

Н

Если обозначить a(— то получим

h" ((Х + 7. + 2Р) = 4P(P + Y) (1)

Размер а определяется иэ урави н кения (1), если принять Z = a Х=О.

При этом получим уравнение параболы в плоскости YOZ: у = Ь (Z+ 2Р ) =4Р(Р+ У) (Z = а) (2)

Для определения размера "с" необходимо в уравнении (1) предположить, что 2 = О, Х = с. Тогда получим уравнение параболы в плоскости ХОУ: (х + 2P) 4P(P + Y) = b (3)

В плоскости XOY с = а.

Ь„(сй) (Ы+ 1) +

h (6) о тк уда в идно, что полна я длина реф45 лектора 4 растет в квадратичной зависимости от отношения a(. Для окружности о(О полная длина рефлектора 4 буh дет равна -, а для плоской трубы 24

5р с 4 = 1 О она возрастает более чем в 100 раз. Увеличение J. приводит к увеличению неконтролируемого участка шва по концаи трубы 24. Тогда для плоской трубы 24 необходимо выбирать рефлектор длиной Ь иэ соображений максимума отраженной энергии (L J. ) и минимума неконтролируемых участков по концам трубы (L » ппп). Для сравнительно больших абсолютных значений

1515101

1О

L 2а (- + 1) Н о о 1, или

h ) (10...12) ) 2а, целесообразно направить акустическую ось излучения вдоль оси трубы 24 через точку 0 (фиг. 2). Длину L можно определить, h задав 2Р * †; 2 а а,; У = Ь;

Х > с. Тогда иэ (1) а h

Ь - (а + h) +— о 4 (7) где а.1 - радиус пьеэодиска поршневого излучателя.

Зачастую конструктивно удобнее направлять акустическую ось по оси трубы 24 через точку 0 (фиг. 2).

Тогда используется часть рефлектора

4 (фиг. 4):L = У. - У,.

Из уравнения (2) будем иметь (— +а +2Р) -4Р

Н г о

1 4Р

Н г (- — а + 2P) — 4P

2 О

° Ю

1 4Р

После преобразования получим

L, = 2а,(a + 1) (9) Из (9) видно, что щелевидность трубы 24 (с ) сказывается íà L незначительно (прямая пропорциональность). Основное неудобство заключается в том, что линия фокуса находится далеко за рефлектором 4 на расстоянии У 1 следовательно, контролируемый участок будет значительHblM Этого можно избежать, если предусмотреть технологический участок, где проходил бы рефлектор 4.

Достоинство: при значительном Н на участке Lo рефлектор 4 можно аппроксимировать, что технологически более просто.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие

50 преимущества: использование параболического конуса в устройстве для ультразвукового контроля труб позволяет получить линейный фокус, расположенный по окружности, фокусировка позволяет повысить чувствительность контроля, уменьшить отношение помеха/сигнал, повысить разрешающую способность; фокусирование по линии окружности позволяет повысить производительность контроля путем одновременного озвучивания всего сечения шва беэ дополнительных вращений рефлектора 4.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвукового контроля труб, содержащее основание, закрепленный на нем ультразвуковой преобразователь, штангу с фокусирующим рефлектором на ее койце для размещения в контролируемой трубе, привод перемещения штанги и регистратор дефектов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества и производительности при контроле труб в вертжсальном положении, оно снабжено узлом крепления трубы в вертикальном положении, выполненным в виде жестко закрепленной на основании стойки с кронштейнами для соединения с приводом, с одним концом трубы и с уравнительным сосудом,. закрепленным параллельно штанге, и соединяемым с полостью контролируемой трубы, заполняемой перед началом контроля иммерсионной жидкостью, узлом уплотнения в виде манжеты для герметизации внутренней полости трубы относительно основания, регистратор выполнен в виде планшета с бумагой для регистрации и двух жестко соединенных со штангой стержней с пишущими перьями, а ультразвуковой преобразователь установлен на основании соосно с главной осью фокусирующей поверхности рефлектора.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что рефлектор выполнен в форме поверхности параболоида вращения.

l5l5I0) )515IOl

ФигФ

Составитель П. Блохин

Техред Л.Олийнык Корректор M. Макснмншниец

Редактор А. Маковская

Заказ 6271/43 Тирак 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Yaroyoa, ул. Гагарина, 101